高考評(píng)價(jià)體系在高考物理實(shí)驗(yàn)命題中的體現(xiàn)——以3道2020年高考“測(cè)量重力加速度”實(shí)驗(yàn)題為例

王遠(yuǎn)虎

（1.阜寧縣第一高級(jí)中學(xué)，江蘇 阜寧 224400；2.阜寧縣教師發(fā)展中心，江蘇 阜寧 224400）

高考評(píng)價(jià)體系主要由“一核、四層、四翼”3部分內(nèi)容組成.其中，“一核”為核心功能，即“立德樹人、服務(wù)選才、引導(dǎo)教學(xué)”，是對(duì)素質(zhì)教育中高考核心功能的概括，回答“為什么考”的問題；“四層”為考查內(nèi)容，即“核心價(jià)值、學(xué)科素養(yǎng)、關(guān)鍵能力、必備知識(shí)”，是素質(zhì)教育目標(biāo)在高考中的提煉，回答“考什么”的問題；“四翼”為考查要求，即“基礎(chǔ)性、綜合性、應(yīng)用性、創(chuàng)新性”，是素質(zhì)教育的評(píng)價(jià)維度在高考中的體現(xiàn)，回答“怎么考”的問題.同時(shí)，高考評(píng)價(jià)體系還規(guī)定了高考的考查載體——情境，以此承載考查內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)考查要求.［1］

雖然2020年高考物理浙江卷第18題、海南卷第14（2）題及山東卷第13題測(cè)量重力加速度的命題素材不同，但是3道高考題都能體現(xiàn)“一核、四層、四翼”的考查要求，都能實(shí)現(xiàn)教育考試的考查、區(qū)分與評(píng)價(jià)功能，弘揚(yáng)“立德樹人”的教育理念，促進(jìn)學(xué)生探究和解決問題的能力，增強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)，培養(yǎng)實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，形成正確的價(jià)值觀，為學(xué)生的終身發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，發(fā)揮高考在育人方面的導(dǎo)向功能.

1 高考物理實(shí)驗(yàn)題命題素材

1.1 利用教材中的實(shí)驗(yàn)作為素材進(jìn)行命題

考查教材中的實(shí)驗(yàn)時(shí)，高考實(shí)驗(yàn)題能夠很好地將常動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)的考生與不常做實(shí)驗(yàn)的考生有效區(qū)分開來，對(duì)教師實(shí)驗(yàn)教學(xué)有良好的導(dǎo)向作用，鼓勵(lì)教師多讓學(xué)生動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，避免教師錯(cuò)誤的通過實(shí)驗(yàn)習(xí)題訓(xùn)練來提高學(xué)生的成績(jī).高考實(shí)驗(yàn)題命制時(shí)常利用教材中實(shí)驗(yàn)過程的描述、照片、簡(jiǎn)圖、數(shù)據(jù)處理等方式，真實(shí)呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程中的某一場(chǎng)景，讓考生對(duì)相關(guān)問題進(jìn)行分析判斷，考查考生對(duì)一些重要的實(shí)驗(yàn)過程的深刻理解；高考實(shí)驗(yàn)題命制時(shí)也可通過呈現(xiàn)教材中“做一做”活動(dòng)的場(chǎng)景，考查考生自主開展實(shí)驗(yàn)探究的能力，測(cè)試情況往往能夠反映學(xué)生是否真正動(dòng)手動(dòng)腦經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)的過程.

例1.（2020年高考浙江卷第18題）某同學(xué)用單擺測(cè)量重力加速度.

（1）為了減少測(cè)量誤差，下列做法正確的是______（多選）.

（A）擺的振幅越大越好.

（B）擺球質(zhì)量大些、體積小些.

（C）擺線盡量細(xì)些、長(zhǎng)些、伸縮性小些.

（D）計(jì)時(shí)的起、止位置選在擺球達(dá)到的最高點(diǎn)處.

