知微見(jiàn)著，物理教材中的高考

劉 洋

重慶市南坪中學(xué)校，重慶 400060

教材依據(jù)普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)編寫(xiě)，是學(xué)生最原始的學(xué)習(xí)資料，也是教師最根本的教學(xué)工具。作為高中學(xué)習(xí)過(guò)程中最重要的資源，教材呈現(xiàn)知識(shí)的形式、展示的情境素材、習(xí)題的考查方式、體現(xiàn)的育人理念都直接影響著教師在教學(xué)中對(duì)教材的理解和使用。從近年的高考題中可以明顯看出教材在高考中的地位，不少高考題的情境素材都能在教材中找到，包括教材課前“問(wèn)題”、正文、“課前漫步”、例題或習(xí)題等。這些趨勢(shì)在對(duì)知識(shí)內(nèi)容進(jìn)行考查的同時(shí)亦能有效引領(lǐng)教師在課堂教學(xué)中回歸教材、著力于深挖教材資源，以此為教學(xué)服務(wù)。

其中，情境化試題在考查形式上與高考評(píng)價(jià)體系的目標(biāo)相契合，遷移學(xué)生思維觀(guān)念由“解題”向“解決問(wèn)題”轉(zhuǎn)變，落實(shí)對(duì)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的考查［1］。依據(jù)試題與情境的“關(guān)聯(lián)度”，試題情境可劃分為3 類(lèi)。第一類(lèi)是情境分離型，情境材料與考查內(nèi)容輕度結(jié)合，該情境去掉與否對(duì)題目解題信息的提煉和獲取并無(wú)影響；第二類(lèi)是情境組合型，情境材料與考查內(nèi)容中度結(jié)合，情境材料包含著關(guān)鍵的解題信息；第三類(lèi)是情境融合型，情境材料與考查內(nèi)容高度結(jié)合，情境就是問(wèn)題，學(xué)生需要由該情境正向遷移構(gòu)建出物理模型，結(jié)合物理規(guī)律、數(shù)學(xué)知識(shí)綜合解題［2］。

高考試題的一個(gè)顯著特點(diǎn)是“新”，近年高考物理試題，知識(shí)立足于基礎(chǔ)，形式推陳出新，物理試題凸顯了物理主干知識(shí)、思想方法，同時(shí)注重五種關(guān)鍵能力的考查，體現(xiàn)新課程理念［3］。從重慶高考物理試題中可以看出，題目除了在情境上與教材極具關(guān)聯(lián)外，在考法設(shè)置上也與教材一脈相承，包括設(shè)問(wèn)上有梯度、思維上有深度、計(jì)算上有難度等特點(diǎn)。如圖1 所示，高考基于教材內(nèi)容進(jìn)行融合和創(chuàng)新，呈現(xiàn)出“移宮換羽、舊貌新顏”的特點(diǎn)，讓學(xué)生感到似熟非熟，即在“熟悉中考陌生，陌生中考熟悉”。試題在設(shè)置上著力考查學(xué)生在物理基本概念、基本規(guī)律上的理解和應(yīng)用，引導(dǎo)教學(xué)重視學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)，尤其是讓學(xué)生形成物理觀(guān)念，掌握基礎(chǔ)知識(shí)［4］。按照情境與考法在“新”上的不同體現(xiàn)，可以將試題分為三種類(lèi)別：“情境新穎，考法常規(guī)”“情境常規(guī)，考法新穎”“情境新穎，考法新穎”。它們各自具備不同的特點(diǎn)，并且在教材中也存在著這三種類(lèi)別的題目，下面對(duì)此進(jìn)行具體的分析說(shuō)明。

圖1 高考試題架構(gòu)

1 情境新穎，考法常規(guī)

高考試題在積極創(chuàng)新的同時(shí)又落腳于教材中的基本知識(shí)、方法、定理和定律。試題常以新穎的情境為載體，讓學(xué)生感到陌生，但在考法上又立足于考查學(xué)生熟悉的基礎(chǔ)內(nèi)容和方法。例如，2021 年重慶卷第3 題的眼動(dòng)儀情境考查電磁感應(yīng)定律和楞次定律；第4 題汽車(chē)安全氣囊系統(tǒng)的電容式加速度傳感器情境考查電容器內(nèi)容等。新穎的情境，常規(guī)的考法，猶如“新瓶裝舊酒”，看似陌生，實(shí)則熟悉。讓學(xué)生從情境中提煉出物理模型，依據(jù)基本的物理規(guī)律和物理方法解決問(wèn)題。這一類(lèi)試題是在陌生中考查熟悉、熟悉中考查熟練，以確保學(xué)生基礎(chǔ)扎實(shí)。

