展現科技成就 突顯物理應用 發(fā)展思維品質
——2021 年1 月浙江省普通高校招生選考科目物理試題分析

◎ 樓 佳

學科核心素養(yǎng)是學科育人價值的集中體現,是學生通過學科學習,逐漸形成的正確價值觀念、必備品格和關鍵能力。物理核心素養(yǎng)主要由物理觀念、科學思維、科學探究、科學態(tài)度與責任四個方面的要素構成。四要素相互關聯(lián)、相輔相成。其中,科學態(tài)度與責任是指在認識科學本質,理解科學、技術、社會和環(huán)境的關系基礎上,逐漸形成的包含科學本質、態(tài)度、倫理等正確態(tài)度和責任心,包含探索自然的內在動力,嚴謹認真、實事求是和持之以恒的科學態(tài)度,以及遵守道德規(guī)范,保護環(huán)境并推動可持續(xù)發(fā)展的責任感。[1]

如何促進和評價學生的核心素養(yǎng)是教學活動的重點。這就要求選考試題命題不僅僅是簡單的對知識點的考查,更要基于核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。既要體現課程改革教育的要求,也要凸顯學科核心素養(yǎng)教育的要求。筆者認為,2021 年1 月浙江省普通高校招生選考科目物理試題正是符合這樣的要求。現結合具體試題,就基于“科學態(tài)度與責任”核心素養(yǎng),從三方面做一些個人分析。

一、展現科技成就 彰顯核心素養(yǎng)

物理學科的特點決定物理試題情境的設計要注重理論聯(lián)系生活、生產、科技,已達到學以致用的目的。以真實情景為形,以核心素養(yǎng)為神,做到形神兼?zhèn)洹?/p>

選考試題背景聯(lián)系現代科技、重大工程,積極引導學生掌握物理的基本概念和基礎理論的同時,既體現了選考命題的科學性,也體現了物理知識的實用價值,展現了物理學與高科技的緊密聯(lián)系。把我國近幾年取得的最新科技成就有機融入試題中,在傳統(tǒng)考核評價模式的基礎上滲透前沿知識,在廣度和深度上將學科知識進行外延,可以拓寬學生視野,培養(yǎng)與時俱進的精神。也有助于激發(fā)學生強烈的民族自豪感和愛國情懷;引導學生關注社會、關注自然,聚焦人類共同命運。更能激勵學生勇攀科學高峰,增強學生將科學知識服務于人類的社會責任感和使命感,高度體現了對學生社會主義核心價值觀的深度教育。

【試題】1、我國自主研發(fā)的全自動無人值守望遠鏡,它安裝在位于南極大陸的昆侖站,電力供應僅為1×103W。若用國際單位制基本單位的符號表示W,正確的是( )

A.N.S

B.N.m/s

C.kg.m/s

D.kg.m2/s2

【背景】試題旨在考查學生如何把導出單位瓦特轉換成用國際基本單位表示,以由中國自主研發(fā)的巡天望遠鏡AST3-2,在低功率情況下實現低溫環(huán)境長時間全自動巡天觀測為背景命題:2015 年,巡天望遠鏡AST3-2 在中國南極昆侖站安裝完畢并開始觀測運行。2017 年8 月,中國南極巡天望遠鏡AST3 合作團隊利用該巡天望遠鏡探測到引力波事件,這是人類首次發(fā)現雙中子星引力波。2017 年11 月02 日《人民日報》(12 版)刊登了文章,巡天望遠鏡系統(tǒng)在低預算功率的艱難情況下,成功克服-40℃——80℃極寒條件,實現無人值守條件下極夜期間的全自動巡天觀測。

【試題】2、2020 年12 月我國科學家在量子計算領域取得了重大成果,構建了一臺76 個光子100 個模式的量子計算機“九章”,它處理“高斯玻色取樣”的速度比目前最快的超級計算機“富岳”快一百萬億倍。關于量子,下列說法正確的是( )

A.是計算機運算的一種程序

B.表示運算速度的一個單位

C.表示微觀世界的不連續(xù)性觀念

D.類似于質子、中子的微觀粒子

【背景】試題借助量子計算機“九章”為依托,旨在考查學生對量子這一現代物理的重要概念的理解。2020 年12 月4 日,中國科學技術大學宣布,該校潘建偉團隊與中科院合作,成功構建76 個光子的量子計算原型機“九章”,求解數學算法“高斯玻色取樣”只需200 秒,而目前世界最快的超級計算機要用6 億年。這一項研究成果刊發(fā)在國際學術期刊《科學》雜志上,審稿人評價這是“一個最先進的實驗”“一個重大成就”。

