物理試題組合編制的思路與策略

福建 鄭行軍

聚焦核心素養，創新試題設計。

試題編制和設計的目的是通過練測目標、情境設置、信息設問等設題環節考查學生的必備知識，關鍵能力、學科素養和核心價值等評價目標，對鞏固學生基礎知識、深化理解知識內涵、拓展學習思維、增強實踐導向意識等具有積極的促進作用。試題編制的途徑主要有：模仿、延拓、組合、原創等多種，其中組合設計是現階段一線教師最主要的命題方式之一。

物理試題的組合編制就是根據“一核四層四翼”的總體要求和學情，從物理情境、題設條件和設問環節等進行設計，將兩個或幾個不同的物理模型或要素有機組合，得到與原題相似又有所擴展的新試題，考查學生能否把一個復雜問題合理分解并找出它們之間的隱含聯系；是否能夠提出解決問題的方法，運用物理知識綜合解決所遇到的問題，從而實現知識、能力、素養、價值觀的培養。筆者結合近幾年的命題經驗和體會，從情境模型組合、知識疊加組合、知識遞進變式組合和知識評價要素混合組合等方面闡述物理試題組合編制的一些思路和方法。

一、情境模型組合設計

情境模型是以“從生活走向物理，從物理走向社會”的學科理念為指導，為學生模擬出生活中真實存在的情境，通過日常的邏輯推理編寫試題概要。情境模型組合設計即在原有情境模型的基礎上將兩個或兩個以上的情境模型演化和有機組合，創設出新的模擬情境，以舊模型新表象形式檢驗學生的審題、知識遷移和綜合分析推理能力，下面是筆者參加教學考試雜志社“優師計劃”原創研發項目所命制的兩道原創試題。

【例1】宇航員在某星球表面做了如圖甲所示的實驗，將一插有風帆的滑塊放置在傾角為θ的粗糙斜面上由靜止開始下滑，帆在星球表面受到的空氣阻力與滑塊下滑的速度成正比，即F=kv，k為已知常數。宇航員通過傳感器測量得到滑塊下滑的加速度a與速度v的關系圖象如圖乙所示，已知圖中直線在縱軸與橫軸的截距分別為a0、v0，滑塊與斜面間的動摩擦因數為μ，星球的半徑為R，萬有引力常量為G，忽略星球自轉的影響，由上述條件可判斷出

( )

甲

乙

【設計思路】本題考查了牛頓運動定律、萬有引力定律、黃金代換式等相關知識。試題設計以重力加速度為隱含關聯量融合了兩個物理情境：地表的探究性實驗考查牛頓運動定律等知識；以重力加速度為核心考查萬有引力定律和黃金代換式等知識。題設條件以圖象為載體，根據圖象的斜率、截距和坐標等信息運用牛頓運動定律研究了滑塊在地表的運動規律，再以重力加速度為關聯量利用黃金代換式求星球質量和密度，綜合萬有引力定律和圓周運動規律分析第一宇宙速度和高度、重力加速度等參量，實現了地上和天上兩個物理情境的有效統一。組合后的試題練測范圍更寬了，對于知識理解的融合度及關鍵信息采集能力要求更高了。

【例2】如圖所示，真空中存在無限大的豎直向上的勻強電場E和垂直紙面向里的勻強磁場B，一質量為m的絕緣中性小球b剛好放入表面均勻帶電的球形金屬容器a內，a、b系統放置于復合場中恰好懸停，現給容器a一水平初速度v0使a、b同時在復合場中運動，已知運動過程中小球b和容器a皆可看成質點，重力加速度為g，則以下說法正確的是

( )

B.容器a在豎直面上做勻速圓周運動

C.容器a對小球b的作用力方向始終與運動方向垂直

【設計思路】本題以研究帶電體的運動規律為考查目標橋接了兩個情境模型：復合場問題和連接體問題。疊加場模型的情境創設研究了帶電系統在場中運動的動力學規律和電學性質，是疊加場的典型題型，而后以整體的受力特征為關聯討論了a、b物體之間的相互作用和運動情況，將連接體問題的考查要素很好地融入到電磁學模型中，這是本題創新點，解題的關鍵是要靈活運用整體法和隔離法。

二、知識疊加、聚焦組合設計

物理學的知識結構既有分支又有交融，學科內會互相滲透，力學會融合電學、磁學、熱學等知識；電學和磁學之間，熱學和電磁學之間也會出現交叉融合，這就為試題編制提供了一個新的設計思路，通過學科內不同分支知識的合理疊加、交匯、聚焦，提煉出新的試題素材。

【例3】如圖所示，一上、下兩層足夠長均與水平面平行的U形光滑金屬導軌放置于磁感應強度大小為B、方向豎直向上的勻強磁場中，兩導軌面高度差為H，導軌寬為L，導軌足夠長且電阻不計，在導軌面上各放一根質量均為m、電阻阻值均為R的勻質金屬桿2和3。開始時兩根金屬桿位于同一豎直面內，桿與軌道垂直且處于鎖定狀態，現有一質量也為m，電阻也為R的金屬桿1于金屬桿2的左側相距L處以水平向右的速度v0向右運動，與金屬桿2相碰(作用時間極短)并粘連一起，碰撞前瞬間同時解除桿2和桿3的鎖定使兩桿能沿導軌自由滑動，求：

