問題情景 實(shí)驗(yàn)本源 多元表征 學(xué)科素養(yǎng)——2015年福建高考理科綜合物理試題評(píng)析

曹義才 柯曉露

（1.長(zhǎng)樂第二中學(xué)，福建 長(zhǎng)樂 350211;2.福建教育學(xué)院基礎(chǔ)教育考試研究中心，福建 福州 350025）

2015年福建高考理科綜合物理試題繼續(xù)遵循全國(guó)《考試大綱》和福建省《考試說明》的要求，《考試說明》列出的108個(gè)考點(diǎn)（不含實(shí)驗(yàn)）考查了51個(gè)，占47.2%，31個(gè)Ⅱ級(jí)要求的考點(diǎn)考查了28個(gè)，占90.3%，試卷突出主干知識(shí)的同時(shí)兼顧知識(shí)面的覆蓋;試卷以基礎(chǔ)常規(guī)題為主，以能力立意為主導(dǎo)，注重對(duì)考生學(xué)科素養(yǎng)的考查，要求考生具有一定的物理思維和知識(shí)遷移能力，總體難度較去年有所下降。文章試圖從試卷結(jié)構(gòu)、試題概況、試題評(píng)析角度來探尋2015年福建理綜卷物理試題特點(diǎn)，為今后備考提供相關(guān)啟示。

一、試卷結(jié)構(gòu)

2015年福建理綜高考試卷物理部分延續(xù)了往年的試卷結(jié)構(gòu)，共13題，總分120分，分必考題和選考題兩部分。必考部分:6道選擇題，每題6分，共計(jì)36分;非選擇題題，其中實(shí)驗(yàn)題2道，一小一大，18分，計(jì)算題3道，54分，共計(jì)72分。選考部分有兩個(gè)模塊（從兩個(gè)模塊中只能任選一個(gè)模塊進(jìn)行解答，每一個(gè)模塊都是兩道單項(xiàng)選擇題，共12分。）試題類型層次分明，題型模式基本沒變。

二、試題分析

2015年福建理綜高考試卷物理部分，必考部分各題目所涉及的考點(diǎn)如表1所示。

表1

從知識(shí)分布上來看，試題著重考查物理學(xué)的基礎(chǔ)性知識(shí)和重點(diǎn)內(nèi)容，考查的知識(shí)內(nèi)容分布均衡，核心主干知識(shí)內(nèi)容力學(xué)和電磁學(xué)含實(shí)驗(yàn)96分，力學(xué)62分占64.6%，電學(xué)34分占35.4%，力學(xué)比重較大。

1.創(chuàng)設(shè)問題情境，注重思維過程

試題力求創(chuàng)設(shè)多角度、多層次的問題情境，全卷試題涉及的情景示意圖有一維線、二維面、三維立體空間，旨在擺脫單一思維模式，引導(dǎo)考生積極思考。通過情境創(chuàng)設(shè)和方法遷移，注重思維過程，考查考生科學(xué)思維的深度、廣度和縝密度。

圖1

例1（2015福建卷第17題）如圖1，在豎直平面內(nèi)，滑道ABC關(guān)于B點(diǎn)對(duì)稱，且A、B、C三點(diǎn)在同一水平線上。若小滑塊第一次由A滑到C，所用時(shí)間為t1，第二次由C滑到A，所用時(shí)間為t2，小滑塊兩次的初速度大小相同且運(yùn)動(dòng)過程始終沿著滑道滑行，小滑塊與滑道的動(dòng)摩擦因數(shù)恒定，則

