對2020年山東高考物理卷的量化分析
——與近10年江蘇物理卷的比較

葛騰霄 馬宇澄

(1. 江蘇省無錫市青山高級中學,江蘇 無錫 214036; 2. 江蘇省無錫市教育科學研究院,江蘇 無錫 214000)

2021年的江蘇高考物理科將會在新的高考架構下做出調整.鑒于山東已提前一年實行和江蘇相似的新高考架構方案,量化分析2020年山東新高考物理卷能為大家及時了解新高考,了解江蘇卷可能的調整提供參考.下文中“山東卷”指2020年山東新高考物理卷,“模擬卷”指2019年底公布的山東新高考模擬卷,因其與山東卷處于相同架構下也被納入研究范圍,“江蘇卷”指“2008方案”下2010～2019共計10年江蘇高考物理卷的平均或合計情況.

1 對山東卷的量化分析及其與江蘇卷的比較

1.1 題型、題量、時長、有效文本長度

表1 江蘇卷與山東卷(包括模擬)卷制對照表

1.2 對考點的量化分析及其與江蘇卷的比較

1.2.1 量化方法與統計結果

2020年全國高考延續使用了2019年普通高等學校招生全國統一考試大綱,山東亦如此.因此筆者參照了2019年考綱的第二部分:考試內容范圍及要求.這部分具有Ⅰ級或Ⅱ級要求的內容共計106條,記為106個考點,其中Ⅱ級考點33個.考查整份試卷,統計出現與未出現的考點.如山東模擬卷未考到的考點共有40個,其中2個為Ⅱ級考點,則模擬卷全考點覆蓋率為(106-40)/106=62.3%,Ⅱ級考點覆蓋率為(33-2)/33=93.9%.統計結果如圖1所示.

圖1 山東卷考點覆蓋率統計

1.2.2 結果分析及其與江蘇卷的比較

(1) 全考點覆蓋率穩定,Ⅱ級考點覆蓋范圍有所差別.

筆者對江蘇卷采取相同的統計方法(考點來源參照每年江蘇高考物理學科的考試說明,年平均90個左右),發現江蘇卷的全考點的覆蓋率穩定在60%左右,Ⅱ級考點覆蓋率為90%左右.由圖1可知,盡管全國統一考試大綱中的考點多于江蘇,山東卷的全考點覆蓋率仍能達到60%左右.在兩者總題量相近的情況下,這意味著山東卷平均每道題涉及的考點更多,綜合性也更強.另外,具有核心地位的Ⅱ級考點受到一致的重視,在山東卷中覆蓋率達到了94%.值得注意的是，依照2019年全國統一考試大綱,人教版舊教材3-3、3-4、3-5部分有5個Ⅱ級考點分布,山東卷全部涉及,而江蘇卷近年來將這部分全部列為了Ⅰ級考點且覆蓋率低于平均水平.

(2) 力學與電磁學仍為重點考查對象,熱力學和統計力學在山東卷中更受重視.

圖2、圖3為各物理分支在山東卷和模擬卷中的分值占比.我們可以看到經典力學與電磁學占比均為77%,與江蘇卷的統計結果幾乎一樣.熱力學和統計力學約占10%,原子物理和原子核物理、其他(波、光學等)各占6%左右,所有物理學分支占比穩定且力學與電磁學仍為重點考查對象.因題型原因,江蘇卷中非重點分支占比都是一樣的,因此熱力學與統計力學在山東卷中更受重視.

圖2 2020年山東新高考卷物理學各分支占比

圖3 2019年山東模擬卷物理學各分支占比

(3) 平均每題涉及的考點更多且存在多分支交錯.

圖4

如山東模擬卷第6題.如圖4所示,有一束單色光入射到極限頻率為ν0的金屬板K上,具有最大初動能的某出射電子,沿垂直于平行板電容器極板的方向,從左側極板上的小孔入射到兩極板間的勻強電場后,到達右側極板時速度剛好為0.已知電容器的電容為C,帶電量為Q,極板間距為d,普朗克常量為h,電子電量的絕對值為e,不計電子的重力.關于電容器右側極板的帶電情況和入射光的頻率ν,以下判斷正確的是

主要涉及考點: ① 原子物理:光電效應,愛因斯坦光電效應方程; ② 電磁學:常見電容器,電容器電容帶電量與電壓之間的關系,帶電粒子在勻強電場中的運動; ③ 力學:動能和動能定理等.可見在總題量不大的情況下,要想覆蓋足夠多的考點,即使是選擇題也很具有綜合性.由于不專設針對人教版舊教材3-3,3-4,3-5的試題,試題中可能出現更多多分支交叉的情況,特別是重點與非重點分支的交叉,這一點與江蘇卷有較大區別.如山東卷最后一題是動量守恒與能量守恒相結合的問題,而在江蘇卷中動量守恒一直被放在模塊部分單獨考查,“雙守恒”問題已經很久沒有出現了.可見對江蘇而言,多分支交叉的問題可能是試題命制的一個可探索方向.

