何 龙 程 帅 孟卫东
(清华大学附属中学永丰学校 北京 100094)
本年度的高考顺利结束,整体上来说各区域物理学科高考命题严格遵循《普通高校招生全国统一考试大纲》要求,聚焦教材主干知识内容,注重对基本物理概念、基本物理规律、基本实验技能的考查,引导考生关注日常教材和基础知识的学习.从物理学科能力角度试卷突出考查了理解能力、推理能力、分析综合能力、实验能力和应用数学处理物理问题的能力.另外在命题设置的物理情境中,加入了相当数量的真实物理事件,大到国家级的科研重器小到生产生活实际都有涉及,并在其后问题设计的时候适当加入了开放式和探究式提问,一定程度上考查了考生的创新意识.
以下将依托全国各地区高考真题,对本次高考物理命题进行特征分析.
高考作为大规模的全国性考试,其目的性非常明确——立德树人,这也是高中教育的核心目标[1,2].同样是“立德树人”,“高中教育”与“高考”又有着功能的不同:高中教育是育人成才的过程,我们的目标是让更多的学生成为德才兼备的优秀人才;而高考则是通过考核的形式完成对已有人才进行分层或者说是能力甄别.对于一届全国考生来说,由于人数已经达到了一定级别,在时间和空间相对稳定的前提下,不同层次不同类型的人才比例分布相对稳定,高考的作用就是要把他们尽量准确地区分出来.
具体到物理学科,要让其层次区分功能达到较好水平,就要求试题严格遵循考纲对学科知识和能力的要求,聚焦主干核心内容和核心能力.纵观本年度全国各区域物理试题,均以经典力学和电磁学等学生终身发展和继续学习必须掌握的知识为主干,配合典型物理模型、真实的实验情景和物理科技前沿背景设计排布.试题涵盖的知识模块十分全面,以主干知识为重点,以重点知识出难点,最大程度上避免了超纲、过难过繁的内容出现.以全国Ⅰ卷第24和25题为例,第24题中考查了匀变速直线运动中的竖直上抛模型和动量守恒定律的经典应用“爆炸”情景;第25题考查带电粒子在复合场中的运动,涉及两种曲线运动的拼接和功能关系等物理规律的综合应用.两道题目难度阶梯明显,后者还设计了进阶式的3个小问题,进一步细化考生分层.
在新颁布的2017版《高中物理课程标准》中,“立德树人”的根本目标没有变化,其中正式提出了物理核心素养概念,还专门研制了学业质量标准,方便教师对学生进行能力评估.本年度物理学科高考试题也很大程度上体现了对新课标物理核心素养的水平考查.
图1 物理学科核心素养关系图
新课标中对物理核心素养的水平划分做了详细论述,并且将每一项素养水平划分为5个等级,下文以“物理观念”为例分析其在本次高考中的考查形式.表1展示了新课标中“物理观念”的划分层级.
表1 核心素养中“物理观念”的水平划分
【例1】(2018年高考天津卷第7题)明朝谢肇淛《五杂组》中记载:“明姑苏虎丘寺庙倾侧,议欲正之,非万缗不可.一游僧见之,曰:无烦也,我能正之.”游僧每天将木楔从塔身倾斜一侧的砖缝间敲进去,经月余扶正了塔身.假设所用的木楔为等腰三角形,木楔的顶角为θ,现在木楔背上加一力F,方向如图2所示,木楔两侧产生推力FN,则
A.若F一定,θ大时FN大
B.若F一定,θ小时FN大
C.若θ一定,F大时FN大
D.若θ一定,F小时FN大
图2 例1题图
此外,全国Ⅱ卷第14题要求考生能够树立正确的能量观念来解决问题,全国Ⅰ卷第15题要求考生对物体的运动、物体之间的相互作用的观念有深入的理解等等.当然,科学思维、科学探究、科学态度与责任3项核心素养均在本年度高考试题中有所体现,这里就不再一一赘述.可见,本年度物理命题十分注重对物理核心素养的考查,这是对新出台《课程标准》的尊重,也是对未来一线教学的有力引导.
1.3.1 重视情境创设,考查综合能力
在本年度的物理学科考试大纲中依然明确规定了5种能力考查目标:理解能力、推理能力、分析综合能力、实验能力和应用数学处理物理问题的能力.5种能力对应各自的应用领域,但在实际解决问题的过程中,往往需要多种能力的综合运用.
