基于《中国高考评价体系》的物理原创命题探索——以应用性为主的命题为例

广东 翁石发

2019年11月，教育部考试中心发布了《中国高考评价体系》(以下简称《高考评价体系》)。《高考评价体系》由“一核”“四层”“四翼”组成，其中“一核”是高考的核心功能，即“立德树人、服务选才、引导教学”，回答“为什么考”的问题；“四层”为高考的考查内容，即“核心价值、学科素养、关键能力、必备知识”，回答“考什么”的问题；“四翼”为高考的考查要求，即“基础性、综合性、应用性、创新性”，回答“怎么考”的问题。

随着高考改革的进一步推进，研读《高考评价体系》，完成育人使命已成为一线教师面临的重要而紧迫的课题。物理学科应用性为主的命题往往是将物理概念、物理规律与生活生产、科学技术、社会发展紧密联系，通过设置真实的问题情境，要求学生构建物理模型，考查学生运用物理知识和方法解决实际问题的能力，引导学生从“解题”向“解决问题”转变。

1 应用性为主的物理原创命题示例

1.1 与社会热点相关的应用性命题

图1

图2

(1)红队冰壶在碰撞前后瞬间的速度之比是多少？

(2)两冰壶均停止后，冰壶在圆垒内且到O点距离较小的一方获胜。红队运动员在P碰上Q前，用毛刷擦拭冰面的长度在满足什么条件时可赢得比赛？(P碰上Q后，假设运动员不再擦拭冰面)

【素材来源】本题取材于冬奥会冰壶比赛。2022年2月4日～20日，我国成功举办第24届冬季奥林匹克运动会。冬奥会的成功申办，增强了全国人民实现中华民族伟大复兴的信心,展示了中国致力于推动构建人类命运共同体的信息，树立了阳光、富强、开放的良好形象，增进了各国人民对中国的了解和认识。意义重大，举国关注！很多体育比赛蕴含着丰富的物理知识，可以为命题提供应用性极强的情境素材。利用体育赛事命题，显化体育育人，凸显试题育人价值。

【考核目标】(1)必备知识：匀变速直线运动规律、牛顿运动定律、动能定理、动量守恒定律。(2)关键能力：知识获取能力、思维认知能力。学生通过理解题意，进而建构冰壶做匀变速直线运动的模型、碰撞模型；通过抽象思维将“赢得比赛”的情境问题转化为物理问题，进而转化为数学问题。(3)学科素养：考查物理观念中的运动观念、相互作用观念、能量观念和科学思维中的模型建构、科学推理、质疑与创新。(4)核心价值：厚植爱国主义情怀(政治立场和思想观念)，培养健康情感和奋斗精神(道德品质和综合素质)。

【任务描述】本题要求学生利用所学知识解决“赢得冰壶比赛”的实际问题。冰壶离开投掷线后做匀减速直线运动，运动员通过擦拭冰面减小动摩擦因数的方法改变冰壶的加速度，进而控制冰壶撞击对方冰壶的速度，使我方冰壶在停止时离“垒区”圆心最近，从而赢得比赛。要求学生通过审题，理解擦拭冰面长度与冰壶速度的关系、冰壶速度与停止位移的关系，最后将“赢得比赛”的情境问题转化为“比较冰壶停止位置”的物理问题，最终转化为数学问题。方案一，若两冰壶最终均停在“垒区”圆心右侧，由于碰撞后我方冰壶速度较小，撞后滑行位移较小，则冰壶一定离“垒区”圆心O较近，只要满足冰壶不出垒区右边界，我方就能赢得比赛；方案二，若两冰壶停在垒区内且分居“垒区”圆心左右两侧，此时要赢得比赛，则我方冰壶碰后滑行位移S1和对方冰壶滑行位移S2必须要满足数学条件x-S1

