考查科學(xué)探究能力 促進(jìn)核心素養(yǎng)發(fā)展

摘 要：2021年1月，江蘇等8省高三學(xué)生進(jìn)行了高考適應(yīng)性考試.為了更好地讓大家了解新課改下的命題，現(xiàn)對新高考適應(yīng)性考試江蘇物理試卷實(shí)驗(yàn)題進(jìn)行深入分析，以管窺當(dāng)前高考物理實(shí)驗(yàn)命題變化動向，同時(shí)也對我們今后的物理教學(xué)提供有益的參考.

關(guān)鍵詞：科學(xué)探究;核心素養(yǎng);案例分析

中圖分類號：G632文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1008-0333（2021）34-0086-02

收稿日期：2021-09-05

作者簡介：孫鐵斌（1964-），中學(xué)正高級教師，從事高中物理教學(xué)研究.

為適應(yīng)新一輪高考制度改革，2021年1月，江蘇等8省高三學(xué)生進(jìn)行了高考適應(yīng)性考試.江蘇物理試卷在命題中，遵循新的課程標(biāo)準(zhǔn)，注重以實(shí)際問題為命題的載體，精心設(shè)計(jì)試題，通過情境的創(chuàng)設(shè)，在分析和解決真實(shí)情境問題的過程中考查科學(xué)探究能力，促進(jìn)核心素養(yǎng)發(fā)展，體現(xiàn)了試題的育人功能和導(dǎo)向作用.

一、實(shí)驗(yàn)試題

2021年高考適應(yīng)性考試江蘇物理試卷第12題（15分）.用如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置測量木塊與長木板間的動摩擦因數(shù)μ.把左端帶有滑輪的長木板平放在實(shí)驗(yàn)桌上，載有砝碼的木塊右端連接穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶，左端連接細(xì)線，細(xì)線繞過定滑輪掛有槽碼，木塊在槽碼的牽引下運(yùn)動，通過紙帶測量木塊的加速度，并測出木塊與砝碼的總質(zhì)量M，槽碼的總質(zhì)量m，計(jì)算木塊與木板之間的摩擦力f.改變M和m進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn).圖1

（1）下列實(shí)驗(yàn)操作步驟，正確順序是;

①釋放木塊;

②接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源;

③將木板固定在水平桌面上;

④調(diào)節(jié)滑輪高度使細(xì)線與木板平行;

⑤將紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔并固定在木塊上.

（2）實(shí)驗(yàn)打出的一段紙帶如圖2所示打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的工作頻率為50Hz，圖中紙帶按實(shí)際尺寸畫出，則木塊的加速度為m/s2;

圖2

（3）甲同學(xué)測得的數(shù)據(jù)見下表.

M/kg0.7000.6000.5000.4000.300f/N2.482.18

1.801.501.16

請根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，在圖3中的方格紙上作出f-M圖像;圖3

（4）已知重力加速度g=9.80 m/s2，可求得該木塊與木板的動摩擦因數(shù)μ=;

（5）乙同學(xué)用（3）問表中的數(shù)據(jù)逐一計(jì)算出每次測量的μ值，取其平均值作為測量結(jié)果.他發(fā)現(xiàn)該值比甲同學(xué)在（4）問中得出的μ值大.你認(rèn)為哪位同學(xué)的結(jié)果更準(zhǔn)確？

請簡要說明理由.

二、考核目標(biāo)本題主要考查學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)中關(guān)于“科學(xué)探究：問題、證據(jù)、解釋、交流等”及“物理觀念：重力、彈力、摩擦力、勻變速直線運(yùn)動”等方面的水平，尤其考查“科學(xué)探究”中關(guān)于證據(jù)和解釋要素的水平以及對實(shí)驗(yàn)中相關(guān)概念的理解.考查科學(xué)探究水平的等級達(dá)到科學(xué)探究的水平4等級和水平5等級——能制訂科學(xué)探究方案，選用合適的器材獲得數(shù)據(jù);能分析數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)其中規(guī)律，形成合理的結(jié)論;能用多種方法分析處理數(shù)據(jù)，用已有的物理知識進(jìn)行科學(xué)解釋，能撰寫完整規(guī)范的科學(xué)探究報(bào)告，交流、反思科學(xué)探究過程與結(jié)果.

三、試題解析

第（1）問2分.要求考生寫出實(shí)驗(yàn)操作步驟的正確順序.正確順序應(yīng)是：③⑤④②①.此問難度并不大，但是部分學(xué)生因?qū)忣}不清，未理解題意，或因平時(shí)未真正動手做過實(shí)驗(yàn)，將這一問做錯.此問考查了考生的閱讀理解能力和基本的實(shí)驗(yàn)操作能力.

