“基础性”考查要求的内涵以及对教学的启示——以高考“力的平衡”试题为例

文∣姚彬 何晋中

教育部考试中心发布了由“一核”“四层”“四翼”所构成的高考评价体系。“一核”指高考的核心功能，回答“为什么考”的问题；“四层”为高考的考查内容，是“考什么”的问题；“四翼”则是高考的考查要求，即“基础性、综合性、应用性、创新性”，是“怎么考”的问题。由此可以看出“基础性”是高考“怎么考”的首要问题。基础性包括学科内容的基本性、通用性以及情境的典型性。它是指即将进入高等学校的学习者应掌握的学科基本概念、原理、技能和思维方法。

一、高考评价中基础性的内涵

高考评价体系“四翼”回答了高考“怎么考”，既要体现高中学业水平质量评价中如何评价学生的德智体美劳综合素质，也要体现高校在人才选拔中对学生的素质要求。其中“基础性”回应了高考试题考查应该体现引导教学、服务选才、指导命题等功能。指导命题最终要服务于引导教学和服务选才。基础性这一考查要求是实现对学生学业水平达标诊断的重要保证，是在高校选拔中实现对“四层”有效考查的前提，也是对高考试题质量的有效评价指标。

(一)前一阶段学习是后一阶段学习的基础

素质教育各个阶段的教育教学目标具有一定的连续性，这主要体现在前一阶段学习成果是后一阶段学习成果的基础。首先，高中物理知识往往具有递进式的逻辑关系，只有达成前一阶段学习目标，后续学习才能顺利进行。例如，高一物理课程中的弹力、摩擦力、力的合成与分解等物体间相互作用方面的知识是为后续学习力与运动关系、利用牛顿运动定律分析和解决问题奠定基础。其次，各个阶段之间的数学知识、思维方法等通识性知识也呈现出前后连续性。例如，受力分析中整体法和隔离法等分析方法，在牛顿力学、功能规律、动量守恒等后续物理学习中会经常运用；又如数学函数图像分析方法除在物理学科的学习中应用，其他学科乃至生活生产实际中都可能会运用到。从此意义上讲，基础性更好地体现了高考发挥引导教学功能的抓手。

(二)高中学习是学生进入高校学习的基础

对于即将进入高等学校的学习者来说，应该为继续学习和终身发展打下牢固的基础。高中阶段物理教学必须要夯实物理的基础知识、主干知识、能力，培养综合学科素养。通过高中物理课程的学习掌握物理学的一些基本知识、方法，并能将其运用在实际生活中的一些非物理专业问题的解决中。这是对高考发挥“服务选才”功能的回应，也回答了“学生为什么要学习物理”这一问题。

(三)高考命题应该体现基础性

对即将进入高等学校的学习者应掌握的学科基本概念、原理、技能和思维方法进行测量与评价，这指明了高考试题命制的基础性，为高考“如何命题”指明了方向、提供了依据。高考应该考查学生基础知识是否掌握得扎实牢靠，为此《中国高考评价体系说明》明确指出“高考试卷中应包含一定比例的基础性试题，引导学生打牢知识基础”。不仅试题内容体现基础性，试题难度也应该在基础内容之上呈现。如此才能引导学生在学习中牢固基础知识，引导教师重视基础知识教学，避免师生片面追求繁难的教学内容。这也说明高考命题体现基础性才能够更好地发挥高考“指挥棒”的功能。

二、高考试题体现基础性例析

高考物理试题是如何体现这些基础性的内容呢？我们从历年全国高考物理试题中挑选几道看似基础、实则得分不高的有关共点力平衡内容的试题，从考查的概念、规律、方法等三个方面进行剖析，并从学生认知角度和思维过程分析试题难度的成因。

(一)不同年代基础性高考试题及分析

例题1：(1993年全国卷第21题)两根长度相等的轻绳,下端悬挂一质量为m的物体,上端分别固定在水平天花板上的M、N点，M、N两点间的距离为s，如图1所示。已知两绳所能承受的最大拉力均为T,则每根绳的长度不得短于。

图1

【概念】重力、弹力、合力与分力

【规律】共点力平衡

【方法】受力分析、力的合成与分解、三角函数

解答本题时学生思维的一般流程如图2。

图2

从图2可以看出，概念、原理都是高中物理的基础内容。受力分析、力的合成与分解，三角函数对考生来说都是常用的基本分析技能，题目设置的情境亦是常见的轻绳悬物。该题考查内容体现了基本性，考查方法体现了通用性，命题情境体现了典型性。此题当年全国抽样统计难度系数低于0.4。近期笔者曾将该题变成10分的计算题，考查本校高三年级学生，难度系数仍低于0.4。解答需要一定量的分析与计算，学生没有将矢量图与几何图关联起来，这两个因素导致该题的得分率较低。由此可见，通用方法运用不熟练和数学运算基本功不扎实是造成这道看似基础的试题通过率低的主要原因。

