新高考背景下物理學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的教學(xué)策略

車慧清 施生晶

摘? ?要：在新頒布的《中國高考評(píng)價(jià)體系》背景下，通過分析新高考物理試題的考查內(nèi)容和考查要求，對(duì)標(biāo)蘊(yùn)含的物理學(xué)科核心素養(yǎng)，得到教學(xué)啟示，助力于高考備戰(zhàn)。

關(guān)鍵詞：中國高考評(píng)價(jià)體系;核心素養(yǎng);教學(xué)策略

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》（2017年版2020年修訂）提出的物理學(xué)科核心素養(yǎng)包括：物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度和責(zé)任四個(gè)方面[ 1 ]。2020年高考全國物理試題全面對(duì)標(biāo)《中國高考評(píng)價(jià)體系》，注重物理學(xué)科核心素養(yǎng)的考查。本文基于高考試題分析，挖掘其所蘊(yùn)含的核心素養(yǎng)，并提出針對(duì)性的教學(xué)策略，為高考備考提供參考。

1? 2020年全國1卷物理壓軸題的命題思路和解題方法賞析

1.1? 原題再現(xiàn)

【原題】 在一柱形區(qū)域內(nèi)有勻強(qiáng)電場(chǎng)，柱的橫截面積是以為圓心，半徑為R的圓，AB為圓的直徑，如圖1所示。質(zhì)量為m，電荷量為q（q>0）的帶電粒子在紙面內(nèi)自A點(diǎn)先后以不同的速度進(jìn)入電場(chǎng)，速度方向與電場(chǎng)的方向垂直。

知?jiǎng)傔M(jìn)入電場(chǎng)時(shí)速度為零的粒子，自圓周上的C點(diǎn)以速率v0穿出電場(chǎng)，AC與AB的夾角θ=60°。運(yùn)動(dòng)中粒子僅受電場(chǎng)力作用。

（1）求電場(chǎng)強(qiáng)度的大小;

（2）為使粒子穿過電場(chǎng)后的動(dòng)能增量最大，該粒子進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)的速度應(yīng)為多大？

（3）為使粒子穿過電場(chǎng)前后動(dòng)量變化量的大小為mv0，該粒子進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)的速度應(yīng)為多大？[ 2 ]

1.2? 命題意圖分析

“中國高考評(píng)價(jià)體系”提出的“一核? 四層? 四翼”明確回答了高考“為什么考”“考什么”“怎么考”這三個(gè)重要命題[ 2 ]。本題緊扣評(píng)價(jià)體系，不僅考查學(xué)生對(duì)物理學(xué)科必備知識(shí)的掌握程度，進(jìn)一步考查了學(xué)生學(xué)會(huì)分析問題、處理問題的關(guān)鍵能力和核心素養(yǎng)。作為一道單體多過程的綜合性計(jì)算題，較往年物理學(xué)科的壓軸題難度適中。帶電粒子在靜電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)為載體，考查的必備知識(shí)是點(diǎn)電荷在靜電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)、類平拋運(yùn)動(dòng)、動(dòng)能定理和動(dòng)量定理等;考查學(xué)生對(duì)已掌握理論知識(shí)，學(xué)會(huì)融會(huì)貫通的知識(shí)遷移能力;進(jìn)一步考查學(xué)生用運(yùn)動(dòng)學(xué)中類平拋運(yùn)動(dòng)，通過分析研究帶電粒子的靜電場(chǎng)運(yùn)動(dòng)問題物理模型進(jìn)行建構(gòu)，并進(jìn)行相互推理論證的科學(xué)思維。

基于上述考查目標(biāo)，題目設(shè)置了有界電場(chǎng)為約束條件，探究帶電粒子在靜電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，動(dòng)能變化和動(dòng)量變化規(guī)律。首先需要學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)，結(jié)合題設(shè)條件先確定物理模型中的幾何關(guān)系，再通過分析推理，得到帶電粒子在初速度與所受唯一力垂直的前提下，參考類平拋運(yùn)動(dòng)模型進(jìn)行解題。