例1（2022 年重慶卷第5 題）2021 年中國(guó)全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置創(chuàng)造了新的紀(jì)錄。為粗略了解等離子體在托卡馬克環(huán)形真空室內(nèi)的運(yùn)動(dòng)狀況，某同學(xué)將一小段真空室內(nèi)的電場(chǎng)和磁場(chǎng)理想化為方向均水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)（圖2），電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。若某電荷量為q 的正離子在此電場(chǎng)和磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，其速度平行于磁場(chǎng)方向的分量大小為v1，垂直于磁場(chǎng)方向的分量大小為v2，不計(jì)離子重力，則（）

圖2 例1 示意圖

B.該離子受到的洛倫茲力大小為qv1B

C.v2與v1的比值不斷變大

D.該離子的加速度大小不變

本題以全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置為素材創(chuàng)設(shè)了一個(gè)科技前沿問(wèn)題情境。該情境讓學(xué)生感到非常新穎，題目涉及的知識(shí)內(nèi)容是帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，處理方法是運(yùn)動(dòng)的分解。學(xué)生通過(guò)受力分析得出粒子參與兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)：水平方向勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)和豎直方向勻速圓周運(yùn)動(dòng)，合成后是不等距螺旋線(xiàn)，由不同運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)和特點(diǎn)解決此問(wèn)題。題目主要考查學(xué)生的理解能力、模型建構(gòu)能力、推理論證能力。

例2（人教版高中物理必修第一冊(cè)105頁(yè)第4 題） 圖3 是采用動(dòng)力學(xué)方法測(cè)量空間站質(zhì)量的原理圖。若已知飛船質(zhì)量為3.0×103kg，其推進(jìn)器的平均推力F 為900 N，在飛船與空間站對(duì)接后，推進(jìn)器工作5 s 內(nèi)，測(cè)出飛船和空間站的速度變化是0.05 m／s，求空間站的質(zhì)量。

圖3 例2 示意圖

本題以動(dòng)力學(xué)方法測(cè)量空間站質(zhì)量為素材創(chuàng)設(shè)科技前沿問(wèn)題情境。該情境非常新穎，考查的是牛頓第二定律的基本應(yīng)用。學(xué)生需要從情境中建立物理模型、提煉關(guān)鍵信息，明確動(dòng)力學(xué)方法測(cè)量質(zhì)量的原理，結(jié)合物理規(guī)律解決問(wèn)題。此題主要考查學(xué)生的理解能力、模型建構(gòu)能力。

2 情境常規(guī)，考法新穎

高考試題常以貼近日常生活和學(xué)生常見(jiàn)的熟悉情境作為載體進(jìn)行考查。學(xué)生大多都對(duì)這類(lèi)情境不陌生，甚至是往常遇見(jiàn)過(guò)、看到過(guò)的問(wèn)題情境。此類(lèi)問(wèn)題在考查的方式上打破常規(guī)定式，變換角度進(jìn)行考查，看似熟悉，實(shí)則陌生，需要學(xué)生依據(jù)新的思維方式、新的方法去進(jìn)行處理。例如，2022 年重慶卷第7 題的單桿模型考查電磁感應(yīng)定律、閉合電路歐姆定律、圖像問(wèn)題；第10題的斜面模型考查功能關(guān)系、數(shù)學(xué)處理能力、圖像問(wèn)題。題目以常規(guī)的情境，新穎的考法，猶如“老壺裝新酒”，學(xué)生需通過(guò)情境提煉物理模型，依據(jù)掌握的物理規(guī)律，綜合運(yùn)用各種方法，調(diào)用多方面知識(shí)進(jìn)行問(wèn)題處理。在熟悉中考查陌生，陌生中考查熟練，需要學(xué)生具備綜合分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

