例析高考試題對物理核心素養(yǎng)的考查
——以江蘇卷和北京卷兩道同型選擇題為例

朱柏樹

(東臺市教師發(fā)展中心,江蘇 鹽城 224200)

《普通高中物理課程標準(2017年版)》(以下簡稱《標準》)與2003年版相比,不僅凝練了高中物理核心素養(yǎng),而且增加了高中物理學業(yè)質(zhì)量標準和學業(yè)水平考試命題建議.學業(yè)質(zhì)量標準將高中物理學業(yè)質(zhì)量劃分為不同水平,描述了不同水平學習結(jié)果的具體表現(xiàn),并明確學生完成高中物理學習任務(wù)后,學科核心素養(yǎng)應(yīng)達到的水平,對高中物理學業(yè)水平考試提出建議,為階段性考試、學業(yè)水平考試和升學考試命題提供重要依據(jù).2018年是《標準》頒布后首次高考,從各地高考試題呈現(xiàn)的特點來看,命題者依據(jù)《標準》的規(guī)定和要求,積極探索創(chuàng)設(shè)類型多樣、具有一定復雜程度的真實情境作為試題的任務(wù)情境,力求從“物理觀念”“科學思維”“科學探究”和“科學態(tài)度與責任”4個維度來甄別學生高中物理的學業(yè)水平.本文選取2018年江蘇省和北京市高考試卷中兩道同類型選擇題,以《標準》中“學業(yè)質(zhì)量”和“命題建議”的相關(guān)內(nèi)容為依據(jù),根據(jù)高考對學生核心素養(yǎng)相關(guān)維度水平的要求,從試題情境和對學生物理核心素養(yǎng)考查兩個方面分析兩道試題的命題特點.

1 原題呈現(xiàn)

題目1.(2018年江蘇物理卷第3題)某彈射管每次彈出的小球速度相等.在沿光滑豎直軌道自由下落過程中,該彈射管保持水平,先后彈出兩只小球.忽略空氣阻力,兩只小球落到水平地面的

(A) 時刻相同,地點相同.

(B) 時刻相同,地點不同.

(C) 時刻不同,地點相同.

(D) 時刻不同,地點不同.

答案:(B).

題目2.(2018年北京理綜卷第20題)根據(jù)高中所學知識可知,做自由落體運動的小球,將落在正下方位置.但實際上,赤道上方200 m處無初速下落的小球?qū)⒙湓谡路轿恢闷珫|約6 cm處.這一現(xiàn)象可解釋為,除重力外,由于地球自轉(zhuǎn),下落過程小球還受到一個水平向東的“力”,該“力”與豎直方向的速度大小成正比.現(xiàn)將小球從赤道地面豎直上拋,考慮對稱性,上升過程該“力”水平向西,則小球

(A) 到最高點時,水平方向的加速度和速度均為0.

(B) 到最高點時,水平方向的加速度和速度均不為0.

(C) 落地點在拋出點東側(cè).

(D) 落地點在拋出點西側(cè).

答案:(D).

2 試題情境

情境化試題在考試中得到越來越廣泛的關(guān)注,一些國際性測評項目如PISA等,在其考試中主要使用此類試題.近年來,情境化試題在高考等選拔考試中得到重視和應(yīng)用.《標準》第6部分的“命題建議”中指出,要探索設(shè)計與現(xiàn)實相關(guān)的問題情境,加強對學生應(yīng)用物理知識綜合解決實際問題能力的考查,以區(qū)分學生物理核心素養(yǎng)的水平.[1]情境化試題能檢測學生知識運用和獨立思考的能力,達成對學生物理學科核心素養(yǎng)考查的考試目標,發(fā)揮區(qū)分學生物理核心素養(yǎng)水平的評價功能.

情境化試題由試題立意、背景材料和情境任務(wù)3個要素構(gòu)成.[2]題目1和題目2的試題立意、背景材料和情境任務(wù)3要素分析見表1.

表1 題目1和題目2的試題立意、背景材料和情境任務(wù)

試題立意.試題立意體現(xiàn)試題的考查目標,是試題設(shè)計的基本思想.《標準》第6部分的“命題建議”中指出,高考試題立意要明確,要清楚地指向核心素養(yǎng)某個或多個維度,盡量明確到對具體核心素養(yǎng)的測試.[1]題目1和題目2均主要考查物理學科核心素養(yǎng)中“物理觀念”“科學思維”兩個維度,其中,對“物理觀念”的考查是基礎(chǔ),對“科學思維”的考查是核心.在高中物理核心素養(yǎng)的4個維度中,對“物理觀念”的考查往往與對其他素養(yǎng)的考查相伴而生.

