对2020年山东高考物理卷的量化分析——与近10年江苏物理卷的比较

葛腾霄 马宇澄

(1. 江苏省无锡市青山高级中学,江苏 无锡 214036; 2. 江苏省无锡市教育科学研究院,江苏 无锡 214000)

2021年的江苏高考物理科将会在新的高考架构下做出调整.鉴于山东已提前一年实行和江苏相似的新高考架构方案,量化分析2020年山东新高考物理卷能为大家及时了解新高考,了解江苏卷可能的调整提供参考.下文中“山东卷”指2020年山东新高考物理卷,“模拟卷”指2019年底公布的山东新高考模拟卷,因其与山东卷处于相同架构下也被纳入研究范围,“江苏卷”指“2008方案”下2010～2019共计10年江苏高考物理卷的平均或合计情况.

1 对山东卷的量化分析及其与江苏卷的比较

1.1 题型、题量、时长、有效文本长度

表1 江苏卷与山东卷(包括模拟)卷制对照表

1.2 对考点的量化分析及其与江苏卷的比较

1.2.1 量化方法与统计结果

2020年全国高考延续使用了2019年普通高等学校招生全国统一考试大纲,山东亦如此.因此笔者参照了2019年考纲的第二部分:考试内容范围及要求.这部分具有Ⅰ级或Ⅱ级要求的内容共计106条,记为106个考点,其中Ⅱ级考点33个.考查整份试卷,统计出现与未出现的考点.如山东模拟卷未考到的考点共有40个,其中2个为Ⅱ级考点,则模拟卷全考点覆盖率为(106-40)/106=62.3%,Ⅱ级考点覆盖率为(33-2)/33=93.9%.统计结果如图1所示.

图1 山东卷考点覆盖率统计

1.2.2 结果分析及其与江苏卷的比较

(1) 全考点覆盖率稳定,Ⅱ级考点覆盖范围有所差别.

笔者对江苏卷采取相同的统计方法(考点来源参照每年江苏高考物理学科的考试说明,年平均90个左右),发现江苏卷的全考点的覆盖率稳定在60%左右,Ⅱ级考点覆盖率为90%左右.由图1可知,尽管全国统一考试大纲中的考点多于江苏,山东卷的全考点覆盖率仍能达到60%左右.在两者总题量相近的情况下,这意味着山东卷平均每道题涉及的考点更多,综合性也更强.另外,具有核心地位的Ⅱ级考点受到一致的重视,在山东卷中覆盖率达到了94%.值得注意的是，依照2019年全国统一考试大纲,人教版旧教材3-3、3-4、3-5部分有5个Ⅱ级考点分布,山东卷全部涉及,而江苏卷近年来将这部分全部列为了Ⅰ级考点且覆盖率低于平均水平.

(2) 力学与电磁学仍为重点考查对象,热力学和统计力学在山东卷中更受重视.

图2、图3为各物理分支在山东卷和模拟卷中的分值占比.我们可以看到经典力学与电磁学占比均为77%,与江苏卷的统计结果几乎一样.热力学和统计力学约占10%,原子物理和原子核物理、其他(波、光学等)各占6%左右,所有物理学分支占比稳定且力学与电磁学仍为重点考查对象.因题型原因,江苏卷中非重点分支占比都是一样的,因此热力学与统计力学在山东卷中更受重视.

图2 2020年山东新高考卷物理学各分支占比

图3 2019年山东模拟卷物理学各分支占比

(3) 平均每题涉及的考点更多且存在多分支交错.

图4

如山东模拟卷第6题.如图4所示,有一束单色光入射到极限频率为ν0的金属板K上,具有最大初动能的某出射电子,沿垂直于平行板电容器极板的方向,从左侧极板上的小孔入射到两极板间的匀强电场后,到达右侧极板时速度刚好为0.已知电容器的电容为C,带电量为Q,极板间距为d,普朗克常量为h,电子电量的绝对值为e,不计电子的重力.关于电容器右侧极板的带电情况和入射光的频率ν,以下判断正确的是

主要涉及考点: ① 原子物理:光电效应,爱因斯坦光电效应方程; ② 电磁学:常见电容器,电容器电容带电量与电压之间的关系,带电粒子在匀强电场中的运动; ③ 力学:动能和动能定理等.可见在总题量不大的情况下,要想覆盖足够多的考点,即使是选择题也很具有综合性.由于不专设针对人教版旧教材3-3,3-4,3-5的试题,试题中可能出现更多多分支交叉的情况,特别是重点与非重点分支的交叉,这一点与江苏卷有较大区别.如山东卷最后一题是动量守恒与能量守恒相结合的问题,而在江苏卷中动量守恒一直被放在模块部分单独考查,“双守恒”问题已经很久没有出现了.可见对江苏而言,多分支交叉的问题可能是试题命制的一个可探索方向.