1.3? 兩種不同解題思路賞析

通過上述對(duì)于本題考查內(nèi)容和命題意圖的分析，已經(jīng)明確了本題所涉及的主要知識(shí)點(diǎn)和解題思路，以下采用“審題—建構(gòu)—求解—檢驗(yàn)”四個(gè)解題環(huán)節(jié)對(duì)兩種解題思路分別進(jìn)行比較分析，如圖3所示。

按照?qǐng)D3給出的解題思路和相關(guān)物理模型構(gòu)建出發(fā)，統(tǒng)籌分析題目涉及到的物理量、運(yùn)動(dòng)過程和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，分別從動(dòng)能定理和動(dòng)量定理原型的基礎(chǔ)物理模型和等效重力場(chǎng)的綜合性物理模型這兩個(gè)方面出發(fā)，進(jìn)行解題。

第1問考查靜電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度E大小，學(xué)生只要對(duì)題目給出的物理模型分析，結(jié)合動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)的基本知識(shí)便可以迎刃而解。第2問考查力對(duì)空間的積累效應(yīng)，求使粒子穿過電場(chǎng)后的動(dòng)能增量最大所對(duì)應(yīng)的初速度，解法一：可以從功能原理入手，根據(jù)動(dòng)能定理，要使動(dòng)能增量最大，則電場(chǎng)力做功要最大，那么在有界條件下，結(jié)合幾何關(guān)系可以容易得到最大位移應(yīng)該在圖2所示的D點(diǎn)位置;解法二：可以從等效重力場(chǎng)模型的類平拋運(yùn)動(dòng)入手，尋找等效最低點(diǎn)進(jìn)行解題。第3問考查力對(duì)時(shí)間的積累效應(yīng)，求穿過電場(chǎng)前后動(dòng)量變化量的大小為mv0的初速度，要求學(xué)生在知識(shí)脈絡(luò)中要推理動(dòng)量改變量等于該時(shí)間內(nèi)電場(chǎng)力產(chǎn)生的沖量，且已知條件給出了當(dāng)初速度為0時(shí)C點(diǎn)出射的粒子動(dòng)量變化為mv0，那么只要在有限條件下尋找與C點(diǎn)出射時(shí)間相等的點(diǎn)即可，根據(jù)動(dòng)量定理或者等效重力場(chǎng)模型，都容易得到該點(diǎn)為圖2中的B點(diǎn)。

以上第2問和第3問中的兩種解題方法，雖然最終都是采用類平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行求解，但是兩種方法的推理分析，科學(xué)思維截然不同。第一種方法從動(dòng)能定理和動(dòng)量定理原型出發(fā)，結(jié)合受力情況和幾何關(guān)系綜合分析得到出射點(diǎn)的位置;第二種方法從構(gòu)建等效重力場(chǎng)的綜合性物理模型進(jìn)行考慮，可以更清晰易懂地得到出射點(diǎn)位置。

2? 基于試題賞析，對(duì)標(biāo)核心素養(yǎng)

2.1? 物理觀念

試題以帶電粒子在圓形有界勻強(qiáng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)為載體，考查學(xué)生對(duì)位移、速度、加速度、點(diǎn)電荷、電場(chǎng)強(qiáng)度、靜電場(chǎng)力等物理概念的掌握;突出考查了學(xué)生對(duì)勻（變）速直線運(yùn)動(dòng)、牛頓第二定律、類平拋運(yùn)動(dòng)、動(dòng)能定理和動(dòng)量定理等物體運(yùn)動(dòng)觀念的理解;靈活考查了學(xué)生熟練運(yùn)用牛頓第二定律和類平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律，分析解決具體問題的能力。試題立足于運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、功能關(guān)系和靜電場(chǎng)中傳統(tǒng)的物理概念和物理規(guī)律，采用難度遞進(jìn)式的設(shè)問形式層層推進(jìn)，很好地考查了學(xué)生對(duì)考綱要求的重點(diǎn)物理概念。

