基于核心素养的高考物理真实情境试题研究

摘" "要：" 随着新高考改革的不断推进，“无情境，不成题”已成为高考物理试题的命题导向。文章聚焦于核心素养背景下的高考物理情境试题。通过对近年来高考物理试题的深入分析，为高中物理教学提供有益的参考，有助于教师优化教学策略，更好地培养学生的物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任等物理核心素养，以适应新时代高考的要求。

关键词： 核心素养；真实情境；高考物理

本文归纳分析近三年福建高考物理试题中的真实情境，深入分析三道有关电磁感应的高考情境真题，试题体现四个核心素养，从而了解命题者的出题思路和侧重点，有助于把握新高考物理命题的趋势和规律，更好地预测未来高考的情境命题方向，为物理课堂教学和复习备考提供针对性的指导。

1" 情境试题来源：现实生活和物理教材

物理学是一门以实验为基础的自然科学，物理知识与实际生活密切相关，在日常生活中，经常可以看到一些真实情境，例如：太阳光传播到地球上产生的一系列光现象；潮汐现象；在靠近北极和南极地区的上空不时会出现梦幻般的极光；用双手有节奏地摩擦“鱼洗”铜盆的“双耳”时，盆中会喷出泉涌般的水柱；智能交通系统中车辆自动刹车；乒乓球的运动轨迹等。除此之外，物理学史、教材中的典型问题和科学探究也是真实情境，例如：万有引力定律建立过程中的物理学史；学生实验“研究匀变速直线运动”中的纸带问题；探究“磁在什么条件下才能生电”中的三个分组实验等。可以说物理试题中的真实情境中蕴含着丰富的自然现象和人文情感[ 1 ]。

2" 物理情境试题和核心素养

2.1" 物理观念

情境试题会设置具体的物理现象或过程，要求学生运用所学的物理概念、规律和原理来解释和描述这些现象。例如，发射神舟十八号载人飞船的情境，考查学生对万有引力定律的理解和运用，从而体现学生对天体运动相关物理观念的掌握。

2.2" 科学思维

试题中的情境可能较为复杂，需要学生进行分析、综合、推理、判断等思维活动。例如，2023年福建高考压轴题，给出两个滑块在匀强电场中运动的情境，让学生分析两滑块在相互作用过程中的能量和动量变化情况，考查学生的逻辑推理和模型构建能力。

2.3" 科学探究

一些情境试题会模拟科学探究的过程，要求学生提出问题、设计实验方案、收集和处理数据、得出结论等。例如，设计“探究影响感应电流方向的因素”的实验情境，考查了学生的科学探究能力。

2.4" 科学态度与责任

情境可能涉及到与社会、环境、科技发展相关的物理问题，促使学生思考物理知识的应用对社会和环境的影响，培养其科学态度和社会责任感。例如，以近期热门的智能无人驾驶汽车的能量转化和安全问题为情境，让学生思考能源利用和社会未来发展趋势。

3" 真实情境下物理试题分析

情境类物理试题可以分为两种：（1）学习探索类；（2）生活实践类；学习探索类主要源自教材中的物理情境及模型：包括连接体模型、传送带模型、等时圆模型、板块模型、人船模型、单双棒模型等。生活实践类则是将物理模型和实际的生产生活相结合。

3.1" 近三年福建高考物理真题情境分析（表1）

3.2" 学习探索类情境试题

3.2.1两道“相似”情境试题的类比

例1：如图1，一足够长的水平传送带沿顺时针方向以v0匀速转动，在传送带左端A处无初速度地轻放一质量为m的小物块，小物块与传送带之间的动摩擦因数为μ，求小物块从A端运动到B端过程中产生的热量Q和消耗的电能E。

联立Q=f·s，f=μmg，s=s-s=v0t-t，t==，得Q=mv，由动能定律f·s=mv-0，得物块获得的动能Ek=mv，由能量守恒得消耗的电能E=Q+mv=mv。

本题的特殊情况是Q和Ek数值相等，这是因为s=s，但在教学中应该和学生强调摩擦生热与相对路程有关，而摩擦力做功与对地路程有关，如果滑块有初速度，则Q≠Ek，所以搞清楚基本概念非常重要。本题考查了核心素养中的物理观念。

例2：如图2所示，水平足够长的光滑导电轨道，宽度为L，存在竖直向下的匀强磁场B，左侧接有电动势为E的电源，一根质量为m、长度略大于L的金属棒垂直导轨静置，与导轨接触良好，回路中除了电阻R外其他电阻不计，求从闭合开关S到金属棒稳定运动过程中电阻R产生的热量Q和消耗的电能E。

联立i=和m=BiL得v=-e+和i=e，从速度式子可以看出当t→+∞时金属棒的稳定速度vm=。电阻R产生的热量Q=iRdt=edt=-（e）│=，金属棒稳定运动时获得的动能Ek=mv=，这里Q和Ek数值也相等，由能量守恒得消耗的电能E=Q+Ek=。