例3（2021 年重慶卷第10 題）額定功率相同的甲、乙兩車(chē)在同一水平路面上從靜止啟動(dòng)，其發(fā)動(dòng)機(jī)的牽引力隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)如圖4 所示。兩車(chē)分別從t1和t3時(shí)刻開(kāi)始以額定功率行駛，從t2和t4時(shí)刻開(kāi)始牽引力均視為不變。若兩車(chē)行駛時(shí)所受的阻力大小與重力成正比，且比例系數(shù)相同，則（）

圖4 例3 示意圖

A.甲車(chē)的總重比乙車(chē)大

B.甲車(chē)比乙車(chē)先開(kāi)始運(yùn)動(dòng)

C.甲車(chē)在t1時(shí)刻和乙車(chē)在t3時(shí)刻的速率相同

D.甲車(chē)在t2時(shí)刻和乙車(chē)在t4時(shí)刻的速率相同

本題以甲、乙兩車(chē)啟動(dòng)為素材創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境。該情境是學(xué)生很熟悉的機(jī)車(chē)啟動(dòng)問(wèn)題，學(xué)生處理此類(lèi)問(wèn)題常使用兩個(gè)公式：P=Fv，a=，但本題僅依據(jù)這兩個(gè)公式并不能解決問(wèn)題。在本題的考查上，需要學(xué)生建立機(jī)車(chē)啟動(dòng)的過(guò)程模型，從F-t 圖像中獲取關(guān)鍵位置的狀態(tài)信息，找到該圖像特殊位置所對(duì)應(yīng)的機(jī)車(chē)狀態(tài)，由圖像轉(zhuǎn)化到機(jī)車(chē)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，并結(jié)合機(jī)車(chē)啟動(dòng)的特點(diǎn)進(jìn)行分析處理。題目主要考查學(xué)生的理解能力、推理論證能力和創(chuàng)新能力。

例4（人教版高中物理選擇性必修第一冊(cè)29頁(yè)第8 題）如圖5，質(zhì)量均為m 的木塊A和B，并排放在光滑水平面上，A 上固定一豎直輕桿，輕桿上端的O 點(diǎn)系一長(zhǎng)為l 的細(xì)線(xiàn)，細(xì)線(xiàn)另一端系一質(zhì)量為m0的球C。現(xiàn)將C 球拉起使細(xì)線(xiàn)水平伸直，并由靜止釋放C 球。求A，B 兩木塊分離時(shí)，A，B，C 的速度大小。

圖5 例4 示意圖

本題以A，B 木塊上懸掛小球C 為素材創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)探索問(wèn)題情境。該情境學(xué)生初看很熟悉，包含單擺、動(dòng)量守恒的知識(shí)內(nèi)容。但在分析過(guò)程中往往又會(huì)覺(jué)得陌生而感到棘手，這是由于本題在考法上比較新穎，要分析尋找A，B 分離時(shí)的臨界情況。該情境涉及多個(gè)運(yùn)動(dòng)，學(xué)生需要通過(guò)分析進(jìn)行運(yùn)動(dòng)過(guò)程的劃分，C 從右向下擺動(dòng)過(guò)程，AB 作為整體向右運(yùn)動(dòng)；C 從最下方向左擺動(dòng)過(guò)程，AB 開(kāi)始分離。結(jié)合不同過(guò)程中水平方向動(dòng)量守恒方能解決該問(wèn)題。題目主要考查學(xué)生的理解能力、推理論證能力和創(chuàng)新能力。

3 情境新穎，考法新穎

高考評(píng)價(jià)體系提出以“真情境”考查“真素養(yǎng)”，在考查基礎(chǔ)知識(shí)和基本規(guī)律的同時(shí)還注重考查思辨能力和創(chuàng)新能力。高考試題中常出現(xiàn)以新穎情境為載體的問(wèn)題，同時(shí)在考法上也別出心裁、獨(dú)具一格。這類(lèi)“雙新”問(wèn)題需要學(xué)生從情境中構(gòu)建物理模型，在運(yùn)用物理規(guī)律和物理方法的過(guò)程中要打破定式思維進(jìn)行獨(dú)立思考和判斷，要求學(xué)生學(xué)以致用，具有多角度、開(kāi)放式思考問(wèn)題的能力。例如，2021 年重慶卷第14 題的電學(xué)實(shí)驗(yàn)考查數(shù)學(xué)處理能力、圖像處理能力；2022 年重慶卷第16 題（2）問(wèn)的光學(xué)題考查幾何關(guān)系、全反射。新穎的情境和考法猶如“新壺裝新酒”，在陌生中考查熟悉，陌生中考查熟練，要求學(xué)生具備發(fā)散思維，從問(wèn)題情境中構(gòu)建物理模型，創(chuàng)新性地運(yùn)用知識(shí)進(jìn)行問(wèn)題處理。

