展现科技成就 突显物理应用 发展思维品质——2021 年1 月浙江省普通高校招生选考科目物理试题分析

◎ 楼 佳

学科核心素养是学科育人价值的集中体现,是学生通过学科学习,逐渐形成的正确价值观念、必备品格和关键能力。物理核心素养主要由物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四个方面的要素构成。四要素相互关联、相辅相成。其中,科学态度与责任是指在认识科学本质,理解科学、技术、社会和环境的关系基础上,逐渐形成的包含科学本质、态度、伦理等正确态度和责任心,包含探索自然的内在动力,严谨认真、实事求是和持之以恒的科学态度,以及遵守道德规范,保护环境并推动可持续发展的责任感。[1]

如何促进和评价学生的核心素养是教学活动的重点。这就要求选考试题命题不仅仅是简单的对知识点的考查,更要基于核心素养的培养。既要体现课程改革教育的要求,也要凸显学科核心素养教育的要求。笔者认为,2021 年1 月浙江省普通高校招生选考科目物理试题正是符合这样的要求。现结合具体试题,就基于“科学态度与责任”核心素养,从三方面做一些个人分析。

一、展现科技成就 彰显核心素养

物理学科的特点决定物理试题情境的设计要注重理论联系生活、生产、科技,已达到学以致用的目的。以真实情景为形,以核心素养为神,做到形神兼备。

选考试题背景联系现代科技、重大工程,积极引导学生掌握物理的基本概念和基础理论的同时,既体现了选考命题的科学性,也体现了物理知识的实用价值,展现了物理学与高科技的紧密联系。把我国近几年取得的最新科技成就有机融入试题中,在传统考核评价模式的基础上渗透前沿知识,在广度和深度上将学科知识进行外延,可以拓宽学生视野,培养与时俱进的精神。也有助于激发学生强烈的民族自豪感和爱国情怀;引导学生关注社会、关注自然,聚焦人类共同命运。更能激励学生勇攀科学高峰,增强学生将科学知识服务于人类的社会责任感和使命感,高度体现了对学生社会主义核心价值观的深度教育。

【试题】1、我国自主研发的全自动无人值守望远镜,它安装在位于南极大陆的昆仑站,电力供应仅为1×103W。若用国际单位制基本单位的符号表示W,正确的是( )

A.N.S

B.N.m/s

C.kg.m/s

D.kg.m2/s2

【背景】试题旨在考查学生如何把导出单位瓦特转换成用国际基本单位表示,以由中国自主研发的巡天望远镜AST3-2,在低功率情况下实现低温环境长时间全自动巡天观测为背景命题:2015 年,巡天望远镜AST3-2 在中国南极昆仑站安装完毕并开始观测运行。2017 年8 月,中国南极巡天望远镜AST3 合作团队利用该巡天望远镜探测到引力波事件,这是人类首次发现双中子星引力波。2017 年11 月02 日《人民日报》(12 版)刊登了文章,巡天望远镜系统在低预算功率的艰难情况下,成功克服-40℃——80℃极寒条件,实现无人值守条件下极夜期间的全自动巡天观测。

【试题】2、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

【背景】试题借助量子计算机“九章”为依托,旨在考查学生对量子这一现代物理的重要概念的理解。2020 年12 月4 日,中国科学技术大学宣布,该校潘建伟团队与中科院合作,成功构建76 个光子的量子计算原型机“九章”,求解数学算法“高斯玻色取样”只需200 秒,而目前世界最快的超级计算机要用6 亿年。这一项研究成果刊发在国际学术期刊《科学》杂志上,审稿人评价这是“一个最先进的实验”“一个重大成就”。

【试题】3、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10909m。下列情况中“奋斗者”号一定可视为质点的是( )

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

【背景】试题以“奋斗者”号潜水器为情境模型,考查学生对质点这一理想模型的理解。只有当对象的形状、大小对研究问题没有影响或影响很小时,才能被当作质点处理。2020 年10 日8时12 分,我国“奋斗者”号全海深载人潜水器成功坐底马里亚纳海沟,深度10909 米。马里亚纳海沟被称为“地球第四极”,水压高、完全黑暗、温度低,是地球上环境最恶劣的区域之一,其最深处接近11000 米。今年10 月10 日,“奋斗者”号与“探索一号”“探索二号”母船一起,从海南三亚启程开展万米级海试。10 月27 日,“奋斗者”号在西太平洋马里亚纳海沟成功下潜突破1 万米(达10058 米),创造了中国载人深潜的新纪录。

【试题】7、嫦娥5 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。已知引力常数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,月球半径为r2=1.7×103km。当轨道器与返回器的组合体在月球表面上方约200km 处做环月匀速圆周运动时,其环绕速度约为( )

