基于模型建构能力的高考物理试题分析及启示——以2019年高考物理全国卷Ⅰ必考题为例

(1. 福建师范大学，福建 福州 350000；2. 福州教育学院第二附属中学，福建 福州 350000)

1 物理模型建构能力表现及水平划分

高中物理课程标准将物理学科核心素养的4个方面都划分为5个水平层次，其中关于模型建构的五个能力水平层次由低到高如图1所示。

图1

郭玉英、张玉峰等通过大样本跨年级多轮测评学生的实际能力表现，根据物理学科能力表现评价体系的三个维度：学习理解能力、应用实践能力和迁移创新能力，确定物理学科能力表现框架，将物理学科能力划分为7个发展水平，并检验了有效性。笔者参考郭玉英等的研究成果，将物理模型建构能力划分为三个水平(如表1)，水平C主要是对物理模型的记忆，属于较低层次；水平B反映学生应用实践的能力，对学生建模能力要求较高；水平A属于迁移创新能力，对学生建模能力要求最高。

表1

2 基于物理模型建构能力的高考物理试题分析

2019年高考物理全国卷Ⅰ有12道必考题，笔者对比了试题和物理模型建构能力表现水平等级的要求，确定了每一道试题所对应的能力表现水平等级(如表2)。

表2

续表

统计各试题所要求的物理模型建构能力表现水平等级情况(如表3)，分析可知2019年高考物理全国卷Ⅰ主要考查学生的理解能力和应用实践能力，大部分物理模型都是学生熟悉的经典模型，每一道题都是几个知识的综合运用，所涉及的物理模型也较多样，一般都是几个模型的组合，对在陌生复杂的情境中建构物理模型要求较低，对迁移创新能力的考查较少。

表3

3 对物理教学的启示

根据以上分析，对物理教学有如下启示。

3.1 重视经典物理模型，加强模型整合

经典物理模型承载着基本物理概念、物理规律，可搭配主干知识，是历年高考的热点。在教学中应该重视经典物理模型及其建构过程的分析，掌握每个经典模型的关键要素和科学思维方法。对比、分析相似的物理模型，对经典物理模型进行整合，以利于提高学生的模型建构能力。例如，竖直面内的圆周运动涉及几种经典的物理模型：轻绳模型、轻杆模型、内轨模型和外轨模型(如表4)。

表4

续表

通过实例分析，提炼出4种基本的物理模型，再将其进行归纳整合，4种基本模型均涉及最高点和最低点问题，4种模型对应的最低点受力特点都相同，主要区别在于最高点的受力特点，对应的小球能否过最高点的条件也有所区别。这样将类似的模型整合后建构起完整的竖直面内圆周运动模型，只有这样才能从陌生的场景中建立起熟悉的物理模型，找到问题的突破口，结合物理主干知识解决问题。加强模型建构的训练，对具体问题具体分析、研究，借助草图弄清其中的物理状态、过程和情境。

3.2 注重科学方法教育

年年有高考，岁岁有新题，每年高考能够保持稳中有变，稳的是试题都跳不出经典主干知识的考查，凸显学科特点，突出物理学科的核心价值，而情境设置较新颖，需要考生将物理知识和科学方法灵活迁移。如2017年全国卷Ⅱ第25题，带电小球在重力场和电场的复合场中运动，两个小球先后以相同的初速度沿平行于电场的方向射出做平抛运动，然后进入电场中发生偏转，刚进入电场时，带电小球初速度方向与重力方向、电场方向都有一定的角度，此时小球的运动没有办法与所学运动模型对应起来，但处理复杂的曲线运动最根本的办法是运动的合成与分解。仔细分析后发现：重力与电场力互相垂直，可把小球的运动分解为水平方向和竖直方向两个分运动，水平方向仅受电场力，竖直方向仅受重力，将刚进入复合场的初速度分解为水平方向和竖直方向，在两个方向上都做匀变速直线运动。对于新的情境，将重要的物理方法迁移、应用便可解决，2019年全国卷Ⅲ第24题也是典型的运用运动合成与分解的方法解决问题的试题。

物理教学过程不应是向学生“灌输”事实和结论的过程，而是应该引导学生学习物理学家研究自然界的思想方法，自主探索、建构物理核心概念，并将这些思想和方法进行内化，形成良好的科学品质。科学方法是物理的灵魂，物理知识链条和知识网络是学生解决问题的基础，但是如果仅仅通过题海战术停留在静态知识的层面，无法应对目前高考越来越重视考查科学思想方法的趋势。学生学习的物理知识会随时间而淡忘，但在学习过程中所内化的方法会伴随一生，是学生学习物理的终极价值所在。在物理教学中渗透科学方法教育，可帮助学生逐步建立物理观念，提升物理思维品质、形成科学态度和价值观。因此，在物理教学中，除了传授物理知识之外，更重要的是以物理知识为载体，以解决具体问题为途径，在分析问题解决问题过程中习得的科学思想方法和价值观，为学生终身所用。