2.2? ?科學(xué)思維

新課標(biāo)學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中科學(xué)思維水平要求：“能將實(shí)際問題中的對(duì)象和過程轉(zhuǎn)換成所學(xué)的物理模型，能對(duì)綜合性物理問題進(jìn)行分析和推理” [ 3 ]?；谇笆鰧?duì)試題的兩種解題思路分析可知，學(xué)生不僅可以從熟悉的動(dòng)能定理和動(dòng)量定理兩個(gè)物理模型出發(fā)進(jìn)行解題，也可以通過構(gòu)建等效重力場(chǎng)這個(gè)綜合性物理模型進(jìn)行思考分析。第一種解題思路要求學(xué)生深入理解力對(duì)空間和時(shí)間的積累效應(yīng)與運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律之間相互聯(lián)系，屬于一般性科學(xué)思維解題模式。而第二種解題思維要求學(xué)生能將實(shí)際簡單物理模型進(jìn)行綜合分析，構(gòu)建適合實(shí)際題意的綜合性物理模型，本題中的等效重力場(chǎng)的構(gòu)建，考查了學(xué)生科學(xué)思維的評(píng)價(jià)要求。

2.3? 科學(xué)探究

與科學(xué)思維不同，科學(xué)探究更側(cè)重考查學(xué)生的邏輯思維和證據(jù)推理能力。如前述圖3給出的基于問題和已知條件再進(jìn)行推理論證便是一種科學(xué)探究形式。科學(xué)探究一般遵循“問題→證據(jù)→解釋→交流”的規(guī)律。以本題中第2問的解題思路為例，學(xué)生在解題中可以進(jìn)行如下探究過程：問題（ΔE最大對(duì)應(yīng)的v1？）證據(jù)（根據(jù)動(dòng)能定理，要使ΔE最大，則這個(gè)過程做功最多，轉(zhuǎn)化為尋找沿作用力方向的最大位移）→解釋（用等勢(shì)面或者等效重力場(chǎng)結(jié)合幾何知識(shí)推理）→交流（將推理得到的出射點(diǎn)與題設(shè)條件交流驗(yàn)證其正確性）。其他兩個(gè)問題同樣可以遵從這個(gè)科學(xué)探究規(guī)律進(jìn)行。

2.4? 科學(xué)態(tài)度和責(zé)任

作為物理學(xué)科的壓軸題，本題的難度不管是和往年試題縱向比較還是與同年理綜Ⅱ、Ⅲ卷壓軸題橫向比較，難度都比較適中，評(píng)價(jià)等級(jí)和區(qū)分度都為學(xué)生所接受。此外，該試題沒有在純知識(shí)記憶上深究，也沒有冗長繁瑣的文字表述，而是根據(jù)物理核心素養(yǎng)的具體要素合理設(shè)問，這樣可以使學(xué)生從考試中體驗(yàn)到利用已學(xué)知識(shí)分析解決問題的成就感，享受高中物理學(xué)習(xí)成功的愉悅，從而提高學(xué)習(xí)物理的興趣。畢竟高考并不意味著學(xué)習(xí)物理的終點(diǎn)，對(duì)于立志未來從事物理科學(xué)研究的考生而言，高考物理意味著新的學(xué)習(xí)征程的起點(diǎn)。本試題無疑對(duì)培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、形成嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度很有促進(jìn)作用。

3? 教學(xué)策略

從2020高考全國卷物理壓軸題解題賞析可以窺見高考綜合改革的方向，我們可以深刻感受到新高考越來越注重物理學(xué)科核心素養(yǎng)，注重學(xué)生知識(shí)的積累、能力的提升和核心素養(yǎng)達(dá)成。高考物理源自教材，又高于教材，綜合考核學(xué)生的綜合學(xué)習(xí)能力、科學(xué)探究能力和創(chuàng)新思維能力。對(duì)標(biāo)試題所蘊(yùn)含的核心素養(yǎng)元素，啟示我們?cè)诟呖嘉锢韨淇嫉慕虒W(xué)中注重以下四個(gè)方面。

