面向核心素養的物理計算題難度的影響因素及其調控策略

林勝鍋 張宜照

摘? ?要：物理計算題對學生物理素養的考查效果最好，但難度不好控制。本文以2015年普通高考浙江物理卷（10月）第20題為例，進行實證研究，從學生訪談、原因分析、計算題命題技術要求等方面研究高中物理計算題難度的影響因素及其調控策略。

關鍵詞：核心素養;物理計算題;難度因素;調控策略

1? 高中物理計算題的難度取決于“對物理學科素養考查的維度”的多少

高中物理計算題對學生物理素養的考查效果最好，但是物理計算題的命制過程中最難控制的是其難度，物理計算題的難度又取決于過程復雜性，影響過程復雜性因素還有很多，歸納起來主要有：試題閱讀量的多少，考查知識點的多少，涉及物理過程的個數，物理情境的新穎性和復雜性、數學過程及計算的復雜性等.筆者認為這些因素實際上可以歸納為“對物理學科素養考查的維度”的多少.

杜明榮博士用實證研究的方法證明，物理試題中無論是選擇題還是非選擇題，其過程的復雜性、情境化程度都顯著影響試題的難度，二者之間具有顯著的正相關關系.

2? 高中物理計算題命題技術要求

在平時的教學中，我們要涉及課堂教學評價診斷，課后教學診斷，教學過程的優化和改進，這些是離不開課堂練習、課時作業、單元測試、階段性考試（月考、期中考、期末考、模塊測試等）以及高三總復習的同步練習，在這些命題的過程中，我們都要涉及到計算題的命制，在所有的題型中計算題對學生的物理學科素養的考查的信度和效度都是最好的.但計算題對命題人的要求是最高的，計算題的難度很難把握，受很多因素的影響，在物理命題及評價的過程、反思反饋過程、改正優化過程中，我們總結出高中物理計算題命題技術要求：

（1）試題要有利于評價考生的物理學科素養.

（2）試題要以具體、清晰、符合學生認知的物理情境為載體，即問題情境要源于日常生活，沒有科學性問題，學生的容易理解和接受.

（3）情境的設置與設定盡可能模擬原始物理問題，能合理處理好“冗余條件”和試題的文字表述簡潔之間的關系.

（4）試題的數據設置應該合乎物理實際。“難度”要源于對應能力所能達到的容易程度，而非不必要的陷阱和繁瑣的數學計算。

3? 對高考計算題的研究

【例題1】（2015年普通高考浙江卷（10月）第20題）[1]：如圖1所示是公路上的“避險車道”，車道表面是粗糙的碎石，其作用是供下坡的汽車在剎車失靈的情況下避險;質量m=2.0×103kg的汽車沿下坡行駛，當駕駛員發現剎車失靈的同時發動機失去動力，此時速度表示數v1=36km/h，汽車繼續沿下坡勻加速直行l=350m。下降高度h=50m時到達“避險車道”，此時速度表示數v2=72km/h，重力加速度g=10m/s2;求：

（1）從發現剎車失靈至到達“避險車道”這一過程汽車動能的變化量;

（2）汽車在下坡過程中所受的阻力;

（3）若“避險車道”與水平面間的夾角為17°，汽車在“避險車道”受到的阻力是在下坡公路上的3倍，求汽車在“避險車道”上運動的最大位移（sin 17°≈0.3）.

3.1? 學生解答高考原題及其結果

限定在10分鐘內，讓30位高三學生在去解答該題，絕大多數學生只完成第一步，并且還有很多解答是錯誤的，得分率0.19，得分很不理想.

3.2? 同質學生解答對“避險車道”有補充說明后的結果

在原題不變動的基礎上，添加正常車道和避險車道的側視圖，讓同等水平學生在10分鐘內解答，發現得分率為0.40，這說明不能正確理解“避險車道”的方位和作用會較大程度影響本題的解決.

3.3? 同質學生解答簡化題及其結果

將本題的物理過程具體化成【例題2】，同樣限定在10分鐘內讓同等水平的30位學生來完成.發現多數學生能完成該題，得分率為0.62，這說明問題題干的閱讀量越大對問題的解決負面影響也越大.

【例題2】質量m=2.0×103kg的汽車以初速度v1=36km/h，無牽引力，沿圖2所示長度為l=350m、高度h=50m的AB斜坡向下勻加速直行到達坡底時的速度為v2=72km/h，重力加速度g=10m/s2。求：

（1）汽車在下坡過程中動能的變化量ΔEK

（2）汽車在下坡過程中受到的阻力f

（3）若汽車在坡底時又進入與水平面間的夾角為17°上坡BC，汽車受到BC表面的阻力是在AB坡面上的3倍，求汽車在上坡上運動的最大位移sm （sin 17°≈0.3）。

4? 學生訪談，原因分析及改進措施

這是一道真實情境的物理問題，但是情境過程生疏、復雜，并閱讀量較大，測試后對學生進行了訪談，從學生的描述中，這道題對考生而言至少涉及以下四方面的困難。

（1）情境很陌生

雖然很多學生坐車上過高速路，但高速路上不能隨意停車下車，很多學生沒有聽過“避險車道”這個概念，并且本題題目較長，容易產生認識負荷，形成心理負擔，不能正確理解題意。

（2） 圖片模糊，看不懂路牌

圖中路牌未用常規箭頭來指示方向，題中“高速公路上的“避險車道”，車道表面是粗糙的碎石”，而圖示的路面看不出哪個較光滑，沒有實際看到高速公路上的“避險車道”考生，很難分辯哪一條才是碎石路的“避險車道”。

（3）過程描述不清，容易產生岐意

受題中“公路上的‘避險車道，車道表面是粗糙的碎石，其作用是供下坡的汽車在剎車失靈的情況下避險”的影響，很多學生誤認為汽車是進入一段粗糙斜面向下做減速運動直到停下為止。

（4）本題考查的知識點和物理過程較多，考查物理學科素養維度的兩個方面：物理觀念和科學思維，因此難度較大。

以上四個方面，實際上只有第四點才是因為物理的因素造成的難度，前三個方面都不是物理的因素，因此本題對物理學科素養的考查是有缺陷的.

就本題而言，在考查學生物理學科素養、階梯問題的設置、考查的知識個數、物理過程、數學計算、學科核心素養的維度上是相當到位的，考查過程存在的主要問題是：情境很陌生;圖片模糊，看不懂路牌;過程描述不清，容易產生岐意;調控措施如下：

（1）更換本題的情境，用絕大多數學生都熟悉的情境代替。

（2）在原情境的基礎上增加一個側視圖，在原圖上用文字標清楚“避險車道”和車運動的方向，幫助學生正確理解題意。

（3）改進文字描述，讓學生不會對題目產生岐意.

5? 高中物理計算題難度的調控策略

總之，對于面向物理學科核心素養考查的物理試題其難度通常取決于“對物理學科素養考查的維度”的多少，其難度的調控通常可以根據實際情況，從（1）問題情境的新穎度，（2）物理學科素養考查的維度，（3）物理過程的復雜程度，（4）是否設置階梯問題，（5）題干的閱讀量，（6）問題目標的開放程度，（7）數學過程與計算的復雜性等幾個方面進行調控;盡可能讓命制出來物理試題在考查學生物理學科素養方面有較高的信度和效度，避免物理以外的因素干擾對學生物理核心素養的考查.

參考文獻：

[1]蔡千斌.七選三背景下浙江高考物理試題的特點分析與教學對策[J].物理通報，2016（10）：2-6.