【試題】3、2020 年11 月10 日,我國“奮斗者”號載人潛水器在馬里亞納海溝成功坐底,坐底深度10909m。下列情況中“奮斗者”號一定可視為質點的是( )

A.估算下降總時間時

B.用推進器使其轉彎時

C.在海溝中穿越窄縫時

D.科學家在其艙內進行實驗時

【背景】試題以“奮斗者”號潛水器為情境模型,考查學生對質點這一理想模型的理解。只有當對象的形狀、大小對研究問題沒有影響或影響很小時,才能被當作質點處理。2020 年10 日8時12 分,我國“奮斗者”號全海深載人潛水器成功坐底馬里亞納海溝,深度10909 米。馬里亞納海溝被稱為“地球第四極”,水壓高、完全黑暗、溫度低,是地球上環(huán)境最惡劣的區(qū)域之一,其最深處接近11000 米。今年10 月10 日,“奮斗者”號與“探索一號”“探索二號”母船一起,從海南三亞啟程開展萬米級海試。10 月27 日,“奮斗者”號在西太平洋馬里亞納海溝成功下潛突破1 萬米(達10058 米),創(chuàng)造了中國載人深潛的新紀錄。

【試題】7、嫦娥5 號探測器是我國首個實施月面采樣返回的航天器,由軌道器、返回器、著陸器和上升器等多個部分組成。為等待月面采集的樣品,軌道器與返回器的組合體環(huán)月做圓周運動。已知引力常數G=6.67×10-11N.m2/kg2,地球質量m1=6.0×1024kg,月球質量m2=7.3×1022kg,月地距離r1=3.8×105km,月球半徑為r2=1.7×103km。當軌道器與返回器的組合體在月球表面上方約200km 處做環(huán)月勻速圓周運動時,其環(huán)繞速度約為( )

A.16m/s

B.1.1×102m/s

C.1.6×103m/s

D.1.4×104m/s

【背景】試題以嫦娥五號探測器為情境設置,考查學生如何運用萬有引力定律公式結合圓周運動的動力學知識求環(huán)繞天體的線速度。《人民網》(2020-12-17)北京時間2020 年12 月17日凌晨,在內蒙古四子王旗零下20 攝氏度的寒冷中,經歷23 天驚心動魄的太空之旅,嫦娥五號懷揣來自月球的巖石和土壤返回地球。這是一趟滿載而歸的科學探索,也是一次智慧與勇氣兼?zhèn)涞臒o畏探險。歷史將使命賦予嫦娥五號,嫦娥五號也不負眾望。接過中國人探月夢想的接力棒,嫦娥五號實現了地外天體采樣、起飛和月球軌道交會對接等中國航天史乃至人類航天史上的多個“首次”,收獲了研究月球乃至太陽系行星的寶貴科學樣品。嫦娥五號代表人類時隔40 多年后再次完成月球“挖土”的壯舉,點亮著航天人無數個不眠之夜,折射出中國創(chuàng)新的熠熠星輝,也激蕩起每一個中國人內心油然而生的自豪情愫。

二、突顯物理應用 激勵學生探究

物理是現象而不是推演。“物理源于生活,服務于生活”,物理已經滲透在我們的生活中,無處不在。因此,我們不能只在課本上學習物理知識,在題目中解答物理問題,而要去自然界,去生活中尋找物理、發(fā)現物理,然后借助所學的基礎理論知識、基本規(guī)律定理分析和解決生產生活當中遇到的實際問題。

選考試題以社會生產生活中存在的現實問題為背景,問題情境真實化、多樣化,充分考查了學生發(fā)現、分析、歸納、處理實際問題的能力。聯(lián)系實際并解決實際問題的過程也是學生創(chuàng)新意識和探究能力充分體現的過程。有助于學生創(chuàng)新意識的增強和創(chuàng)新能力的提高,從而引導學生在學習過程中能夠主動積極地探究,而不是被動接受。有利于引導師生在重視基本概念和基本理論的教與學的同時,激勵提高學生積極主動運用物理規(guī)律和物理原理,分析和解決具有真實背景問題的能力,使中學教學逐步走出題海,回歸核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

【試題】11、一輛汽車在水平高速公路上以80km/h 的速度勻速行駛,其1s 內能量分配情況如圖所示。則汽車( )