例题2：(2016年全国Ⅲ卷第17题)如图3所示,两个轻环a和b套在位于竖直面内的一段固定圆弧上。一细线穿过两轻环,其两端各系一质量为m的小球。在a和b之间的细线上悬挂一小物块。平衡时，a、b间的距离恰好等于圆弧的半径。不计所有摩擦，小物块的质量为( )。

【概念】重力、弹力、合力与分力

【规律】共点力平衡

【方法】受力分析、力的合成与分解、三角函数

此题所呈现的情境与例题1类似，是一种典型性情境。考查的分析方法是受力分析、二力平衡或三力平衡，考查内容有弹力的方向、三角形知识等。解答过程中定量计算并不复杂，但该题对大部分学生来说仍颇有难度。难度显然并不在考查的基本内容、通用方法和物理情境上。通过试卷分析和访谈调查发现，学生解答时主要出现两个问题：①分析对象和推理步骤多。三个对象和多个角度，需要多次切换研究对象、多次变换图形分析。如果对受力分析、平衡方程列式等通用分析方法不熟练的话，容易导致分析步骤混乱。比如学生忽视“轻环”的描述，误认为要考虑环的重力或者直接忽略轻环的存在，导致无法从轻环的受力分析推导出相关角度。②基本概念和规律理解得不够。此题中学生若不能很好地理解弹力方向是垂直接触面，就判断不了图4中α=30°；或者数学分析能力不够，知道α值但分析不出图4中β的值。以上问题究其根源，还是基础知识不扎实造成的。

图4

例题3：(2017年全国Ⅲ卷第17题)一根轻质弹性绳的两端分别固定在水平天花板相距80 cm的两点上，弹性绳的原长也为80 cm。将一钩码挂在弹性绳的中点，平衡时弹性绳的总长度为100 cm；再将弹性绳的两端缓慢移至天花板上的同一点，则弹性绳的总长度变为(弹性绳的伸长始终处于弹性限度内)________。

A.86 cm B.92 cm

C.98 cm D.104 cm

【概念】重力、弹力、伸长量、合力与分力

【规律】共点力平衡、胡克定律

【方法】受力分析、力的合成与分解、三角函数

此题包含了两种常见的力学情境：如图5甲所示的三力平衡和乙所示的二力平衡。三力平衡的分析与例题1、例题2完全相同，先受力分析，再力的合成与分解，列出平衡方程，将矢量图与几何图形通过cosθ关联起来，从而可以得到弹性轻绳的劲度系数k的关系式。二力平衡更简单，列出平衡方程后也可以得到劲度系数k的关系式。同一根弹性绳的劲度系数相等，从而使得两条关系式建立起联系。

图5

本题在典型情境下考查共点平衡和胡克定律的基础内容，以及受力分析、力的合成与分解和三角函数等通用分析方法。在此基础之上又有延伸、拓展和变化，使得此题难度中等且易错。错因有三：①基本概念的理解不透，面对图5甲中钩码悬挂处两侧弹力大小F=kx，x是0.2 m，还是0.1 m，部分学生对弹性绳的弹力与之对应的伸长量产生了困惑；②通用方法运用不熟，比如找不到矢量图与几何图之间的余弦关系或相似三角形关系；③关联意识不强，同一根弹性绳劲度系数将甲、乙两种情境联系起来，不利用好这个关联点列式，显然无法准确快速地得到答案。

从上述对三道题的剖析可以发现高考试题无论是概念、原理、技能，还是情境，都充分体现了基础性。涉及的物理概念是常见重力、弹力、合力与分力等概念；常用的物理规律有共点力平衡、胡克定律等规律；分析方法也是简单的力的合成与分解，而且两个力具有对称性；情境是最经典的悬绳挂物中的三力平衡和二力平衡。

(二)基础性高考试题难度成因分析

三道试题跨度长达20年，但对共点力平衡的基础内容考查几乎不变，命题具有相当的稳定性。三道题都以互成夹角的轻绳悬挂重物作为试题情境，力学分析方法都是三力平衡的合成与分解，物理规律都是竖直方向上的平衡方程列式，都是将矢量图形与几何图形的三角函数关联作为思维考查重点。基础并不代表简单。上述所选三道高考试题考查内容基础，但得分率不高。综合分析发现难度主要有以下三个方面成因。

(1)基本概念、基本规律理解不清晰。教学中我们常常发现，学生可以准确地表述某个概念的内容，一旦置于某个具体的情境中就出现辨析困难、所学与所用发生脱节的现象。例如，学生知道弹力的方向与接触面垂直，但在判断例题2中圆弧对轻环的弹力方向就出现模糊。又如，胡克定律F=kΔx中的Δx置于例题3的情境中就对伸长量这一概念模糊不清。

(2)通用分析方法运用不熟练。通用方法包括常用的物理、数学分析方法。共点力平衡中物理通用方法有受力分析、力的合成与分解、正交分解等；数学通用方法有三角函数法、动态图解法、相似三角形法和数学运算等。通用方法运用不熟是导致得分率低的一个重要原因。如例题1，受力分析、力的分解等分析方法不难，但不少学生在三角函数转换时不会将矢量图中的cos转化为sin，而是将几何图中的sin转化为cos，于是就深陷复杂的数学运算过程。

