基于情境为载体的高中物理试题研究

罗培雄 陈森林

摘 要：情境是实现“四层”考查内容和“四翼”考查要求的载体，对考查和培养学生的物理学科素养具有关键作用。近年来“情境试题”越来越多地呈现在高考物理试卷中，全国卷以及浙江、北京、江苏等地的高考试卷中以“情境试题”为载体，突出能力立意，凸显核心素养和解决问题能力的考查。试题的情境可分为生活实践情境和学习探索情境。而生活实践情境类试题由于源自生活、贴近生活，能更好发挥试题考查关键能力的功能。

关键词：情境试题;生活实践情境;试题研究

心理学中的情境是指“对人有直接刺激作用，有一定的生物学意义和社会学意义的具体环境”，即情境必须是具体的，具体可感性是情境的特质。从物理学科来说，“情境试题”是指以自然界及社会生产、生活中客观存在的物理现象或过程为背景设置问题，考查学生的关键能力和物理核心素养。这类试题既有利于知识运用与问题解决能力考查的实现，又有利于学生对知识意义的理解和正确价值观的养成，体现物理学科的科学态度与责任。结合学科考试实际，物理学科考查的情境试题可分为生活实践情境类试题和学习探索情境类试题，其中生活实践情境类试题能更好发挥试题考查关键能力的功能。

生活实践情境类试题是指根据自然、社会生产和生活中客观存在的，能够反映物理观念、科学思维、科学探究的物理现象而编制的物理问题。生活实践情境类试题可以包含有三类：一是与大自然中相关的现象，如彩虹、日食、日晕等;二是与生产生活紧密联系的物理问题，如体育运动、交通工具、工地使用器械等;三是科技前沿，如国家重大科技工程（中国行星探测、载人航天与探月工程、大飞机、北斗导航系统等）。试题选取这类来源于生活、贴近生活、贴近时代的真实问题情境进行考查，既能激发学生的学习兴趣，又能较好地考查学生从复杂的情境中抓住主要因素，抽象出物理模型并解决问题的能力和素养，是落实物理学科素养考查的重要途径。生活实践情境类试题的主要功能有以下几点。

一、 可以有效培养学生的物理建模能力

所谓物理模型就是把复杂的物理过程或研究对象，通过抓住物理问题的本质、主要物理因素进行高度的概括，归纳出一些简单的模型来研究，也是物理研究的常用方法。高考《考试说明》明确指出要大力引导学生从“解题”向“解决问题”转变，以有利于高校选拔新生，有利于培养学生的综合能力和创新思维，这里的解题问题过程要求学生从试题的背景材料中，提炼有关信息，建立物理模型，因此解决物理“情境试题”的过程就是培养物理建模能力的过程。

【例1】 某球员定点罚球，篮球刚好水平越过篮筐前沿。已知罚球点离篮筐前沿的水平距离约为4.2m，罚球的出球点与篮球运动最高点间的高度差为 0.8m，篮球质量约0.6kg，不计空气阻力，这次罚球该球员对篮球做的功约为（g取10m/s2）（ ）

A. 18JB. 38JC. 58JD. 78J

以上物理情境均源自生活中学生熟悉的篮球运动，学生没有陌生感，很容易激发学生解题欲望。运动模型为斜抛运动，也可以通过逆向思维转化为平抛运动模型来解决。学生解决这类情境试题容易获得成就感，有助于引导学生养成“从生活走向物理，从物理走向实践”的意识。实践也证明物理模型越接近于生活中的实际情境，越能帮助学生解决实际生活中的物理问题，进而激发学生的学习兴趣和求知欲。

二、 可以培养学生的信息收集与处理能力

当今社会信息高速传输，考生养成良好的信息收集与信息处理的技能非常重要，高考要求考生具备快速获取、精确鉴别和归纳、分类、摘记信息等能力，它对培养学生的学科素养，激发学生的探究热情具有重要的意义。“生活实践类情境试题”取材于现实生活的方方面面，如科技、体育等内容，具有信息量大、内容丰富等特点。这就要求学生能在复杂生活素材中提炼有用信息，对问题进行有效分类、归纳，从而快速获取信息，高效地解决相关问题。因而解决这类“情境试题”过程也是培养学生信息收集和处理能力的过程。

