2021年全国高考理综乙卷第18题评析①

(福建省泉州市城东中学,福建 泉州 362000)

《普通高中物理课程标准(2017年版)》在“学业水平考试与命题建议”中提出：评价学生的物理核心素养,应尽量创设类型多样的、具有一定复杂程度的、开放性的真实情境作为试题的任务情境。[1]2021年全国高考理综乙卷的第18题涉及2020年诺贝尔物理学奖的研究工作,以科学家对恒星S2的观测创设情境,利用比较法,巧妙地把物理模型“藏”起来,情境与问题的结合度高,能有效考查学生模型构建能力和迁移创新能力。

1 原题呈现及解析

1.1 原题呈现

科学家对银河系中心附近的恒星S2进行了多年的持续观测,给出1994年到2002年间S2的位置如图1所示。科学家认为S2的运动轨迹是半长轴约为1000AU(太阳到地球的距离为1AU)的椭圆,银河系中心可能存在超大质量黑洞。这项研究工作获得了2020年诺贝尔物理学奖。若认为S2所受的作用力主要为该大质量黑洞的引力,设太阳的质量为M,可以推测出该黑洞质量约为( )。

图1

A.4×104MB.4×106M

C.4×108MD.4×1010M

1.2 解析

1.3 命题意图分析

本题以“恒星绕黑洞的椭圆轨道运动”为情境，考查了学生的运动和相互作用观念、模型建构和科学推理和证据获取能力,同时关注科学前沿发展。

2 试题设计赏析

2.1 情境创设体现育人导向

如把试题中“这项研究工作获得了2020年诺贝尔物理学奖”这句话去掉,并不影响学生的解题,为何要加上？高考改革的方向不再是单纯体现选拔功能,而应有意识地发挥考试在育人方面的导向功能。增强试题的育人功能,是当前各类考试的重要价值取向,也是考试更好地服务教育教学的重要途径。[2]“2020年诺贝尔物理学奖”这一材料的选取,有利于培育学生正确的价值观,体现试题的育人导向。

2.2 与真实情境深度融合

根据试题中任务情境和提供信息的融合程度,有学者将情境化试题分为情境分离型、情境嵌入型和情境结合型。[3]情境分离型试题中情境与问题无直接联系，情境嵌入型试题中情境与问题相融合,试题具有较强的可读性和实用性，情境结合型试题中问题和情境结合在一起,学生需要在复杂情境中提取关键信息,进行分析、加工。本题的第1句话描述了科学家观测的现象,并把现象用图示的形式展示出来,要求学生从图中获取信息并进行分析加工,得出恒星S2的运行周期为16年的结论。第2句话给出科学家构建运动模型的猜想,要求学生构建“恒星S2绕黑洞做椭圆轨道的运动”的模型,并从中获取“椭圆轨道的半长轴是1000AU”的信息。本题属情境结合型,试题与情境深度融合。

2.3 利用比较法巧妙设问

本题考查的知识主要是万有引力定律和牛顿第二定律，情境任务的设置直接与考查目标相联系,设置的合理性关系到试题的考查目标能否实现。[3]本题如果只考查“恒星S2绕黑洞做椭圆轨道的运动”,考查点只能是开普勒定律,物理模型过于明显,难以考查学生构建模型的能力。试题给出了太阳的质量,要求黑洞与太阳质量的比值,这就要求学生同时构建“恒星S2绕黑洞做椭圆轨道的运动”和“地球绕太阳运动做圆周运动”的模型,并把两个模型进行类比迁移。因为地球绕太阳运动的周期是1年,这是常识,所以试题中没有给出,这就增加了学生构建模型进行比较的难度。试题通过这种方式,考查了学生的迁移创新能力与综合应用知识的能力。

3 教学启示

3.1 创设教学情境,让学生经历规律建立的过程

科学家观测银河系中心附近的恒星S2,由此得出银河系中心可能存在超大质量黑洞的猜想,试题展示了这一真实探究情境。从第谷观测行星获取数据,到开普勒研究数据，得出开普勒三大定律,再到牛顿通过猜想得出万有引力定律,经历的是相同的探究历程。在物理教学中,如果没有让学生经历这样的探究过程,而是简单地教给学生万有引力定律,然后让学生大量刷题,学生遇到这样的试题会感觉无所适从。所以,教师在新课教学中,应精心创设教学情境,让学生经历规律发现的过程。

3.2 把握时代脉搏,根据热点话题创设教学情境

在高三复习备考中,教师除了应狠抓学生基本功训练外,还应关注社会热点,挖掘社会热点中的原始物理问题,据此创设教学情境,开展教学活动,再将原始物理问题转化为试题,让学生有针对性地进行备考训练。