【例2】(2018年高考全国卷第19题)地下矿井中的矿石装在矿车中,用电机通过竖井运送到地面.某竖井中矿车提升的速度大小v随时间t的变化关系如图3所示,其中图线①②分别描述两次不同的提升过程,它们变速阶段加速度的大小都相同;两次提升的高度相同,提升的质量相等.不考虑摩擦阻力和空气阻力.对于第①次和第②次提升过程,
A.矿车上升所用的时间之比为4∶5
B.电机的最大牵引力之比为2∶1
C.电机输出的最大功率之比为2∶1
D.电机所做的功之比为4∶5
图3 例2题图
在解决这一道试题的过程中,考生需要理解“速度与时间函数图像”中斜率、面积等参数的物理意义,通过分析函数图像的特征推理出两次不同过程对应的物理情景,最终结合功率、功的物理定义综合分析出正确结论.
1.3.2 突出实验能力考查 兼顾经典实验与创新实验
实验教学是高中物理教育的重要内容,进行设计、操作、分析实验也是学生物理学科素养的集中体现,历年来实验考查都是物理高考的重点内容之一.今年的北京卷物理试题尤是如此,实验内容考查所占分值为历年之最:共涉及1个光学实验、1个力学实验和两个电学实验.
【例3】(2018年高考北京卷第23题)(18分)如图4所示,用电动势为E,内阻为r的电源,向滑动变阻器R供电.改变变阻器R的阻值,路端电压U与电流I均随之变化.
图4 例3电路图
图5 画U-I曲线
(1)以U为纵坐标,I为横坐标,在图5中画出变阻器阻值R变化过程中U-I图像的示意图,并说明U-I图像与两坐标轴交点的物理意义.
(2)a.请在图5画好的U-I关系图线上任取一点,画出带网格的图形,以其面积表示此时电源的输出功率;
b.请推导该电源对外电路能够输出的最大电功率及条件.
(3)请写出电源电动势定义式,并结合能量守恒定律证明:电源电动势在数值上等于内、外电路电势降落之和.
在这道题目中,第(1)问考查了“伏安法测电源电动势和内阻”这个经典实验的基本原理,属于课本实验的重现.第(2)问难度开始提升,从实验原理考查过渡到对实验数据的进一步挖掘,考生需要明确输出功率与路端电压、电流的关系,能够将这一关系投射到函数图像中去,并运用数学工具对物理量间的函数关系进行求解.第(3)问更进一步,将电动势概念中所牵涉的功能关系尽数抛出,只有能够深入理解电动势非静电力做功和能量守恒的物理意义,才有可能梳理出正确的解题思路.这不失为一种对经典物理实验的创新性挖掘,类似的试题还有今年北京卷第21(5)题.可见我们的高考要考出能力,并非是一句漂亮的口号,而是扎实的在向这一目标迈进.
本年度的高考物理试题,十分严格的遵循了物理学科《考试大纲》的指导思想,与此相关的政策性文件还有《考试说明》和《课程标准》.这3本材料是高中物理一线教师组织教学活动最有力的抓手,认真研读领会其内涵精神,可以让我们的宏观课程架构和常规课堂设计更加优质高效.
《高考大纲》中“四层”包含的必备知识、关键能力、学科素养、核心价值对我们一线教师日常的教学内容极有指导性.按照这4个层次对我们的教学内容进行梳理整合,可以让我们的课堂目的性更明确,有助于提高学生学习的全面性和有效性.而“四翼”所强调的是教学成果考核中命题要体现基础性、综合性、应用型、创新性.如果我们日常的作业、练习可以向这样的命题规范靠拢,无疑可以更好地帮助教师和学生进行评价定位,让教育和学习能够做到有的放矢.
教育是一个时间跨度较大的过程,其效果显现的滞后特征十分明显,物理学科核心素养的教育不可能一蹴而就,这就要求我们物理教师要在日常教学中注重物理情境的创设,确保经典实验、重要实验的深入挖掘,培养学生在物理情景中、在实验探究中发现问题、提出问题、解决问题的能力,当学生可以科学而有条理地进行探究实验时,高中物理教育的目的就基本实现了.