新高考催生物理習(xí)題情境新樣態(tài)

江蘇 范永梅

2020年初，教育部發(fā)布《中國高考評價體系》(以下簡稱高考評價體系)，結(jié)合未來人才培養(yǎng)與選拔、新課程方案和標(biāo)準(zhǔn)，圍繞高考的考查功能、內(nèi)容及要求，提出將情境和情境活動作為高考評價體系中“四層四翼”的重要考查載體?！镀胀ǜ咧姓n程方案(2017年版)》也指出：考試命題應(yīng)注重緊密聯(lián)系社會實(shí)際和學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)，強(qiáng)調(diào)綜合運(yùn)用知識分析、解決實(shí)際問題能力的考查，要有利于促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展。情境化評價的理念在新教材習(xí)題編寫、新高考試題中逐步得到體現(xiàn)，引領(lǐng)越來越多的教育工作者反思傳統(tǒng)習(xí)題教學(xué)中的問題，關(guān)注習(xí)題教學(xué)該有的新樣態(tài)，新價值。

一、原始問題情境：掌握物理圖景建構(gòu)真路徑

物理習(xí)題是物理教學(xué)評價的重要組成部分。我國著名物理學(xué)家趙凱華教授曾指出：“物理問題無處不在，但在我國的教學(xué)中，常常不是將最原始的問題交給學(xué)生來解決，而是將已經(jīng)理想化的問題交給學(xué)生，這些理想化的問題就是習(xí)題。做慣了物理習(xí)題的學(xué)生，在面對原始問題時往往束手無策?！比粘＝虒W(xué)中，教師常常將科學(xué)事實(shí)、生活現(xiàn)象經(jīng)過抽象、簡化、加工，人為設(shè)置一定條件后形成習(xí)題。這樣的習(xí)題情境，其真實(shí)性往往已被破壞，學(xué)生在解決這類物理習(xí)題時的認(rèn)知心理、思維方式、解決路徑與解決物理原始問題時已相去甚遠(yuǎn)，從而導(dǎo)致學(xué)生在遇到實(shí)際問題時，往往無從下手。

根據(jù)高考評價體系和《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》(以下簡稱新課標(biāo))的要求，在習(xí)題設(shè)計(jì)中應(yīng)該重視貼近生產(chǎn)、生活和學(xué)生體驗(yàn)的原始問題，使學(xué)生通過對原始問題的物理建模，形成物理觀念，掌握物理規(guī)律，學(xué)會用物理視角關(guān)注生活。比如在學(xué)習(xí)“動量定理”時，筆者以一則新聞報(bào)道作為原始問題情境展現(xiàn)給學(xué)生：2011年6月西安市曾有報(bào)道，一名4歲兒童從5樓窗外不慎墜落，被一名見義勇為的出租車司機(jī)成功接住，但司機(jī)因巨大沖擊力致手臂和腰椎受到創(chuàng)傷。請學(xué)生從這個問題中估算出租車司機(jī)的受到的沖擊力有多大？面對這一真實(shí)的原始問題，學(xué)生需要完成以下物理建構(gòu)：

1.問題情境建模：原始問題中往往有很多影響因素，在面對原始問題時首先需要學(xué)生分析和建構(gòu)物理模型，這是解決原始問題的第一步。在本問題中，要引導(dǎo)學(xué)生比較兒童的身高與下落的高度，分析兒童下落過程阻力的影響，讓學(xué)生感知是否可以將兒童理想化為一質(zhì)點(diǎn)模型，將兒童從高空下落的過程理想化為自由落體運(yùn)動過程。

2.估算物理量：本問題中除了提到“5層樓”外，未直接給定任何其他的物理量，這就需要學(xué)生依據(jù)生活體驗(yàn)，設(shè)定解決問題的具體物理量。如兒童質(zhì)量約15 kg、每層樓約3 m，窗臺離地約1 m，兒童與司機(jī)接觸點(diǎn)離地高度約1 m，從而估算出兒童下落總高度約12 m。堅(jiān)持以原始問題作為習(xí)題的真實(shí)情境，定會引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會觀察生活、觀察自然。

