新高考背景下物理學科核心素養培養的教學策略

車慧清 施生晶

摘? ?要：在新頒布的《中國高考評價體系》背景下，通過分析新高考物理試題的考查內容和考查要求，對標蘊含的物理學科核心素養，得到教學啟示，助力于高考備戰。

關鍵詞：中國高考評價體系;核心素養;教學策略

《普通高中物理課程標準》（2017年版2020年修訂）提出的物理學科核心素養包括：物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度和責任四個方面[ 1 ]。2020年高考全國物理試題全面對標《中國高考評價體系》，注重物理學科核心素養的考查。本文基于高考試題分析，挖掘其所蘊含的核心素養，并提出針對性的教學策略，為高考備考提供參考。

1? 2020年全國1卷物理壓軸題的命題思路和解題方法賞析

1.1? 原題再現

【原題】 在一柱形區域內有勻強電場，柱的橫截面積是以為圓心，半徑為R的圓，AB為圓的直徑，如圖1所示。質量為m，電荷量為q（q>0）的帶電粒子在紙面內自A點先后以不同的速度進入電場，速度方向與電場的方向垂直。

知剛進入電場時速度為零的粒子，自圓周上的C點以速率v0穿出電場，AC與AB的夾角θ=60°。運動中粒子僅受電場力作用。

（1）求電場強度的大小;

（2）為使粒子穿過電場后的動能增量最大，該粒子進入電場時的速度應為多大？

（3）為使粒子穿過電場前后動量變化量的大小為mv0，該粒子進入電場時的速度應為多大？[ 2 ]

1.2? 命題意圖分析

“中國高考評價體系”提出的“一核? 四層? 四翼”明確回答了高考“為什么考”“考什么”“怎么考”這三個重要命題[ 2 ]。本題緊扣評價體系，不僅考查學生對物理學科必備知識的掌握程度，進一步考查了學生學會分析問題、處理問題的關鍵能力和核心素養。作為一道單體多過程的綜合性計算題，較往年物理學科的壓軸題難度適中。帶電粒子在靜電場中的運動為載體，考查的必備知識是點電荷在靜電場中的運動，運動學的基礎知識、類平拋運動、動能定理和動量定理等;考查學生對已掌握理論知識，學會融會貫通的知識遷移能力;進一步考查學生用運動學中類平拋運動，通過分析研究帶電粒子的靜電場運動問題物理模型進行建構，并進行相互推理論證的科學思維。

基于上述考查目標，題目設置了有界電場為約束條件，探究帶電粒子在靜電場中的運動規律，動能變化和動量變化規律。首先需要學生運用數學知識，結合題設條件先確定物理模型中的幾何關系，再通過分析推理，得到帶電粒子在初速度與所受唯一力垂直的前提下，參考類平拋運動模型進行解題。

1.3? 兩種不同解題思路賞析

通過上述對于本題考查內容和命題意圖的分析，已經明確了本題所涉及的主要知識點和解題思路，以下采用“審題—建構—求解—檢驗”四個解題環節對兩種解題思路分別進行比較分析，如圖3所示。

按照圖3給出的解題思路和相關物理模型構建出發，統籌分析題目涉及到的物理量、運動過程和運動規律，分別從動能定理和動量定理原型的基礎物理模型和等效重力場的綜合性物理模型這兩個方面出發，進行解題。

第1問考查靜電場的電場強度E大小，學生只要對題目給出的物理模型分析，結合動力學和運動學的基本知識便可以迎刃而解。第2問考查力對空間的積累效應，求使粒子穿過電場后的動能增量最大所對應的初速度，解法一：可以從功能原理入手，根據動能定理，要使動能增量最大，則電場力做功要最大，那么在有界條件下，結合幾何關系可以容易得到最大位移應該在圖2所示的D點位置;解法二：可以從等效重力場模型的類平拋運動入手，尋找等效最低點進行解題。第3問考查力對時間的積累效應，求穿過電場前后動量變化量的大小為mv0的初速度，要求學生在知識脈絡中要推理動量改變量等于該時間內電場力產生的沖量，且已知條件給出了當初速度為0時C點出射的粒子動量變化為mv0，那么只要在有限條件下尋找與C點出射時間相等的點即可，根據動量定理或者等效重力場模型，都容易得到該點為圖2中的B點。

以上第2問和第3問中的兩種解題方法，雖然最終都是采用類平拋運動規律進行求解，但是兩種方法的推理分析，科學思維截然不同。第一種方法從動能定理和動量定理原型出發，結合受力情況和幾何關系綜合分析得到出射點的位置;第二種方法從構建等效重力場的綜合性物理模型進行考慮，可以更清晰易懂地得到出射點位置。

2? 基于試題賞析，對標核心素養

2.1? 物理觀念

試題以帶電粒子在圓形有界勻強電場中的運動為載體，考查學生對位移、速度、加速度、點電荷、電場強度、靜電場力等物理概念的掌握;突出考查了學生對勻（變）速直線運動、牛頓第二定律、類平拋運動、動能定理和動量定理等物體運動觀念的理解;靈活考查了學生熟練運用牛頓第二定律和類平拋運動規律，分析解決具體問題的能力。試題立足于運動學、動力學、功能關系和靜電場中傳統的物理概念和物理規律，采用難度遞進式的設問形式層層推進，很好地考查了學生對考綱要求的重點物理概念。

