基于“批判性思维”的2023年全国新课标卷物理试题研究

王 健

(河北保定市第二中学)

2020年,教育部考试中心正式发布《中国高考评价体系》,系统阐述了“一核”“四层”“四翼”的具体内容,集中回答了高考“为什么考、考什么、怎么考”的关键问题,明确提出了发散思维、逆向思维、批判性思维等思维品质是创新思维的重要特征.《中国高考评价体系说明》规定了高考命题的基本方向和具体要求.具体来讲,“四层”中的“关键能力”和“学科素养”以及“四翼”中的“综合性”“应用性”“创新性”都在某种程度上集中体现了“以批判性思维为代表的关键能力”的核心价值和主张.2023年高考物理试题明显加强了对批判性思维能力的考查.本文基于“批判性思维”对2023年全国高考物理试题进行分析和研究,并用于指导一线教学和学习.

1 批判性思维的特点

批判性思维要求学生具有独立思考的能力,能够自觉运用分析推理、逻辑论证、甄别加工等方法,使用可靠的证据,得出自己的观点,解决实际问题.批判性思维强调独立开放、敢于质疑、多角度的思考方式,就是要引导高中教学改变追求唯一标准答案与答题套路等重复、机械、固化的训练模式.

2 试题特点分析

2.1 发现试题情境中的隐含条件

例如,在力和运动的试题中,能量守恒就是一个隐含前提.相关试题通常旨在充分考查学生的思维能力,以及对机械能守能定律、动量定理、动能定理、动量守恒定律的理解和应用,提高学生通过试题情境挖掘试题本身的知识内容的能力.

例1(2023年新课标卷第20题)一质量为1kg的物体在水平拉力的作用下,由静止开始在水平地面上沿x轴运动,出发点为x轴零点,拉力做的功W与物体坐标x的关系如图1所示.物体与水平地面间的动摩擦因数为0.4,重力加速度大小取10m·s—2.下列说法正确的是( ).

图1

A.在x＝1 m 时,拉力的功率为6 W

B.在x＝4 m 时,物体的动能为2J

C.从x＝0 运动到x＝2m,物体克服摩擦力做的功为8J

D.从x＝0运动到x＝4 m 的过程中,物体的动量最大为2kg·m·s—1

从x＝0运动到x＝2m,物体克服摩擦力做的功为Wf＝μmgx＝8J.选项C正确.根据W-x图像可知在0～2m 的过程中F1＝6N,2～4m 的过程中F2＝3N,由于物体受到的摩擦力恒为Ff＝4N,则物体在x＝2m 处速度最大,且根据选项A、B 分析可知,此时的速度,则从x＝0运动到x＝4m的过程中,物体的动量最大为s—1,选项D 错误.

故选B、C.

2.2 寻找物理过程中的临界条件

临界条件是高考命题的一个重要方向和关键考点,教师可在求解极值问题的过程中培养学生对临界条件的判断和理解能力.

例2(2023年新课标卷第24题)将扁平的石子向水面快速抛出,石子可能会在水面上一跳一跳地飞向远方,俗称“打水漂”.要使石子从水面跳起产生“水漂”效果,石子接触水面时的速度方向与水面的夹角不能大于θ.为了观察到“水漂”,一同学将一石子从距水面高度为h处水平抛出,抛出速度的最小值为多少? (不计石子在空中飞行时的空气阻力,重力加速度大小为g)

2.3 多解问题

周期性运动中的多解问题,以及题设条件的开放性或者初始条件的不确定造成结果的多种可能性问题,都有助于培养学生考虑问题的全面性.

例3(2023年新课标卷第18题)一电子和一α粒子从铅盒上的小孔O竖直向上射出后,打到铅盒上方水平放置的屏幕P上的a和b两点,a点在小孔O的正上方,b点在a点的右侧,如图2所示.已知α粒子的速度约为电子速度的,铅盒与屏幕之间存在匀强电场和匀强磁场,则电场和磁场方向可能为( ).

图2

A.电场方向水平向左、磁场方向垂直纸面向里

B.电场方向水平向左、磁场方向垂直纸面向外

C.电场方向水平向右、磁场方向垂直纸面向里

D.电场方向水平向右、磁场方向垂直纸面向外

电场方向向右,磁场垂直纸面向里,如果α粒子打在a点,即向右的电场力和向左的洛伦兹力平衡,有qE＝qvB,故,因为电子速度大,受到向右的洛伦兹力大于向左的电场力,电子向右偏转.同理,如果电子打在a点,则α粒子受到的向右的电场力大于向左的洛伦兹力,α粒子向右偏转,也会打在b点.电场向右,磁场垂直纸面向外时,α粒子受到向右的电场力和洛伦兹力,电子受到向左的电场力和洛伦兹力,均不能受力平衡打到a点,故选项C 正确,选项D错误.

故选C.

2.4 发散思维

培养学生的发散思维能力,考查学生针对同一个问题情境,从不同方面进行解决的能力.

例4(2023年新课标卷第18题)一边长为L、质量为m的正方形金属细框,每边电阻为R0,置于光滑的绝缘水平桌面(纸面)上.宽度为2L的区域内存在方向垂直于纸面的匀强磁场,磁感应强度大小为B,两虚线为磁场边界,如图3-甲所示.

图3

(1)使金属框以一定的初速度向右运动,进入磁场.运动过程中金属框的左、右边框始终与磁场边界平行,金属框完全穿过磁场区域后,速度大小降为它初速度的一半,求金属框的初速度大小.

(2)在桌面上固定两条光滑长直金属导轨,导轨与磁场边界垂直,左端连接电阻R1＝2R0,导轨电阻可忽略,金属框置于导轨上,如图3-乙所示.让金属框以与(1)中相同的初速度向右运动,进入磁场.运动过程中金属框的上、下边框处处与导轨始终接触良好.求在金属框整个运动过程中,电阻R1产生的热量.

(2)设金属框的初速度为v0,金属框完全进入磁场时的末速度为v1,向右为正方向.由于导轨电阻可忽略,此时金属框上下部分被短路,故电路中总电阻

图4

设线框刚离开磁场时的速度为v2,根据动量定理有,解得v2＝0,则说明线框刚离开磁场时就停止运动了,根据能量守恒定律有,其中

则在金属框整个运动过程中,电阻R1产生的热量

3 启示

教学过程中,要注意避免学生死记硬背,而是让他们体会和理解知识的生成过程.考试过程中,通过情境的创设,可考查学生的思维能力和探究能力,激发学生思考、探索和实践的潜能,不断提升学生思考和探究的能力.

总之,教师在教学过程中要注重研究教材,改善教学方法,以便为学生提供更多深度学习和思考的机会;重视情境化设计,扩展素材选取范围,在问题情境中发展和优化学生物理素养;重视对学生阅读能力、信息加工能力和思辨能力的培养,优化能力结构,促进学生均衡发展.

(完)