（2）改變擺長(zhǎng)，多次測(cè)量，得到周期平方與擺長(zhǎng)的關(guān)系圖像如圖1所示，所得結(jié)果與當(dāng)?shù)刂亓铀俣戎迪喾l(fā)現(xiàn)其延長(zhǎng)線沒有過原點(diǎn)，其原因可能是_____ .

圖1 T2- L圖像

（A）測(cè)周期時(shí)多數(shù)了一個(gè)周期.

（B）測(cè)周期時(shí)少數(shù)了一個(gè)周期.

（C）測(cè)擺長(zhǎng)時(shí)直接將擺線的長(zhǎng)度作為擺長(zhǎng).

（D）測(cè)擺長(zhǎng)時(shí)將擺線的長(zhǎng)度加上擺球的直徑作為擺長(zhǎng).

必備知識(shí)：?jiǎn)螖[模型這一概念性知識(shí)；計(jì)時(shí)的起、止位置如何選定這一策略性知識(shí)；如何分析周期平方與擺長(zhǎng)的關(guān)系圖像這一策略性知識(shí).

關(guān)鍵能力：知識(shí)獲取能力：考生要能從試題情境結(jié)合教材中“探究單擺周期與擺長(zhǎng)的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)提取有效信息，能夠準(zhǔn)確描述單擺模型中擺球的質(zhì)量、大小，擺線的長(zhǎng)短、粗細(xì)，擺角的大小要求；實(shí)驗(yàn)操作能力：考生要能從實(shí)驗(yàn)的情境活動(dòng)中理解實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作圖可得到T2-L的關(guān)系，結(jié)合實(shí)驗(yàn)原理，尋找圖像延長(zhǎng)線沒有過原點(diǎn)的原因；思維認(rèn)知能力：考生要能明確選定計(jì)時(shí)的起、止位置的內(nèi)在邏輯.

四翼層級(jí)：試題情境只包含單一的稍復(fù)雜的情境活動(dòng)，考生需要調(diào)動(dòng)多種物理知識(shí)與能力來解決問題.屬于“四翼”考查要求中的綜合性層級(jí).

命題角度展望：（1）本題命制周期平方與擺長(zhǎng)的關(guān)系圖像時(shí)橫軸和縱軸沒有具體數(shù)值，只能定性分析，如命題設(shè)計(jì)具體數(shù)值，則可考查考生定量計(jì)算重力加速度及小球的半徑.

1.2 利用創(chuàng)新探究設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)為素材進(jìn)行命題

創(chuàng)新探究設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)題的“創(chuàng)新”點(diǎn)有：改變實(shí)驗(yàn)探究的條件、改變實(shí)驗(yàn)探究的結(jié)論、改變實(shí)驗(yàn)探究的思路、改變實(shí)驗(yàn)探究的方法、體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)探究結(jié)果的開放性、評(píng)估實(shí)驗(yàn)探究的過程與結(jié)果等.

1.2.1 實(shí)驗(yàn)儀器的創(chuàng)新

高考實(shí)驗(yàn)題命制時(shí)常將教材中的實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行替換或改進(jìn)，比如用氣墊導(dǎo)軌代替長(zhǎng)木板，用光電門、頻閃相機(jī)代替打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，用電子秤或已知質(zhì)量的鉤碼等代替彈簧測(cè)力計(jì)，呈現(xiàn)新的實(shí)驗(yàn)過程情境，讓考生運(yùn)用學(xué)過的知識(shí)理清實(shí)驗(yàn)原理，解答相關(guān)問題，從而考查考生的理解實(shí)驗(yàn)原理、處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、分析實(shí)驗(yàn)誤差等能力.

例2.［2020年高考海南卷14（2）］某同學(xué)用如圖2所示的裝置測(cè)量重力加速度.