A.發(fā)動機的輸出功率為70kw

B.每1s 消耗的燃料最終轉化成的內能是5.7×104J

C.每1s 消耗的燃料最終轉化成的內能是6.9×104J

D.每1s 消耗的燃料最終轉化成的內能是7.0×104J

【背景】汽車作為最主要的現代交通運輸工具,給人類帶來便捷的同時,也無法避免的帶來了重大的環(huán)境污染問題。常規(guī)汽車在以燃燒石油產品獲得動力的同時,排放出大量溫室氣體,加劇了溫室效應。為改善全球生態(tài)環(huán)境,應對氣候變化挑戰(zhàn),新能源汽車因勢而生,它采用先進的技術,有效地做到了低碳環(huán)保出行。2019 年7 月世界新能源汽車大會在海南博鰲召開,促進新能源汽車產業(yè)進入加速發(fā)展的新階段。試題以汽車能量分配為情境載體,考查功和功率關系的公式以及能量的轉化和守恒的同時,借助科學可靠的數據,讓學生感受到燃料汽車在使用過程中確實對環(huán)境帶來了無法避免的破壞,意識到保護環(huán)境,低碳出行的必要性。

【試題】15、為了提高松樹上松果的采摘率和工作效率,工程技術人員利用松果的慣性發(fā)明了打擊桿、振動器使松果落下的兩種裝置,則( )

A.針對不同松木,落果效果最好的振動頻率可能不同

B.隨著振動頻率的增加,樹干振動的幅度一定增大

C.打擊桿對不同粗細樹干打擊結束后,樹干的振動頻率相同

D.穩(wěn)定后,不同粗細樹干的振動頻率始終與振動器的振動頻率相同

【背景】松子很多人愛吃,營養(yǎng)價值高又好吃。但是松子價格居高不下,其中一個原因是松果采摘主要以人工采摘為主,工人為打下松果,需冒著生命危險爬到十幾米高的松樹上,因受條件所限,一次打下來的量不多。簡單機械的使用不受陡峭地形的限制,可以在一定程度上節(jié)省人工成本,降低采摘的難度,提高采摘效率,保護采摘人員的生命安全。本試題以幫助采摘松果的打擊桿和振動器為情境載體,既考查了受迫振動、共振等知識點,又可以激發(fā)學生物理改變生活的內在學習動力。

三、發(fā)展思維品質 避免以練代學

試題以我國近年來科技成就、重大工程、社會現實問題為背景實際,要求學生分析物理現象中的關鍵特征和主要因素,建立合適的物理模型,具備分析和解決實際問題的能力。考查學生基礎知識和基本理論的綜合應用,既對促進學生知識的學習、探究精神的培養(yǎng)具有重要意義,也能夠進一步提升學生實事求是的科學態(tài)度和責任。這些試題突出了物理思想和物理建模能力的考查,適度淡化了復雜的數學計算,有利于引導師生重視基本概念和基本理論的教與學,提高學生運用物理規(guī)律和物理原理分析和解決具有真實背景問題的能力,使中學教學逐步走出題海,回歸核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

一個好的試題,一份好的試卷,對學生來說就是一個科學問題。通過高質量的解答試題的過程,使學生在思維品質、探究能力、實踐意識、學科態(tài)度等方面得到高效提升。這樣才能有利于引導學生進行積極探究,使學生創(chuàng)新意識得到增強,創(chuàng)新能力得以提高。科學思維方法的正確理解和應用,可以幫助促成學生從定性和定量兩個維度進行科學推理、發(fā)現規(guī)律、得出結論,并能合理解釋自然現象和解決實際問題,避免教師在傳授知識的過程中過度側重題海戰(zhàn)術、就題論題、以練代學,來提升課堂教學的質量,切實貫徹落實新課改的育人目標。

四、教學啟示

隨著課程改革的持續(xù)深入,務必會對教師的教學要求進一步提升,教學活動必須整合各類教學資源,結合新課標的要求,聯(lián)系生活實際應用,創(chuàng)設情境,在常規(guī)教學中關注實際問題的解決,立足于培養(yǎng)學生分析解決實際問題的能力。教師目光要關注科技前沿和社會發(fā)展動態(tài),教學要跟上社會發(fā)展,順應時代變化。課堂是教學的主陣地,教師在課堂教學活動中要積極主動創(chuàng)新課堂教育教學手段,努力變革課堂教學方式。必須重新定位教學目標,讓關注物理核心素養(yǎng)成為我們教學設計的自覺性,真正做到物理核心素養(yǎng)的落實。