基于高考评价体系下的物理试题特点及对教学启示——以2020年全国卷、北京卷、山东卷试题为例

左祥胜

（江苏省宿迁中学，江苏 宿迁 223800）

1 引言

2014年，《国务院关于深化考试招生制度改革的实施意见》出台，对加强高考内容改革顶层设计提出要求，明确指出要依据高校人才选拔要求和国家课程标准，科学设计命题内容.2018年，习近平总书记在全国教育大会上指出，要努力构建德智体美劳全面培养的教育体系，形成更高水平的人才培养体系；要深化教育体制改革，健全立德树人落实机制，扭转不科学的教育评价导向，坚决克服唯分数、唯升学、唯文凭、唯论文、唯帽子的顽瘴痼疾，从根本上解决教育评价指挥棒问题.为全面贯彻落实全国教育大会精神，2019年，教育部明确提出要立足全面发展育人目标，构建包括“核心价值、学科素养、关键能力、必备知识”在内的高考考查内容体系.

2 高考评价体系的内容与性质

高考评价体系主要由“一核”“四层”“四翼”三部分内容组成（图1）.其中，“一核”为核心功能，即“立德树人、服务选才、引导教学”，是对素质教育中高考核心功能的概括，回答“为什么考”的问题；“四层”为考查内容，即“核心价值、学科素养、关键能力、必备知识”，是素质教育目标在高考中的提炼，回答“考什么”的问题；“四翼”为考査要求，即“基础性、综合性、应用性、创新性”，是素质教育的评价维度在高考中的体现，回答“怎么考”的问题.同时，高考评价体系还规定了高考的考查载体——情境，以此承载考查内容，实现考查要求.高考评价体系是“一体两面”的综合体系.首先，它是评价考生素质的理论体系.以“四层”为考查内容，评价考生素质内涵；以“四翼”为考查要求，评价学生素质达成度.其构建始于对教育根本问题的思考和回答，是素质教育要求在高考中的理论呈现.其次，它是指导和评价高考命题的实践体系.通过“四层”规定命题内容、“四翼”保障命题水平，高考评价体系将有力促进高考内容改革和命题质量的提升.中国高考评价体系通过解决“为什么考、考什么、怎么考”的问题，从高考层面对“培养什么人、怎样培养人、为谁培养人”这一教育根本问题给出了回答.

图1 高考评价体系

3 高考评价体系下物理试题呈现特点

3.1 试题呈现更加关注学生的核心价值观

核心价值是指即将进入高等学校的学习者应当具备的良好政治素质、道徳品质和科学思想方法的综合，是在各学科中起着价值引领作用的思想观念体系，是其在面对现实的问题情境时应当表现出的正确的情感态度和价值观的综合.核心价值引领下的高考物理试题会更加注重挖掘教材中中国元素，激发学生的民族自豪感与文化自信力；会更加注重结合物理学发展的科技史，特别我国现代科技发展的伟大成就，培养学生爱国主义精神；会更加注重引导学生结合物理学发展史，不仅要正确认识自我，还要放眼世界，增强学生振兴中华的责任感与使命感.在2020年高考物理试题中，就出现运-20重型运输机、特高压输电、“嫦娥四号”、“天问1号”、珠穆朗玛峰高度测量、第5代移动通信技术等中国元素.

例1.（山东卷第7题）我国将在今年择机执行“天问1号”火星探测任务.质量为m的着陆器在着陆火星前，会在火星表面附近经历一个时长为t0、速度由v0减速到0的过程.已知火星的质量约为地球的0.1倍，半径约为地球的0.5倍，地球表面的重力加速度大小为g，忽略火星大气阻力.若该减速过程可视为一个竖直向下的匀减速直线运动，此过程中着陆器受到的制动力大小约为

解析：试题以今年将计划执行“天问1号”火星探测任务为背景，考查对万有引力定律、牛顿第二定律及匀变速直线运动的理解与应用，提升考生学习物理兴趣，激发考生的民族自豪感和使命感.

