科学思维在近3年高考北京物理题中的体现*

黄琭琰 吴广国

(中央民族大学理学院 北京 100081;北京景山学校 北京 100006)

邹斌

(中央民族大学理学院 北京 100081)

“核心素养”是学生应具备的符合其自身发展和社会需要的品格和能力.物理学科核心素养在高中物理中主要分为物理观念、科学思维、科学探究和科学态度与责任等4部分内容.其中，科学思维是在学生身上最直观体现的学习结果，最易于研究者们观察、测评的[1].科学思维在提升学生科学探究与问题分析能力上起着关键性作用，并对物理学科核心素养有深刻影响[2].

本文主要分析了近3年高考北京物理考试题，着重讨论物理学科核心素养的科学思维在其中的体现.

1 近3年高考北京物理题中对科学思维的考查

在碰到一个物理问题时，首先要根据已知的条件进行抽象概括从而构建模型.模型的构建有多种方法，考题中最常考查的是学生是否能利用已学的模型，对新接触的问题进行类似模型的构建(如：由电势类比得出重力势).然后对问题进行科学合理的推理和论证，可以通过定性或定量实验进行推理论证，也可以通过寻找实验规律得出结论(如：牛顿第一定律的论证).最后用批判的眼光对所得的结果进行质疑，反复论证、讨论去验证结果，从不同的角度看待问题进而对结果及探究过程进行讨论并升华.

近3年，开放型题目已经成为北京高考物理的热点题型.开放型题目常常需要学生从题目中获取相关信息并加工处理[3]，抓住解题的关键语句，根据题目建立有效的模型使题目清晰化.

如2016年高考北京理综非选择题第23(3)小题，题目先是要求写出电势的定义式，为后面的问题打下铺垫，再给出一定提示：“类比电势的定义方法，在重力场中建立‘重力势’的概念”，让学生通过类比法，探究“重力势”这个未曾学习过的概念模型，达到考查学生模型构建能力的目标.

又如2015年高考北京理综第23题第(2)问，题目重点考查的是求解弹力与滑动摩擦力做的功，但在最后又向考生提出疑问：“与弹力做功比较，说明为什么不存在与摩擦力对应的‘摩擦力势能’的概念”.这与其他帮助学生进行模型建立的题目不同，出题人利用反问的形式，使学生明白某些模型是不能类比建立的.在本题中，由于弹力是保守力，而摩擦力是非保守力，所以二者在势能这方面不能通过类比进行“摩擦力势能”的模型构建.因此，学生在使用类比法进行模型构建的过程中，一定要注意分析两者在当前条件下是否能进行类比构建.

在建立了简单清晰的模型之后，就需要通过推理论证得出答案.归纳和演绎推理是学生常用的推理方法，结合逻辑与科学进行假设检验，最终得到问题解决[4].高考物理中最能体现科学推理论证的题目是选择题，即通过题目给出的某些语句，结合已学知识，对选项进行推理判断.

如2017年高考北京理综选择题第20题，这道题目表面上内容是非常新颖的，但学生可以根据题目中“类似于杨氏干涉实验中的双缝”这样的句子，联系所学双缝干涉知识：两列相干波频率必须相等，就能对选项“B.导航利用了λ1与λ2两种无线电波之间的干涉”进行排除；又可以根据题目中的语句“当接收到λ1与λ2的信号都保持最强时”，并联系生活常识：飞机着落轨道必须唯一且准确，就能推断出选项“C.两种无线电波在空间中的强弱分布稳定”为正确选项.

在此题的作答过程中，笔者利用作图工具作出了飞机降落无线电波干涉信号导航图(图1)，图中粗实线表示λ1信号的波峰，细实线表示λ2信号的波峰，为使图像看起来更简洁，作图过程中省略了二者的波谷信号.图中已用粗细线段分别表示出两种干涉波的各级干涉加强点的连线.图1(a)中λ1与λ2之比为1∶1.3，两者的信号加强波不存在重合的情况，可以从图中明确看到，二者的干涉加强只在两信号源连线的中垂线上(零级干涉)是重合的，因此飞机的降落路径只能是唯一且正确的.

但是在画图过程中还可以发现，如果图1(b)中λ1与λ2之比为1∶1.5，此时λ1信号的三级波峰与λ2信号的二级波峰重合，这就导致λ1的三级加强与λ2的二级加强重合.因此，当λ1与λ2之比为整数倍时，飞机降落轨道可能不唯一.因此，该考题题目可以将λ1与λ2之比限定一下，以提高题目的创新性和对考生的区分度.

图1 飞机降落无线电波干涉信号导航图

物理课程对学生的培育不能仅限于知识的传授，还要注重培养学生的创造性，为其日后的发展打下基础[5].“创造性”学力的育成不仅仅是靠知识的习得与再现的“记忆型”学力，更要靠能动的“思考型”学力[6].学生对所学知识不能做完全的肯定、吸收，对已有的定论也应抱有质疑的态度.学生在解题的某一环节产生了质疑，才会去进行探究，在探究的过程中就会对知识有更深刻的理解，为日后创新打下铺垫，因此，质疑是创新发展的基础.

图2 自由电荷在ab棒中的受力分析

本题看似是对“洛伦兹力对自由电荷不做功”这一理论的质疑，却在题目中一步步引导学生进行思考与探究，使得学生对微观洛伦兹力和宏观安培力有了更深刻的理解.本题不仅展现了出题人题目的创新思维，也体现了北京高考物理试题对考生综合能力和创新能力的考查.

近3年高考北京物理试题还有不少非常值得研究的开放型题目，在此不再进行详解，通过列表形式简要介绍,如表1所示.

表1 近3年高考北京物理题中涉及的开放型题目

2 结论

近3年高考北京物理试题对学生并不仅仅是知识点的考查，还包含了对学生科学思维的考查.考查学生是否在多年的物理学习中建立起了科学思维，实质就是考查学生是否具备了模型构建、推理论证和质疑创新的能力.学生在答案中展现的不仅是他们对知识点的掌握，还有他们的思考过程.本文列举的几道题目对学生科学思维的考查都十分到位，若学生只单纯地习得各个知识点而不具备科学思维，就很难抓住题目所给的条件进行模型构建和科学地推理论证，就无法解出题目所求的答案[7].可以看出，近3年的高考北京物理题正逐渐打破封闭式考题的模式，将物理学科核心素养中科学思维的考查融入考题之中，向更贴近科学发展前沿的方向出题，不但要求学生拥有严谨的科学态度，而且要求学生具备清晰的逻辑思维以及合理联想与创新的能力.