1.3 對試題情境來源的量化分析及其與江蘇卷的比較

1.3.1 量化方法與統計結果

試題情境來源的分類有多種,為便于呈現細節,本文采用了申文慧等研究者的分類方法,具體情況見表2.統計細化到每道試題的每一小問,如江蘇卷2010～2019年共有341個小問,其中以學科知識為主要情境的問題占94個.統計結果見圖5～圖7.

表2 試題情境來源分類表

圖5 山東卷各情境來源對應的題數分布

圖6 模擬卷各情境來源對應的題數分布

圖7 江蘇卷各情境來源對應的題數分布情況

1.3.2 山東卷試題的情境特點及其與江蘇卷的比較

(1) 情境化程度很高,主要特點與江蘇卷一致.

情境是“四層”考查內容和“四翼”考查要求的載體,對考查和培養學生物理學科的核心素養起到關鍵作用.根據圖5～圖7的統計,江蘇卷平均情境化程度很高,超過80%,而山東卷與模擬卷情境化程度接近100%,可見新高考對試題情境的設計更加重視,有效文本的增長也有部分原因來源于此.

江蘇卷和山東卷都把學科知識作為情境的第一來源,這種情境可以最簡明、直觀地描述物理問題.學生處理這種情境所需的工作量較小,因此這也是傳統筆試命題的主要情境來源.而模擬卷顯然在模型建構、數據呈現、圖表表征方面更下功夫,學生在面對這樣的情境時需要更強的遷移能力.科學技術與社會生活都是江蘇卷和山東卷的第二大情境來源.這體現了新高考對現代科技文明與社會生活實際的高度關注,凸顯了物理科考查中的應用性要求.

(2) 物理實驗情境的設計有所突破.

“物理實驗”情境作為物理探究情境的一部分在3種試卷中占比基本一致.山東卷中實驗題的情境較以往的物理實驗題更加復雜生動.如第13題,情境既包含珠峰的測量又有手機的使用,既關注社會又留心生活.這樣的情境使得試題很生動,打破了實驗題給人的一些刻板印象.另一個值得注意的情況是，山東卷中以學生學習過的實驗為情境的題目不再局限于實驗題中,如選擇題第3題就是以雙縫干涉實驗為情境的,這一點與江蘇卷有所區別.

1.4 能力結構量化分析及其與江蘇卷的比較

1.4.1 量化方法與統計結果

目前物理科考試主要考查理解能力、推理論證能力、模型建構能力、實驗探究能力、創新能力5種關鍵能力.與大家較為熟悉的舊5種能力相比,理解能力、推理論證能力、實驗探究能力分別是對以前考試大綱中的理解能力、推理能力、實驗能力的整合和升華,模型建構能力和創新能力則是根據物理教學實際和時代發展要求新提出的,而原考試大綱中的分析綜合與應用數學處理物理問題能力的相關要求則主要融入了模型建構能力.筆者對山東卷按照新5種關鍵能力進行統計,細化到每一小問,將各種能力對應試題的分值所占比重對應為能力結構比重.如山東卷第17題第(1)問主要考查學生模型建構能力,該題分值為4分,故對應模型建構能力計4分.整卷中以考查模型建構能力為主的試題共有50分,試卷總分為100分,則該年分析綜合能力占比為50%.由于江蘇卷年份較早,我們按照舊5種關鍵能力進行統計.統計結果如圖8、圖9所示.

圖8 山東卷能力結構統計

圖9 2010—2019年江蘇卷物理能力結構統計

1.4.2 山東卷能力結構的特點及其與江蘇卷的比較

(1) 對理解能力的考查融于其他能力之中.

山東卷與模擬卷中對理解能力的考查遍及各個角落,但都是在與其他能力的共同考查的情況下起到基礎性作用,很少有以學科內容理解為主要考點的試題,這與江蘇卷有一定差異.

(2) 以推理論證能力為主的考查集中于選擇題.

對推理能力的考查占比約25%略低于江蘇卷均值,且大部分存在于選擇題中.

(3) 十分注重模型建構能力.

山東卷十分注重對學生模型建構能力的考查,分值占比幾乎能達到總分的一半.超過了江蘇卷中分析綜合(約30%)與應用數學解決物理問題能力(約7%)的總和.接連不斷的“小考驗”不僅對學生物理方面的能力提出要求,還考查學生的心理素質.另一方面,相對于江蘇卷“少而精”的命題思路,山東卷對應用數學解決物理問題更加重視,這部分的實際涉及比重超過15%.出現的位置也不再局限于解答題,各種題型均有涉及.客觀上來說,模型建構能力要求較高,提高占比一般會增加試卷難度,然而對本科及以后階段的理工科學生來說,應用數學解決物理問題的能力要求還會迅速提高,因此這樣的占比設計充分體現了國家重視物理學科,并希望通過本學科夯實學生數理基礎、選拔理工科人才的期望.