例2.（全国卷Ⅰ第24题）我国自主研制了运-20重型运输机.飞机获得的升力大小F可用F=kv2描写，k为系数；v是飞机在平直跑道上的滑行速度，F与飞机所受重力相等时的v称为飞机的起飞离地速度，已知飞机质量为1.21×105kg时，起飞离地速度为66 m／s；装载货物后质量为1.69×105kg，装载货物前后起飞离地时的k值可视为不变.

（1）求飞机装载货物后的起飞离地速度；

（2）若该飞机装载货物后，从静止开始匀加速滑行1521 m起飞离地，求飞机在滑行过程中加速度的大小和所用的时间.

解析：试题以我国自行研制的运-20重型运输机为问题情境，突出物理观念，彰显价值引领和立德树人理念.考查学生运用匀变速直线运动公式和牛顿运动定律来解决问题的能力.

3.2 试题呈现更加关注学生的学科素养

学科素养是指即将进入高等学校的学习者在面对生活实践或学习探索问题情境时，能够在正确的思想价值观念指导下，合理运用科学的思维方法，有效整合学科相关知识，运用学科相关能力，高质量地认识问题、分析问题、解决问题的综合品质.学科素养通过基础教育阶段的学科教学培养形成既是基础教育培养目标的要求，也是高校人才选拔的要求.学科素养包括“学习掌握、实践探索、思维方法”3个一级指标和9个二级指标（图2）.物理学科确立的学科素养是高考评价体系学科素养在物理科中的具体化，同时与《物理课程标准》提出的核心素养基本一致，其中：学习掌握与《物理课程标准》提出的“物理观念”类似，思维方法与“科学思维”类似，实践探索与“科学探究”类似.

图2 学科素养指标体系

（1）聚焦核心素养，凸显物理观念.

物理知识是人类从物理学视角研究、认识客观世界的成果，高中物理知识对应教科书中的概念、规律、理论等，是客观存在的，并在一定阶段内得到公认的.知识教学是观念形成的基础，如果不注重观念形成的教学，知识就不会在学生头脑中自动形成观念，学生头脑中就会变成零碎、具体知识的堆砌.中学物理教学就是引导学生将知识转变为物理观念，并运用观念分析、解释生活中物理现象，促进物理学科素养的形成.

例3.（全国卷Ⅰ第14题）行驶中的汽车如果发生剧烈碰撞，车内的安全气囊会被弹出并瞬间充满气体.若碰撞后汽车的速度在很短时间内减小为零，关于安全气囊在此过程中的作用，下列说法正确的是

（A）增加了司机单位面积的受力大小.

（B）减少了碰撞前后司机动量的变化量.

（C）将司机的动能全部转换成汽车的动能.

（D）延长了司机的受力时间并增大了司机的受力面积.

解析：本题以真实的情境作为载体，凸显物理观念，让学生从物理学的视角来分析和解决生活中真实问题，综合考查了动量定理、冲量、能量转换以及压强等知识.同时，通过问题解决，引导学生认识安全气囊的重要性，遵守交通规则，体现核心价值.

（2）重视方法引领，关注科学思维.

物理思维能力是在学习物理的过程中逐步形成，并直接影响物理学习和物理问题解决的高级心理活动的统称.物理思维具有实践性、逻辑性、精确性和模式等特点.德国教育家第斯多惠曾经说过：“教育的艺术不在于传授知识，而在于唤醒、激发、鼓舞.”这些都说明方法的力量能够让人获得不竭的动力源泉，同时也凸显了方法的弥足珍贵.高中物理教学要重视挖掘教材中科学方法素材，有目的、有意识、有步骤地对学生渗透科学方法教育，使学生受到物理科学方法的训练，逐步掌握最基本、最主要的物理科学方法、达到促进知识学习、能力培养和提高科学素养的目的.

例4.（全国卷Ⅱ第20题）如图3，竖直面内一绝缘细圆环的上、下半圆分别均匀分布着等量异种电荷.a、b为圆环水平直径上的两个点，c、d为竖直直径上的两个点，它们与圆心的距离均相等.则

图3

（A）a、b两点的场强相等.

（B）a、b两点的电势相等.

（C）c、d两点的场强相等.

（D）c、d两点的电势相等.

