基于情境创设视角的高考试题评析——以2021年、2022年湖北省新高考物理试题为例

孔鹏珂

(湖北省荆州中学)

本文着重从试题情境设置呈现的规律和特点的角度对高考真题进行解读、分析并找出规律,为物理教学和高考复习备考提供借鉴。

1 从试题情境对高考试题的必要性评析

情境创设是物理概念建立、物理规律探究的必由之路,是应用物理知识解决具体问题的重要载体,高质量的情境创设有利于学生自主学习能力的培养,有利于激发学生的学习动机和探究欲望,最终促进学生物理学科核心素养的全面发展。本文以湖北省2021年、2022新高考物理试题为例,分析这两年试题在情境素材的选取、情境创设的形式等方面呈现的特点,以期为物理教学与备考带来思考与启发。

2 湖北新高考物理试题的情境特点

2021年湖北新高考与情境直接相关的有物理试题8道,占试题总数量的50%,涉及力学、电学、光学及近代物理等内容。2022年高考试题与情境直接相关的有9道,占试题总量的56%,同样也涉及力学、电学、光学及近代物理等内容。两年的情境化试题中均没有无效情境试题。

实施新高考两年以来的湖北高考物理试题,都加强了情境化试题的考查,将生产生活、体育运动、科技前沿、实验探究、问题探索中的具体案例与物理试题有机结合,强调物理知识与情境的关联。情境试题呈现了一个真实的、适当加工或抽象的复杂情境,使试题中所蕴含的物理规律更加隐蔽,避免了在解题过程中直接套用公式,需要学生自觉地将问题情境转化为解决物理问题的条件和信息,考查学生建立物理模型、灵活运用物理知识分析问题和解决问题的高阶认知能力,有利于引导教学,注重概念和规律的形成过程,加强学生对基础内容的融会贯通,体会到物理学的学科价值,促使学生主动思考、积极探索新知。

2.1 试题的情境创设体现了“价值引领”评价理念

2021年、2022年的湖北高考试题在情境素材地选取上有很多的共同点。两年高考试题的第1题都考查的是原子核物理的知识内容,2021年试题基于我国第一颗原子弹和氢弹爆炸这一素材考查核裂变和核聚变的原理,2022年以我国著名物理学家王淦昌在中微子实验中所做出的贡献为素材考查核反应方程的规律。这两个素材的选取可以在考试中强化爱国主义情怀,激发学生的民族自信心和自豪感,发挥了高考的育人功能,实现了高考由考试评价工具到全面育人载体的转变。

2021年、2022年高考试题分别以“天问一号火星探测器”和“天舟四号货运飞船”为背景,很好地体现了高考的功能定位,体现物理学在高、精、尖科技领域的应用价值。引导学生的关注点从“做题”向“做人做事”转变。素材贴近时代,呈现我国在航天领域的伟大成就,以此来激发学生学习物理的浓厚兴趣和勇攀科学高峰的积极信念。

2.2 试题的情境创设借助于生活实践情境,体现“素养导向”的评价理念

(2022·湖北卷·9)近年来,基于变压器原理的无线充电技术得到了广泛应用,其简化的充电原理图如图1所示。发射线圈的输入电压为220 V、匝数为1 100匝,接收线圈的匝数为50匝。若工作状态下,穿过接收线圈的磁通量约为发射线圈的80%,忽略其他损耗,下列说法正确的是 ( )

图1

A.接收线圈的输出电压约为8 V

B.接收线圈与发射线圈中电流之比约为22∶1

C.发射线圈与接收线圈中交变电流的频率相同

D.穿过发射线圈的磁通量变化率与穿过接收线圈的相同

本题既是一道以“无线电充电技术”为背景的生活实践类问题情境试题,同时也是一道探究“非理想变压器的”学习探索类问题情境试题。此题有新意,对不同学业质量水平的学生有很好的区分度。本题考查考生对理想变压器变压规律的深层次理解,需要考生在非常熟练掌握理想变压器原、副线圈电压之比等于匝数之比这一已知结论的推导过程基础之上,结合命题人提供的信息,在考场上运用创新思维自主探索得出副线圈电压与原线圈电压的关系。

