新高考背景下物理学科核心素养培养的教学策略

车慧清 施生晶

摘   要：在新颁布的《中国高考评价体系》背景下，通过分析新高考物理试题的考查内容和考查要求，对标蕴含的物理学科核心素养，得到教学启示，助力于高考备战。

关键词：中国高考评价体系;核心素养;教学策略

《普通高中物理课程标准》（2017年版2020年修订）提出的物理学科核心素养包括：物理观念、科学思维、科学探究、科学态度和责任四个方面[ 1 ]。2020年高考全国物理试题全面对标《中国高考评价体系》，注重物理学科核心素养的考查。本文基于高考试题分析，挖掘其所蕴含的核心素养，并提出针对性的教学策略，为高考备考提供参考。

1  2020年全国1卷物理压轴题的命题思路和解题方法赏析

1.1  原题再现

【原题】 在一柱形区域内有匀强电场，柱的横截面积是以为圆心，半径为R的圆，AB为圆的直径，如图1所示。质量为m，电荷量为q（q>0）的带电粒子在纸面内自A点先后以不同的速度进入电场，速度方向与电场的方向垂直。

知刚进入电场时速度为零的粒子，自圆周上的C点以速率v0穿出电场，AC与AB的夹角θ=60°。运动中粒子仅受电场力作用。

（1）求电场强度的大小;

（2）为使粒子穿过电场后的动能增量最大，该粒子进入电场时的速度应为多大？

（3）为使粒子穿过电场前后动量变化量的大小为mv0，该粒子进入电场时的速度应为多大？[ 2 ]

1.2  命题意图分析

“中国高考评价体系”提出的“一核  四层  四翼”明确回答了高考“为什么考”“考什么”“怎么考”这三个重要命题[ 2 ]。本题紧扣评价体系，不仅考查学生对物理学科必备知识的掌握程度，进一步考查了学生学会分析问题、处理问题的关键能力和核心素养。作为一道单体多过程的综合性计算题，较往年物理学科的压轴题难度适中。带电粒子在静电场中的运动为载体，考查的必备知识是点电荷在静电场中的运动，运动学的基础知识、类平抛运动、动能定理和动量定理等;考查学生对已掌握理论知识，学会融会贯通的知识迁移能力;进一步考查学生用运动学中类平抛运动，通过分析研究带电粒子的静电场运动问题物理模型进行建构，并进行相互推理论证的科学思维。

基于上述考查目标，题目设置了有界电场为约束条件，探究带电粒子在静电场中的运动规律，动能变化和动量变化规律。首先需要学生运用数学知识，结合题设条件先确定物理模型中的几何关系，再通过分析推理，得到带电粒子在初速度与所受唯一力垂直的前提下，参考类平抛运动模型进行解题。

1.3  两种不同解题思路赏析

通过上述对于本题考查内容和命题意图的分析，已经明确了本题所涉及的主要知识点和解题思路，以下采用“审题—建构—求解—检验”四个解题环节对两种解题思路分别进行比较分析，如图3所示。

按照图3给出的解题思路和相关物理模型构建出发，统筹分析题目涉及到的物理量、运动过程和运动规律，分别从动能定理和动量定理原型的基础物理模型和等效重力场的综合性物理模型这两个方面出发，进行解题。

第1问考查静电场的电场强度E大小，学生只要对题目给出的物理模型分析，结合动力学和运动学的基本知识便可以迎刃而解。第2问考查力对空间的积累效应，求使粒子穿过电场后的动能增量最大所对应的初速度，解法一：可以从功能原理入手，根据动能定理，要使动能增量最大，则电场力做功要最大，那么在有界条件下，结合几何关系可以容易得到最大位移应该在图2所示的D点位置;解法二：可以从等效重力场模型的类平抛运动入手，寻找等效最低点进行解题。第3问考查力对时间的积累效应，求穿过电场前后动量变化量的大小为mv0的初速度，要求学生在知识脉络中要推理动量改变量等于該时间内电场力产生的冲量，且已知条件给出了当初速度为0时C点出射的粒子动量变化为mv0，那么只要在有限条件下寻找与C点出射时间相等的点即可，根据动量定理或者等效重力场模型，都容易得到该点为图2中的B点。

以上第2问和第3问中的两种解题方法，虽然最终都是采用类平抛运动规律进行求解，但是两种方法的推理分析，科学思维截然不同。第一种方法从动能定理和动量定理原型出发，结合受力情况和几何关系综合分析得到出射点的位置;第二种方法从构建等效重力场的综合性物理模型进行考虑，可以更清晰易懂地得到出射点位置。

2  基于试题赏析，对标核心素养

2.1  物理观念

试题以带电粒子在圆形有界匀强电场中的运动为载体，考查学生对位移、速度、加速度、点电荷、电场强度、静电场力等物理概念的掌握;突出考查了学生对匀（变）速直线运动、牛顿第二定律、类平抛运动、动能定理和动量定理等物体运动观念的理解;灵活考查了学生熟练运用牛顿第二定律和类平抛运动规律，分析解决具体问题的能力。试题立足于运动学、动力学、功能关系和静电场中传统的物理概念和物理规律，采用难度递进式的设问形式层层推进，很好地考查了学生对考纲要求的重点物理概念。

