基于學科核心素養的高考物理題的研究

摘 要：文章通過對2019年高考全國卷Ⅰ·33（2）題和全國卷Ⅱ·19題進行解析，分析了物理學科的核心素養，得出三點教學啟示：研讀課程標準，更新教學理念，落實基礎;教學要關注知識的應用;應用物理知識解決具體問題應結合具體的實際情境。

關鍵詞：高考物理;課程標準;核心素養;教學啟示

《普通高中物理課程標準（2017年版）》在等級性考試明確提出：高考物理試題要注重將物理學的基本概念、規律與國家經濟社會發展、科學技術進步、生產生活實際等緊密聯系起來，通過設置新穎真實的問題情境，加強對考試應用物理學知識綜合解決實際問題的考查。

全國卷Ⅱ·19題和全國卷Ⅰ·33（2）來源于生活，以真實問題情境為背景，有效地考查了學生學科思想和研究問題能力，綜合性很強，達到培養學生科學思維、適應終身發展和社會發展所需要的正確價值理念、必備品格和關鍵能力。本文以以上兩題為例，對考查的物理學科的核心素養及其對物理教學的啟示做一分析。

一、高考試題分析

【2019年高考全國卷Ⅰ·33（2）】熱等靜壓設備廣泛用于材料加工中。該設備工作時，先在室溫下把惰性氣體用壓縮機壓入到一個預抽真空的爐腔中，然后爐腔升溫，利用高溫高氣壓環境對放入爐腔中的材料加工處理，改善其性能。一臺熱等靜壓設備的爐腔中某次放入固體材料后剩余的容積為0.13m3，爐腔抽真空后，在室溫下用壓縮機將10瓶氬氣壓入到爐腔中。已知每瓶氬氣的容積為3.2×10-2m3，使用前瓶中氣體壓強為1.5×107Pa，使用后瓶中剩余氣體壓強為2.0×106Pa;室溫溫度為27℃。氬氣可視為理想氣體。

（1）求壓入氬氣后爐腔中氣體在室溫下的壓強;

（2）將壓入氬氣后的爐腔加熱到1227℃，求此時爐腔中氣體的壓強。

【分析】本題來源于生活，以材料加工中廣泛應用的熱等靜壓設備為背景，通過10瓶氬氣對真空爐腔充氣，屬于變質量問題，難以確定具體的研究對象的狀態量（壓強，溫度）。要求學生確定理想氣體對象，分析相應的氣體變化過程，建立物理模型并應用理想氣體實驗定律解決問題。

【解析】（1）方法一：設初始時每瓶氣體的體積為V0，壓強為p0;使用后氣瓶中剩余氣體的壓強為p1。假設體積為V0、壓強為p0的氣體壓強變為p1時，其體積膨脹為V1。由玻意耳定律：

考查的必備知識：理想氣體實驗定律、理想氣體初未狀態的狀態參量。

關鍵能力：理想氣體對象確定、變化過程分析，建立物理模型、選用相應的理想氣體實驗定律。

核心素養：物理觀念，定性分析和定量計算相結合進行科學推理，根據相應的理想氣體變化過程，建立物理模型解決問題。

【2019年高考全國卷Ⅱ·19】（多選）如圖（a），在跳臺滑雪比賽中，運動員在空中滑翔時身體的姿態會影響其下落的速度和滑翔的距離。某運動員先后兩次從同一跳臺起跳，每次都從離開跳臺開始計時，用v表示他在豎直方向的速度，其v-t圖像如圖（b）所示，t1和t2是他落在傾斜雪道上的時刻。則（ ）

A.第二次滑翔過程中在豎直方向上的位移比第一次的小

B.第二次滑翔過程中在水平方向上的位移比第一次的大

C.第二次滑翔過程中在豎直方向上平均加速度比第一次的大

D.豎直方向速度大小為v1時，第二次滑翔在豎直方向上所受阻力比第一次的大

【分析】本題以生活中跳臺滑雪為背景，看似考查平拋運動，實際上問題背后是利用曲線運動知識和數形結合處理物理問題的能力，考查v-t圖像的物理意義，運動員所受豎直方向的阻力變化引起豎直方向的加速度變化。問題通過文字、圖像等不同信息呈現物理量之間的聯系，要求構建正確的物理模型，綜合性較強，容易出錯，易混淆平拋運動概念等。試題考查學生的信息提取、邏輯推理、模型建模等能力，很好地體現了新高考命題的指導思想和新課標理念。

【解析】v-t圖象包圍的“面積”表示豎直方向的位移，由圖像（b）分析可知，第一次圍成的面積大約占據48個小方格，第二次圍成的面積大約占據56個小方格，所以第二次滑翔過程中在豎直方向上的位移比第一次的大，因此第二次滑翔過程中在豎直方向上的位移比第一次的大，所以A選項錯誤;

由于運動員兩次是從同一跳臺起跳，落在同一個傾斜雪道上，設雪道的傾角為θ，水平方向位移為x，豎直方向上的位移為y，有，由于第二次豎直方向上的位移為y大，由于位移方向（雪道的傾角為θ）不變，因此水平方向的位移自然也大，所以B選項正確;

