科學規范命題落實核心素養深化高考改革

李進

摘 要： 2019年教育部考試中心命制的高考物理試題積極貫徹新時期黨的教育方針，圍繞學科主干知識，聚焦關鍵能力，強調理論聯系實際，豐富情境化設計，突出基礎性、綜合性、應用性和創新性的考查要求.引導教學注重通過實踐性、研究性教學情境的創設培養學生的科學推理、科學論證和質疑創新能力.

關鍵詞： 高考;高考物理;高考命題;試題評價

文章編號： 1008-4134（2019）23-0058 ? ? 中圖分類號： G633.7 ? ? 文獻標識碼： B

2019年教育部考試中心命制的高考物理試題嚴格遵循考試大綱，聚焦主干知識，科學規范命題，凸顯素養導向，深入貫徹“五育并舉”的教育方針，進一步完善覆蓋德智體美勞全面發展要求的考試內容體系 [1]，力求變“解題”為“解決問題”，變“做題”為“做事”，此舉必將對高中物理教學產生積極的正面推動作用.

1 遵循考試大綱，加強對物理觀念的考查，體現基礎性

考試大綱是高考命題的依據，是高考科學化、規范化的指導性文件[2].2019年的高考物理考試大綱的指導方針更加突出強調了普通高校對學生思想道德素質的要求，明確指出了高考物理試題要注意物理知識在日常學習生活、生產勞動實踐等方面的廣泛應用，以有利于培養學生的綜合能力和創新思維，促進學生德智體美勞全面發展[3].

縱觀2019年教育部考試中心命制的三套物理試題（見表1），雖然在某些細節上略微打破了近幾年的固有模式，比如三套試卷的第33（1）題均變選擇題為填空題，全國Ⅱ卷第34（2）題和全國Ⅲ第33（1）題考查相應模塊的學生實驗——“雙縫干涉實驗”和“油膜法測分子大小實驗”，但是在穩中求變的指導思想下保持了試卷結構一致，沒有偏題、怪題，加強了對基本概念、規律理解的考查，所涉及到的知識內容具有極強的代表性，對知識點和能力點的考查覆蓋全面.試題立意明確，能清楚地指向物理核心素養的具體要素，題目之間的難度梯度分布合理，強調主干知識，淡化解題技巧，符合學生的認知特點和能力水平.

綜上所述，以2019年高考物理考試大綱為依據的高考物理試題在堅持穩定性原則，保障新舊高考平穩過渡的基礎上，深入落實黨中央新時代第一次全國教育大會精神，彰顯了高考立德樹人、服務選才、引導教學的核心功能.

2 突出模型構建，加強對科學推理的考查，體現綜合性和應用性

科學思維是科學教學的核心，而建構和使用模型是形成科學思維的基本途徑[4].科學推理是科學思維的基本形式，在解題過程中主要表現為運用已有的知識和方法，針對已建構的物理模型或題設條件進行有根據的推斷，進而得出正確結論.由此可見，深刻理解各種基本概念和基本規律，認真分析問題情境，是進行模型構建的前提和基礎.模型構建是科學推理的發端，是科學論證的思維起點.由表1可以看出，各套試卷中的多數題目都通過問題情境的創設考查了學生的模型構建和科學推理能力.

例1 ?（全國Ⅰ卷第15題） 如圖1所示，空間存在一方向水平向右的勻強電場，兩個帶電小球P和Q用相同的絕緣細繩懸掛在水平天花板下，兩細繩都恰好與天花板垂直，則

A.P和Q都帶正電荷

B.P和Q都帶負電荷

C.P帶正電荷，Q帶負電荷

D.P帶負電荷，Q帶正電荷

分析 ?該題考查電場力作用下連接體的平衡問題，但問題情境一改那種通過繩、桿等有形方式的連接，而是通過“電場”這種無形的物質巧妙構建了連接體模型，在模型建構的過程中，深化了學生的物質觀念.