3.選用合適規(guī)律：在建模和設(shè)定物理量之后，要引導(dǎo)學(xué)生針對問題選擇合適的物理規(guī)律。學(xué)生基本都能快速依據(jù)自由落體規(guī)律估算兒童與司機(jī)接觸時速度大約為15.5 m/s；假設(shè)兒童與司機(jī)的相互作用時間為0.1 s，依據(jù)動量定理求出兒童與司機(jī)接觸時的沖擊力大約為2 325 N。

4.回歸生活體驗(yàn)：為了讓學(xué)生能感知這個沖擊力到底有多大，筆者在此基礎(chǔ)上，延伸兩個思考問題：

思考一：以你的體重，請計(jì)算這個沖擊力大約是幾個你同時壓在司機(jī)手臂上？

思考二：經(jīng)常聽到高空墜物傷人的報(bào)道，請你用同樣的方法估算一下一個蘋果從20樓落到地面，能給行人的沖擊力有多大？以此對周圍的人進(jìn)行一次禁止高空拋物的安全宣傳。

以上兩個延伸的思考問題，可以進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生從物理視角審視問題、尊重科學(xué)、敬畏規(guī)則，同時將課程思政通過生活中原始問題的解決自然落實(shí)于物理教學(xué)中。

高中物理各種版本新教材較老教材更加注重原始問題的呈現(xiàn)。以人教版新教材為例，以原始問題為情境的習(xí)題出現(xiàn)在“問題”“思考與討論”“練習(xí)與應(yīng)用”“復(fù)習(xí)與提高”等多個欄目中。僅以必修第一冊第一章“運(yùn)動的描述”為例，出現(xiàn)了“香蕉球”、被球拍拍出的乒乓球、飛行的“殲-20”隱形戰(zhàn)斗機(jī)、鐘表時針轉(zhuǎn)動、太陽東升西落、出租汽車的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)、田徑運(yùn)動場跑道等20多個來自原始問題的真實(shí)習(xí)題情境，這無疑為今后的習(xí)題教學(xué)指引了新的方向。問題來源于生活，基于原始問題的習(xí)題情境將發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的過程還給學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會從物理學(xué)視角認(rèn)識自然，理解自然，幫助學(xué)生學(xué)會用科學(xué)的方法建構(gòu)關(guān)于自然界的物理圖景。

二、多樣化應(yīng)用情境：促進(jìn)概念規(guī)律真理解

教師們常常遇到學(xué)生反映，在講解習(xí)題時都能聽懂，但換個應(yīng)用情境，就又不會了。出現(xiàn)這種情況的根本原因是很多學(xué)生只是記住了某些概念、規(guī)律，而沒有真正理解。唯有將相關(guān)物理知識在具體的物理情境中加以應(yīng)用，才能實(shí)現(xiàn)知識的內(nèi)化和深化。從這個角度看，物理習(xí)題的應(yīng)用情境應(yīng)該充分考慮深刻性、創(chuàng)新性和開放性，促進(jìn)學(xué)生深度思維，培養(yǎng)學(xué)生在問題探究中真正理解知識的能力。

比如在學(xué)習(xí)了“拋體的運(yùn)動規(guī)律”之后，結(jié)合人教版新教材必修第二冊相關(guān)內(nèi)容，筆者創(chuàng)設(shè)了以下應(yīng)用情境：

1.依據(jù)自己的身高和跳起的投籃點(diǎn)、投籃速度等，假如要使籃球與水平面成45°傾角準(zhǔn)確落入籃筐，計(jì)算籃球投出的大概角度。學(xué)生通過計(jì)算，不僅加深了對拋體運(yùn)動規(guī)律的理解，更能明白投籃角度過大和過小都會影響投籃命中率。

2.生活中的“套圈”游戲，大家都直立在界外位置，看誰能準(zhǔn)確套中前方玩偶。學(xué)生為獲得喜歡的禮物，自覺利用平拋規(guī)律估算自己的距離和拋出速度。

3.排球比賽發(fā)球有時不過網(wǎng)，有時又會出界，依據(jù)自己的身高和發(fā)球大約的角度，計(jì)算發(fā)球速度多大時，可以確保排球既能過網(wǎng)又不出界。