解析：本题以带电圆环周围的电场与电势分布为载体，考查学生运用类比、等效思想处理物理问题的能力.由图3可知，带电圆环上半部分带正电，下半部分带负电，电势从上到下降低，在圆环上关于ab对称地截取两小段，ab连线直径上的点即为等量异种点电荷电场连线中点.本题的带电圆环，可拆解成这样无数对等量异种电荷的电场（图4），沿竖直直径平行放置，它们有共同的对称轴PP′，PP′所在的水平面与每一条电场线都垂直，即为等势面，延伸到无限远处，电势为零.故在PP′上的点电势为零，即φa=φb=0；而从M点到N点，电势一直在降低，即φc＞φd，故（B）正确，（D）错误；上下两侧电场线分布对称，左右两侧电场线分布也对称，由电场的叠加原理可知（A）、（C）正确；故选（A）、（B）、（C）.

图4 等量异种电荷周围的电场

（3）注重学科融合，提高应用数学处理物理问题的能力.

纵观物理学的发展史，我们不难发现，许多杰出的物理学家同时是优秀的数学家，像牛顿等，从某种意义上来说，物理学的发展离不开数学的支撑.许多物理定理、推论、猜想都要靠数学去证明，数学在物理中的应用极大地推动物理学的发展.物理学习对数学的要求为：① 能够在具体问题中找出物理量之间的数学关系，根据数学的特点、规律进行推导，求解和合理外推，并根据结果作出物理判断、进行物理解释或得出物理结论.② 能根据物理问题的实际情况和所给条件，恰当运用几何图形、函数图象等形式和方法进行分析、表达.能够通过分析所给图象明确其所表示的物理意义，用于分析和解决物理问题.

例5.（全国卷Ⅰ第20题）一物块在高3.0 m、长5.0 m的斜面顶端从静止开始沿斜面下滑，其重力势能和动能随下滑距离s的变化如图5中直线Ⅰ、Ⅱ所示，重 力 加 速度 取10 m／s2.则

图5

（A）物块下滑过程中机械能不守恒.

（B）物块与斜面间的动摩擦因数为0.5

（C）物块下滑时加速度的大小为6.0 m／s2.

（D）当物块下滑2.0 m时机械能损失了12 J.

解析：试题选取高中物理常见的斜面模型为载体，关注学生受力分析、重力势能、动能定理、功能关系等基本物理概念、物理规律理解与掌握的情况，重点考查了学生识图、读图、用图的能力.

例6.（山东卷第18题）如图6所示，一倾角为θ的固定斜面的底端安装一弹性挡板，P、Q两物块的质量分别为m和4m，Q静止于斜面上A处.某时刻，P以沿斜面向上的速度v0与Q发生弹性碰撞.Q与斜面间的动摩擦因数等于tanθ，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力.P与斜面间无摩擦，与挡板之间的碰撞无动能损失.两物块均可以看作质点，斜面足够长，Q的速度减为零之前P不会与之发生碰撞.重力加速度大小为g.

图6

（1）求P与Q第1次碰撞后瞬间各自的速度大小v P1、v Q1；

（2）求第n次碰撞使物块Q上升的高度h n；

（3）求物块Q从A点上升的总高度H；

（4）为保证在Q的速度减为零之前P不会与之发生碰撞，求A点与挡板之间的最小距离s.

解析：试题以碰撞为模型考查动量守恒定律、机械能守恒定律、匀变速直线运动规律、动能定理等.试题的第（2）问要求考生有很强的逻辑推理、分析综合能力，对学生的数学基础要求较高.根据匀变速直线运动规律求出第1次碰撞后Q上升的最大高度，根据动能定理求出第2次碰撞前P的速度，根据动量守恒定律、机械能守恒定律及匀变速直线运动规律求出第2次碰撞后Q上升的最大高度，以此类推，即可求出碰撞n次后Q上升的高度

3.3 试题呈现更加关注关键能力的考查

关键能力是指即将进入高等学校的学习者在面对与学科相关的生活实践或学习探索问题情境时，高质量地认识问题、分析问题、解决问题所必须具备的能力.它是使学习者适应时代要求并支撑其终身发展的能力，是培育核心价值、发展学科素养所必须具备的能力基础，是高水平人才素质的重要组成部分.