該題的分析過程突出科學推理，強化證據意識，學生不同的科學推理水平會導致解題思路迥異.學生若能運用類比推理，將已經熟悉的“先整體，后隔離”分析連接體問題的推理過程推廣到該題中來，就會先對兩球組成的整體進行受力分析——為使兩絕緣細繩保持豎直，整體所受電場力的合力必須為零，則總電荷量為零，兩球帶等量異種電荷而相互吸引.然后再隔離分析其中一個小球，以小球P為例，因為它受力平衡，所以它受到勻強電場的電場力必須水平向左，可知小球P帶負電，則小球Q帶正電.當然，學生若不能建立“整體模型”，也可以運用“假設法”進行隔離分析——若P帶正電，則所受勻強電場的電場力方向向右，為使其受力平衡，小球Q必須帶正電.然而，這樣將無法保證小球Q受力平衡，故而該假設不成立.之后再繼續提出新的假設，直至獲得正確結論.另外，也會有學生將四個選項所描述的情景逐一分析判斷進行試誤.

綜上所述，由整體切入的方法最為快捷，對學生的模型建構和科學推理能力的要求也是最高的.對多數學生而言，通過“假設法”和“試誤法”均能得出正確結論，但是過程繁瑣，耗時太長，正是彰顯了試題“服務選才”的核心功能.

改編試題1 ?如圖2所示，空間存在一個與水平方向夾角為θ且指向右上方的勻強電場，電場強度為E，兩個帶電小球P和Q用相同的絕緣細繩懸掛在水平天花板下，兩細繩都恰好與天花板垂直，則

A.P和Q都帶正電荷

B.P帶負電荷，Q帶正電荷

C.若增大夾角θ，同時改變E的大小，在保證兩細繩仍然豎直的情況下，兩細繩拉力之和保持不變

D.若增大夾角θ，同時改變E的大小，為保證兩細繩仍然豎直，電場強度E應增大

分析 ?該題是對例1的改編，變靜態的、方向水平的勻強電場為動態的、傾角可變的勻強電場.A、B兩個選項保留了例1的考查內容， C、D選項的設計力求考查學生在動態變化過程中對“整體法”和“隔離法”靈活應用的能力.運用例1的分析方法可得選項B正確;在明確小球P、Q帶等量異種電荷的前提下，運用“整體法”分析可知，無論傾角θ多大，電場力對整個系統的合力為零，兩細繩拉力之和總與兩球的重力之和相等，故選項C正確;選項D的分析要運用隔離法，若以小球P為研究對象，受力如圖3所示，根據水平方向受力平衡可得：qEcosθ=F庫侖，庫侖力大小不變，夾角θ增大則電場強度E也增大.該題答案為：BCD.

通過上述試題改編，拓展了原題的深度和廣度，進一步考查了學生的模型建構和科學推理能力，有利于幫助學生構建更為完整的知識和方法體系.

例2 ?（全國Ⅰ卷第16題） 最近，我國為“長征九號”研制的大推力新型火箭發動機聯試成功，這標志著我國重型運載火箭的研發取得突破性進展.若某次實驗中該發動機向后噴射的氣體速度約為3km/s，產生的推力約為4.8×106N，則它在1s時間內噴射的氣體質量約為

A.1.6×102 kg ? ?B.1.6×103 kg

C.1.6×105 kg ?D.1.6×106 kg

解析 ?該題以我國正在研制的“長征九號”大推力火箭發動機的研究為背景，考查學生應用動量定理計算發動機在單位時間內噴射的氣體質量等相關知識，引導學生關注我國在重型運載火箭研發方面的進展，體現出試題的應用性特征.

在試題分析過程中，噴射出的氣流對火箭產生反作用力是學生已有的認知模型，而根據推力的大小求解單位時間內噴射出的一段流體——氣柱的質量成為解題的難點，困惑的癥結在于如何選取研究對象，即如何構建恰當的對象模型.山東省青島市第一中學高翔老師提出的“單體—多體—連續體”遞進模型的構建理論[5]能為我們提供有價值的參考.該題的研究對象可看成做勻加速直線運動的氣體分子，在沒有被加速時速度為零，加速結束噴出時速度為3km/s.雖然氣體在加速過程中的不同位置的速率不同，但在同一位置的速率不變，因此相等時間內噴出的氣體分子數目相等，在上述思維過程的引導下我們逐漸構建了“單體—多體—連續體”模型.

