“學業質量”視域下高考試題對物理教學的啟示
——以2018年北京高考理綜卷第24題為例

(江蘇省徐州市第七中學，江蘇 徐州 221011)

《普通高中物理課程標準(2017年版)》對高考學業水平等級性考試命題的要求是：“注重考查對必修和選擇性必修課程中重要的物理概念與規律的理解與運用情況，試題的任務情境要與生產生活、科技發展等緊密聯系，要關注物理學前沿與成果應用；要探索設計與現實相關的問題情境，加強對學生應用物理學知識綜合解決實際問題能力的考查；要強調創新精神和實踐能力的考查，能較好地區分學生物理學科核心素養的水平。”2018年北京高考理綜卷第24題立足核心素養，緊扣學業質量，創新問題情境，考查關鍵能力，筆者從“學業質量”視角對試題加以評析，并談談對物理教學的啟示。

1 基于核心素養的學業質量解讀

2018年《普通高中物理課程標準(2017年版)》面向社會發布，研制出各學科學業質量標準是本次課標修訂的主要變化之一。學業質量標準引導教學落實立德樹人根本任務，注重培養學生核心素養，提高學生綜合運用知識解決實際問題的能力，幫助教師和學生把握教與學的深度和廣度，為階段性評價、學業水平考試和升學考試命題提供重要依據，促進教、學、考有機銜接，形成育人合力。

高中物理學業質量標準是以物理學科核心素養及其表現水平為維度，結合高中物理課程內容，對學生物理學業成就表現的總體刻畫。高中物理學業質量依據物理學科核心素養的四個方面及其水平，根據問題情境的復雜程度、知識和技能的結構化程度、思維方式或價值觀念的綜合程度，將高中物理學業質量劃分為五級水平，并描述了物理觀念、模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新、問題、證據、解釋、交流、科學本質、科學態度、社會責任等12個要素不同水平學習結果的60個具體表現，主要表現為學生在不同復雜程度情境中運用重要概念、思維、方法和觀念等解決問題的關鍵特征。

高中物理學業質量既是指導學生自主學習和評價、教師開展日常教學設計、命題和評價的重要依據，也是高中學業水平考試命題的重要依據。其中，學業質量水平2是高中畢業生應達到的合格要求，是學業水平合格性考試的命題依據，學業質量水平4是用于高等院校招生錄取的學業水平等級性考試的命題依據。

2 基于學業質量的高考試題評析

近幾年北京高考理綜卷物理部分在命題思路、能力立意、呈現方式等方面進行了有益的探索，2018年北京高考理綜卷第24題注重體現新課改的理念，緊扣學業質量標準，關注學生的物理核心素養，突出對學生能力要求的考查，對中學物理教學產生了良好的導向性作用。

2.1 原題呈現

(1) 靜電場可以用電場線和等勢面形象描述。

a. 請根據電場強度的定義和庫侖定律推導出點電荷Q的場強表達式；

b. 點電荷的電場線和等勢面分布如圖1所示，等勢面S1、S2到點電荷的距離分別為r1、r2。我們知道，電場線的疏密反映了空間區域電場強度的大小。請計算S1、S2上單位面積通過的電場線條數之比N1/N2。

圖1

(2) 觀測宇宙中輻射電磁波的天體，距離越遠，單位面積接收的電磁波功率越小，觀測越困難。為了收集足夠強的來自天體的電磁波，增大望遠鏡口徑是提高天文觀測能力的一條重要路徑。2016年9月25日，世界上最大的單口徑球面射電望遠鏡FAST在我國貴州落成啟用，被譽為“中國天眼”。FAST直徑為500m，有效提高了人類觀測宇宙的精度和范圍。

a.設直徑為100m的望遠鏡能夠接收到的來自某天體的電磁波功率為P1，計算FAST能夠接收到的來自該天體的電磁波功率P2；

b.在宇宙大尺度上，天體的空間分布是均勻的，僅以輻射功率為P的同類天體為觀測對象，設直徑為100m的望遠鏡能夠觀測到的此類天體數目是N0，計算FAST能夠觀測到的此類天體數目N。

2.2 任務描述

本題從學生較為熟悉的點電荷的電場線分布規律入手，以與“中國天眼”相關的電磁輻射設計探究情境。學生首先根據電場強度的定義和庫侖定律，推導出點電荷場強的分布規律，即與場源電荷的電荷量成正比，與到場源電荷間的距離的平方成反比；根據從場源電荷“出發”的電場線總條數是一定的，距離場源電荷越遠，則相應等勢面的面積越大，由N1S1=N2S2可得，單位面積通過的電場線條數與面積成反比，即與等勢面S1、S2到點電荷的距離的平方成反比。根據同一觀測距離上“單位面積上單位時間內接收的電磁輻射能量相同”，可以計算出FAST能夠接收到的來自該天體的電磁波功率；然后抓住“觀測宇宙中輻射電磁波的天體，距離越遠，單位面積接收的電磁波功率越小”“在宇宙大尺度上，天體的空間分布是均勻的”等信息，構建能量輻射模型和簡單的宇宙模型，即可推導出FAST能夠觀測到的此類天體數目。