(1)桿1向右運動L過程中通過桿1的電荷量q；

(2)桿1和桿2碰撞后瞬間的速度大?。?/p>

(3)整個運動過程中回路的感應電流產生的總焦耳熱。

【設計思路】本題以多根導體棒的運動、碰撞等情境設置整合了動力學知識、動量守恒定律、電磁感應定律、閉合電路歐姆定律等相關知識。以法拉第電磁感應定律和閉合電路歐姆定律為知識構架考查了電磁感應的電路問題；通過末位置兩根導體棒的碰撞檢驗了學生對于動量守恒定律的掌握；而后運用導體棒系統在磁場中相對運動深入建構了電磁感應的多桿切割問題，三個階段銜接順暢，力、電、磁三個維度的知識緊密關聯，有效疊加，相互滲透，有助于學生更深入系統地理解知識，強化知識的融合與遷移能力，形成系統而多角度的思考習慣。

三、知識遞進、變式組合設計

人類對物質世界的認識總是經歷由淺到深、由表象到內涵的發展過程，作為對自然規律認識的分支體系，物理學的知識體系必然呈現相似的結構特征，現象、結構和物理規律會依據一個基本的物理模型而后不斷遞進、衍生、拓展實現螺旋式的上升。依據這一特點，試題編制可以以某一知識的基本要素為載體，在同一框架內不斷遞進知識內涵，合理延伸題設條件，使考查的知識層狀遞增，活化知識結構，實現對知識模塊地系統掌握。

【例4】如圖所示，一豎直放置足夠大的金屬板正前方O點固定一正點電荷Q，一表面絕緣的帶正電小球(可視為質點且不影響Q的電場)從金屬板的上端釋放由靜止開始沿金屬板下落先后運動到板面的A、B兩位置，OB垂直于金屬板，已知小球的質量不可忽略，金屬板表面粗糙，則小球在運動過程中

( )

A.小球在A、B兩點的電場強度大小EB

B.小球在A、B兩點的電勢能大小EpB>EpA

C.小球可能一直做加速運動

D.小球受到合力的沖量為0

【設計思路】電場線與等勢面的試題設計往往會綜合電場強度、電場力、電勢能、電場力做功、電勢差、電勢等多個電學和力學知識，知識脈絡復雜，有記憶的內容，也有理解計算和理論動態分析，因此知識的遞增和思維引導在此題顯得尤為重要。題設條件和問題的設計以電場線和等勢面的圖象特征為切入點，設置是循序漸進的、階梯式的。相互關聯的各個小問題引導學生的思維，降低思維的難度和梯度。由點電荷和金屬板的電場線分布特點判斷不同位置的電場強度大小關系及方向特征，由力做功條件分析出帶電體運動過程的電場力做功情況，進而判斷電勢能的大小關系，而后根據牛頓運動定律研究帶電體的運動情況，由淺入深地引導學生完成對電場線和等勢面知識的認知，更系統地理解知識。

四、知識評價要素混合組合設計

試題編制的目的是檢測學生對知識和思維的掌握程度，這個考核是全方位的、立體的，根據“一核四層四翼”的考試評價標準，一道好的試題不僅能檢驗出學生對于必備知識理解的深度，而且可以考查學生是否具備教學要求的關鍵能力、形成學科素養和核心價值。因此試題設計不能是單一的、分裂的，不能僅僅體現某一維度，而是要將“一核四層四翼”的評價標準系統地融入到試題中，在具體創設的試題情境中去綜合把握。

【例5】如圖所示，豎直平行線MN、PQ間距離為a，其間存在垂直紙面向里的勻強磁場(含邊界PQ)，磁感應強度為B，MN上O處的粒子源發出質量為m，電荷量為q的帶負電粒子沿垂直磁場方向進入磁場，粒子速度大小相等，速度方向分布在與直線OM夾角為θ=60°的范圍內，當粒子沿θ=60°射入時，恰好不從PQ邊界射出，則

( )

C.沿θ=30°射入的粒子，在磁場中運動的時間最短

【設計思路】“洛倫茲力的運用”試題考查的必備知識是洛倫茲力的基本性質和圓周運動的規律運用，需要學生具備應用數學知識處理物理問題的能力，通過對磁場類問題的分析和研究形成以數學知識為基礎建構的物理思維和科學探究等學科核心素養。基于上述考查目標，本題以磁場的臨界問題為切入點探究了粒子運動的軌跡問題，要求學生會根據圓的幾何關系等數學知識描繪出粒子運動的軌跡及求半徑，運用洛倫茲力和圓周運動的動力學規律求粒子運動的速率來檢測學生對于必備知識掌握的程度；利用動態圓和半徑、圓心角、弦長與時間的關系探究時間最短對應的運動軌跡及粒子從磁場邊界射出的區域范圍以考查學生學科素養的形成，整道試題的設計很好地圍繞了考試評價目標的核心要素。