2.2? ?科學思維

新課標學業質量標準中科學思維水平要求：“能將實際問題中的對象和過程轉換成所學的物理模型，能對綜合性物理問題進行分析和推理” [ 3 ]。基于前述對試題的兩種解題思路分析可知，學生不僅可以從熟悉的動能定理和動量定理兩個物理模型出發進行解題，也可以通過構建等效重力場這個綜合性物理模型進行思考分析。第一種解題思路要求學生深入理解力對空間和時間的積累效應與運動學規律之間相互聯系，屬于一般性科學思維解題模式。而第二種解題思維要求學生能將實際簡單物理模型進行綜合分析，構建適合實際題意的綜合性物理模型，本題中的等效重力場的構建，考查了學生科學思維的評價要求。

2.3? 科學探究

與科學思維不同，科學探究更側重考查學生的邏輯思維和證據推理能力。如前述圖3給出的基于問題和已知條件再進行推理論證便是一種科學探究形式。科學探究一般遵循“問題→證據→解釋→交流”的規律。以本題中第2問的解題思路為例，學生在解題中可以進行如下探究過程：問題（ΔE最大對應的v1？）證據（根據動能定理，要使ΔE最大，則這個過程做功最多，轉化為尋找沿作用力方向的最大位移）→解釋（用等勢面或者等效重力場結合幾何知識推理）→交流（將推理得到的出射點與題設條件交流驗證其正確性）。其他兩個問題同樣可以遵從這個科學探究規律進行。

2.4? 科學態度和責任

作為物理學科的壓軸題，本題的難度不管是和往年試題縱向比較還是與同年理綜Ⅱ、Ⅲ卷壓軸題橫向比較，難度都比較適中，評價等級和區分度都為學生所接受。此外，該試題沒有在純知識記憶上深究，也沒有冗長繁瑣的文字表述，而是根據物理核心素養的具體要素合理設問，這樣可以使學生從考試中體驗到利用已學知識分析解決問題的成就感，享受高中物理學習成功的愉悅，從而提高學習物理的興趣。畢竟高考并不意味著學習物理的終點，對于立志未來從事物理科學研究的考生而言，高考物理意味著新的學習征程的起點。本試題無疑對培養學生學習興趣、形成嚴謹認真的科學態度很有促進作用。

3? 教學策略

從2020高考全國卷物理壓軸題解題賞析可以窺見高考綜合改革的方向，我們可以深刻感受到新高考越來越注重物理學科核心素養，注重學生知識的積累、能力的提升和核心素養達成。高考物理源自教材，又高于教材，綜合考核學生的綜合學習能力、科學探究能力和創新思維能力。對標試題所蘊含的核心素養元素，啟示我們在高考物理備考的教學中注重以下四個方面。

3.1? 立足基礎知識和基本規律，扎實物理觀念的理解和應用

高考試題一般取材于教材，所以教學要回歸課本，夯實基礎，加強基礎知識、基本概念和一般物理規律的理解和交流。教學中注重學生學習過程中因“元認知”模糊不清導致物理概念模糊混淆，要讓學生從基礎物理概念和規律開始，附以合理教學情境，提升和鞏固學生對基礎物理概念和規律的理解，形成扎實的物理觀念。

3.2? 注重物理模型的構建，強化科學思維的形成

科學思維是基于經驗事實建構物理模型的抽象過程，是推理論證、綜合分析的具體體現形式。因此，在教學過程中，教師要關注教材中重點的知識內容和基礎物理模型，比如平拋運動、斜拋運動和圓周運動等基礎模型，在此基礎上，提煉和總結適合題設情境的綜合性物理模型，比如本題中的類平拋運動和等效重力場模型，在日常教學過程中注重學生模型建構能力的培養。

3.3? 培養知識遷移的能力，拓展科學探究的潛能

本題考核知識點跨越運動學、動力學、功能原理、靜電場，并不是單一的局限在某一個章節或單一概念。因此要求教師要注重高中物理知識框架的整體性教學，讓學生在學習過程中找尋相關物理知識之間的關聯性，有意識培養學生知識遷移的能力。此外，在教學過程中，尤其是物理實驗的教學過程中形成學生為主體，教師評價和總結的教學模式，讓學生自主探究物理規律并且從中體驗到探究的樂趣，激發學生科學探究的潛能。

3.4? 鼓勵探索和科技前沿創新，促進科學態度和責任的養成

高考物理試題的解題本身就是一項遇到問題、分析問題和解決問題的系統性工作。物理來源于生活又高于生活，興趣是最好的老師，激發學生學習物理的興趣可以起到事半功倍的作用。因此，教師在教學中不要停留在教材中單純知識點的傳授，更要聯系生活生產實際，讓學生體驗到科技力量造福人類巨大作用，注重培養學生熱愛科學、探索科學、攀登科學高峰的勇氣和自信心。

4? 結語

新高考評價體系明確了高考物理的備考方向，尤其在今年高考改革為“3+1+2”模式的新背景下，如何培養物理學科核心素養無疑是一個重大的挑戰。教師在教學中唯有牢牢抓住物理學科核心素養這條主線，做到以不變應萬變，才能更好地備戰高考。

參考文獻：

[1] 李先全. 深挖教材習題資源 助推思維能力遷移[J].中學物理教學參考，2017（3）：65-66.

[2] 施生晶，王玉輝. 踐行能力立意 體現學科素養—2020年高考全國理綜Ⅰ卷第25題賞析及啟示[J]. 理科考試研究，2020（10）：44-47.

[3] 黃恕伯.考查核心素養引導學科教學—議2020年高考理綜全國Ⅰ卷物理試題特點[J].基礎教育課程，2020（8）：73-76.