圖2 測(cè)量重力加速度

實(shí)驗(yàn)器材：有機(jī)玻璃條（白色是透光部分，黑色是寬度均為d=1.00 cm的擋光片），鐵架臺(tái)，數(shù)字計(jì)時(shí)器（含光電門），刻度尺.

主要實(shí)驗(yàn)過程如下：

① 將光電門安裝在鐵架臺(tái)上，下方放置承接玻璃條下落的緩沖物；

② 用刻度尺測(cè)量?jī)蓳豕馄g的距離，刻度尺的示數(shù)如圖3所示，讀出兩擋光片間的距離L=________cm；

圖3 刻度尺的示數(shù)

③ 手提玻璃條上端使它靜止在____方向上，讓光電門的光束從玻璃條下端的透光部分通過；

④ 讓玻璃條自由下落，測(cè)得兩次擋光的時(shí)間分別為t1=10.003 ms和t2=5.000 ms；

⑤根據(jù)以上測(cè)量的數(shù)據(jù)計(jì)算出重力加速度g=____m／s2（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）.

必備知識(shí)：用刻度尺測(cè)量?jī)蓳豕馄g的距離如何讀數(shù)這一策略性知識(shí)；用光電門如何測(cè)玻璃條的速度這一策略性知識(shí)；“落體法”測(cè)重力加速度實(shí)驗(yàn)操作過程這一程序性知識(shí)；如何據(jù)測(cè)量的數(shù)據(jù)計(jì)算出重力加速度這一策略性知識(shí).

關(guān)鍵能力：知識(shí)獲取能力：考生要能從試題描述的實(shí)驗(yàn)過程發(fā)現(xiàn)隱含的測(cè)量重力加速度的原理，要會(huì)讀出刻度尺測(cè)量?jī)蓳豕馄g的距離；實(shí)驗(yàn)操作能力：考生要能將實(shí)驗(yàn)操作中獲得的數(shù)據(jù)，計(jì)算出玻璃條的速度，再運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式計(jì)算出重力加速度；思維認(rèn)知能力：考生要能據(jù)實(shí)驗(yàn)過程描述，演繹推理出重力加速度的計(jì)算式.

四翼層級(jí)：試題情境只包含單一的復(fù)雜的情境活動(dòng)，考生需要系統(tǒng)地、全面地、協(xié)調(diào)地調(diào)動(dòng)各種物理知識(shí)與能力才能解決問題.屬于“四翼”考查要求中的應(yīng)用性層級(jí).

命題角度展望：（1）本題命題設(shè)計(jì)將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器創(chuàng)新替換為光電門用來測(cè)有機(jī)玻璃條下落過程中兩個(gè)位置的速度，考查了考生對(duì)光電門測(cè)速原理的理解及運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)公式解決實(shí)際問題的能力.如能設(shè)計(jì)考查此實(shí)驗(yàn)的誤差分析及如何減小誤差，將達(dá)到學(xué)業(yè)質(zhì)量水平4要求，考查考生對(duì)科學(xué)探究過程與結(jié)果進(jìn)行交流和反思.

（2）本題設(shè)計(jì)方案中最難操作的是手提玻璃條上端，松手瞬間手的抖動(dòng)會(huì)影響玻璃條的下落，玻璃條有一定的長(zhǎng)度，松手較難控制使它在豎直方向上作自由落體運(yùn)動(dòng).可設(shè)計(jì)改進(jìn)方案如下：如圖4所示，用游標(biāo)卡尺測(cè)出立方體小鐵塊的邊長(zhǎng)d；用刻度尺測(cè)出電磁鐵下端到光電門的距離h（h?d）；電磁鐵先通電（電源未畫出），讓小鐵塊吸住上端；斷開電源，讓小鐵塊自由下落；計(jì)時(shí)裝置記錄小鐵塊經(jīng)過光電門所用時(shí)間為t，計(jì)算出相應(yīng)速度v；用學(xué)過的運(yùn)動(dòng)學(xué)公式v2=2gh，從而計(jì)算出重力加速度.此方案要保證鐵塊要小（即滿足電磁鐵下端到光電門的距離h?d），保證鐵塊下落過程中平動(dòng)經(jīng)過光電門，不能有轉(zhuǎn)動(dòng)，以減小時(shí)間測(cè)量的誤差.［2］