4.環(huán)保人員發(fā)現(xiàn)離地面一定高度有個水平管道正在排污，如果他身上只有一把卷尺，需要測量哪些數(shù)據(jù)才能大致估測該管道的排污量。

5.利用遙控飛機(jī)模擬“投彈”。依據(jù)遙控飛機(jī)高度和飛行速度，要準(zhǔn)確投中目標(biāo)，需要學(xué)生在反復(fù)嘗試中，運(yùn)用平拋運(yùn)動規(guī)律。

通過以上多樣的應(yīng)用情境中，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用拋體運(yùn)動規(guī)律，理解物理來源于生活，又運(yùn)用于生活，從而激發(fā)學(xué)生對于科學(xué)探究的興趣。

新高考越來越注重通過解決實(shí)際問題來考查學(xué)生知識的理解和應(yīng)用，應(yīng)用情境也不再局限于學(xué)生熟悉的場景，涉及設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、軍事、科技等多領(lǐng)域。如江蘇省2021年新高考適應(yīng)性考試第13題：

電流表改裝成歐姆表的電路如圖所示，兩表筆直接相連時，指針指在表盤刻度“5”上，兩表筆之間接有600 Ω的電阻時，指針指在刻度“1”上。求刻度“3”應(yīng)標(biāo)注的電阻值R。

此題學(xué)生的得分率比預(yù)想的低很多。究其原因，在日常歐姆表相關(guān)習(xí)題中，教師和學(xué)生普遍將重點(diǎn)放在歐姆表讀數(shù)、使用方面，對其構(gòu)造、原理關(guān)注不多，而實(shí)際上，歐姆表表盤的標(biāo)注正好可以作為檢驗(yàn)學(xué)生對“閉合電路歐姆定律”是否真理解、是否可以在實(shí)際情境中應(yīng)用的實(shí)例。

理解是應(yīng)用的前提，我們在日常習(xí)題教學(xué)和考試評價中，要改變“重結(jié)果輕過程”“重識記輕理解”等傳統(tǒng)做法，從培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的視角，將概念、規(guī)律的理解放置于豐富多樣的情境中，使學(xué)生通過應(yīng)用型習(xí)題的解決過程，提升科學(xué)思維、探究能力和實(shí)踐意識，從而實(shí)現(xiàn)對物理概念、規(guī)律更為深刻的理解，真正實(shí)現(xiàn)“學(xué)以致用”。

三、跨學(xué)科任務(wù)情境：實(shí)現(xiàn)知識方法真融合

雖然學(xué)生在學(xué)校里的學(xué)習(xí)大多數(shù)時候依然是分學(xué)科進(jìn)行的，但當(dāng)今世界的各類問題越來越多的是彼此交融的。近年來跨學(xué)科教學(xué)也引起了越來越多教育專家的重視，研究性學(xué)習(xí)、項(xiàng)目化學(xué)習(xí)等在很多學(xué)校全面開展。新課標(biāo)也強(qiáng)調(diào)：高中物理學(xué)科應(yīng)順應(yīng)時代的要求，學(xué)科的設(shè)置也應(yīng)與時俱進(jìn)。

物理學(xué)是科學(xué)領(lǐng)域里一門重要的學(xué)科，其內(nèi)容與數(shù)學(xué)、化學(xué)、地理、信息技術(shù)甚至語文、哲學(xué)、歷史等均有密切聯(lián)系。創(chuàng)設(shè)跨學(xué)科的習(xí)題情境，不僅能引導(dǎo)學(xué)生重視不同學(xué)科知識的關(guān)聯(lián)度，更有利于形成學(xué)科大概念，真正實(shí)現(xiàn)學(xué)科內(nèi)和跨學(xué)科融合，培養(yǎng)學(xué)生在復(fù)雜情境下主動調(diào)動多學(xué)科知識解決問題的意識。