【设问思路与评价】本题考查学生理论联系实际的能力。第(1)问中，学生可以直接提炼两冰壶碰撞模型，运用动量守恒知识进行作答，多数学生可以轻松解答。但第(2)问增加了比较两冰壶停止位置的复杂问题，学生需要同时考虑两冰壶的运动情况，而且还要清晰地理解擦拭冰面与冰壶的速度关系，使得情境变得复杂，思维链条进一步拉长。此外，问题的解答具有一定的探索性和开放性，要求学生应用物理知识解决“赢得比赛”这一实际问题，方案并不唯一，且不同方案的数学条件也不尽相同，需要学生对所选方案进行综合分析、筛选以及评价，考查学生思维的缜密程度；水平高的考生可以通过逻辑分析得到方案一中只需保证我方冰壶不出垒区右边界(即擦拭冰面长度不能超出某个理论上限)即可，最终通过速度的比较发现，擦拭冰面长度的理论上限大于实际场地27.5 m的上限，进而避免进行繁琐的理论上限计算，创造性地解决实际问题。

1.2 与生活生产结合的应用性命题

【原创命题2】甲、乙两位同学利用智能手机的连拍功能研究滑块的直线运动。如图3所示，在斜面底端固定某参照物，乙同学将滑块置于斜面顶端。此时，滑块与参照物距离为2.60 m。甲同学调整手机拍摄角度，使得摄像头正对着装置且让整个装置尽量布满手机屏幕，调节完毕后固定手机。实验时，甲同学启动手机连拍功能后，乙同学将滑块由静止释放，获得多张滑块下滑时的照片。选取第一幅照片以及滑块下滑过程中(撞上参照物前)任意5幅连续的照片A、B、C、D、E，均冲洗成5寸规格的照片。用刻度尺分别在照片中测量滑块与参照物的距离，获得数据如表1。

图3 实验装置图

表1 实验数据表

已知该手机每隔0.1秒拍1幅照片，通过分析表格数据，请回答：

(1)滑块下滑过程(撞上参照物前)可以认为是做________运动；

(2)拍摄第C幅照片时，滑块的瞬时速度v=________(计算结果保留三位有效数字)；

(3)与打点计时器相比，利用手机连拍功能记录运动信息在实验精确度上你作何评价，请陈述你的理由：_______________________________________________________________。

【素材来源】本题取材于生活中非常常见的智能手机的连拍功能。连拍功能可以实现每隔相同时间拍摄一幅照片，与物理课堂中的打点计时器每隔相同时间打下一个点的功能相近，可以作为记录物体运动信息的工具。

【考核目标】(1)必备知识：匀变速直线运动中纸带的处理方法；(2)关键能力：知识获取能力、实践操作能力、思维认知能力；(3)学科素养：考查“科学探究”中的证据、解释、交流和“科学思维”中质疑与创新；(4)核心价值：世界观与方法论中的理论联系实际。

【任务描述】本题利用手机连拍功能记录运动信息。每隔0.1 s拍摄一幅照片，可以获得在相同时间间隔内物体的位置信息，将滑块与固定参照物间的距离L转化为滑块运动位移信息。从处理过的位置信息中获得“在误差允许范围内，连续相同时间间隔内位移之差相等”这一证据，进而得出滑块做匀加速直线运动的结论。或者是通过第二问的做法求出各个位置的瞬时速度，再根据速度的变化获得匀加速直线运动的结论。在计算C照片中滑块的瞬时速度时，由于测量数据是在冲洗后的5寸照片上进行，实际上是将现实装置“缩小”到照片上了，因此在计算时要先“等比例”恢复到装置的实际尺寸。这个“比例”是通过第一幅照片滑块与参照物的“照片距离”L=13.00 cm与题中告知的现实尺寸2.60 m对应得出的，比例系数是1∶20。将“照片距离”按1∶20放大到实际距离后再利用瞬时速度的求法解答。这个按比例放大过程，实际上就是要求学生具有理论联系实际的世界观与方法论的核心价值。最后，要求学生不仅仅能理解实验过程，完成实验数据处理，还要求学生对实验方案做出评价，考查学生深刻理解记录运动信息的准确程度与时间间隔的长短有关，时间间隔越短记录越精确的极限思想。打点计时器是每隔0.02 s记录一次，而连拍功能是每隔0.1 s记录一次，显然，打点计时器记录更为精准。此外，在数据处理上，“照片距离”相对实际距离作了“缩小”，测量“照片距离”再等比例反映实际距离，这样会造成较大的误差，基于这两点考虑，手机连拍功能记录运动信息的精确度不如打点计时器。