基于以上分析，我們認識到雖然空氣在流動，但是在噴射裝置內部空氣的總動量是不變的.根據穩定流體的連續性原理，在一小段時間內噴出的氣體可看做在這段時間內從加速開始的位置勻加速到噴口位置，其動量的增加量等于該過程中合外力的沖量.因此，我們可以將氣流構建為單體模型，以Δt時間內噴出的氣體為研究對象，設火箭對氣體的作用力為F，根據牛頓第三定律，F是氣體對火箭推力的反作用力，因此F大小約為4.8×106N.根據動量定理FΔt=Δmv，帶入數據得當Δt=1s時，Δm=1.6×103kg，選項B正確.

三套試卷中的其它習題也多涉及對模型建構和科學推理素養的考查.如全國Ⅰ卷第14題考查的氫原子能級結構本身就是玻爾在普朗克關于黑體輻射的量子論和愛因斯坦關于光子概念的啟發下構建的物理模型，它第一次將量子觀點引入原子領域，成功解釋了氫原子光譜的實驗規律，而又因其保留了經典粒子觀念而具有局限性，是培養學生科學本質觀的良好素材;第17題需要在構建如圖4所示的并聯電路對象模型的基礎上進行電路參量以及安培力大小計算;第18題需要先運用逆向思維構建自由落體運動過程模型（如圖5所示），再運用勻變速直線運動的規律進行分析判斷;第21題涉及兩個情境模型的定量分析——地面上的彈簧振子模型和地面附近物體的重力與萬有引力的關系模型;全國Ⅱ卷第17題和全國Ⅲ卷第18題均要構建帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的過程模型，準確畫出粒子的運動軌跡圖，尋找其中的幾何關系;全國Ⅱ卷第18題和全國Ⅲ卷第17題均通過豎直上拋運動中動能、重力勢能或機械能與高度的關系圖象考查功能關系.

3 創新呈現方式，強化對信息加工能力的考查，體現創新性

創新習題信息的呈現方式是考查學生信息加工能力的有效手段.用信息論的觀點看，所有問題都包含有三類信息，即關于已知條件的信息、關于目標的信息和關于運算條件的信息[6].高考物理試題為了增加信息的廣度，全面考查學生信息獲取、加工和運用的能力，往往從物理情境、題設條件和設問方式等方面進行精心設計，通過文字、具體數據、字母符號、公式、情境圖、示意圖、圖象、圖表等多種形式相結合的方式呈現試題信息，要求學生能夠迅速、準確地識別各種信息的物理意義，并與所要運用到的概念、規律以及所要研究的狀態、過程建立聯系.

例3 ?（新課標Ⅱ卷第21題）（多選）如圖6所示，兩條光滑平行金屬導軌固定，所在平面與水平面夾角為θ，導軌電阻忽略不計.虛線ab、cd均與導軌垂直，在ab與cd之間的區域存在垂直于導軌所在平面的勻強磁場.將兩根相同的導體棒PQ、MN先后自導軌上同一位置由靜止釋放，兩者始終與導軌垂直且接觸良好.已知PQ進入磁場時加速度為零.從PQ進入磁場開始計時，到MN離開磁場區域為止，流過PQ的電流隨時間變化的圖象可能正確的是

分析 ?本題借用雙桿模型考查學生的理解能力和推理能力.筆者認為，圖6所示的兩根導體棒相隔一定距離放置，學生若不認真審題，很容易認為它們的釋放位置不同而導致全盤皆輸.因此認真審題，明確兩導體棒的初始位置是正確解答本題的前提.本題可采用“反推模式”探索解題思路，即從目標信息出發，在已知信息和模糊信息中尋找判斷依據和可能出現的情況.基本流程如下：判斷電流變化情況→判斷總電動勢變化情況→可能一直是單棒切割，也可能會出現雙棒切割→磁場長度、導軌傾角、釋放點離磁場邊界的距離等物理量均未給出具體數值將導致多種可能→分情況討論：導體棒PQ離開磁場后導體棒MN才進入磁場，或者導體棒PQ離開磁場前導體棒MN已進入磁場→進行受力分析、運動分析和電路結構分析→選擇可能正確的圖象.