背景材料.背景材料是設(shè)計情境任務(wù)的基礎(chǔ),為考查學生運用知識的能力而建立起知識與生活實際的橋梁.背景材料的熟悉程度和復雜性是情境化試題兩種重要的指標,直接影響學生的知識的運用與遷移水平.《標準》第6部分的“命題建議”中指出,考試內(nèi)容的任務(wù)情境應(yīng)符合學生心理發(fā)展和認知規(guī)律,反映物理學科本質(zhì),密切聯(lián)系社會、科技和生活實際.[1]題目1和題目2的背景材料都是以落體運動為基礎(chǔ)的實踐性背景,涉及學生共有的學習經(jīng)驗,是不同學生群體所熟悉的背景,較好體現(xiàn)學生熟悉程度控制的合理性和公平性.題目1涉及兩個研究對象,它們做初速度不同的斜拋運動;題目2只涉及一個研究對象,但它有3段不同的運動階段,且題中提供新的信息——沿水平方向大小變化的“作用力”.相比較而言,題目2的陌生度和情境復雜度略大于題目1.

情境任務(wù).情境任務(wù)以試題立意為指導,設(shè)計特定的具體任務(wù),提供給學生一個待解決的問題.情境任務(wù)緊扣考查目標,是背景材料和試題立意的銜接點,直接體現(xiàn)試題的立意.《標準》第6部分的“命題建議”中指出,試題設(shè)問的角度及方式要科學、可信、靈活,符合學生的認知特點和能力水平;選擇題要圍繞一個中心,選擇項要具有較強的干擾性.[1]題目1和2為單項選擇題,均圍繞拋體的運動過程這一中心設(shè)置情境任務(wù),考查曲線運動處理方法,問題指向?qū)W生熟知的運動時間、位置和加速度等基本力學量.題目1將判斷落地時刻和位置的兩個問題組合為4個選項,用組合選項的方式來增加試題的難度,各選項結(jié)構(gòu)、長度基本一致;題目2將對最高點運動狀態(tài)判斷和落點位置判斷的兩個問題分開,獨立成兩組選項,用單項選擇題以獨立選項的方式來降低試題的難度.

3 學業(yè)質(zhì)量

《標準》第5部分“學業(yè)質(zhì)量”中指出,高中物理學業(yè)質(zhì)量是依據(jù)物理學科核心素養(yǎng)的“物理觀念”“科學思維”“科學探究”“科學責任與態(tài)度”4個方面及其水平,根據(jù)問題情境的復雜程度、知識技能的結(jié)構(gòu)化程度、思維方式或價值觀念的綜合程度,將高中物理學業(yè)質(zhì)量劃分為5級水平,每一級水平皆包含物理學科核心素養(yǎng)的4個方面,主要表現(xiàn)為學生在不同復雜程度情境中運用重要概念、思維、方法和觀念等解決問題的關(guān)鍵特征.高中物理學業(yè)質(zhì)量5級水平是高中學業(yè)水平考試的重要依據(jù),其中學業(yè)質(zhì)量水平4是用于高等學校招生錄取的學業(yè)水平等級性考試的命題依據(jù).[1]

《標準》第6部分的“命題建議”中指出,要從物理核心素養(yǎng)、試題情境和知識內(nèi)容的要求等方面科學合理地設(shè)計試題;可根據(jù)物理學科核心素養(yǎng)的水平層次、試題情境的復雜性或新穎性、知識要求的深度或廣度等多方面來設(shè)計試題的難度,符合考試的目的要求.[1]

題目1和題目2主要考查高中物理核心素養(yǎng)中“物理觀念”“科學思維”兩個維度,下面依據(jù)《標準》中相關(guān)規(guī)定和要求,分別從這兩個維度對試題進行分析.

3.1 物理觀念

《標準》中“附錄1 物理學科核心素養(yǎng)的水平劃分”[1]的“物理觀念”水平劃分見表2,其中水平4是進入高等院校相關(guān)專業(yè)學習應(yīng)達到的水平要求.

表2 物理學科核心素養(yǎng)中“物理觀念”的水平劃分

《標準》第6部分的“命題建議”中指出,試題所涉及的知識內(nèi)容應(yīng)具有代表性,要根據(jù)考試目標,按照課程標準中的課程內(nèi)容要求,抽取具有代表性的核心物理概念、規(guī)律、思想和方法等內(nèi)容設(shè)計試題.[1]為落實表2水平4中“具有清晰的物理觀念,能從物理學的視角正確描述和解釋自然現(xiàn)象”和“能綜合應(yīng)用物理知識解決實際問題”的要求,題目1和題目2所考查概念、規(guī)律和方法的情況見表3.

表3 題目1和題目2對“物理觀念”水平4要求的落實情況

由表3可知,題目1和題目2幾乎涵蓋動力學中重要的概念、規(guī)律和常見的運動形式,所考查的知識內(nèi)容具有廣泛性,知識結(jié)構(gòu)化程度高.兩題均涉及加速度等5個物理量、牛頓運動定律等4個物理規(guī)律;涉及質(zhì)點等3種基本模型、等效等2種物理思想和運動合成與分解的物理方法;涉及勻速直線運動、勻變速直線運動等4種運動形式.解決問題以加速度和牛頓第二定律為核心知識,融合運動合成與分解的物理方法,體現(xiàn)物理建模和等效的物理思想,突出對高中物理核心主干知識和重要物理思想方法的考查.學生從“運動與相互作用”的視角解決兩題的認知過程,能完整地映射出力學中“運動與相互運動”的整體知識結(jié)構(gòu)與框架,顯現(xiàn)解決力學中這類實際問題的思路和方法.