例5（2022 年重慶卷第14 題）小明設(shè)計(jì)了一個(gè)青蛙捉飛蟲(chóng)的游戲，游戲中蛙和蟲(chóng)都在xOy豎直平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)。蟲(chóng)可以從水平x 軸上任意位置處由靜止開(kāi)始做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，每次運(yùn)動(dòng)的加速度大小恒為g（g 為重力加速度），方向均與x軸負(fù)方向成37°斜向上（x 軸向右為正）。蛙位于y軸上M 點(diǎn)處，OM＝H，能以不同速率向右或向左水平跳出，蛙運(yùn)動(dòng)過(guò)程中僅受重力作用。蛙和蟲(chóng)均視為質(zhì)點(diǎn)，取

（1）若蟲(chóng)飛出一段時(shí)間后，蛙以其最大跳出速率向右水平跳出，在的高度撲往蟲(chóng)時(shí)，蛙與蟲(chóng)的水平位移大小之比為，求蛙的最大跳出速率。

（2）若蛙跳出的速率不大于（1）問(wèn)中的最大跳出速率，蛙跳出時(shí)刻不早于蟲(chóng)飛出時(shí)刻，蟲(chóng)能被捉住，求蟲(chóng)在x 軸上飛出的位置范圍。

（3）若蟲(chóng)從某位置飛出后，蛙可選擇在某時(shí)刻以某速率跳出，捉住蟲(chóng)時(shí)蛙與蟲(chóng)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間之比為；蛙也可選擇在另一時(shí)刻以同一速率跳出，捉住蟲(chóng)時(shí)蛙與蟲(chóng)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間之比為求滿(mǎn)足上述條件的蟲(chóng)飛出的所有可能位置及蛙對(duì)應(yīng)的跳出速率。

本題以青蛙捉蟲(chóng)為素材創(chuàng)設(shè)生產(chǎn)生活問(wèn)題情境，考查的內(nèi)容是平拋運(yùn)動(dòng)和勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的組合，但組合方式極具創(chuàng)新，不是簡(jiǎn)單地前后銜接兩種運(yùn)動(dòng)，而是讓它們有機(jī)結(jié)合在一起［5］。題目的情境和考法都非常新穎，情境中有關(guān)解題信息的呈現(xiàn)方式非常分散，既有位置上的幾何關(guān)系，又有運(yùn)動(dòng)上的狀態(tài)描述，還有位移和時(shí)間的比例關(guān)系。大量的信息導(dǎo)致求解此題時(shí)沒(méi)有特別明確的切入點(diǎn)，必須根據(jù)題目綜合分析才能得到解題思路，極具靈活性，主要考查學(xué)生的理解能力、推理論證能力、模型建構(gòu)能力和創(chuàng)新能力。

例6（人教版高中物理必修第二冊(cè)100頁(yè)第3題）某地有一風(fēng)力發(fā)電機(jī)（圖6），它的葉片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可形成半徑為20 m 的圓面。某時(shí)間內(nèi)該地區(qū)的風(fēng)速是6.0 m／s，風(fēng)向恰好跟葉片轉(zhuǎn)動(dòng)的圓面垂直，已知空氣的密度為1.2 kg／m3，假如這個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)能將此圓內(nèi)10%的空氣動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能。

圖6 例6 示意圖

（1）求單位時(shí)間內(nèi)沖擊風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片圓面的氣流的體積。

（2）求單位時(shí)間內(nèi)沖擊風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片圓面的氣流的動(dòng)能。

