基于物理核心素养立意的考试评价与启示——以2021年1月浙江物理选考部分试题为例

赵顺法

(玉环中学 浙江 台州 317600)

在新一轮高中课程改革和考试招生制度改革的背景下，“核心素养”成为一线教师和命题教师关注的焦点.核心素养是最基础、最具生长性的关键素养，就像房屋的地基，它决定房屋的高度.物理学科的核心素养包括物理概念、科学思维、实验探究和科学态度与责任，核心素养的命题立意在2021年1月浙江普通高校招生选考科目物理试题中得到了很好的体现.

1 立足物理概念或事实 考查物理观念

“物理观念”是指基本知识、基本概念、基本规律和基本方法等在头脑中的提炼和升华.主要包括物质观念、运动观念、相互作用观念、能量观念等要素.

1.1 通过量子概念 考查物质观

【例1】(2021年1月浙江卷第2题)2020年12月我国科学家在量子计算领域取得了重大成果，构建了一台76个光子100个模式的量子计算机“九章”，它处理“高斯玻色取样”的速度比目前最快的超级计算机“富岳”快一百万亿倍.关于量子，下列说法正确的是( )

A.是计算机运算的一种程序

B.表示运算速度的一个单位

C.表示微观世界的不连续性观念

D.类似于质子、中子的微观粒子

1.2 通过光子、量子、原子、电子、α粒子等概念 考查物质观和相互作用观

【例2】(2021年1月浙江卷第10题)下列说法正确的是( )

A.光的波动性是光子之间相互作用的结果

B.玻尔第一次将“量子”引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念

C.光电效应揭示了光的粒子性，证明了光子除了能量之外还具有动量

D.α射线经过置于空气中带正电验电器金属小球的上方，验电器金属箔的张角会变大

1.3 通过具体的能量转化案例 考查能量观

【例3】(2021年1月浙江卷第11题)一辆汽车在水平高速公路上以80 km/h的速度匀速行驶，其1 s内能量分配情况如图1所示.则汽车( )

图1 例3题图

A.发动机的输出功率为70 kW

B.每1 s消耗的燃料最终转化成的内能是

5.7×104J

C.每1 s消耗的燃料最终转化成的内能是

6.9×104J

D.每1 s消耗的燃料最终转化成的内能是

7.0×104J

点评:这3道题都从物理观念立意，例1和例2考查了对量子、光子、原子、电子、α粒子等基本概念的理解和领悟，例3从能量分配流程图读取发动机的输出功率和燃料最终转化成的内能，考查了对能量转化、能量守恒、能量耗散的本质理解.物理基本观念包括物质观、时空观、运动观、相互作用观、能量观、物理价值观等.随着时间流逝，学生在学校所学的大量学科知识都将逐渐淡化甚至遗忘，真正伴随一生发展并持续发挥作用的不是具体的学科知识，而是知识升华后留存在我们思想意识层面的东西.当学生将具体的物理知识都忘掉的时候，在他的头脑中“剩下的东西”是什么呢？应该是学生通过物理知识的学习，所形成的从物理的视角认识事物和解决问题的思想、方法、观点，即植根于学生头脑中的物理基本观念.

2 创设真实情境 考查科学思维

“科学思维”是从物理学视角对客观事物的本质性，内在规律及相互关系的认识方式，是基于经验事实建构理想模型的抽象概括，主要包括物理模型的构建、科学推理、科学论证、质疑创新等相关要素.

2.1 考查物理模型的建立条件

【例4】(2021年1月浙江卷第2题)2020年11月10日，我国“奋斗者”号载人潜水器在马里亚纳海沟成功坐底，坐底深度10 909 m.“奋斗者”号照片如图2所示，下列情况中“奋斗者”号一定可视为质点的是( )

图2 例4题图

A.估算下降总时间时

B.用推进器使其转弯时

C.在海沟中穿越窄缝时

D.科学家在其舱内进行实验时

【例5】(2021年1月浙江卷第8题)如图3所示是通有恒定电流的环形线圈和螺线管的磁感线分布图.若通电螺线管是密绕的，下列说法正确的是( )

图3 例5题图

A.电流越大，内部的磁场越接近匀强磁场

B.螺线管越长，内部的磁场越接近匀强磁场

C.螺线管直径越大，内部的磁场越接近匀强磁场

D.磁感线画得越密，内部的磁场越接近匀强磁场

2.2 考查物理模型的辨别能力

【例6】(2021年1月浙江卷第15题)为了提高松树上松果的采摘率和工作效率，工程技术人员利用松果的惯性发明了用打击杆、振动器使松果落下的两种装置，如图4(a)、(b)所示.则( )

图4 例6题图

A.针对不同树木，落果效果最好的振动频率可能不同

B.随着振动器频率的增加，树干振动的幅度一定增大

C.打击杆对不同粗细树干打击结束后，树干的振动频率相同

D.稳定后，不同粗细树干的振动频率始终与振动器的振动频率相同

2.3 考查物理模型的推理与估算

【例7】(2021年1月浙江卷第9题)某一滑雪运动员从滑道滑出并在空中翻转时经多次曝光得到的照片如图5所示，每次曝光的时间间隔相等.若运动员的重心轨迹与同速度不计阻力的斜抛小球轨迹重合，A，B，C和D表示重心位置，且A和D处于同一水平高度.下列说法正确的是( )