第（2）問4分.要求考生從圖中紙帶上正確讀取數(shù)據(jù)，并能依據(jù)所測量的數(shù)據(jù)求出木塊的加速度大小.正確答案是：0.46-

0.51 m/s2.解決這一問的關(guān)鍵在于考生是否掌握勻變速直線運(yùn)動的基本規(guī)律Δs=aT2，以及考生是否掌握了對記數(shù)點(diǎn)的選取方法.此解兩種方法皆可：①打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶每隔4個點(diǎn)（共5小段）選擇一個計(jì)數(shù)點(diǎn)，則相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔為T=0.1s，測出計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離s1、s2、s3（只能獲得3組數(shù)據(jù)），舍去較短的s1（測量誤差較大）用較長的兩段相鄰記數(shù)點(diǎn)間的位移s2、s3求a=s3-s2T2=0.50 m/s2.或打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶每隔7個點(diǎn)（共8小段）選擇一個計(jì)數(shù)點(diǎn)，則相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔為T=0.16s，測出計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離s1、s2（只能獲得2組數(shù)據(jù)），用兩段相鄰記數(shù)點(diǎn)間的位移s1、s2求a=s2-s1T2=0.47 m/s2.②“逐差法”：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶每隔3個點(diǎn)（共4小段）選擇一個計(jì)數(shù)點(diǎn)，則相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔為T=0.08s，從紙帶上得到4個相鄰相等時(shí)間內(nèi)的位移s1、s2、s3、s4（只能獲得4組數(shù)據(jù)），則 a=（s3+s4）-（s1+s2）4T2=0.47 m/s2. 此問考查了考生使用基本的器材獲得數(shù)據(jù)的能力、處理數(shù)據(jù)的能力以及基本的數(shù)學(xué)運(yùn)算能力.

第（3）問3分.要求學(xué)生能根據(jù)表格中所給的數(shù)據(jù)，正確描繪出圖像，如圖4所示.此問考查了考生的作圖能力和基本的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng).圖4

第（4）問3分.要求考生能從所作圖像中發(fā)現(xiàn)的內(nèi)在規(guī)律：函數(shù)關(guān)系f=f0+kM，并由所給的重力加速度值求出動摩擦因數(shù)μ=0.32-0.37.此問考查了考生的由圖像獲取信息的能力、推理能力及基本的數(shù)學(xué)素養(yǎng).

第（5）問3分.要求考生能對所給的兩種測量μ的方法所獲數(shù)值的準(zhǔn)確程度進(jìn)行科學(xué)的分析判斷.

此問考查了考生對偶然誤差、系統(tǒng)誤差的不同來源及消除方法的理解和掌握，考查了科學(xué)探究過程和結(jié)果進(jìn)行評估、反思的能力.

此題考查了實(shí)驗(yàn)探究的完整環(huán)節(jié)：制定方案-實(shí)驗(yàn)操作-獲取數(shù)據(jù)-得出結(jié)論-反思交流.要求學(xué)生能根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，能排列出正確的實(shí)驗(yàn)步驟，會用紙帶法計(jì)算物體運(yùn)動的加速度，利用題中所給出的表格數(shù)據(jù)，用圖象法處理，理解偶然誤差、系統(tǒng)誤差的不同來源及減小或消除方法.

四、實(shí)驗(yàn)題啟示

試題中問題設(shè)計(jì)巧妙、立意新穎，具有創(chuàng)新性，你認(rèn)為哪位同學(xué)的結(jié)果更準(zhǔn)確，請簡要說明理由”增加了試題的開放性，需要考生對偶然誤差、系統(tǒng)誤差的不同來源及減小或消除方法的理解和掌握，進(jìn)而做出解釋，這對考生的科學(xué)探究能力提出了較高的要求，體現(xiàn)了對“能用多種方法分析數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)規(guī)律，形成合理的結(jié)論，用已有的物理知識進(jìn)行科學(xué)解釋.”等科學(xué)探究素養(yǎng)的考查.

從上面的分析中不難發(fā)現(xiàn)，2021年新高考適應(yīng)性考試江蘇物理試卷實(shí)驗(yàn)題的情境具有一定的問題性、真實(shí)性、探究性和開放性，試題與教材學(xué)生實(shí)驗(yàn)明顯不同，是來自教材學(xué)生實(shí)驗(yàn)的改編，較好地考查了學(xué)生的創(chuàng)新能力.因此，在高三物理實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)中，要想培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，要想促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展，就應(yīng)盡量創(chuàng)設(shè)類型多樣的、具有一定復(fù)雜程度的、開放性的真實(shí)情境作為試題的任務(wù)情境.只有這樣才能達(dá)到新課標(biāo)的要求，才能符合新高考的實(shí)驗(yàn)命題要求.

參考文獻(xiàn)：

[1]2021年高考適應(yīng)性考試江蘇物理試卷.

[2]蔣煒波，趙堅(jiān).物理核心素養(yǎng)的試題命制與評價(jià)策略研究[J].物理教學(xué)，2020（3）：2-6.

[3]續(xù)佩君，王岳，宋詩偉.加強(qiáng)關(guān)鍵能力培養(yǎng)的高中理科教學(xué)[J].物理教師，2019（3）：2-6.

[責(zé)任編輯：李 璟]