基于核心素養的2019年高考理綜全國卷Ⅱ第22題研究

張曉華

(重慶市榮昌中學校，重慶 402460)

基于核心素養的高考評價是深化高考物理考試內容改革的重要方面.它不僅有助于高校選拔具備核心素養的新生，而且有助于引導中學落實核心素養的教學.

2019年高考理綜全國卷Ⅱ第22題以測定滑動摩擦因數μ為載體，在試題情境設計和設問方式上以物理學科核心素養為導向，重點考查了實驗原理和實驗數據處理.

1 試題及解析

圖1

例1.如圖1，某同學設計了測量鐵塊與木板間動摩擦因數的實驗.所用器材有：鐵架臺、長木板、鐵塊、米尺、電磁打點計時器、頻率50 Hz的交流電源，紙帶等.回答下列問題：

(1) 鐵塊與木板間動摩擦因數μ=________(用木板與水平面的夾角θ、重力加速度g和鐵塊下滑的加速度a表示).

(2) 某次實驗時，調整木板與水平面的夾角θ=30°.接通電源.開啟打點計時器，釋放鐵塊，鐵塊從靜止開始沿木板滑下.多次重復后選擇點跡清晰的一條紙帶，如圖2所示.圖中的點為計數點(每兩個相鄰的計數點間還有4個點未畫出).重力加速度為9.8 m/s2.可以計算出鐵塊與木板間的動摩擦因數為________________(結果保留2位小數).

圖2

(2) 分析紙帶據逐差法有

2 試題評析

本實驗題應該是一道比較基礎的實驗題，難度適中，與平時實驗教學結合比較緊密，只是情景由水平面上的運動變成了斜面上的運動，對物理學科核心素養均有不同程度的考查.其中：

要求考生能對鐵塊受力分析和靈活運動牛頓第二定律解決鐵塊沿斜面下滑的實際問題，體現了高考對物理觀念中相互作用觀的素養要求，學業水平要求達到4層次水平.

要求考生能在熟悉的斜面滑塊問題情境中應用常見的勻變速直線運動模型，體現了高考對科學思維中模型建構的素養要求，學業水平要求達到2層次水平.

要求考生能分析紙帶數據，發現特點，形成結論，嘗試用逐差法進行求解加速度，體現了高考對科學探究中證據的素養要求，學業水平要求達到4層次水平.

要求考生認識到物理學是對自然現象的描述與解釋和知道學習物理需要實事求是，體現了高考對科學態度與責任中科學本質的素養要求，學業水平要求達到1層次水平.

近年高考中，多次以測定滑動摩擦因數μ為載體，考查實驗原理和實驗數據處理.2009年全國卷Ⅰ第23題，2013年全國卷Ⅰ第23題，2015年全國卷Ⅱ第22題和2018年全國卷Ⅱ第23題均有類似考查.本題可以看作是2015年全國卷Ⅱ第22題的改編.

圖3

例2.(2015年全國卷Ⅱ第22題)某學生用圖3所示的實驗裝置測量物塊與斜面的動摩擦因數.已知打點計時器所用電源的頻率為50 Hz，物塊下滑過程中所得到的紙帶的一部分如圖4所示，圖中標出了5個連續點之間的距離.

圖4

(1) 物塊下滑時的加速度a=________m/s2；打點C點時物塊的速度v=________m/s；

(2) 已知重力加速度大小為g，求出動摩擦因數，還需測量的物理量是____(填正確答案標號).

(A) 物塊的質量.

(B) 斜面的高度.

(C) 斜面的傾角.

本題以動摩擦因數μ的測定為問題背景，進行翻樣與創新，不僅考查了考生的實驗能力，也對考生的創新思維和實驗能力提出了較高的要求，主要涉及知識點：打點計時器的使用(打點周期0.02 s)、受力分析、滑動摩擦力計算、力的分解、牛頓第二定律的運用、逐差法處理(紙帶)實驗數據.

3 區縣聯考信息反饋

2019年11月榮昌區高三聯考理綜第22題采用了本試題.從歷史數據來看，榮昌區物理平均分低于重慶市平均分約5分，但部分考生此前做過該試題，得分情況應有所改善.因此，我們假定此次閱卷信息與2019年重慶高考閱卷信息相近.