結(jié)合習(xí)題情境進(jìn)行適度拓展，實(shí)現(xiàn)多學(xué)科知識融合。在物理人教版新教材必修第三冊“導(dǎo)體的電阻”這節(jié)后面設(shè)計(jì)了這樣一道習(xí)題：人體含水量約為70%，水中有鈉離子、鉀離子等離子存在，因此容易導(dǎo)電，脂肪則不容易導(dǎo)電。某脂肪測量儀，其原理就是根據(jù)人體電阻大小來判斷人體脂肪所占比例。(1)肥胖的人與消瘦的人電阻不同的主要原因是什么？(2)激烈運(yùn)動之后、沐浴之后測量數(shù)據(jù)會不準(zhǔn)確，這可能是什么原因？在完成這個習(xí)題時，教師不僅可以從物理學(xué)的角度結(jié)合題意分析人體電阻，還可以進(jìn)行多學(xué)科拓展：從化學(xué)學(xué)科的角度分析離子導(dǎo)電問題；從體育學(xué)科角度談科學(xué)健身控制體重；從科技進(jìn)步的角度談傳感器(一個物理量轉(zhuǎn)換為另一個物理量的測量)、人工智能；從歷史和思政學(xué)科角度談科技推動人類社會進(jìn)步和發(fā)展，引導(dǎo)學(xué)生立大志樹大德；從安全的角度談人體導(dǎo)電和雷雨天氣避雷等等。

結(jié)合習(xí)題情境進(jìn)行任務(wù)深化，實(shí)現(xiàn)多學(xué)科方法融合。物理習(xí)題的解決方法亦可借鑒其他學(xué)科研究方法，以此幫助學(xué)生學(xué)會全面、綜合、靈活解決生活中的問題。在物理人教版新教材必修第三冊“能源與可持續(xù)發(fā)展”這節(jié)后面設(shè)計(jì)了這樣一道習(xí)題：三峽水力發(fā)電站是我國最大的水力發(fā)電站。三峽水庫蓄水后平均水位落差約100 m，用于發(fā)電的水流量約為1.0×104m3/s。如果通過水輪機(jī)以后水的動能忽略不計(jì)，水流減少的機(jī)械能有90%轉(zhuǎn)化為電能，g取10 m/s2。(1)按照以上數(shù)據(jù)估算，三峽發(fā)電站的發(fā)電功率最大是多少？(2)根據(jù)你對家庭生活用電的調(diào)查來估算，如果三峽電站全部用于城市生活用電，它可以滿足多少個百萬人口城市的生活用電？針對此習(xí)題，課前筆者進(jìn)行了任務(wù)深化，要求同學(xué)們在完成此習(xí)題前完成以下任務(wù)：(1)通過查閱資料和網(wǎng)絡(luò)搜索，了解我國水力發(fā)電的歷史，并延伸了解我們南通地區(qū)沿海風(fēng)力發(fā)電。(2)查閱自己家里常用家電銘牌，了解它們?nèi)粘：碾娗闆r。(3)在小區(qū)開展用電調(diào)查，了解城市家庭平均用電量情況。(4)設(shè)計(jì)一份安全用電和節(jié)約用電的倡議書，在假期社會實(shí)踐中進(jìn)行宣傳發(fā)放。(5)從能量轉(zhuǎn)化和清潔能源利用等角度，了解水力發(fā)電之外，還有哪些發(fā)電方式，比較優(yōu)劣。這樣的習(xí)題解決滲透了調(diào)查研究、資料(網(wǎng)絡(luò))查詢、宣傳設(shè)計(jì)等多學(xué)科學(xué)習(xí)方法，極大提升了學(xué)生運(yùn)用不同方法解決復(fù)雜現(xiàn)實(shí)問題的能力。

知識和方法沒有清晰的學(xué)科界限，跨學(xué)科習(xí)題情境的創(chuàng)設(shè)，能促使學(xué)生在學(xué)科交叉問題的解決中，實(shí)現(xiàn)不同學(xué)科知識的融合銜接，方法的融會貫通，使學(xué)生學(xué)會完整、全面認(rèn)識世界，解釋現(xiàn)象，培養(yǎng)更多面向未來的復(fù)合型、綜合型人才！

基于原始問題的習(xí)題情境、多樣化問題解決的習(xí)題呈現(xiàn)和多學(xué)科融合的習(xí)題創(chuàng)新，一定會帶來物理習(xí)題教學(xué)生動、多彩的新樣態(tài)。