A.t1＜t2B.t1=t2

C.t1＞t2D.無法比較t1、t2的大小

評(píng)析:這是一道以小滑塊在粗糙的滑道上運(yùn)動(dòng)為問題情景，考查曲面上的摩擦力做功問題，是一個(gè)難點(diǎn)問題。對(duì)于這個(gè)問題情境，利用微元思維，我們先考察AB曲線上的某點(diǎn)P，若該點(diǎn)的曲率半徑為ρ，切線與水平方向成θ角，小滑塊滑行的速率為vP，曲面對(duì)小滑塊的支持力為N，假設(shè)小滑塊與滑道的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，則摩擦力f=μN(yùn)，方向沿切線方向;根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律，在P點(diǎn)的徑向方向可列出方程:N－mgcosθ=mv2P/ρ，則在AB段，速度越大，滑塊受支持力越小，摩擦力就越小。同理，考察BC曲線上某點(diǎn)P，徑向方向可列出方程:N′－ mgcosθ=mvP′2/ρ，速度越大，滑塊受支持力越大，摩擦力就越大，由題意知從A運(yùn)動(dòng)到C相比從C運(yùn)動(dòng)到A，在AB段速度較大，在BC段速度較小，所以可以判斷從A到C運(yùn)動(dòng)過程受摩擦力較小，用時(shí)短，選項(xiàng)A正確。

本題根據(jù)給定的物理?xiàng)l件創(chuàng)設(shè)問題情境，通過半定量和定性分析，利用學(xué)科思維方法進(jìn)行分析、判斷、推理。在平常的教學(xué)中，教師除了要把知識(shí)講解透徹，更要關(guān)注物理學(xué)的科學(xué)思想方法和思維過程。

2.回歸實(shí)驗(yàn)本源，注重科學(xué)探究

物理學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，實(shí)驗(yàn)方法是研究自然科學(xué)的最基本的方法之一。實(shí)驗(yàn)題加強(qiáng)了對(duì)實(shí)驗(yàn)基本技能、探究思想和運(yùn)用已掌握的實(shí)驗(yàn)技能解決問題能力的考查要求，通過“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系”和“探究一小電珠在不同電壓下的電功率大小”，考查基本儀器的正確使用、實(shí)驗(yàn)操作步驟、基本實(shí)驗(yàn)原理和方法、數(shù)據(jù)處理和誤差分析等實(shí)驗(yàn)探究能力方面進(jìn)行了較全面的考查。

例2（2015福建卷第19題）（1）某同學(xué)做“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)。

③圖2是該同學(xué)所描繪的彈簧的伸長(zhǎng)量Δl與彈力F的關(guān)系圖線，圖線的AB段明顯偏離直線OA，造成這種現(xiàn)象的主要原因是____________。

圖2

評(píng)析:本題是考試大綱規(guī)定的分組實(shí)驗(yàn)，第3問主要考查實(shí)驗(yàn)誤差分析和實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)，考生的答案五花八門，例如:彈簧出了問題，掛的鉤碼質(zhì)量不一樣，沒有考慮彈簧的質(zhì)量，彈簧伸長(zhǎng)量接近上限等答案，甚至還有“沒有平衡摩擦力”，“沒有考慮空氣的阻力”等匪夷所思的錯(cuò)誤答案。

實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的不完美和誤差是科學(xué)探究的重要環(huán)節(jié)。教學(xué)中要培養(yǎng)學(xué)生誤差分析的意識(shí)，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)條件、實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)操作等方面進(jìn)行分析，完善實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路，弄清減小實(shí)驗(yàn)誤差的途徑，努力提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精準(zhǔn)度，最大限度地減少實(shí)驗(yàn)誤差。

（2015福建卷第19題）（2）某學(xué)習(xí)小組探究一小電珠在不同電壓下的電功率大小，實(shí)驗(yàn)器材如圖2所示，現(xiàn)已完成部分導(dǎo)線的連接。

①實(shí)驗(yàn)要求滑動(dòng)變阻器的滑片從左到右移動(dòng)過程中，電流表的示數(shù)從零開始逐漸增大，請(qǐng)按此要求用筆畫線代替導(dǎo)線在圖2實(shí)物接線圖中完成余下導(dǎo)線的連接;

圖2

圖3

②某次測(cè)量，電流表指針偏轉(zhuǎn)如圖3所示，則電流表的示數(shù)為_______A;