1.3 对试题情境来源的量化分析及其与江苏卷的比较

1.3.1 量化方法与统计结果

试题情境来源的分类有多种,为便于呈现细节,本文采用了申文慧等研究者的分类方法,具体情况见表2.统计细化到每道试题的每一小问,如江苏卷2010～2019年共有341个小问,其中以学科知识为主要情境的问题占94个.统计结果见图5～图7.

表2 试题情境来源分类表

图5 山东卷各情境来源对应的题数分布

图6 模拟卷各情境来源对应的题数分布

图7 江苏卷各情境来源对应的题数分布情况

1.3.2 山东卷试题的情境特点及其与江苏卷的比较

(1) 情境化程度很高,主要特点与江苏卷一致.

情境是“四层”考查内容和“四翼”考查要求的载体,对考查和培养学生物理学科的核心素养起到关键作用.根据图5～图7的统计,江苏卷平均情境化程度很高,超过80%,而山东卷与模拟卷情境化程度接近100%,可见新高考对试题情境的设计更加重视,有效文本的增长也有部分原因来源于此.

江苏卷和山东卷都把学科知识作为情境的第一来源,这种情境可以最简明、直观地描述物理问题.学生处理这种情境所需的工作量较小,因此这也是传统笔试命题的主要情境来源.而模拟卷显然在模型建构、数据呈现、图表表征方面更下功夫,学生在面对这样的情境时需要更强的迁移能力.科学技术与社会生活都是江苏卷和山东卷的第二大情境来源.这体现了新高考对现代科技文明与社会生活实际的高度关注,凸显了物理科考查中的应用性要求.

(2) 物理实验情境的设计有所突破.

“物理实验”情境作为物理探究情境的一部分在3种试卷中占比基本一致.山东卷中实验题的情境较以往的物理实验题更加复杂生动.如第13题,情境既包含珠峰的测量又有手机的使用,既关注社会又留心生活.这样的情境使得试题很生动,打破了实验题给人的一些刻板印象.另一个值得注意的情况是，山东卷中以学生学习过的实验为情境的题目不再局限于实验题中,如选择题第3题就是以双缝干涉实验为情境的,这一点与江苏卷有所区别.

1.4 能力结构量化分析及其与江苏卷的比较

1.4.1 量化方法与统计结果

目前物理科考试主要考查理解能力、推理论证能力、模型建构能力、实验探究能力、创新能力5种关键能力.与大家较为熟悉的旧5种能力相比,理解能力、推理论证能力、实验探究能力分别是对以前考试大纲中的理解能力、推理能力、实验能力的整合和升华,模型建构能力和创新能力则是根据物理教学实际和时代发展要求新提出的,而原考试大纲中的分析综合与应用数学处理物理问题能力的相关要求则主要融入了模型建构能力.笔者对山东卷按照新5种关键能力进行统计,细化到每一小问,将各种能力对应试题的分值所占比重对应为能力结构比重.如山东卷第17题第(1)问主要考查学生模型建构能力,该题分值为4分,故对应模型建构能力计4分.整卷中以考查模型建构能力为主的试题共有50分,试卷总分为100分,则该年分析综合能力占比为50%.由于江苏卷年份较早,我们按照旧5种关键能力进行统计.统计结果如图8、图9所示.

图8 山东卷能力结构统计

图9 2010—2019年江苏卷物理能力结构统计

1.4.2 山东卷能力结构的特点及其与江苏卷的比较

(1) 对理解能力的考查融于其他能力之中.

山东卷与模拟卷中对理解能力的考查遍及各个角落,但都是在与其他能力的共同考查的情况下起到基础性作用,很少有以学科内容理解为主要考点的试题,这与江苏卷有一定差异.

(2) 以推理论证能力为主的考查集中于选择题.

对推理能力的考查占比约25%略低于江苏卷均值,且大部分存在于选择题中.

(3) 十分注重模型建构能力.

山东卷十分注重对学生模型建构能力的考查,分值占比几乎能达到总分的一半.超过了江苏卷中分析综合(约30%)与应用数学解决物理问题能力(约7%)的总和.接连不断的“小考验”不仅对学生物理方面的能力提出要求,还考查学生的心理素质.另一方面,相对于江苏卷“少而精”的命题思路,山东卷对应用数学解决物理问题更加重视,这部分的实际涉及比重超过15%.出现的位置也不再局限于解答题,各种题型均有涉及.客观上来说,模型建构能力要求较高,提高占比一般会增加试卷难度,然而对本科及以后阶段的理工科学生来说,应用数学解决物理问题的能力要求还会迅速提高,因此这样的占比设计充分体现了国家重视物理学科,并希望通过本学科夯实学生数理基础、选拔理工科人才的期望.