【例2】 在研究“蹦极”运动时，在运动员身上安装上传感器，用于测量运动员在不同时刻下落的高度及速度。如图甲，运动员包括携带的全部设备的质量为60kg，弹性绳原长为10m，运动员从蹦极台静止下落，据传感器所测数据，得到图乙所示的速度—位移图像，g取10m/s2，则根据图像下列判断正确的是（ ）

A. 当速度v=14m/s时，绳的弹力达到最大

B. 运动员下落加速度为0时弹性势能为0

C. 运动员下落过程与弹性绳组成的系统机械能不守恒

D. 运动员下落到最低点时弹性势能为1.53×104J

试题以极限运动“蹦极”为背景创设物理情境，结合速度—位移图像设置问题。试题的情境是考生非常熟悉的，但如何从图像中获取有效信息、准确分析图像中隐含的条件，是正确解决本题的关键。由图像可知当运动员下落10m时速度约为13m/s，而如果忽略空气阻力，运动员获得的速度约为14.1m/s，由此可见运动员下落过程空气阻力不能忽略，所以运动员下落过程与弹性绳组成的系统机械能不守恒。试题考查的一个关键能力是考生对图像的信息收集和处理能力，能有效甄别不同水平的考生。

三、 可以渗透STS思想，提升学生的科学态度与责任

科学态度与责任是指在认识科学本质，认识科学技术社会环境关系的基础上，逐渐形成的探索自然的内在动力和推动社会可持续发展的责任感。“生活实践情境试题”可以用最前沿的科技发展应用为试题背景，让学生应用已学过的物理知识去解决，从而激发学生对物理科技前沿的探究兴趣，也渗透了应用学到的物理知识去解决实际问题的思想。

【例3】 扫描隧道显微镜（STM）可用来探测样品表面原子尺度上的形貌。为了有效隔离外界振动对STM的扰动，在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板，并施加磁场来快速衰减其微小振动，如图所示。无扰动时，按下列四种方案对紫铜薄板施加恒磁场;出现扰动后，对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效的方案是（ ）

本题以扫描隧道显微镜（STM）为情境，是电磁阻尼原理在生产科技中的应用，在振动过程中穿过紫铜薄板的磁通量发生变化，产生感应电动势和感应电流，使其受到安培力作用，阻碍紫铜薄板振动，使其振动衰减，方案A中无论紫铜薄板是上下振动还是左右振动，通过它的磁通量都发生变化，都能使其振动衰减，而其他方案都只在某个方向振动才能产生衰减作用，因此只有方案A是最有效的。另外试题以我国“天舟号”“天宫号”“长征五号”运载火箭等为情境，结合万有引力定律知识创设问题，涉及我国的国家重大科技工程——载人航天事业。这类考题可以让考生了解我国的科技技术和航空航天事业上取得的成就，提升考生的民族自信心和自豪感，从而确保物理学科核心价值“金线”考查方向不偏离，确保试题内容的正确价值取向。

我们在设计生活实践问题类“情境试题”时，要注重情境与考查内容的有机融合，创造性地挖掘生活中与物理知识相结合的问题，充分发挥生活实践问题类情境试题的功能。物理试题情境是承接“四层”考查内容、体现“四翼”考查要求的载体，是深化新时代物理考试内容改革的重要突破口，必将在未来的考试中更多地呈现。

参考文献：

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[2]胡路军.基于核心素养高中物理命题的实践研究[J].考试周刊，2018（75）：150.

[3]肖国勇.谈物理情境化试题的特点及对学生能力的培養[J].天津教育（下），2018（3）：80-81.

[4]尹庆丰.“情境化试题”对高中物理教学的启示[J].物理教师，2019（2）：31-35.

作者简介：

罗培雄，福建省泉州市，晋江市南侨中学;

陈森林，福建省泉州市，泉州市教育科学研究所。