(3)关联意识不强。分析单一的物理情境不难，但将多个单一情境以某种方式巧妙地组合在一起，则会对学生思维能力带来挑战。一道试题中包含了A、B两个情境，每个情境均可用简单的通用方法分析和列式，如果找不到或忽视A、B之间的关联点，就无法继续展开更深入的推算。例题2中对小球力学分析是二力平衡，对物块力学分析是三力平衡，同一根轻绳两端的张力大小相等，为这两个物体之间的力学关联点所在。同样，在此题中两环与圆心连线的夹角为60°、悬挂物体的两段轻绳之间夹角为120°，这两个角度则是矢量图与几何图之间的关联点。要发现这些或明显，或隐蔽的关联点，需要学生具有扎实的基本功和敏锐的观察力。

三、基础性考查要求对高中物理教学的启示

中国高考评价体系的发布将对高中物理教学产生重要而深远影响。评价体系中的“四翼”突出基础性，那么如何改进教学方法，让高中物理教学在内容上、方法上更好地体现基础性，这是一个值得每位高中物理教师探究的课题。结合教学实践及对评价体系的理解，对高中物理教学提出以下建议。

(一)转变教学观念，引导学生重视物理学科的基础内容

不少学生认为基础内容简单而忽视对基本概念、基本规律的理解辨析；乐于钻研一些偏题、怪题和繁题，忽视经典情境和通用方法。这些舍本逐末的做法与“价值引领、素养导向、能力为重、知识为基”的高考评价新理念相违背。教学中应围绕学科主干内容，引导重视教材，抓好必备知识和关键能力，是在学科素养统领下解决物理学科各科问题的基础所在，也是高考考查内容的最直观体现，更是高考评价体系下物理教学最直接的着力点。

抓好基础内容教学有三个方面。

(1)准确理解概念和规律的内容、内涵以及外延。例如教学中要引导学生辨析静电场和感生电场的区别，否则学生在运用“沿电场线方向电势逐渐降落”去分析感生电场的电势问题，势必引起困惑。

(2)熟练运用通用物理和数学分析方法。比如力的合成与分解是高一阶段必须熟练掌握的分析方法；在例题2中若运用“两个相等的分力夹角为120°时它们的合力大小等于分力”这一常用推论，会简化计算过程。

(3)在常见的物理情境中展开教学。前述三例中的“轻绳悬物”，还有“斜面”“木板滑块”等物理情境来源生活实际，自然成为我们分析物理问题的经典情境。

(二)依据认知水平，循序渐进完善学生的必备知识和关键技能

物理学科各个阶段的教育教学目标具有较强的连续性。高中物理课程设计充分考虑大部分学生的认知水平和思维能力。教学内容一般是从特殊性的、简单的基础内容逐步提升和完善，最终使学生掌握更为普遍性的、复杂的物理知识和能力。每个阶段有与之对应的基础知识和基本技能。因此，教学中应当充分考虑学生的已有认知，不应该把下阶段的基础知识、基本技能提前灌输给学生。要注意将学生的前概念发展为科学概念，并在不断地使用中强化科学概念，保证科学概念知识的牢固性。我们在夯实学生学习基础的同时，要为学生提供深度学习和思考的空间。例如，矢量思想是大学物理中重要的分析方法，一般通过位置矢量对三维矢量进行分析。鉴于学生认知水平，高中阶段对矢量分析运算的教学应以夯实基础为主，不宜操之过急。教学中先抓好一维矢量分析中正负号问题，然后在二维矢量分析中着重力的合成与分解，特别是正交分解练习。一维矢量分析是二维矢量分析的基础，同时它们也是学习大学物理中的三维矢量分析的基础。

(三)关注思维过程，强化学生的全局意识和关联意识

有些学生把知识“学得太死”，思维僵化，究其原因是学习时“只见树木，不见森林”。重视基础学习，但忽视知识点之间在整个知识体系中的联系。高考要求学生能够触类旁通、融会贯通，既包括同一层面横向的交互融合，也包括不同层面之间纵向的融会贯通。因此，在教学中我们不仅要在大体系中强化学生的全局意识，也要在细微知识层面去强化学生的关联意识，而不能片面地、静态地了解学生的基础知识掌握情况。例如，在共点力平衡教学中发现学生思维往往在局部细微的关联点上出现卡顿。对此我们总结了牛顿力学问题中常见的五种关联点：①作用力与反作用力的关联；②同一根轻绳、轻杆、轻质弹簧两端的弹力的关联；③整体与个体加速度关联；④定义式与关系式的关系；⑤几何图形与矢量图形中的边角的关联，在教学中渗透和强化这种关联意识。

综上所述，没有基础，综合、应用和创新无异于空中楼阁；没有基础，学生的未来发展势必受到影响。因此，无论是命题人、教师，还是学生都要重视学科的“基础性”。