從統計信息來看，本題平均分2.4分；其中，23.7%的考生得0分，52.9%的考生得2分，1%的考生得3分，22.3%的考生得5分.

從閱卷統計分析以及部分考生訪談來看，錯誤原因涉及到多個知識點.主要如下：

3.1 加速度計算錯誤引發失分

考生成功完成第(1)問，但不會運用逐差法處理(紙帶)實驗數據求解加速度，或者能運用逐差法處理(紙帶)實驗數據求解加速度，但數據計算錯誤導致第(2)問失分.這是約52.9%考生得2分的主要原因之一.

關于逐差法處理(紙帶)實驗數據求解加速度，一線教師中頗有爭議.2019年以前的物理高考試卷中均為偶數段數據.教輔資料中奇數段數據處理的爭議由來已久，如何舍棄數據是爭議的焦點.事實上，就本題而言即使舍棄第一段也不影響答案；若舍棄最后一段，則最終答案變為0.34.

3.2 力的分解錯誤引發失分

3.3 摩擦力方向性錯誤引發失分

雖然這種思維導致第(1)問失分，但如果后面加速度計算正確，代入(1)中μ的錯誤表達式得出μ≈-0.35.從物理常識知道μ不能為負數，直覺發現第(2)中計算搞反了，應該是μ≈0.35.因為考場時間關系，考生不及細想是第(1)問中表達式搞反了或是第(2)問中計算搞反了從而導致的μ≈-0.35.所幸之處，物理直覺使得考生修正計算結果，從而導致雖然第(1)問失分，但卻能第(2)問題得分.這是約1%考生得3分的主要原因.

考生如果在后面加速度的計算也錯誤，或者不能從物理直覺角度將μ≈-0.35處理為μ≈0.35，導致第(1)問和第(2)問均失分.這也是約23.7%考生得0分的主要原因之一.

3.4 其它原因引發的失分

4 教學啟示

4.1 重視必做實驗，夯實基礎

物理實驗題是高考中最具活力和創造性的題型.考題盡管停留在紙筆實驗的基礎上，但卻可對考生進行較好的評價和甄別.

物理課程標準(2017年版)要求學生必做實驗有21個，涵蓋了全部的實驗類型(即觀察性實驗、測量性實驗、驗證性實驗、探究性實驗、設計性實驗).不同類型的實驗，對考生的能力要求不一樣，更全面的實驗類型能夠更好地、循序漸進地培養學生的實驗能力.

雖然，測定滑動摩擦因數μ的實驗不在物理課程標準(2017年版)必做實驗之列.但是，測定滑動摩擦因數μ中運用逐差法分析紙帶數據求解加速度卻是課程標準必做實驗“研究勻變速直線運動”的核心內容.換言之，本實驗是課程標準要求必做實驗“研究勻變速直線運動”的拓展和升級.

從閱卷場反饋信息來看，約52.9%的考生不具備運用逐差法分析紙帶數據求解加速度的能力，亦即課程標準必做實驗“研究勻變速直線運動”的能力發展不夠.

4.2 重視基于核心素養的實驗考查新動向

物理實驗是培養學生創新精神和實踐能力的重要載體，是發展學生核心素養的重要途徑和方式.高考物理實驗題的考查，對提高學生實驗能力，引導中學重視實驗教學，發揮著重要作用.

目前，由于高考中無法進行實驗操作的考查，導致實驗教學中存在“黑板上做實驗、課堂上講實驗、學生背實驗”等問題.高考評價中基于核心素養的實驗考查，要求“加強實驗操作技能的考查，將親手做過實驗與沒有做過實驗的考生區分出來；加強對實驗原理及實驗分析能力的考查，將做過實驗并深入思考實驗的考生與做了實驗但不思考的考生區分開來；加強對實驗全過程的整體思考的考查，把基于實驗原理的實驗設計、實驗操作、實驗數據處理以及實驗結果分析的內在邏輯考查出來”.教育部考試中心研究認為：基于核心素養的物理實驗題考查內容比例由多到少依次應為“數據處理”“設計性實驗”“實驗細節”“誤差分析”“儀器選擇”等.

實驗教學是發展學生核心素養的重要載體.我們應該把培養學生的實驗能力、促進學生終身發展作為實驗教學的出發點和落腳點，自覺摒棄“黑板上做實驗、課堂上講實驗、學生背實驗”等功利主義行為.