圖4 測(cè)量重力加速度

1.2.2 實(shí)驗(yàn)方法的創(chuàng)新

高考實(shí)驗(yàn)題命制時(shí)常通過呈現(xiàn)新的實(shí)驗(yàn)過程情境，將考生置于陌生環(huán)境，讓考生理順實(shí)驗(yàn)探究的新方法、新步驟，理解實(shí)驗(yàn)的基本原理，解答相關(guān)問題，從而考查考生的自主探究能力、知識(shí)遷移能力和解決實(shí)際問題的能力.［3］

例3.（2020年高考山東卷第13題）2020年5月，我國(guó)進(jìn)行了珠穆朗瑪峰的高度測(cè)量，其中一種方法是通過使用重力儀測(cè)量重力加速度，進(jìn)而間接測(cè)量海拔高度.某同學(xué)受此啟發(fā)就地取材設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)，測(cè)量當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊拇笮?實(shí)驗(yàn)步驟如下.

（1）如圖5所示，選擇合適高度的墊塊，使木板的傾角為53°，在其上表面固定一與小物塊下滑路徑平行的刻度尺（圖中未畫出）.

圖5 測(cè)量重力加速度

（2）調(diào)整手機(jī)使其攝像頭正對(duì)木板表面，開啟視頻錄像功能.將小物塊從木板頂端釋放，用手機(jī)記錄下小物塊沿木板向下做加速直線運(yùn)動(dòng)的情況.然后通過錄像的回放，選擇小物塊運(yùn)動(dòng)路徑上合適的一點(diǎn)作為測(cè)量參考點(diǎn)，得到小物塊相對(duì)于該點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)距離L與運(yùn)動(dòng)時(shí)間t的數(shù)據(jù).

（4）再次調(diào)節(jié)墊塊，改變木板的傾角，重復(fù)實(shí)驗(yàn).

回答以下問題：

（1）當(dāng)木板的傾角為37°時(shí)，所繪圖像如圖6所示.由圖像可得，物塊過測(cè)量參考點(diǎn)時(shí)速度的大小為______m／s；選取圖線上位于坐標(biāo)紙網(wǎng)格交叉點(diǎn)上的A、B兩點(diǎn)，利用A、B兩點(diǎn)數(shù)據(jù)得到小物塊下滑加速度的大小為______m／s2.（結(jié)果均保留2位有效數(shù)字）

圖6 傾角為37°時(shí)圖像

（2）根據(jù)上述數(shù)據(jù)，進(jìn)一步分析得到當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮開_____m／s2.（結(jié)果保留2位有效數(shù)字，sin37°=0.60，cos37°=0.80）

試題情境設(shè)計(jì)：題目通過呈現(xiàn)新的實(shí)驗(yàn)過程場(chǎng)景將考生置于陌生環(huán)境，考生要通過閱讀實(shí)驗(yàn)步驟，提煉測(cè)量重力加速度的新方法.讓小物塊沿傾角為θ的木板向下做加速直線運(yùn)動(dòng)，由牛頓第二定律：mg sinθ-μmg cosθ=ma，即a=g sinθμg cosθ，測(cè)出兩個(gè)不同傾角對(duì)應(yīng)的加速度，聯(lián)立求解重力加速度.

四翼層級(jí)：試題情境包含多個(gè)簡(jiǎn)單或復(fù)雜情境活動(dòng)，考生需要在全方位調(diào)動(dòng)各種物理知識(shí)與能力的同時(shí)，協(xié)調(diào)和利用各種情境活動(dòng)解決問題，得到創(chuàng)造性的結(jié)果.屬于“四翼”考查要求中的創(chuàng)新性層級(jí).