物理学科考试内容改革坚持关键能力的考查，关键能力的构建依据课程标准.物理学科考试提出理解能力、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.基于学科素养导向，承接学科素养要求，结合学生认知发展实际，高考评价体系确立了符合考试评价规律的3个方面的关键能力群：一是以认识世界为核心的知识获取能力群，二是以解决实际问题为核心的实践操作能力群，三是涵盖关键思维能力的思维认知能力群.物理科考试提出的5种能力与高考评价体系的关键能力群匹配度很高，其中：理解能力属于知识获取能力群，模型建构能力、推理论证能力和创新能力属于思维认知能力群，实验探究能力属于实践操作能力群.

（1）基于真实问题情境，培养学生模型建构能力

物理模型是人们通过科学思维对物质世界中原物的抽象描述，是按照科学研究特定目的，用物质形式或思维形式对原型客体本质关系的再现.人们通过对物理模型的认识和研究，去获取关于原型客体的知识及其在自然界中的运动规律.高考试题不是教材知识的简单回顾，教师在教学中要把前人从事智力活动的思想、方法转化为学生的认知能力和思维方式，要通过学生对起关键作用的主干知识的学习，利用生活中的情境生成有价值的科学探究问题.通过引导学生经历探究，在解决问题中构建合理的物理模型，在质疑讨论中构建学科的知识结构、方法体系、模型系统，这是发展科学思维的重要途径.

能不能把问题中的实际情境转化成解决问题的物理情境，建立相应的物理模型，这是应用物理观念思考问题、应用物理知识分析问题的关键.

例7.（山东卷第16题）单板滑雪U型池比赛是冬奥会比赛项目，其场地可以简化为如图7甲所示的模型：U形滑道由两个半径相同的四分之一圆柱面轨道和一个中央的平面直轨道连接而成，轨道倾角为17.2°.某次练习过程中，运动员以v M=10 m／s的速度从轨道边缘上的M点沿轨道的竖直切面ABCD滑出轨道，速度方向与轨道边缘线AD的夹角α=72.8°，腾空后沿轨道边缘的N点进入轨道.图7乙为腾空过程左视图.该运动员可视为质点，不计空气阻力，取重力加速度的大小g=10 m／s2，sin72.8°=0.96，cos72.8°=0.30.求：

图7

（1）运动员腾空过程中离开AD的距离的最大值d；

（2）M、N之间的距离L.

解析：试题以冬季奥运会单板滑雪U型池比赛为背景，综合考查斜抛运动中运动的分解问题，需要考生有较强的将复杂实际问题中的对象、过程抽象成物理模型的能力.试题情境接近生活经历，对进一步拓展考生的视野，引导考生关注生活，尝试应用所学的物理知识来分析、理解生活中的问题有正面作用.

（2）在问题解决中，培养学生获取知识能力

高考物理试题在立足于考查必备知识的同时，还要加大从物理情境中提取有效的物理信息的能力，要在增长知识见识上下功夫.这样不但有利于培养提高学生分析与解决物理问题的能力，而且还有利于发展学生创新意识与创新能力.

例8.（北京卷第14卷）在无风的环境，某人在高处释放静止的篮球，篮球竖直下落；如果先让篮球以一定的角速度绕过球心的水平轴转动（图8）再释放，则篮球在向下掉落的过程中偏离竖直方向做曲线运动.其原因是，转动的篮球在运动过程中除受重力外，还受到空气施加的阻力f1和偏转力f2.这两个力与篮球速度v的关系大致为：f1=k1v2，方向与篮球运动方向相反；f2=k2v，方向与篮球运动方向垂直.下列说法正确的是

图8

（A）k1、k2是与篮球转动角速度无关的常量.

（B）篮球可回到原高度且角速度与释放时的角速度相同.

（C）人站得足够高，落地前篮球有可能向上运动.

（D）释放条件合适，篮球有可能在空中持续一段水平直线运动.

解析：试题以高处释放旋转篮球问题为研究对象，通过给定新知识考查学生结合已有知识，并学习应用新知识解决物理问题的能力.

