回歸物理本質凸顯核心素養

張一馳　陳怡

摘要：基于物理核心素養的視角，通過對2018年全國Ⅰ卷綜合物理科的計算題進行評析，挖掘新課程改革環境下全國I卷物理命題新特點，給一線教師以備考啟示，最終實現在教學中融入對學生核心素養的培養.

關鍵詞：核心素養；全國卷；物理計算題；評析；啟示

作者簡介：張一馳（1992-），男，碩士研，物理教師，研究方向：高中物理課程與教學、CYPT/IYPT競賽、丘成桐科學獎、STEM教育等；

陳怡（1993-），女，碩士，物理教師，研究方向：高中物理課程與教學，PISA試題與測試研究，美國AP物理課程等.

高考物理全國卷I的命制以《普通高等學校招生全國統一考試大綱（理科）》為內容和要求，核心落腳在《普通高中物理課程標準》.2016年提出的新課程改革，必將引領高考命題改革.本文以2018年全國I卷綜合物理科的計算題為例，挖掘新課程改革環境下命題新特點，領會高考評價體系，把握高考試題方向，關注試題新動向，給一線教師以備考啟示，目的是實現在新課教學和復習教學中融入對學生核心素養的培養.

12018年全國卷理綜24題評析

原題呈現一質量為m的煙花彈獲得動能E后，從地面豎直升空.當煙花彈上升的速度為零時，彈中火藥爆炸將煙花彈炸為質量相等的兩部分，兩部分獲得的動能之和也為E，且均沿豎直方向運動.爆炸時間極短，重力加速度大小為g，不計空氣阻力和火藥的質量.求：

（1）煙花彈從地面開始上升到彈中火藥爆炸所經過的時間；

（2）爆炸后煙花彈向上運動的部分距地面的最大高度.

能力素養要求本題主要考查了學生對動能定律、能量守恒定律、動量守恒定律、勻變速直線運動（豎直上拋）的理解能力以及對簡單物理過程的建模推理能力.

從新課標學科核心素養的角度闡釋，本題的素養要求主要著眼于物理觀念和科學思維兩個層面，其中物理觀念層面達到水平二至水平三的要求，而科學思維層面達到水平二要求，如表1所示.

解析第一問，可以選擇設初速度v0，然后用運動學公式求解.核心方程為E = 12mv20 和v0=gt.也可以設未爆炸前上升高度為H，用能量守恒結合運動學公式求解.核心方程為E=mgH和H=12gt2.此過程屬于對簡單的物理現象進行分析和推理.

第二問，煙花彈在最高點爆炸，此過程為爆炸（反沖）模型，滿足能量守恒定律和動量守恒定律.若設爆炸后上下兩部分速度為v1和v2，取v1速度向上，v2速度向下.

則根據能量守恒定律有

E=12m2v21+12m2v22

根據動量守恒定律有

m2v1=m2v22.

由此可以求得v1和v2.再對煙花彈上部分研究，設其第二次上升高度為h，由能量守恒定律有，12m2v21=m2gh，最終全過程上升高度即為H+h.

點評本題所描述的物理情境本身不復雜，計算不繁瑣，文字不啰嗦.但是其有著鮮明的特點，過程清晰，模型經典，規律基礎.同時，在一個簡單的物理過程中，卻涉及到運動學公式、能量守恒定律和動量守恒定律，幾乎涵蓋了解決力學問題最重要的幾種方法，其解答雖然簡單，但思想并不淺層，有利于學生全面思考問題，完善認知結構.

綜合來看，全國卷24題計算題的趨勢是越來越回歸物理的本質，要求學生熟悉基本定義和概念，學會利用最基礎的模型和方程解決帶有現實背景的題目，側重考察學生物理觀念的核心素養，顯然是物理觀念重于數學計算的直接體現.

22018年全國卷理綜25題評析

原題呈現如圖1，在y>0的區域存在方向沿y軸負方向的勻強電場，場強大小為E，在 y<0的區域存在方向垂直xOy平面向外的勻強磁場.一個氕核11H和一個氘核21H先后從y軸上y=h點以相同的動能射出，速度方向沿x軸正方向.已知11H進入磁場時，速度方向與x軸正方向的夾角為60°，并從坐標原點O處第一次射出磁場.11H的質量為 m，電荷量為q.不計重力.求：

（1）11H第一次進入磁場的位置到原點O的距離；

（2）磁場的磁感應強度大小；

（3）21H第一次離開磁場的位置到原點O的距離.

能力素養要求本題主要考查了學生對帶電粒子在電場中的類平拋運動，帶電粒子在磁場中的圓周運動的推理能力、分析綜合能力以及運用數學處理問題的能力.

從新課標學科核心素養的角度闡釋，本題體現的素養要求主要著眼在科學思維這個層面，其中科學思維層面需達到水平三至水平四要求.