图5 例7题图

A.相邻位置运动员重心的速度变化相同

B.运动员在A，D位置时重心的速度相同

C.运动员从A到B和从C到D的时间相同

D.运动员重心位置的最高点位于B和C中间

【例8】(2021年1月浙江卷第7题)嫦娥五号探测器是我国首个实施月面采样返回的航天器，由轨道器、返回器、着陆器和上升器等多个部分组成.为等待月面采集的样品，轨道器与返回器的组合体环月做圆周运动.已知引力常量G=6.67×10-11N·m2/kg2，地球质量m1=6.0×1024kg，月球质量m2=7.3×1022kg，月地距离r1=3.8×105km，月球半径r2=1.7×103km.当轨道器与返回器的组合体在月球表面上方约200 km处做环月匀速圆周运动时，其环绕速度约为( )

A.16 m/s

B.1.1×102m/s

C.1.6×103m/s

D.1.4×104m/s

点评:这几道试题都强调模型及其建构，着重考查学生在真实或模拟真实情境中，分析物理现象中的关键特征和主要因素，建立合适的物理模型来分析和解决实际问题.例5突出考查匀强磁场模型的建构条件分析，利用环形电流磁场类比判断通电螺线管长度与磁场强弱的关系；例6考查了物体做受迫振动和自由振动两种模型的特征及其模型的识别；例7考查斜抛运动的模型建构及其对称分析推理方法，例8基于一种科学假设的情况下，考査对组合体绕月球做匀速圆周运动环绕速度的估算.

另外，试卷的计算题也强调模型建构，着重考查学生在真实或模拟真实情境中解决问题的能力.例如，试卷第21题以嫦娥五号成功实现月球着陆和返回为背景，设计了一种新型着陆装置.该题情境新颖，需要学生建构等效电路模型、棒相对磁场做切割磁感线运动模型、电容器稳态模型等，考查学生对电路、电磁感应定律、电容器、安培力等基础知识和基本理论的综合应用.第22题以芯片制造技术为背景，设计了离子注入晶圆的问题情境，考查学生对电场、磁场、平抛运动、圆周运动和牛顿运动定律等基本知识和基本模型的综合应用.这些问题都体现出试题以实际问题为背景，要求学生分析物理现象中的关键特征和主要因素，建立合适的物理模型，具有分析和解决实际问题的能力.

从以上试题分析看出，这些问题突出了物理思维和物理建模能力的考查，适度淡化了复杂的数学计算，有利于引导师生重视基本概念和基本模型的教与学，提高学生运用物理规律和物理原理分析和解决具有真实背景问题的能力，使中学教学逐步走出题海，回归核心素养的培养.启示在今后的教学中，应该创设物理真实情境，建立模型表象，提取模型特征，研究模型遵循的规律，研究模型变式，应用模型解决问题，培养学生建构模型的意识和能力，培养学生运用科学思维方法、从定性和定量两个方面进行科学推理和论证的关键能力.

3 基于探究要素 考查实验能力

“科学探究”是指基于证据的猜想和假设，获取证据信息和处理信息，并对实验探究过程和结果进行分析和评估.

3.1 考查实验设计

【例9】[2021年1月浙江卷第18题(1)]在“测定电池的电动势和内阻”实验中，②现有如图6所示的实验器材，照片中电阻箱阻值可调范围为0～9 999 Ω，滑动变阻器阻值变化范围为0～10 Ω，电流表G的量程为0～3 mA、内阻为200 Ω，电压表的量程有0～3 V和0～15 V.请在图中选择合适的器材，在答题纸相应方框中画出两种测定一节干电池的电动势和内阻的电路图.

图6 例9题图

3.2 考查物理原理

【例10】[2021年1月浙江卷第18题(2)]在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中，可拆变压器如图7所示.为了减小涡流在铁芯中产生的热量，铁芯是由相互绝缘的硅钢片平行叠成.硅钢片应平行于(单选).

图7 例10题图

A.平面abedB.平面abfe

C.平面abghD.平面aehd

点评:浙江省往年物理选考对实验内容的考查包括实验原理、实验器材、实验操作、数据处理、误差分析等方面的内容，这次选考试题例9出现了考查实验设计，而实验设计是实验探究的重要环节，体现了对实验探究中的核心素养的全面考查.例10通过可拆变压器硅钢片的叠放位置考查学生对涡流的认识和理解.这些基于教材高于教材的试题设计，重点考查了学生利用所学基础知识、基本理论分析和解决实际问题的能力，有利于引导学生积极探究，增强学生创新意识和提高学生创新能力.

4 渗透科技成就 彰显科学责任

“科学态度和责任”是指对待科学的正确态度和责任感，主要包括理解科学、技术、社会与环境的关系，热爱自然，珍惜生命，具有保护环境、节约资源，促进可持续发展的责任感等.

这次选考试题紧扣时代性，在体现科学、技术、社会紧密结合的同时，大多以我国近年来重大工程和科技成就为背景，这不仅能满足“通过真实情景下问题的解决来评价学生物理素养”的要求，加强了物理与生活的联系，使学生体会到学习物理是有用的，同时因为突出了中国元素，彰显了育人目标，能激发学生爱国情怀，使学生产生民族自豪感，激励学生勇攀科学高峰.如第1题以我国安装在南极大陆昆仑站的自主研发的全自动无人值守望远镜为背景，第2题以我国量子计算机“九章”的重大成果为背景，第3题以我国“奋斗者”号载人潜水器在马里亚纳海沟成功坐底为背景，第7题和第21题均以我国首个实施月面采样返回的航天器嫦娥五号为背景，第14题以我国全超导托卡马克核聚变实验装置为背景……试题很好地将知识作为育人的载体，充分挖掘知识建构过程中蕴含的情感因素和内在价值，积极引导学生掌握物理的基本概念和基础理论的同时，通过相应活动培养学生强烈的家国情怀、积极的人生态度、事实求是的科学精神.