（3）关注真实问题解决，培养学生科学探究能力

“科学探究”是指提出物理问题、形成猜想和假设、设计实验与制定方案、获取和处理信息、基于证据得出结论并作出解释，以及对科学探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力.课堂教学中，应把物理课程中所形成的物理观念和科学思维用于分析、解决生产生活中的问题，在解决问题中进一步提高探究能力、增强实践意识、养成科学态度，促进物理学科核心素养的形成.

例9.（山东卷第13题）2020年5月，我国进行了珠穆朗玛峰的高度测量，其中一种方法是通过使用重力仪测量重力加速度，进而间接测量海拔高度.某同学受此启发就地取材设计了如下实验，测量当地重力加速度的大小.实验步骤如下：

（1）如图9甲所示，选择合适高度的垫块，使木板的倾角为53°，在其上表面固定一与小物块下滑路径平行的刻度尺（图中未画出）.

图9

（2）调整手机使其摄像头正对木板表面，开启视频录像功能.将小物块从木板顶端释放，用手机记录下小物块沿木板向下做加速直线运动的情况.然后通过录像的回放，选择小物块运动路径上合适的一点作为测量参考点，得到小物块相对于该点的运动距离L与运动时间t的数据.

（4）再次调节垫块，改变木板的倾角，重复实验.

回答以下问题：

（1）当木板的倾角为37°时，所绘图像如图9乙所示.由图像可得，物块过测量参考点时速度的大小为________m／s；选取图线上位于坐标纸网格交叉点上的A、B两点，利用A、B两点数据得到小物块下滑加速度的大小为________m／s2.（结果均保留2位有效数字）

（2）根据上述数据，进一步分 析得到当地的重力加速度大小为________m／s2.（结果保留2位有效数字，sin37°=0.60，cos37°=0.80）

3.4 试题呈现更加关注学生的必备知识

必备知识是指即将进入高等学校的学习者在面对与学科相关的生活实践或学习探索问题情境时，高质量地认识问题、分析问题、解决问题所必须具备的知识.显然，必备知识不等同于“基础知识”，而是学习高校课程所“必备”的知识，即与高校课程密切关联的内容.对物理学科而言，必备知识是除《物理课程标准》规定的必修和选择性必修的内容外，还应包含分析问题的立场观点、科学态度与责任、科学精神与情感、科学思维方法，科学探究能力等，以及运用语言或其他符号形式进行表达的能力.因此，必备知识不仅有利于新高考改革与高中课程改革的衔接，也有利于教、学、考的一致性，为学生终身发展打下基础.

4 2020年高考试题对物理教学的启示

4.1 夯实知识基础，建立学科结构体系

教材是教学的支架.教材不但是学生学业水平考试重要参考依据，是试题重要的素材；而且，也是学生进一步学习深造的所具有必备知识的基础.这就要求我们在平时的教学与备考中应该立足基础，回归教材，重视基本物理概念、物理规律的学习和理解.教学中，教师以单元教学为主体，用核心概念（大概念）统领教材内容，做到点线面结合.应引导学生建立知识体系，形成知识结构，从更高的角度来审视高中物理.

4.2 以生活情境为载体，引领核心价值观

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与关键环节，物理试题的情境设置有一定的问题性、真实性、探究性或开放性.教学中应引导学生关注社会、关注生活，创设真实有效的问题情境，在真实情境中考查学生分析问题与解决问题的能力，提升核心素养，为树立正确的价值观和人生观奠定基础.

4.3 关注学科素养，培养学生关键能力

物理科考试内容改革要坚持关键能力的考查，《高考评价体系》下的关键能力的构建与《物理课程标准》提出的4个学科核心素养（物理观念、科学探究、科学探究、科学态度与责任）殊途同归.教学中，一是要引导学生经历物理概念、物理规律的建构过程，再现物理思想与方法，培养学生科学思维能力；二是要真做实验，培养学生的科学探究能力，并能在实验中发现问题、提出问题和解决问题；三是要培养学生的创新能力，能透过现象准确把握其物理内涵，能够将生活中实际问题构建成物理模型的能力.