此题注重学用结合,加强理论联系实际,紧密结合国家经济社会发展、科学技术进步、生产生活实际等创设真实情境,充分考虑学生学习和生活实际,把课本知识与“具体真实的世界”联系起来,考查学生灵活运用所学知识方法分析和解决实际问题的能力,引导学生在解决实际问题的过程中建构知识、培养能力、提升素养,诠释物理学的实用价值,凸显素养导向的评价理念,高考体现服务选才的功能。

2.3 试题情境的创设着眼于学习探索问题情境,体现能力为重的评价理念

图(a)

(1)闭合开关S,由静止释放金属棒,求金属棒下落的最大速度v1;

(2)断开开关S,由静止释放金属棒,求金属棒下落的最大速度v2;

(3)先闭合开关S,由静止释放金属棒,金属棒达到最大速度后,再断开开关S。忽略回路中电流突变的时间,求S断开瞬间金属棒的加速度大小a。

本题以“非线性电子元件”作为考查背景素材,属于学习探索类情境。这一情境对于考生来说是比较陌生,需要考生临场综合运用力与运动、闭合电路欧姆定律、安培力和法拉第电磁感应定律等必备主干知识,并结合题目给出的信息判断非线性元件处于何种状态,判断电压、电流分别对应多少,进而对导体棒的运动情况进行准确判断。本题设问逐步加深,体现考查的基础性、综合性、应用性和创新性的层层递进,需要考生具备综合运用知识和能力的水平,体现了能力为重的评价理念和高考服务选才的功能,让高质量人才在高考选拔中脱颖而出。

3 教学及备考启示

3.1 结合时代背景充分挖掘试题情境素材

目前,我国航空航天科技领域不断取得重大突破,在载人航天、空间站建设、火星探测、探月工程等方面均取得了巨大成就。特别是我国航天员已经进行了三次“天宫课堂”的现场实验展示和教学,为全世界热爱科学的广大学生提供了极高质量的科普活动载体。毛细效应实验与表面张力、浸润和不浸润、毛细现象等知识点紧密相连;水球变“懒”这一实验可以与深圳赛格大厦出现晃动现象一起作为考查“阻尼器”减震知识的试题情境素材;太空趣味饮水实验和会掉头的扳手实验则体现了航天器的微重力环境,可作为让学生更直观感受失重环境的素材。天宫课堂实验趣味性与科学性相结合,生动性和严谨性相统一,蕴含着丰富的教育资源,对激发青少年弘扬科学精神、热爱航天事业具有极高的价值。

3.2 情境创设应与试题更加有效、高质量地融合在一起

(2013·全国新课标Ⅰ卷·14)图3是伽利略1604年做斜面实验时的一页手稿照片,照片左上角的三列数据如下表。表中第二列是时间,第三列是物体沿斜面运动的距离,第一列是伽利略在分析实验数据时添加的。根据表中的数据,伽利略可以得出的结论是 ( )

图3

113242130932981645262558243661 1924971 6006482 104

A.物体具有惯性

B.斜面倾角一定时,加速度与质量无关

C.物体运动的距离与时间的平方成正比

D.物体运动的加速度与重力加速度成正比

此题以“伽利略的手稿”为情境载体,生动重现教材上伽利略对自由落体运动研究的过程。完美地将物理学史情境与运动学考点高质量地有机融合在一起,是物理学史类情境命题的典范,可以供平时大型考试的命题者所借鉴。在教学和考试评价中,情境创设的目的不是增加试题的“花样”,而是更好地与物理知识紧密结合在一起提升学生物理学科素养和关键能力。

3.3 重视学习探索类问题情境的创设

(2013·北京卷·24节选)对于同一物理问题,常常可以从宏观与微观两个不同角度进行研究,找出其内在联系,从而更加深刻地理解其物理本质。

(2)正方体密闭容器中有大量运动粒子,每个粒子质量为m,单位体积内粒子数量n为恒量。为简化问题,我们假定：粒子大小可以忽略;其速率均为v,且与器壁各面碰撞的机会均等;与器壁碰撞前后瞬间,粒子速度方向都与器壁垂直,且速率不变。利用所学力学知识,导出器壁单位面积所受粒子压力f与m、n和v的关系。