③該小組描繪出的伏安特性曲線如圖4所示，根據(jù)圖線判斷，將_______只相同的小電珠并聯(lián)后，直接與電動(dòng)勢(shì)為3V、內(nèi)阻為1Ω 的電源組成閉合回路，可使小電珠的總功率最大，其總功率的值約為_______W（保留兩位小數(shù)）。

圖4

評(píng)析:本實(shí)驗(yàn)是描繪小電珠的伏安特性曲線的實(shí)驗(yàn)遷移，實(shí)驗(yàn)原理是一致的，第一問是實(shí)驗(yàn)儀器的導(dǎo)線連接問題，通常情況下，這類問題答案較多，但本題增加了“要求滑動(dòng)變阻器的滑片從左到右移動(dòng)過程中，電流表的示數(shù)從零開始逐漸增大”這一條件，使得連接方式就變得單一，避免了盲目地連接線路，使得答案指令性更明確。第二問時(shí)電流表的讀數(shù)問題，比較常規(guī)。第三問數(shù)據(jù)處理和有效數(shù)字的表達(dá)，電動(dòng)勢(shì)為3V、內(nèi)阻為1Ω的電源組成閉合回路，當(dāng)外電阻和內(nèi)電阻相等時(shí)，可使小電珠的總功率最大。

探究實(shí)驗(yàn)題著重考查數(shù)據(jù)處理的探究能力，數(shù)據(jù)處理部分往往是考生實(shí)驗(yàn)題失分的主要部分，本部分著重考查學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)處理物理問題的能力，是實(shí)驗(yàn)題中的計(jì)算問題。因此回歸真實(shí)數(shù)據(jù)，體驗(yàn)探究，實(shí)事求是，重視數(shù)據(jù)處理和結(jié)果、誤差分析，是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的生長(zhǎng)點(diǎn)。

3.問題多元表征，凸顯能力立意

高考物理試題問題情境的呈現(xiàn)和表述，趨向于問題表征的多元化，凸顯能力立意。多元表征包括文字表征、圖像表征、函數(shù)表征和數(shù)學(xué)公式表征等，其中圖像表征包含圖、圖片、示意圖等，數(shù)學(xué)公式表征包括符號(hào)、方程、表達(dá)式等，越來越多的高考試題運(yùn)用到多種外部表征形式。

圖5

例3（2015福建卷第15題）圖5為遠(yuǎn)距離輸電示意圖，兩變壓器均為理想變壓器，升壓變壓器T的原、副線圈匝數(shù)分別為 n1、n2，在T的原線圈兩端接入一電壓 u=Umsinωt的交流電源，若輸送電功率為P，輸電線的總電阻為2r，不考慮其它因素的影響，則輸電線上的損失電功率為

評(píng)析:本題以遠(yuǎn)距離輸電為問題情境，呈現(xiàn)和表述的表征形式有:文字表征，符合表征（T、n1、n2、P、2r），函數(shù)表征（u=Umsinωt），示意圖表征（遠(yuǎn)距離輸電示意圖）等。高考試題幾乎都有兩種及兩種以上的表征形式。由題意得:原線圈電壓的有效值為，理想變壓器不能改變功率，所以輸送電功率為P，則輸電線的電流為I=

高考試題越來越多的呈現(xiàn)多元表征趨勢(shì)，需要教師在日常教學(xué)中加強(qiáng)多元表征教學(xué)，對(duì)于同一概念或規(guī)律的學(xué)習(xí)，通過采用文字表征定義、函數(shù)表征內(nèi)涵、圖像形象示意、數(shù)學(xué)簡(jiǎn)練歸納等多種表征形式，培養(yǎng)學(xué)生的多元表征能力。

4.重視科學(xué)建模，考查學(xué)科素養(yǎng)