2.3 質量目標

本題第(1)問主要考查核心素養中“物理觀念”“科學思維”等要素，學生需要對點電荷、電場強度、電場線、等勢面等概念和庫侖定律等規律及其相互關系有較為深刻的認識，然后綜合應用這些物理知識解決實際問題。

第(2)問中主要考查核心素養學業質量中“科學思維”“科學態度與責任”等要素，學生需要類比第(1)問點電荷的電場線模型，構建能量輻射模型和簡單的宇宙模型，通過科學推理解決實際問題。同時，在問題解決的過程中，讓學生感受到我國科技事業上所取得的偉大成就，增強學生的自豪感、使命感和責任感。

總之，試題符合學業質量水平4中“理解所學的物理概念和規律及其相互關系，能正確解釋自然現象，綜合應用所學的物理知識解決實際問題；能將實際問題中的對象和過程轉換成所學的物理模型；能對綜合性物理問題進行分析和推理，獲得結論并作出解釋；能恰當使用證據證明物理結論；能對已有結論提出有依據質疑，采用不同方式解決物理問題”的要求。

3 對物理教學的啟示

從評價角度看，物理學科核心素養解決了“為什么考”的問題，即發展和評定學生物理學科核心素養的發展水平。學業質量標準則回答了“考什么”的問題，即以行為表現評定物理學科核心素養的發展水平。而考試評價標準回答的則是“怎么考”“如何評”的問題，即如何通過評價技術手段獲得這些行為表現。因此，如何透過考試評價，深刻理解物理學科核心素養的實質內涵，切實發揮學業質量標準的指導作用，準確把握物理教學的深度和廣度，成為廣大一線物理教師需要研究的問題。

3.1 教學目標的確定應基于物理核心素養

美國著名教育家布盧姆曾說過：有效的學習始于準確地知道達到的目標是什么。因此，教學目標的確立是實現課堂有效教學的前提與保障。物理教學若僅以知識教學為目標，就會導致教學設計聚焦于知識，教師就會僅僅專注于學生獲得知識，從而忽視物理課程對學生核心素養的培養。為此，必須把培養學生的物理學科核心素養作為物理教學的重要目標，即將學生“物理觀念”的形成與發展、“科學思維”能力的發展與提升、“科學探究”能力的提升與培養和“科學態度和責任感”的培養與提升作為教學目標，并落實于整個物理教學活動中。

3.2 教學過程的實施應注重問題情境創設

捷克教育家夸美紐斯指出：一切知識都是從感官開始的。通過創設真實的問題情境，調動學生多感官體驗，是一種具有互動性和開放性的課堂教學方式。在物理課堂教學中，需要教師通過創設物理情境，并依據物理情境設置系列問題，讓學生置身于物理情境之中,在問題的探究和解決中使學生深入理解物理知識,提高學生分析、探求和解決實際問題的能力。教學實踐證明：創設情境進行教學，對培養學生的物理學科核心素養具有關鍵作用，如：在物理概念教學中，創設體現概念本質特征的物理情境，可以發展學生的科學思維；在物理規律的探究中，創設體現科學探究過程的問題情境，可以提升學生對科學本質的認識，提高科學探究能力；在物理知識的應用中，創設與生產生活相結合的實際情境，可以提高學生將實際情境轉換為物理模型的建模能力，形成把情境與物理知識相關聯的意識。

3.3 習題的設計應突出原始物理問題

著名的物理學家楊振寧先生指出：物理學的根源是現象，不是演算。在物理教學中，物理習題教學對應的是“演算”，而原始物理問題教學對應的是物理現象。自然界及生活、生產、科研中客觀存在的未被加工的原始物理問題具有客觀性、復雜性、條件的隱蔽性、思考方式的多樣性等特點，學生在解答原始物理習題時，需要從物理現象、物理情境中構建物理模型，提出物理問題，設置所需物理量，再應用所學物理概念、規律等來解答。這種運用直覺思維，通過簡化、抽象出物理問題，并進行科學建模的過程，對培養學生個人終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力有重要作用。

因此，基于核心素養導向的物理教學應注重原始物理問題的教學研究，通過對原始問題的分解、簡化、抽象與表征，培育學生的辯證思維、抽象思維、形象思維和歸納思維能力，而這些正是學生科學思維能力的必備要素。