改編習題2 ?如圖6所示，兩條光滑平行金屬導軌固定，所在平面與水平面夾角為θ，導軌電阻忽略不計.虛線ab、cd均與導軌垂直，在ab與cd之間的區域存在垂直于導軌所在平面的勻強磁場.有兩根相同的導體棒PQ和MN間隔一定距離由圖示位置同時由靜止釋放，兩者始終與導軌垂直且接觸良好.已知PQ進入磁場時加速度為零.從PQ進入磁場開始計時，到MN離開磁場區域為止.請畫出流過PQ的電流隨時間變化圖象的各種可能情況（突出圖象要反映的關鍵信息即可）.

分析 ?以上習題是對例2的改編，變“同一位置先后釋放”為“不同位置同時釋放”，變運用“識別圖象”的形式考查學生對圖象語言的理解為“畫圖象”的形式考查學生的模型建構、科學推理水平以及對圖象語言細節把握的能力.該題同樣可以采用“反推模式”探索解題思路，在教學實踐中可以作為例2的變式訓練.

以上是筆者對全國Ⅱ卷第21題所涉及的信息加工能力的考查分析和變式拓展，其實試卷中其它題目對關鍵信息的呈現也多采用間接、隱蔽或多種方式相結合的形式.

例4 ?（全國Ⅰ卷第21題） 在星球M上將一輕彈簧豎直固定在水平桌面上，把物體P輕放在彈簧上端，P由靜止向下運動，物體的加速度a與彈簧的壓縮量x間的關系如圖7中實線所示.在另一星球N上用完全相同的彈簧，改用物體Q完成同樣的過程，其a–x關系如圖7中虛線所示，假設兩星球均為質量均勻分布的球體.已知星球M的半徑是星球N的3倍，則

A.M與N的密度相等

B.Q的質量是P的3倍

C.Q下落過程中的最大動能是P的4倍

D.Q下落過程中彈簧的最大壓縮量是P的4倍

解析 ?該題考查的物理知識包括：牛頓第二定律、萬有引力與重力的關系、彈簧振子模型的運動特征、a-x圖象的特點以及機械能守恒定律等.命題者以重力加速度為隱含關聯量融合了兩個物理模型：地面上的彈簧振子模型和地面附近物體所受重力與萬有引力的關系模型.題干中并沒有給出彈簧振子運動的定量信息，這就需要從圖象上進行挖掘.筆者認為，對該題圖象信息的挖掘包括：直接利用特殊點（橫、縱截距）的物理意義、從函數表達式中獲取斜率和截距的物理意義、延伸題給圖象尋找彈簧最大壓縮量所對應的狀態以及通過牛頓第二定律將a-x圖象轉變為F-x圖象，進一步探尋圖象與橫軸所圍面積的物理意義.

三套試卷均十分關注對學生信息素養的考查.如全國Ⅰ卷第14題考查氫原子光譜的特點和能級公式，以“要使處于基態（n=1）的氫原子被激發后可輻射出可見光”為限制條件，要求學生多次運用能級公式計算能級差，對基態氫原子躍遷后的最高激發態進行比較、篩選;第25題將物塊A與物塊B碰撞前后的速度關系和位移關系隱含在題給的v-t圖象中，其中“v1和t1均為未知量”這一條件新穎、巧妙，要求學生既有敢于列式的勇氣，又要有認真運算的耐力.全國Ⅰ卷和全國Ⅱ卷中第33（1）題均是對氣體實驗定律、熱力學第一定律以及氣體壓強的微觀解釋的考查，卻分別采用文字敘述和圖象描述兩種截然不同的信息表達形式.全國Ⅱ卷第14題、18題、19題、第20題、第25題、第33（1）題、第34（1）題以及全Ⅲ卷第17題、19題、20題從識別圖象、利用圖象獲取信息、利用圖象處理實驗數據、畫圖象等多個角度將物理圖象與實際物理過程聯系起來，考查學生的信息素養.