(4) 实验探究能力注重考查实验原理与数据分析.

实验探究能力方面,山东卷把考查重点放在对明确实验目的下的创新实验的原理理解和对数据的获取、处理与分析上,试题相对于以往的江苏卷更加灵活多变.

(5) 创新能力寓于探索之中.

创新能力新成为5大关键考察能力之一,山东卷对这种能力的考查主要体现在最后一题第(2)问.学生需要先尝试计算,才有猜想方向,进而进行猜想,数学验证,最后总结出答案.这完整地再现了科学探究的过程,为如何在以确定性和非开放性试题为主的高考物理科中考查创新能力提供了一种思路.

2 对新高三优秀学生的实测结果与对高三复习的建议

2.1 对本市30名优秀新高三学生的实测

为了真实了解新高三学生对山东卷的感受,笔者邀请了本市30名优秀新高三学生按照考场要求分别完成了2020年山东卷与江苏卷,其中江苏卷的3个模块学生全部完成.每题得分率与总得分率如表3、表4所示.

表3 2020年江苏卷新高三学生测试得分率统计表

表4 2020年山东卷新高三学生测试得分率统计表

2.2 对实测结果的思考

从各项数据来看,山东卷得分率明显低于江苏卷,特别是实验题与解答题部分,这与我们之前的比较结果基本一致.除了之前提到原因外,还有几点值得注意.

(1) 山东卷较多的关注空间思维能力.

历年来江苏卷对空间思维能力也有所考查,但多存在于安培力方向的判断、电磁感应等学生较为确定的情境中.而山东卷在不同位置、不同考点、不同分支内多次考查了空间思维能力,这可能会成为一种新的命题角度.如山东卷第9题(图10)是线光源与立体几何的组合(往年江苏卷几乎没有涉及):截面为等腰直角三角形的三棱镜如图10所示.DE为嵌在三棱镜内部紧贴BB′C′C面的线状单色可见光光源……三棱镜对该单色光的折射率为2,只考虑由DE直接射向面AA′CC的光线.下列说法正确的是……

图10

(2) 运算量明显增大.

山东卷的运算量比江苏卷大得多,特别是实验题和解答题最后两题,这直接导致学生答卷的空白部分较多.本质上来看,这是由模型建构(包括应用数学)能力占比提高带来的结果.

(3) 部分考点的难度要求与江苏原要求不一致.

如山东卷解答题第1题“拔火罐”本质上是变质量气体的状态变化问题.江苏卷对理想气体这一考点的要求不高,客观上本届学生钻研的时间也偏少,这些因素都可能会降低学生的得分率,表3、表4在这个考点的对比也说明了这一点.

2.3 对高三复习的建议

参考新高考评价体系的要求和以上统计数据,我们给出了一些复习建议供大家参考.

(1) 提高学生对经典物理情境的熟悉程度.

经典物理情境既是学生理解物理的便捷途径,又是检测学生学习效果的良好载体,近年的高考卷也都不回避经典情境.山东卷在使用经典情境时既注重多方面考点横向的联系,又能在结合数学等方面纵向挖掘.因此提高学生对经典物理情境的熟悉程度,有利于切实提高学生理解试题的速度,保证学生有充分的时间发挥分析综合能力,解决更新更深入的问题.

(2) 培养学生对学科整体性的视野.

常规习题中的各物理学分支联系比较固定,如电磁结合、力电结合等.但其实物理学科是一个有机的整体,某一情境可能对应各种问题组合,因此在复习时,我们应有意识培养学生整体性的学科视野,多展现同一情境下不同分支的交叉,这将有助于学生在考试压力下快速抓住新情境中的关键点.

(3) 注重鼓励学生在平时多展现思维过程.

科学思维在物理核心素养中属于关键能力范畴,高考评价体系对学生的考查则主要对应于推理论证能力和模型建构能力,这两者在山东卷中的占比的确十分突出.因此培养科学思维应该是我们帮助学生复习的重点.科学思维的培养一定要有外显的过程,学生只有在与外界不断的互动中才能发现思维上的不足.如我们可以通过提高作业中解答或说明类问题的占比,要求学生画出个性化思维导图并互相交流等方式帮助学生实现互动,提高思维的敏捷性和条理性.