【设问思路与评价】问题(1)主要考查学生获取信息能力，能否将表格数据转化为运动情况，可以根据学生回答的是否清楚、正确情况，给予不同的分数。问题(2)不仅考查学生是否掌握求瞬时速度的方法，还考查学生能否联系实际，将表格中的“照片距离”等比例放大到实际距离再进行计算。这里可以将学生迁移能力、应用能力(理论联系实际能力)作出区分。问题(3)具有一定的开放性，在记录运动信息的精确度上，学生会觉得手机连拍功能会优于打点计时器，毕竟智能手机带有“智能”这一具有时代性、高大上的光环。这就考验学生是否具备独立思考能力、是否能批判性地发现问题、客观辩证地解释问题，考验学生对问题解决方案的合理性、可行性基于事实和逻辑的论证。在阐述理由时，如果学生能清晰表述“时间间隔”长短以及测量误差两方面的影响，则说明该生具有更高水平，可获得更高分数。

1.3 与科学技术联系的应用性命题

( )

A.火星公转轨道的半径约为地球公转轨道半径的2倍

D.下一个火星探测器的最佳发射期最早将出现在2020年

【素材来源】本题素材来源于新闻报道，以“洞察号”火星探测器于“火星冲日”时段发射为情境。

【考核目标】(1)必备知识：天体运动规律；(2)关键能力：知识获取能力；(3)学科素养：考查“物理观念”中的运动观念和“科学思维”中的模型建构、科学推理、质疑与创新。

【设问思路及评价】A、B、C选项的设问中规中矩，考查天体运动的基础知识。对于D选项，学生需要建立行星追及运动模型，将直线运动中的“线”追及迁移到圆周运动中的“角”追及，进而计算出下一次火星离地球最近的年份。应用所学知识计算出下一个火星探测器的最佳发射期，让学生感受到所学知识与科技前沿对接的喜悦，充分感受到课堂所学内容中蕴含的应用价值。

2 应用性为主的物理原创命题体会

2.1 命题立意宜立足学科素养，体现核心价值

受学科特点限制，物理学科命题在考查核心价值时，无法像政治、历史等学科一样通过主观题了解学生的作答情况，体现学生的政治立场和思想观念、道德品质和综合素质。物理学科的命题可以通过“应用性”较强的问题情境，立足学科素养，以“解决实际问题”为导向。通过实际问题的解决，考查解决问题的能力，让学生在解决问题的过程中，提升自我价值，提高学生对科学的兴趣，培养科学服务于人类的意识，践行社会主义核心价值观，体现物理学科的核心育人价值。

2.2 试题情境宜选取真实问题，贴近生活实际

利用真实问题作为情境命题，有助于科学选拔人才。物理命题往往是用滑块、小球、带电体、轨道、轻绳、弹簧等理想化模型进行组合，且学生通过刷题和一些毫无思维品质的经验结论也能一定程度上应对考试，但很难区分解决实际问题能力以及素养水平的高低。因此，以真实情境为载体命制的题目对能力和素养的检测更为全面准确.既可以拉近物理与生活的距离、揭示生活中蕴含的科学原理，又能有效避免考试内容与理论学习、实践应用的脱节。具有“应用性”考查要求的命题在情境上宜选取更贴近时代、贴近社会、贴近生活的素材，拓宽学生科学视野，增强学生理论联系实际的意识，提升解决实际问题的能力。

2.3 命题设问宜结论开放，培养创新能力

以“应用性”为考查要求的命题在设问上要有一定的开放性和探究性，建议设置解决方法多样、答案不唯一的问题，引导学生多角度思考问题，且进行独立思考和判断，提出多种解决问题的方案，并对所选方案进行评价与筛选。训练学生面对复杂问题时，始终保持冷静思考和理性判断的能力，增强学生“批判性思维”意识，培养学生灵活应对生活实践问题情境的学科素养，有利于提高学生的综合能力和创新思维。

3 结语

学以致用，是学生终身发展必须具备的素养。学生无论以后从事什么职业，能不能把理性分析跟实践情况结合起来，能不能将所学知识应用于实际问题，终将影响其事业的发展。《高考评价体系》强调学以致用，强调命题要注重应用性，这样的命题可以使学生形成理论与实践相结合的能力和思维习惯，助力培养善于观察各种现象，主动灵活地应用知识分析并解决实际问题，高度关注与国家经济社会发展、科学技术进步、生产生活实际等紧密相关的内容与问题，具备良好的实际问题解决能力的社会主义接班人。