A.16m/s

B.1.1×102m/s

C.1.6×103m/s

D.1.4×104m/s

【背景】试题以嫦娥五号探测器为情境设置,考查学生如何运用万有引力定律公式结合圆周运动的动力学知识求环绕天体的线速度。《人民网》(2020-12-17)北京时间2020 年12 月17日凌晨,在内蒙古四子王旗零下20 摄氏度的寒冷中,经历23 天惊心动魄的太空之旅,嫦娥五号怀揣来自月球的岩石和土壤返回地球。这是一趟满载而归的科学探索,也是一次智慧与勇气兼备的无畏探险。历史将使命赋予嫦娥五号,嫦娥五号也不负众望。接过中国人探月梦想的接力棒,嫦娥五号实现了地外天体采样、起飞和月球轨道交会对接等中国航天史乃至人类航天史上的多个“首次”,收获了研究月球乃至太阳系行星的宝贵科学样品。嫦娥五号代表人类时隔40 多年后再次完成月球“挖土”的壮举,点亮着航天人无数个不眠之夜,折射出中国创新的熠熠星辉,也激荡起每一个中国人内心油然而生的自豪情愫。

二、突显物理应用 激励学生探究

物理是现象而不是推演。“物理源于生活,服务于生活”,物理已经渗透在我们的生活中,无处不在。因此,我们不能只在课本上学习物理知识,在题目中解答物理问题,而要去自然界,去生活中寻找物理、发现物理,然后借助所学的基础理论知识、基本规律定理分析和解决生产生活当中遇到的实际问题。

选考试题以社会生产生活中存在的现实问题为背景,问题情境真实化、多样化,充分考查了学生发现、分析、归纳、处理实际问题的能力。联系实际并解决实际问题的过程也是学生创新意识和探究能力充分体现的过程。有助于学生创新意识的增强和创新能力的提高,从而引导学生在学习过程中能够主动积极地探究,而不是被动接受。有利于引导师生在重视基本概念和基本理论的教与学的同时,激励提高学生积极主动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。

【试题】11、一辆汽车在水平高速公路上以80km/h 的速度匀速行驶,其1s 内能量分配情况如图所示。则汽车( )

A.发动机的输出功率为70kw

B.每1s 消耗的燃料最终转化成的内能是5.7×104J

C.每1s 消耗的燃料最终转化成的内能是6.9×104J

D.每1s 消耗的燃料最终转化成的内能是7.0×104J

【背景】汽车作为最主要的现代交通运输工具,给人类带来便捷的同时,也无法避免的带来了重大的环境污染问题。常规汽车在以燃烧石油产品获得动力的同时,排放出大量温室气体,加剧了温室效应。为改善全球生态环境,应对气候变化挑战,新能源汽车因势而生,它采用先进的技术,有效地做到了低碳环保出行。2019 年7 月世界新能源汽车大会在海南博鳌召开,促进新能源汽车产业进入加速发展的新阶段。试题以汽车能量分配为情境载体,考查功和功率关系的公式以及能量的转化和守恒的同时,借助科学可靠的数据,让学生感受到燃料汽车在使用过程中确实对环境带来了无法避免的破坏,意识到保护环境,低碳出行的必要性。

【试题】15、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打击杆、振动器使松果落下的两种装置,则( )

A.针对不同松木,落果效果最好的振动频率可能不同

B.随着振动频率的增加,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

【背景】松子很多人爱吃,营养价值高又好吃。但是松子价格居高不下,其中一个原因是松果采摘主要以人工采摘为主,工人为打下松果,需冒着生命危险爬到十几米高的松树上,因受条件所限,一次打下来的量不多。简单机械的使用不受陡峭地形的限制,可以在一定程度上节省人工成本,降低采摘的难度,提高采摘效率,保护采摘人员的生命安全。本试题以帮助采摘松果的打击杆和振动器为情境载体,既考查了受迫振动、共振等知识点,又可以激发学生物理改变生活的内在学习动力。

三、发展思维品质 避免以练代学

试题以我国近年来科技成就、重大工程、社会现实问题为背景实际,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,具备分析和解决实际问题的能力。考查学生基础知识和基本理论的综合应用,既对促进学生知识的学习、探究精神的培养具有重要意义,也能够进一步提升学生实事求是的科学态度和责任。这些试题突出了物理思想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理论的教与学,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。

一个好的试题,一份好的试卷,对学生来说就是一个科学问题。通过高质量的解答试题的过程,使学生在思维品质、探究能力、实践意识、学科态度等方面得到高效提升。这样才能有利于引导学生进行积极探究,使学生创新意识得到增强,创新能力得以提高。科学思维方法的正确理解和应用,可以帮助促成学生从定性和定量两个维度进行科学推理、发现规律、得出结论,并能合理解释自然现象和解决实际问题,避免教师在传授知识的过程中过度侧重题海战术、就题论题、以练代学,来提升课堂教学的质量,切实贯彻落实新课改的育人目标。

四、教学启示

随着课程改革的持续深入,务必会对教师的教学要求进一步提升,教学活动必须整合各类教学资源,结合新课标的要求,联系生活实际应用,创设情境,在常规教学中关注实际问题的解决,立足于培养学生分析解决实际问题的能力。教师目光要关注科技前沿和社会发展动态,教学要跟上社会发展,顺应时代变化。课堂是教学的主阵地,教师在课堂教学活动中要积极主动创新课堂教育教学手段,努力变革课堂教学方式。必须重新定位教学目标,让关注物理核心素养成为我们教学设计的自觉性,真正做到物理核心素养的落实。