科學(xué)建模就是利用實(shí)體模型或過程模型或狀態(tài)模型等物理模型來幫助解決物理問題的過程，即通過形象思維上升到理性思維的過程。全卷實(shí)體模型設(shè)置有光滑軌道、粗糙軌道、有軌運(yùn)動(dòng)、無軌運(yùn)動(dòng)等，涉及到物理模型有:光的色散模型、天體圓周運(yùn)動(dòng)模型、理想變壓器、導(dǎo)體切割模型、滑塊滑板（小車）模型、類平拋運(yùn)動(dòng)模型等。

圖6

例4（2015福建卷第22題）如圖6，絕緣粗糙的豎直平面MN左側(cè)同時(shí)存在相互垂直的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，電場(chǎng)方向水平向右，電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E，磁場(chǎng)方向垂直紙面向外，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電的小滑塊從A點(diǎn)由靜止開始沿MN下滑，到達(dá)C點(diǎn)時(shí)離開MN做曲線運(yùn)動(dòng)。A、C兩點(diǎn)間距離為h，重力加速度為g。

（1）求小滑塊運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)時(shí)的速度大小vC;

（2）求小滑塊從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)過程中克服摩擦力做的功Wf;

（3）若D點(diǎn)為小滑塊在電場(chǎng)力、洛倫茲力及重力作用下運(yùn)動(dòng)過程中速度最大的位置，當(dāng)小滑塊運(yùn)動(dòng)到D點(diǎn)時(shí)撤去磁場(chǎng)，此后小滑塊繼續(xù)運(yùn)動(dòng)到水平地面上的P點(diǎn)。已知小滑塊在D點(diǎn)時(shí)的速度大小為vD，從D點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)的時(shí)間為t，求小滑塊運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)時(shí)速度的大小vP。

評(píng)析:帶正電的小滑塊從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)的過程模型是勻變速直線運(yùn)動(dòng)，可以用勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律和動(dòng)能定理分析，解答題目第二問從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)過程中克服摩擦力做的功Wf;小滑塊運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)時(shí)狀態(tài)模型恰好離開豎直平面MN，即水平方向合外力為零（Bqv=qE），可以分析得出C點(diǎn)時(shí)的速度大小vC。緊接著小滑塊C點(diǎn)時(shí)離開MN做曲線運(yùn)動(dòng)，到D點(diǎn)速度最大且同時(shí)撤去磁場(chǎng)，從D點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)的過程模型是類平拋運(yùn)動(dòng)，根據(jù)動(dòng)能定理和類平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律聯(lián)立求解。

科學(xué)建模是將復(fù)雜問題簡(jiǎn)單化、形象化、模型化，是揭示原型特征和本質(zhì)的一種科學(xué)思想方法，其主要特點(diǎn):對(duì)實(shí)際問題簡(jiǎn)化為物理原型，再現(xiàn)原型的規(guī)律本質(zhì)。在實(shí)際教學(xué)過程中要加強(qiáng)科學(xué)建模能力的培養(yǎng)，有效提升學(xué)生的物理學(xué)科素養(yǎng)。

總體來說，2015年福建高考理綜試卷的物理試題命題指導(dǎo)思想符合選拔性考試的規(guī)律和考試大綱的要求;體現(xiàn)了普通高中物理新課程理念，反映課程標(biāo)準(zhǔn)的整體要求;注重基礎(chǔ)知識(shí)和基本能力的考查，著重考查考生的科學(xué)素養(yǎng)、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、建模能力以及運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析和解決實(shí)際問題的能力;體現(xiàn)了試卷的選拔功能，同時(shí)對(duì)中學(xué)物理教學(xué)具有良好的導(dǎo)向作用。

[1]教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）[S].北京:人民教育出版社，2003.

[2]2015年福建省普通高等學(xué)校招生全國(guó)統(tǒng)一考試福建省理科綜合考試說明[S].福州:福建教育出版社，2015.

[3]羅翀.2012年福建高考物理試題評(píng)析與探討[J].物理教學(xué)探討，2012（11）.

[4]陳成波.2014年福建高考理科綜合物理試題評(píng)析[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2014（9）.