命題角度展望：（1）本題命題設(shè)計(jì)測(cè)量當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮〗Y(jié)果保留2位有效數(shù)字，此測(cè)量精度將對(duì)高度測(cè)量產(chǎn)生較大的誤差.

2 高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)對(duì)策略

2.1 重視核心價(jià)值的引領(lǐng)

核心價(jià)值是學(xué)生的政治素質(zhì)、道德品質(zhì)和思想方法的綜合體現(xiàn)，是學(xué)生面對(duì)現(xiàn)實(shí)的問題情境時(shí)表現(xiàn)出來的情感態(tài)度和價(jià)值觀.在高考評(píng)價(jià)體系中，核心價(jià)值處于“四層”評(píng)價(jià)內(nèi)容的引領(lǐng)地位.物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中要凸顯核心價(jià)值的地位，以核心價(jià)值引領(lǐng)教學(xué)，發(fā)揮學(xué)科的德育功能，完成立德樹人的高考育人目標(biāo)，要培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)肅認(rèn)真對(duì)待實(shí)驗(yàn)的態(tài)度，尊重實(shí)驗(yàn)結(jié)果與事實(shí)，杜絕編造和修改實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的科學(xué)態(tài)度，愿意在將來從事物理方向工作的科學(xué)本質(zhì)觀.［4］

2.2 重視物理學(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)

物理學(xué)科素養(yǎng)在“四層”考查內(nèi)容中具有統(tǒng)領(lǐng)作用，界定了學(xué)科考查的必備知識(shí)和關(guān)鍵能力.高考評(píng)價(jià)體系中的學(xué)科素養(yǎng)，融會(huì)了國(guó)家課程標(biāo)準(zhǔn)中的核心素養(yǎng)要求和高校人才選拔的內(nèi)涵素養(yǎng)要求，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中必須貫徹物理學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的理念，切實(shí)幫助學(xué)生養(yǎng)成將來高校學(xué)習(xí)所需的能力，著重落實(shí)科學(xué)探究的核心素養(yǎng)要求，讓學(xué)生掌握科學(xué)探究的具體操作過程.

2.3 重視關(guān)鍵能力的落實(shí)

物理科考試提出理解能力、推理論證能力、模型建構(gòu)能力、實(shí)驗(yàn)探究能力、創(chuàng)新能力5種關(guān)鍵能力.高考評(píng)價(jià)體系確立了符合考試評(píng)價(jià)規(guī)律的3個(gè)方面的關(guān)鍵能力群：一是以認(rèn)識(shí)世界為核心的知識(shí)獲取能力群；二是以解決實(shí)際問題為核心的實(shí)踐操作能力群；三是涵蓋關(guān)鍵思維能力的思維認(rèn)知能力群.物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中要落實(shí)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能培養(yǎng)，比如實(shí)驗(yàn)操作、方案設(shè)計(jì)、可行性分析論證、數(shù)據(jù)收集處理、可靠性分析、反思修正、交流表達(dá)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作等等.

2.4 重視必備知識(shí)的掌握

必備知識(shí)是指即將進(jìn)入高等學(xué)校的學(xué)習(xí)者在面對(duì)與物理科相關(guān)的生活實(shí)踐或?qū)W習(xí)探索問題情境時(shí)，有效地認(rèn)識(shí)問題、分析問題、解決問題所必須具備的知識(shí).［5］物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中要保證基礎(chǔ)必備知識(shí)的牢固與完備，必須有堅(jiān)實(shí)的概念性知識(shí)和程序性知識(shí)作保障，才能通過精心設(shè)計(jì)問題鏈重點(diǎn)突破如何總結(jié)實(shí)驗(yàn)規(guī)律，解決實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題時(shí)如何明確思維方向等策略性知識(shí).