(4) 實驗探究能力注重考查實驗原理與數據分析.

實驗探究能力方面,山東卷把考查重點放在對明確實驗目的下的創新實驗的原理理解和對數據的獲取、處理與分析上,試題相對于以往的江蘇卷更加靈活多變.

(5) 創新能力寓于探索之中.

創新能力新成為5大關鍵考察能力之一,山東卷對這種能力的考查主要體現在最后一題第(2)問.學生需要先嘗試計算,才有猜想方向,進而進行猜想,數學驗證,最后總結出答案.這完整地再現了科學探究的過程,為如何在以確定性和非開放性試題為主的高考物理科中考查創新能力提供了一種思路.

2 對新高三優秀學生的實測結果與對高三復習的建議

2.1 對本市30名優秀新高三學生的實測

為了真實了解新高三學生對山東卷的感受,筆者邀請了本市30名優秀新高三學生按照考場要求分別完成了2020年山東卷與江蘇卷,其中江蘇卷的3個模塊學生全部完成.每題得分率與總得分率如表3、表4所示.

表3 2020年江蘇卷新高三學生測試得分率統計表

表4 2020年山東卷新高三學生測試得分率統計表

2.2 對實測結果的思考

從各項數據來看,山東卷得分率明顯低于江蘇卷,特別是實驗題與解答題部分,這與我們之前的比較結果基本一致.除了之前提到原因外,還有幾點值得注意.

(1) 山東卷較多的關注空間思維能力.

歷年來江蘇卷對空間思維能力也有所考查,但多存在于安培力方向的判斷、電磁感應等學生較為確定的情境中.而山東卷在不同位置、不同考點、不同分支內多次考查了空間思維能力,這可能會成為一種新的命題角度.如山東卷第9題(圖10)是線光源與立體幾何的組合(往年江蘇卷幾乎沒有涉及):截面為等腰直角三角形的三棱鏡如圖10所示.DE為嵌在三棱鏡內部緊貼BB′C′C面的線狀單色可見光光源……三棱鏡對該單色光的折射率為2,只考慮由DE直接射向面AA′CC的光線.下列說法正確的是……

圖10

(2) 運算量明顯增大.

山東卷的運算量比江蘇卷大得多,特別是實驗題和解答題最后兩題,這直接導致學生答卷的空白部分較多.本質上來看,這是由模型建構(包括應用數學)能力占比提高帶來的結果.

(3) 部分考點的難度要求與江蘇原要求不一致.

如山東卷解答題第1題“拔火罐”本質上是變質量氣體的狀態變化問題.江蘇卷對理想氣體這一考點的要求不高,客觀上本屆學生鉆研的時間也偏少,這些因素都可能會降低學生的得分率,表3、表4在這個考點的對比也說明了這一點.

2.3 對高三復習的建議

參考新高考評價體系的要求和以上統計數據,我們給出了一些復習建議供大家參考.

(1) 提高學生對經典物理情境的熟悉程度.

經典物理情境既是學生理解物理的便捷途徑,又是檢測學生學習效果的良好載體,近年的高考卷也都不回避經典情境.山東卷在使用經典情境時既注重多方面考點橫向的聯系,又能在結合數學等方面縱向挖掘.因此提高學生對經典物理情境的熟悉程度,有利于切實提高學生理解試題的速度,保證學生有充分的時間發揮分析綜合能力,解決更新更深入的問題.

(2) 培養學生對學科整體性的視野.

常規習題中的各物理學分支聯系比較固定,如電磁結合、力電結合等.但其實物理學科是一個有機的整體,某一情境可能對應各種問題組合,因此在復習時,我們應有意識培養學生整體性的學科視野,多展現同一情境下不同分支的交叉,這將有助于學生在考試壓力下快速抓住新情境中的關鍵點.

(3) 注重鼓勵學生在平時多展現思維過程.

科學思維在物理核心素養中屬于關鍵能力范疇,高考評價體系對學生的考查則主要對應于推理論證能力和模型建構能力,這兩者在山東卷中的占比的確十分突出.因此培養科學思維應該是我們幫助學生復習的重點.科學思維的培養一定要有外顯的過程,學生只有在與外界不斷的互動中才能發現思維上的不足.如我們可以通過提高作業中解答或說明類問題的占比,要求學生畫出個性化思維導圖并互相交流等方式幫助學生實現互動,提高思維的敏捷性和條理性.