2019年全國高考(北京卷)實驗題賞析

2019-10-10 09:20:18孫德峰田成良

物理教師 2019年9期

孫德峰田成良劉芳

(1. 北京市第十二中學, 北京 100071; 2. 北京市海淀區教師進修學校, 北京 100089;3. 北京教育學院豐臺分院, 北京 100076)

2019年高考已經落下帷幕,對于全國很多省市而言,2019年高考不僅承載著新、舊課程改革之間的過渡,更是意味著舊高考制度的結束和新高考制度的開始．新課標中明確指出[1]:高中物理課程是普通高中自然科學領城的一門基礎課程,旨在落實立德樹人根本任務,進一步提升學生的物理學科核心素養,為學生的終身發展奠定基礎,促進人類科學事業的傳承與社會的發展．引導學生經歷科學探究過程,體會科學研究方法,養成科學思維習慣,增強創新意識和實踐能力．顯而易見,高考除了選拔功能之外,更是在教學中發揮著“指揮棒”的作用．它不僅應當是甄選不同層次學生的一次選拔性考試,更無可替代地充當著一線教學實踐的風向標．

縱觀2019年全國各地高考物理試題,不難發現高考考查要求教師跳出培養熟練的解題能手的既往教學模式,而要以培養具有良好的科學素養和思維品質的現代公民作為首要的課程目標．以2019年北京卷的實驗考查題為例,試題雖小,但命題者在問題設計時的大格局,在方寸之間,為一線的課堂教學實踐指出了明確的建議和方向．

1 北京卷實驗試題評析

北京卷21題.用如圖1所示裝置研究平拋運動．將白紙和復寫紙對齊重疊并固定在豎直的硬板上．鋼球沿斜槽軌道PQ滑下后從Q點飛出,落在水平擋板MN上．由于擋板靠近硬板一側較低,鋼球落在擋板上時,鋼球側面會在白紙上擠壓出一個痕跡點．移動擋板,重新釋放鋼球,如此重復,白紙上將留下一系列痕跡點．

圖1

(1) 下列實驗條件必須滿足的有________．

(A) 斜槽軌道光滑.

(B) 斜槽軌道末段水平.

(D) 每次從斜槽上相同的位置無初速度釋放鋼球.

(2)為定量研究,建立以水平方向為x軸、豎直方向為y軸的坐標系．

a. 取平拋運動的起始點為坐標原點,將鋼球靜置于Q點,鋼球的________(選填“最上端”、“最下端”或者“球心”)對應白紙上的位置即為原點;在確定y軸時________(選填“需要”或者“不需要”)y軸與重錘線平行．

圖2

本題前2問,是關于課標中學生必做實驗“探究平拋物體運動的特點”的常規考查,問題的設計注重基本儀器的使用,原理的理解和實驗方法的掌握．第(2)問中關于實驗數據的分析和處理、對實驗結果的描述和解釋雖然同屬于常規考查的內容,但與課標中“在處理信息時,應讓學生依照物理事實運用邏輯推理確立物理量之間的關系,發展依據證據、運用邏輯和現有知識進行科學論證和解釋的能力”這一要求高度一致,著重考查了學生的推理能力和分析綜合能力．前2問的問題設計不僅能夠真實還原出一線教學對于學生實驗的重視程度,更能夠檢驗出學生在對平拋運動的學習中是經歷了“講實驗”還是“做實驗”的學習過程．

(3) 為了得到平拋物體的運動軌跡,同學們還提出了以下三種方案,其中可行的是________．

(A) 從細管水平噴出穩定的細水柱,拍攝照片,即可得到平拋運動軌跡.

(B) 用頻閃照相在同一底片上記錄平拋小球在不同時刻的位置,平滑連接各位置,即可得到平拋運動軌跡.

圖3

第(3)問雖然是選擇題,但選項的設計增強了題目的開放性．答案中的3個選項來自于人教版教材中平拋運動實驗的課后參考樣例[2]．這不僅與課標中“通過不同的實驗方案,完成同樣的探究任務”這一要求相符,更對一線教學實踐中教材的合理開發和使用點明了方向．

(4) 伽利略曾研究過平拋運動,他推斷:從同一炮臺水平發射的炮彈,如果不受空氣阻力,不論它們能射多遠,在空中飛行的時間都一樣．這實際上揭示了平拋物體________．

(A) 在水平方向上做勻速直線運動.

(B) 在豎直方向上做自由落體運動.

(5) 牛頓設想,把物體從高山上水平拋出,速度一次比一次大,落地點就一次比一次遠,如果速度足夠大,物體就不再落回地面,它將繞地球運動,成為人造地球衛星．同樣是受地球引力,隨著拋出速度增大,物體會從做平拋運動逐漸變為做圓周運動,請分析原因．

本題的第(4)、(5)兩問更是體現出命題人的別具匠心．從表述上看,兩問對問題的描述似乎是矛盾的:前者,無論射多遠(無論拋射速度多大),落地時間都一樣;后者,落地點越遠,好像運行時間就越長(盡管題目沒有明確指出),如果速度足夠大,落地時間就會無限長(不再落回地面)．但又很顯然,二者并不是“非黑即白”的關系．通過高中物理的學習,學生應當認識到兩種現象在描述上都有其合理性．但看似相互矛盾的兩種說法為什么都是正確的,這就需要學生對兩種現象的本質進行更深入的理解．顯然這兩問的問題設置從科學論證和質疑創新等維度考查了科學思維這一方面的核心素養．

進一步深入分析,不難發現第(5)問問題的設置具有更強的開放性和選拔性,可以預見,學生在該問上的回答必定是五花八門．通過考后對筆者所在學校部分學生(24位不同層次的考生)的高考復盤訪談,得到以下4種典型回答.