滑翔過程中運動員在豎直方向上平均加速度，第一次滑翔過程中速度變化量比第二次的大，而第一次滑翔過程中時間t1比第二次滑翔過程中時間t2小，所以滑翔過程中運動員在豎直方向上平均加速度第一次大，所以C選項錯誤。

豎直方向的速度大小為v1時，第一次v-t圖像陡峭，第二次v-t圖像相對平緩，對應的圖像的斜率顯然是第一次大于第二次，即a1>a2，在豎直方向方向上，由牛頓第二定律有mg-fy=ma可知，即fy=mg-ma，運動員第二滑翔在豎直方向所受阻力fy2比第一次豎直方向所受阻力fy1大，所以D選項正確。

考查的必備知識：v-t圖像斜率和包圍的“面積”的物理意義、運動的合成與分解、平均加速度、瞬時加速度、變速曲線運動、牛頓第二定律

關鍵能力：信息提取、邏輯推理、建構模型

核心素養：物理觀念和科學思維，在經驗事實的基礎上建構模型，有效分析v-t圖像的斜率、包圍的“面積”的物理意義并進行科學推理。

二、教學啟示

1、研讀課程標準，更新教學理念，將基礎知識落到實處

基于物理學科核心素養，新高考評價體系統籌考慮知識、能力、素養的關系，將考查內容凝結為核心價值、學科素養、關鍵能力、必備知識，突破了以往知識和能力的二維考查內容框架，創造性地與育人的新要求融合起來。上述兩個高考題考查到的受力分析、運動的合成與分解、曲線運動、加速度、牛頓第二定律、理想氣體實驗定律、物理圖像，均是要求學生掌握在物理關鍵能力和學科素養的養成過程中必須具備的可遷移的知識。例如在學習質點運動的加速度這一概念時，應該讓學生經歷對加速度概念的構建過程，創設必要的情境，讓學生經歷概括和抽象的過程，尋找加速度的本質特征，形成概念，而不應把概念的定義直接告訴學生然后再去做解釋，甚至讓學生背誦定義。在學習牛頓運動定律時，應該讓學生知道它的來龍去脈，正確領悟它的含義，明確它的適用條件，熟悉運用該規律的基本思路。如果是通過科學探究獲得的物理規律，就應該盡量讓學生經歷自主探究的過程。在學習圖像問題時，除了理解斜率、面積、截距的物理含義之外，更多要引導學生理解圖像所對應的物理情景，并學會根據情景列出相關函數表達式。在物理教學過程中，應該從發展物理科學核心素養的角度出發，促進學生必備知識的掌握和靈活運用。

2、教學要時刻關注知識在生活生產、科技發展、環境保護等方面的應用

新課標指出，高中物理課程在義務教育的基礎上，幫助學生從物理學的視角認識自然、理解自然，建構關于自然界的物理圖景……引導學生認識科學的本質以及科學、技術、社會、環境（STSE）的關系。要讓學生具備運用物理學的視角解釋自然現象和解決實際問題的能力，需要老師在教學過程中對教材進行再創造，選擇與學生聯系密切的生活實例在課堂中用物理學知識進行分析，同時，采用觀看視頻、演示實驗、學生動手等有效的教學方式，把物理知識和實踐情境生動地結合起來，強化學生以物理學的視角解釋和解決實際問題的動機與能力，從而實現對學生核心素養的培育。

3、應用物理知識解決具體問題應結合具體的實際情境，促進學生終生發展

素質教育的目的在于培養德智體美勞全面發展的社會主義建設者和接班人。近幾年高考題考查學生運用知識、能力和素養解決實際問題的能力，讓學生充分感受到課堂所學內容中蘊含的應用價值。物理學科命題素材常常使用貼近學生、貼近生活、貼近時代的素材，選取與大自然中物理相關的現象（彩虹、日食）等、與生產生活緊密聯系的物理問題，如與體育運動相關的情境（滑雪、籃球、乒乓球）等、與科技前沿相關的重大科技工程（長征五號發射、北斗導航系統、大飛機）等實際問題。這些實際問題的解決，往往取決于學生將情境與知識相聯系的水平，即能否把問題中的實際情境轉化為解決問題的物理知識。在解決真實物理問題過程中，依據物理學科的特點，學會具體問題具體分析的方法，能把問題情境的故事情節轉化為某種物理現象;能把情境中的一段經歷轉化為一個物理過程;能把關于情境的描述轉化為物理狀態;能把問題已知的內容轉化為相應的物理量;能把情境中需要完成的工作轉化為相應的物理要求。從而確定或建立與真實情景一致的物理模型，分析清楚物理情景（物理過程和物理狀態），運用物理規律列方程，解方程得出合理答案。教師在平時教學過程中注意引導學生就對于問題情境和物理知識的轉化，引導發掘問題情境中所隱含的物理內容，從而達到培養學生物理學科的關鍵能力，提升學生的物理學科核心素養。

參考文獻

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[4]程力李勇.基于高考評價體系的物理科考試內容改革實施路徑（2019年）[D].中國考試，2019，12：43.

作者簡介：陳許生，男，1967年10月，湖南省瀏陽市，本科，教科室主任，中學物理高級，研究方向：教育教學研究。