4 設計研究型實驗，加強對科學探究能力的考查，培養科學態度

高考物理實驗題主要考查學生運用已經學過的物理理論、實驗方法進行科學探究的能力.縱觀近年來的試題，主要考查學生對基本實驗方法的遷移和靈活運用能力.實驗題的結構基本上顯現“一小一大、一易一難、一熟一生”的格局[7].第22題以規定的學生實驗為主，側重考查學生關于實驗的基礎知識和基本技能，第22題基本不是規定的學生實驗的原始內容，而是通過新穎的實驗情境設計的研究型實驗，側重考查學生對物理實驗的深入理解、靈活應用和科學探究能力[7-8].

全國Ⅰ卷第23題完整呈現了一位同學對微安表進行改裝、校對和修正的全過程：首先根據電表改裝的基本原理完善實驗方案，設計實驗電路，然后在操作過程中意外地發現問題——改裝的電表量程不是預期值，接下來對所出現的問題進行理論分析，判斷問題產生的原因，最為精妙的是最終能夠在不考慮電表內阻測量是否準確的情況下對問題進行修正，完美實現了實驗目的的要求.整個流程是一個完整的發現問題、分析問題、解決問題的“課題研究”過程，涉及問題、證據、解釋、評估、反思、科學態度等學科核心素養要素的考查和培養.同時，整個流程非常具有“畫面感”，讓學生感覺自己正在親身經歷一次科學探究歷程.

全國Ⅱ卷第23題借助圖象和實驗電路圖考查電路的動態分析，理想電壓表V1和V2分別做為“控制電路”與“實驗電路”的“實驗效果顯示器”，它們的作用隱含在題給信息之中——V1用來控制電路的電流，V2用來測量硅二極管的電壓.

全國Ⅲ卷第23題從內部電路設計、外部表盤設計、電表整體校準三個相互銜接的實驗過程考查學生對多用表原理的理解.該題要從“改裝后歐姆表的15kΩ刻度正好對應電流表表盤的50μA刻度”這一關鍵條件入手，在明確“中值電阻”的含義及其與歐姆表內阻的大小關系的基礎上運用閉合電路歐姆定律進行（1）（2）計算.

以上研究型實驗試題均以實驗目的指引下的物理知識要素為命題主題思路，不斷遞進知識內涵，合理延伸題設條件，使考查的知識遞進，活化知識結構，實現了知識模塊的系統掌握[9].筆者認為，這樣的設計理念更加凸顯了物理實驗的研究功能，有利于推動學生科學探究能力的提升，必將對高中物理實驗教學產生有力的正面推動作用.

5 總結與啟示

2019年高考全國Ⅰ卷理綜物理試題以“一核四層四翼”的高考評價體系為基本框架，尊重物理學科特點，穩中求變，內容豐富，緊扣物理學科核心素養，充分體現了基礎性、綜合性、應用性和創新性的考查要求.從考題中我們得到以下啟示：日常教學中我們要注重學生對基礎知識的理解和對典型物理模型的分析、積累，注重通過實踐性、研究性教學情境的創設培養學生的科學推理、科學論證和質疑創新能力，助力“五育并舉”的教育方針.

參考文獻：

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[2]教育部考試中心.聚焦主干內容 考查關鍵能力 凸顯素養導向——2018年高考物理試題評析[J].中國考試，2018（7）：17-23.

[3]教育部考試中心.2019年普通高等學校招生全國統一考試大綱：理科[M].北京：高等教育出版社，2018：316.

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[9]鄭行軍.指向核心素養評價目標的試題命制策略——以物理組合題設計為例[J].中國考試，2019（5）：68-72.

（收稿日期：2019-07-03）