3.2 科學思維

《標準》中“附錄1 物理學科核心素養(yǎng)的水平劃分”[1]的“科學思維”水平劃分見表4,其中水平4是進入高等院校相關(guān)專業(yè)學習應(yīng)達到的水平要求.

表4 物理學科核心素養(yǎng)中“科學思維”的水平劃分

題目1和題目2對“物理觀念”的考查是基礎(chǔ),對“科學思維”的考查才是試題考查的核心.在“科學思維”的4個要素中,兩題主要考查“模型建構(gòu)”和“科學推理”兩個要素.

3.2.1 模型建構(gòu)

上表水平4中“模型建構(gòu)”包含“研究對象”和“研究過程”兩個方面.題目1和2落實表4中“能將實際問題中的對象和過程換成物理模型”要求情況見表5.

表5 題目1和題目2對“模型建構(gòu)”要求的落實情況

在“研究對象”方面,學生將小球轉(zhuǎn)化為質(zhì)點并不困難,但兩題所述情境都不是學生“熟悉的問題情境”(表4中水平3對情境特性的描述),而是“實際問題中的對象”,符合表4中水平4對情境特性的描述.

在“運動過程”方面,題目1中小球做斜拋運動,題目2中小球做變加速曲線運動,都不是學生熟悉的平拋運動.學生要從小球運動的初始條件入手,以“物理觀念”相關(guān)概念、規(guī)律和方法為基礎(chǔ),經(jīng)歷“科學推理”過程,才能建立表5中小球在水平和豎直兩個方向分運動的運動模型.因此,題目1和題目2中指向“運動過程”的模型建構(gòu)包含對物理知識運用和推理能力兩方面的綜合考查.

3.2.2 科學推理

題目1和題目2中均確立“科學推理”為試題考查的核心.題目1“科學推理”過程思維導圖如圖1所示.

圖1 題目1推理過程的思維導圖

通過推理,由豎直方向推斷出兩小球同時落地,由水平方向推斷出先彈出的小球落點更遠.

題目1分析其中一只小球運動情況對學生不難,難在需要運用運動分解的方法,形成圖1所示層級清晰、思維嚴密的推理過程,并分別從豎直和水平兩個方向判斷小球的運動時間和落點位置.推理過程環(huán)環(huán)相扣、層次分明,學生需具備良好的邏輯思維能力和分析推理能力.

題目2中,小球的運動過程分為上升和下降兩個階段.上升階段,小球在豎直方向受重力作用,做勻減速直線運動;水平方向受大小逐漸減小、方向向西的作用力,向西做加速度逐漸減小的變加速運動.到最高點時,小球豎直方向速度為0,加速度為g;水平方向速度最大,加速度為0.下降階段,小球在豎直方向受重力作用,做自由落體運動;水平方向受大小逐漸增大、方向向東的作用力,向西做加速度逐漸增大的變加速運動.上升和下降階段推理過程的思維導圖與圖1大同小異,在此不作重復.其中,下降階段,小球水平方向的運動情況分析(小球是一直向西做減速運動,還是先向西減速再向東加速)是解決問題的關(guān)鍵,也是最終判定小球落定位置的依據(jù).要解決這個問題,就要比較上升和下降兩階段小球在水平方向運動情況,而分析對比水平方向的變加速運動是個難點,需要利用對稱思想對比分析上升和下降兩階段小球水平方向運動,其推理過程思維導圖如圖2所示.

圖2 題目2比較上升和下降階段水平方向運動的思維導圖

通過推理得出落地時小球水平方向速度恰好減為0,則上升和下降過程中小球在水平方向一直向西運動,小球的落點在拋出點西側(cè).

4 結(jié)束語

高考創(chuàng)設(shè)類型多樣、具有一定復雜程度的真實情境作為試題的任務(wù)情境,試題立意明確指向物理學科核心素養(yǎng),關(guān)注學生對物理學科具體內(nèi)容的掌握情況以及學生物理學科核心素養(yǎng)的不同表現(xiàn),關(guān)注物理學科核心素養(yǎng)各維度的不同特征及要求,關(guān)注物理學科核心素養(yǎng)的整體性與綜合性,就能通過學生應(yīng)對復雜現(xiàn)實情境時的表現(xiàn),衡量學生將情境與知識相聯(lián)系解決實際問題的能力,落實對物理學科核心素養(yǎng)的考查,區(qū)分學生物理學科核心素養(yǎng)各維度的水平,達成檢測學生物理學科核心素養(yǎng)的考試目標.