① 速度增大,射程遠,但地球是圓的,所以有可能不落到地面上(1位);

② 炮彈速度較小,終究要落到地面上;衛星速度大,萬有引力等于向心力,衛星就會做圓周運動而不掉到地面(少部分);

③ 速度小,所受到的地球引力大于物體所需要的向心力;速度增大,物體所需要的向心力逐漸增大;待到速度增大到萬有引力等于向心力,衛星就會做圓周運動而不掉到地面(大部分)

④ 當速度足夠大之后,射程很遠,重力的方向就會改變,平拋運動的結論就不成立了．當物體速度滿足萬有引力提供向心力的時候,就會成為衛星(1位)．

從以上4種答案可以看出不同考生對該問題的認識是有差異的．①類答案對應的考生沒有很好地理解力和運動的關系,僅僅從表觀上給予解答; ②類答案對應的考生缺乏對核心問題的認識,僅僅是用了自己較為熟悉的狀態模型給予解釋,等同于沒有正面回答該問題; ③類答案對應的考生敏銳地抓住了題設條件中的關鍵詞:“速度增大”和“逐漸變為”,所以給出了過程性的分析,這是值得肯定的．但該部分考生(其中不乏平時學習成績很好的同學)顯然忽略了一個重要前提,那就是隨著高速物體的運動,在不同的位置,地球引力的方向發生改變,而正是引力方向發生了改變,才使得圓周運動成為可能;④類答案對應的考生無疑對高中物理中力和運動的關系、引力場都形成了非常準確的理解和把握,甚至已經達到了課標中學業質量標準中水平5的要求:能在新的情境中對綜合性物理問題進行分析和推理,獲得正確結論并作出解釋;能考慮證據的可靠性,合理使用證據;能從多個視角審視檢驗結論,解決物理問題具有一定的新穎性．

值得說明的是,首先,④類答案對應的考生是2018年化學奧林匹克競賽全國決賽銀牌獲得者,這說明競賽生相對于一般考生,對問題的思考和理解是更深刻的,在這一點上,不同學科之間是相通的;其次,從知識的角度來看,③類答案對應的考生是過關的,但他們缺乏對事物之間橫向聯系的思考,沒有敏銳地察覺到隨著研究問題尺度的增大,其中的關鍵因素發生了質的變化．第③類考生的占比較大,顯然對我們的物理課堂教學提出了更高的要求,高中物理教學應當讓學生在知識學習的過程中知其然,并知其所以然,在知識的聯系、方法的遷移、思維的創新中引導學生進行批判性的學習．

2 高考評價對實驗教學的啟示

課標在教學實施建議中指出:在高中物理課程中,應注重科學探究,尤其應注重物理實驗,這在培養學生的探究能力和科學態度等方面具有重要地位．北京卷的實驗考查在方寸之間給一線的實驗教學帶來以下啟示:

(1) 實驗教學要重基礎知識和基本技能．

實驗教學中要重視基本儀器的使用,通過實驗加深對物理學中重要概念和規律理解,在掌握基礎的實驗數據分析方法的過程中提升學生的實踐能力．

(2) 實驗教學要重視教材,回歸教材．

教材是教和學的首要資源,實驗教學也要從教材出發,引導學生閱讀教材,思考教材．教師更要研究教材,整合不同版本教材中的資源,以提高課堂教學效果,提升學生實驗能力;

(3) 實驗教學中要注重學生對學科思想及方法的領悟．

實驗教學是物理學科教學的重要組成部分,實驗教學過程中要深入挖掘實驗內容、實驗原理、實驗分析、實驗思想等方面的知識價值,從學科的角度形成對物理學的整體認識,幫助學生構建更科學、更嚴密的學科知識結構體系．

3 高考評價對物理課堂教學的啟示

從教師的角度來看,該題目的考查其實是在引導我們在課堂教學中應該具有大格局．尤其是在高三的復習教學中,在學生已經對高中物理知識有了較為全面掌握之后,我們不應該僅僅局限在“刷題”中,而是應該適時地跳出“題海”,引導學生多關注一下我們所學知識得出的過程以及背后的科學史實;多了解一下知識間的縱向聯系以及各自的適用范圍．在實際問題情境中更好地理解和掌握、應用物理學的概念和規律,在知識學習的過程中提升個人能力和素養．例如在本題中,就像我們把牛頓經典力學看作是狹義相對論的宏觀、低速的極端近似,如果考生能夠將平拋運動看作是物體在有心力(萬有引力)作用下的極端近似,相信這樣的學生必然形成了正確的物理觀念,能夠利用科學思維中模型建構、科學推理等要素進行科學探究,對物理學有著更加深刻的認知和理解．

新課改、新高考改革的大幕已經拉開．如果說學生是教師的一面鏡子,那么學生對物理問題和物理現象的思維路徑和認知水平就是教師課堂教學的一面鏡子．通過北京卷的實驗考查我們已經明確地感受到,新課標要求我們的物理教學不應當只是教會學生做題,更要引導學生發現知識的“源”、探究現象的“理”．引領學生打破學科學習的邊界,在紛繁復雜的信息中能夠追根溯源、在千頭萬緒中能夠敏銳地抓住事物的聯系和規律．這既是保證學生能夠勝任未來社會的根本,也是提升學生核心素養的關鍵．