例1是力学试题，例2电磁感应试题。通过对比，发现这两道情境试题具有某些“相似”性：都是消耗电能转化为动能和热量，且动能和热量的数值相等。从弄懂例1到会做例2体现了核心素养中的科学思维。由此得到教学启发：教师在试题教学中，精心选择两道相似或相近情境的试题，符合学生的认知规律，同时可以起到“举一反三”“多题一解”“触类旁通”的高效教学效果，有助于学生掌握问题的来龙去脉，加速从模仿到灵活运用的过程，有利于全面提高学生的思维能力[ 2 ]。

3.2.2 对熟悉的模型改编的高考情境试题

金属棒沿着导轨在匀强磁场中运动时，有以下两种受恒力F的情境模型：单棒模型（图3）和双棒模型（图4）。结论是：图3单棒最终F=F，做匀速直线运动；图4双棒最终以相同的加速度做匀加速直线运动。

2023年湖南卷的一道有关电磁感应的高考题：如图5所示，两根光滑金属导轨平行放置，导轨宽度为L，两导轨倾斜且与水平面成θ角，匀强磁场B垂直于导轨面斜向上.质量都为m、电阻都为R的a、b金属棒垂直导轨放置。

（1）先使b棒静止，将a棒静止释放，求a棒匀速运动时的速度v0；

（3）从b棒释放瞬间开始计时，经过时间t0，双棒正好达到共同的速度v，求速度v，以及时间t0内a棒相对于b棒运动的距离Δx。

本题的（1）和（3）问就是分别对以上两种模型变形后进行考察：（1）问将情境模型中水平轨道改为倾斜轨道，只需将情境中的恒力F用mgsinθ 替代即可。（3）问将情境中只有一根棒受恒力改为双棒都受恒力mgsinθ，通过动力学分析，双棒最终仍是以相同的加速度做匀加速直线运动，用动量定律求解。

高考物理试题是命题专家集体智慧的结晶，它源于教材，但又不完全相同，通常是相类似的情境但题设条件略有变化，这体现了高考命题的高水平和创新性。教学启示：教师在课堂上要多角度地创设问题情境、拓展挖掘更多经典物理模型的变形，以达到“弄懂一个物理模型，会做一类物理试题”的高效教学效果。这里体现了核心素养中的科学思维。

3.3" 生活实践类情境试题

2017年天津卷的一道关于电磁炮的试题：电磁轨道炮利用电流和磁场的作用使炮弹获得超高速度，其原理可用来研制新武器和航天运载器。电磁炮示意如图6，图中电源电动势为E，电容为C。两根水平的光滑平行金属导轨宽度为l。一质量为m、电阻为R的金属棒MN可视为炮弹。首先开关S接1，使电容器完全充电。然后将S接至2，匀强磁场B垂直于导轨平面（图中未画出），MN受到安培力向右加速运动，速度达到最大后离开导轨。求：（1）磁场方向；（2）MN刚开始运动时加速度a；（3）MN离开导轨后电容器剩余的电荷量Q。

本试题将“单棒加电容”的物理模型结合电磁轨道炮情境进行考察，是一道很好的生活实践类情境试题。基于电磁炮在军事、航天等领域的实际应用，可以让学生思考如何提高电磁炮的发射速度、减少电磁炮能源的消耗和对环境的潜在影响等。让学生感受到所学的物理知识不止停留在纸面上，更是和实际生活息息相关。这里体现了核心素养中的科学态度与责任。

这道高考情境题有一个值得讨论的问题：如果求解电磁炮的最终速度v，从动量角度：联立：BlΔQ=mv-0，ΔQ=CE-CU，U=Blv得v=。从能量角度：联立：CE2=CU2+mv2，U=Blv得v=E。两种方法得出不一样的结果！经过激烈讨论和深思熟虑，发现用动量解题，无论回路有无电阻，过程和最终结果都不含电阻R，但有无电阻R从能量角度就不一样了。因此提出猜想：问题出在电阻R上，如果算上电阻R上的焦耳热Q=，从能量角度也得到v=，回路中如果没有电阻，用动量做题虽不影响结果，但没有电阻R释放焦耳热，从能量角度考虑，就没法解释这部分能量的去向，这样的情境试题犯了科学性错误。仔细阅读本高考试题，发现金属棒有电阻R，这彰显了高考出题的严谨性和规范性。还有个问题值得关注：通过计算电磁炮的速度随时间的函数为v=1-e，从理论上达到最终速度v=需要无限长的时间，所以这类情境试题在时间上的数值要有一定科学性。从本情境试题中发现问题并提出猜想，进而解决问题的过程体现了核心素养中的科学探究。

4" 结语

总之高考物理情境试题以其丰富多样的形式和紧密联系实际的特点，有效地考查了学生的物理观念、科学思维、科学探究以及科学态度与责任等物理核心素养。在未来的物理教学中，教师应充分重视情境试题的导向作用，不断更新教学理念和方法，将物理知识与真实情境有机融合，激发学生的学习兴趣和探究欲望，培养学生的核心素养。同时，教育部门和命题者也应继续优化情境试题的设计，使其更具科学性、创新性和教育性，更好地服务于人才选拔和培养的目标。

参考文献：

［1］ 李谱. 新高考物理试题改编实践和教学研究[J]. 数理天地（高中版）， 2024（4）： 41-43.

［2］ 周林.传承经典见新奇 创新模型导航向：赏析2017年4月浙江选考物理的一道经典模型 [J]. 物理教学， 2017（9）： 67-68.