3.1? 立足基礎(chǔ)知識(shí)和基本規(guī)律，扎實(shí)物理觀念的理解和應(yīng)用

高考試題一般取材于教材，所以教學(xué)要回歸課本，夯實(shí)基礎(chǔ)，加強(qiáng)基礎(chǔ)知識(shí)、基本概念和一般物理規(guī)律的理解和交流。教學(xué)中注重學(xué)生學(xué)習(xí)過程中因“元認(rèn)知”模糊不清導(dǎo)致物理概念模糊混淆，要讓學(xué)生從基礎(chǔ)物理概念和規(guī)律開始，附以合理教學(xué)情境，提升和鞏固學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)物理概念和規(guī)律的理解，形成扎實(shí)的物理觀念。

3.2? 注重物理模型的構(gòu)建，強(qiáng)化科學(xué)思維的形成

科學(xué)思維是基于經(jīng)驗(yàn)事實(shí)建構(gòu)物理模型的抽象過程，是推理論證、綜合分析的具體體現(xiàn)形式。因此，在教學(xué)過程中，教師要關(guān)注教材中重點(diǎn)的知識(shí)內(nèi)容和基礎(chǔ)物理模型，比如平拋運(yùn)動(dòng)、斜拋運(yùn)動(dòng)和圓周運(yùn)動(dòng)等基礎(chǔ)模型，在此基礎(chǔ)上，提煉和總結(jié)適合題設(shè)情境的綜合性物理模型，比如本題中的類平拋運(yùn)動(dòng)和等效重力場(chǎng)模型，在日常教學(xué)過程中注重學(xué)生模型建構(gòu)能力的培養(yǎng)。

3.3? 培養(yǎng)知識(shí)遷移的能力，拓展科學(xué)探究的潛能

本題考核知識(shí)點(diǎn)跨越運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、功能原理、靜電場(chǎng)，并不是單一的局限在某一個(gè)章節(jié)或單一概念。因此要求教師要注重高中物理知識(shí)框架的整體性教學(xué)，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中找尋相關(guān)物理知識(shí)之間的關(guān)聯(lián)性，有意識(shí)培養(yǎng)學(xué)生知識(shí)遷移的能力。此外，在教學(xué)過程中，尤其是物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過程中形成學(xué)生為主體，教師評(píng)價(jià)和總結(jié)的教學(xué)模式，讓學(xué)生自主探究物理規(guī)律并且從中體驗(yàn)到探究的樂趣，激發(fā)學(xué)生科學(xué)探究的潛能。

3.4? 鼓勵(lì)探索和科技前沿創(chuàng)新，促進(jìn)科學(xué)態(tài)度和責(zé)任的養(yǎng)成

高考物理試題的解題本身就是一項(xiàng)遇到問題、分析問題和解決問題的系統(tǒng)性工作。物理來源于生活又高于生活，興趣是最好的老師，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣可以起到事半功倍的作用。因此，教師在教學(xué)中不要停留在教材中單純知識(shí)點(diǎn)的傳授，更要聯(lián)系生活生產(chǎn)實(shí)際，讓學(xué)生體驗(yàn)到科技力量造福人類巨大作用，注重培養(yǎng)學(xué)生熱愛科學(xué)、探索科學(xué)、攀登科學(xué)高峰的勇氣和自信心。

4? 結(jié)語

新高考評(píng)價(jià)體系明確了高考物理的備考方向，尤其在今年高考改革為“3+1+2”模式的新背景下，如何培養(yǎng)物理學(xué)科核心素養(yǎng)無疑是一個(gè)重大的挑戰(zhàn)。教師在教學(xué)中唯有牢牢抓住物理學(xué)科核心素養(yǎng)這條主線，做到以不變應(yīng)萬變，才能更好地備戰(zhàn)高考。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李先全. 深挖教材習(xí)題資源 助推思維能力遷移[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2017（3）：65-66.

[2] 施生晶，王玉輝. 踐行能力立意 體現(xiàn)學(xué)科素養(yǎng)—2020年高考全國理綜Ⅰ卷第25題賞析及啟示[J]. 理科考試研究，2020（10）：44-47.

[3] 黃恕伯.考查核心素養(yǎng)引導(dǎo)學(xué)科教學(xué)—議2020年高考理綜全國Ⅰ卷物理試題特點(diǎn)[J].基礎(chǔ)教育課程，2020（8）：73-76.