（3）求此風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電的功率。

本題以風(fēng)力發(fā)電機(jī)為素材創(chuàng)設(shè)生產(chǎn)生活問(wèn)題情境，情境較為新穎，考查的內(nèi)容涉及動(dòng)能、功率，考查的方式也極具創(chuàng)新，需要進(jìn)行流體建模，以極短時(shí)間內(nèi)的風(fēng)為研究對(duì)象進(jìn)行分析。情境中有關(guān)解題的信息呈現(xiàn)得較為分散，包含半徑、風(fēng)速、空氣密度、效率，眾多的信息易使得學(xué)生求解此題時(shí)感到雜亂無(wú)章，必須根據(jù)題目信息進(jìn)行綜合思考才能理清思路，主要考查學(xué)生的理解能力、模型建構(gòu)能力和創(chuàng)新能力。

4 結(jié) 語(yǔ)

教材是物理課程的核心資源，是教師教學(xué)的根本依據(jù)，為我們理解物理、把控學(xué)情、優(yōu)化教學(xué)提供強(qiáng)有力的支持，同時(shí)也是備戰(zhàn)高考的利刃武器。根據(jù)高考評(píng)價(jià)體系“四翼”要求，高考命題注重知識(shí)基礎(chǔ)性、能力綜合性、解題應(yīng)用性、思維創(chuàng)新性，強(qiáng)調(diào)向物理課本、物理本質(zhì)回歸。2021 年和2022 年高考物理重慶卷通過(guò)豐富試題的情境化，構(gòu)建巧妙的設(shè)問(wèn)方式等途徑，加深了題目的靈活度，旨在引導(dǎo)降低生搬硬套結(jié)論和“刷題增分”局面的出現(xiàn)。依據(jù)生產(chǎn)生活中的真實(shí)情境編制物理試題，可考查學(xué)生的學(xué)科關(guān)鍵能力。高考試題的特點(diǎn)和命制題目的角度在物理教材中都能找到與之同源的題目。教材中的習(xí)題是教材編寫(xiě)者針對(duì)本節(jié)或本章所學(xué)知識(shí)與技能而精心篩選、打磨出來(lái)的練習(xí)，極具典型性，結(jié)合生活實(shí)際應(yīng)用，為學(xué)生理解、應(yīng)用能力的提升提供了資源［6］，自然是高考命題專(zhuān)家的重要參考。

教師應(yīng)把握好高考試題的動(dòng)向，積極進(jìn)行教材探源，挖掘教材與高考的相關(guān)內(nèi)容，回歸知識(shí)原點(diǎn)，讓學(xué)生在問(wèn)題解決當(dāng)中澄源正本，深化必備知識(shí)，形成物理觀(guān)念，如此方能真正體現(xiàn)以教材為本、以學(xué)生為本的教學(xué)思想。從試題特點(diǎn)上來(lái)看，高考與教學(xué)同向同行，平和中出新意、靈活中見(jiàn)潛力。但不管高考的形式怎樣變化，物理的基本概念、基礎(chǔ)規(guī)律、根底公式不會(huì)變更，高必以地為基，牢固地掌握基礎(chǔ)知識(shí)、基本技能，腳踏實(shí)地才是取得高分的法寶。作為一線(xiàn)教師，教學(xué)中應(yīng)收集、歸納、總結(jié)教材中的情境素材、經(jīng)典模型和物理方法。教材中的題目是高考命題的重要導(dǎo)向，教師要針對(duì)這部分試題進(jìn)行深入挖掘，用試題評(píng)講總結(jié)試題特點(diǎn)規(guī)律、一題多解、變式練習(xí)，將總結(jié)解題技巧與培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)相融合。讓學(xué)生從基本知識(shí)的掌握中得到能力的提升，以提升課堂效果和教學(xué)效率。針對(duì)教材中的各個(gè)欄目，教師應(yīng)研究其作用及意圖，在教學(xué)中方能做到基于教材又高于教材，確?！皟?nèi)容不超范圍，深度不超要求”，依據(jù)學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)做到應(yīng)教盡教。對(duì)教材的理解是否透徹，對(duì)教材的使用是否全面，直接影響著教學(xué)效果，教師要結(jié)合教學(xué)實(shí)際，找準(zhǔn)切入點(diǎn)，選擇合適的教法，根據(jù)實(shí)際情況動(dòng)態(tài)調(diào)用教材資源，以不同層次學(xué)生的需要為依據(jù)，高效地達(dá)到課程目標(biāo)。