解析傳統角度解決這個問題方法較為固定，即把粒子運動分為兩個過程，分別為在電場中的類平拋運動以及在磁場中的圓周運動.處理帶電粒子在電場中的類平拋運動，本題只需把運動分解為水平和豎直兩個方向，分別列出運動學公式，結合題目所給的速度偏轉角即可求出第（1）問.

設11H進入磁場時，水平速度為vx，豎直速度為vy，根據題意

tan60°=vyvx

在運動過程中，水平方向有x=vxt；豎直方向有vy=at，h=12at2.

聯立以上各式，可求得x=233h.

建立在第（1）問基礎上，第（2）問的處理就變成了一個簡單的圓周運動，僅需記住求解圓周半徑需要用到的是合速度而非某一方向的分速度即可.

由幾何關系：2cos30°R=x.

由牛頓第二定律：qvB=mv2R，

其中v=v2x+v2y=vxsin30° .

聯立以上各式，得B=6mEqh.

處理第（3）問時，整體思路和（1）（2）問完全一致，需注意此時粒子質量變為之前2倍，同樣把粒子運動分為兩個過程，帶入計算即可.最終得到距離為23（6-3）h.

當然，如果跳出傳統，從不同的角度思考物理問題，甚至采用不同方式分析解決物理問題，那這道題的處理就變得十分靈活.第（1）問中如果學生知道“類平拋運動過程中，任意時刻速度的反向延長線一定經過此時沿拋出方向水平總位移的中點”這個模型的特征結論，即可根據幾何關系快速列出x2tan60°=h，僅一步即可解出答案.第（3）問中如果學生熟悉電偏轉模型，知道“動能相同的粒子，在同一點垂直電場方向射入電場過程中，在電場中的運動軌跡完全一致”，這個特征結論，則可以快速得到最終21H進入磁場時，速度方向與x軸正方向的夾角同樣為60°，從而清晰地理解粒子運動的過程，規避復雜的運算，輕松得到結果.

點評仍舊從2017年、2018年連續兩年全國卷的命題趨勢來看，第25題計算題的特點是模型清晰（即題目不難理解），但公式較多，需要對綜合性過程進行分析和推理，運用一定數學知識，計算較繁瑣，常規解法較為費時，學生在有限時間內很難計算出正確答案.但同時，如果學生在學習物理過程中對物理模型有過深度學習，能從不同的角度思考物理問題，甚至采用不同方式分析解決物理問題，那25題又反而可以速解.

綜合來看，全國卷25題計算題的趨勢是強化物理建模過程，強調利用數學解決問題，同時為進行過深度學習的學生提供大量巧解方法，側重考察學生物理思維的核心素養，是物理思維與計算能力并重的表現.

3啟示

31回歸教材，夯實基礎

從計算題尤其是24題的分析可以看出，基礎概念和知識即是考察的重點，也是學生學習物理、培養能力的基石.圍繞教材、夯實基礎，是復習教學的立足點，更是學生形成物理觀念的核心素養的靈魂工作.教師應該帶動學生參與對課本的研讀，不但要記憶一些基本概念和規律，更要弄清概念、規律的由來、內涵和外延，要讓學生從多個角度對概念有深刻的掌握，讓知識更有體系感和層次感.因此，不論學校的層次和學生水平的高低，建議所有教師在復習中所選試題均要體現基礎性，不能一味拔高，試題選擇必須充分體現由易到難的漸進關系，讓學生打好基礎的同時激發積極性.

32回歸能力，深度探究

從計算題尤其是25題的分析可以看出，全國卷強調利用數學解決問題，同時為進行過深度學習的學生提供大量巧解方法，側重考察學生物理思維的核心素養.想要培養學生的能力，就必須讓學生對同一個問題有深度的思考和探究，即所謂的深度學習.教師應該指導學生主動建構體系，注重知識的聯系性和整體性，善于類比不同的問題，利用類比和聯系來解決各類問題.同時，教師應該注重對同一物理模型的多角度詮釋和解答，鼓勵學生盡可能獨立推導并證明有關結論.站在更高的角度，還可以對學生處理問題時使用數學方法進行分類和深度學習，例如開展電磁場中臨界問題的代數解法和幾何解法專題展示等等.

33回歸素養，提升思維

新課程改革環境下，命題的總體趨勢是“回歸物理本質凸顯核心素養”，命題考察最核心部分還是學生的物理思維素養，如何讓教學回歸素養，讓學生提升思維，是新課改環境下所有教師需要去思考和努力的方向.科學方法的教育和思維的教育在《物理課程標準》中并沒有明確顯示出來，需要教師在新教材中，在新課程中，在新教研中以及在新高考中不斷去挖掘.只有從實踐中來到實踐中去，只有有意識地顯化科學方法，滲透物理思想，才有利于培養學生的思維能力，發展物理能力，形成核心素養，從而提高學生的綜合素養.

參考文獻：

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[2]教育部普通高中物理課程標準（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2016.

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[5]陳海， 陳麗珊 圍繞高考試題落實高中物理學科核心素養的培養[J].中學物理教學參考， 2016（14）：21-22.