2.2   科学思维

新课标学业质量标准中科学思维水平要求：“能将实际问题中的对象和过程转换成所学的物理模型，能对综合性物理问题进行分析和推理” [ 3 ]。基于前述对试题的两种解题思路分析可知，学生不仅可以从熟悉的动能定理和动量定理两个物理模型出发进行解题，也可以通过构建等效重力场这个综合性物理模型进行思考分析。第一种解题思路要求学生深入理解力对空间和时间的积累效应与运动学规律之间相互联系，属于一般性科学思维解题模式。而第二种解题思维要求学生能将实际简单物理模型进行综合分析，构建适合实际题意的综合性物理模型，本题中的等效重力场的构建，考查了学生科学思维的评价要求。

2.3  科学探究

与科学思维不同，科学探究更侧重考查学生的逻辑思维和证据推理能力。如前述图3给出的基于问题和已知条件再进行推理论证便是一种科学探究形式。科学探究一般遵循“问题→证据→解释→交流”的规律。以本题中第2问的解题思路为例，学生在解题中可以进行如下探究过程：问题（ΔE最大对应的v1？）证据（根据动能定理，要使ΔE最大，则这个过程做功最多，转化为寻找沿作用力方向的最大位移）→解释（用等势面或者等效重力场结合几何知识推理）→交流（将推理得到的出射点与题设条件交流验证其正确性）。其他两个问题同样可以遵从这个科学探究规律进行。

2.4  科学态度和责任

作为物理学科的压轴题，本题的难度不管是和往年试题纵向比较还是与同年理综Ⅱ、Ⅲ卷压轴题横向比较，难度都比较适中，评价等级和区分度都为学生所接受。此外，该试题没有在纯知识记忆上深究，也没有冗长繁琐的文字表述，而是根据物理核心素养的具体要素合理设问，这样可以使学生从考试中体验到利用已学知识分析解决问题的成就感，享受高中物理学习成功的愉悦，从而提高学习物理的兴趣。毕竟高考并不意味着学习物理的终点，对于立志未来从事物理科学研究的考生而言，高考物理意味着新的学习征程的起点。本试题无疑对培养学生学习兴趣、形成严谨认真的科学态度很有促进作用。

3  教学策略

从2020高考全国卷物理压轴题解题赏析可以窥见高考综合改革的方向，我们可以深刻感受到新高考越来越注重物理学科核心素养，注重学生知识的积累、能力的提升和核心素养达成。高考物理源自教材，又高于教材，综合考核学生的综合学习能力、科学探究能力和创新思维能力。对标试题所蕴含的核心素养元素，启示我们在高考物理备考的教学中注重以下四个方面。

3.1  立足基础知识和基本规律，扎实物理观念的理解和应用

高考试题一般取材于教材，所以教学要回归课本，夯实基础，加强基础知识、基本概念和一般物理规律的理解和交流。教学中注重学生学习过程中因“元认知”模糊不清导致物理概念模糊混淆，要让学生从基础物理概念和规律开始，附以合理教学情境，提升和巩固学生对基础物理概念和规律的理解，形成扎实的物理观念。

3.2  注重物理模型的构建，強化科学思维的形成

科学思维是基于经验事实建构物理模型的抽象过程，是推理论证、综合分析的具体体现形式。因此，在教学过程中，教师要关注教材中重点的知识内容和基础物理模型，比如平抛运动、斜抛运动和圆周运动等基础模型，在此基础上，提炼和总结适合题设情境的综合性物理模型，比如本题中的类平抛运动和等效重力场模型，在日常教学过程中注重学生模型建构能力的培养。

3.3  培养知识迁移的能力，拓展科学探究的潜能

本题考核知识点跨越运动学、动力学、功能原理、静电场，并不是单一的局限在某一个章节或单一概念。因此要求教师要注重高中物理知识框架的整体性教学，让学生在学习过程中找寻相关物理知识之间的关联性，有意识培养学生知识迁移的能力。此外，在教学过程中，尤其是物理实验的教学过程中形成学生为主体，教师评价和总结的教学模式，让学生自主探究物理规律并且从中体验到探究的乐趣，激发学生科学探究的潜能。

3.4  鼓励探索和科技前沿创新，促进科学态度和责任的养成

高考物理试题的解题本身就是一项遇到问题、分析问题和解决问题的系统性工作。物理来源于生活又高于生活，兴趣是最好的老师，激发学生学习物理的兴趣可以起到事半功倍的作用。因此，教师在教学中不要停留在教材中单纯知识点的传授，更要联系生活生产实际，让学生体验到科技力量造福人类巨大作用，注重培养学生热爱科学、探索科学、攀登科学高峰的勇气和自信心。

4  结语

新高考评价体系明确了高考物理的备考方向，尤其在今年高考改革为“3+1+2”模式的新背景下，如何培养物理学科核心素养无疑是一个重大的挑战。教师在教学中唯有牢牢抓住物理学科核心素养这条主线，做到以不变应万变，才能更好地备战高考。

参考文献：

[1] 李先全. 深挖教材习题资源 助推思维能力迁移[J].中学物理教学参考，2017（3）：65-66.

[2] 施生晶，王玉辉. 践行能力立意 体现学科素养—2020年高考全国理综Ⅰ卷第25题赏析及启示[J]. 理科考试研究，2020（10）：44-47.

[3] 黄恕伯.考查核心素养引导学科教学—议2020年高考理综全国Ⅰ卷物理试题特点[J].基础教育课程，2020（8）：73-76.