從2021年全國高考物理（甲乙卷）管窺情境類試題的命題

蔣煒波 趙 堅

（1.清華大學附屬中學，北京 100084；2.昆明市五華區基礎教育發展研究院，云南 昆明 650031）

2021年全國高考已落下帷幕，從教育部考試中心命制的理科綜合甲乙卷物理試題來看，試題在貫徹落實《深化新時代教育評價改革總體方案》精神要求，推進《高考評價體系》提出的“一核、四層、四翼”的高考命題基本內涵方面均有了較大的改革轉向.特別是物理試題的命題，在強化基礎性，優化情境設計，增強試題靈活性，深化關鍵能力考查等諸方面，充分凸顯出育人功能和引導教學減少死記硬背、“機械刷題”現象的積極導向功能.總體上看，試題不偏不怪、亮點紛呈，其中，以情境類試題命題顯得尤為突出.鑒于此，本文試圖以2021年全國高考物理（甲乙卷）為例，分析情境類試題的建構過程，管窺情境類試題的命題特點，以此探尋給予教學和復習備考的啟示.

1 高考情境類命題的分布

2021年的全國高考物理試卷，將原有的全國Ⅰ、Ⅱ卷合并，稱為全國乙卷；原有的全國Ⅲ卷不變，稱為全國甲卷.全國甲卷和全國乙卷總共覆蓋了全國17個省，具有廣泛的代表性.

按照選擇的構建情境素材的不同分類，高考物理命題中主要的情境類試題有學習探索類情境和生活實踐類情境.全國甲卷和全國乙卷的總分值均為110分，其中必考題95分，選考題15分，兩套試卷的學習探索類情境和生活實踐類情境的分值分布如表1所示.

表1 高考物理命題試題情境分布

在選考題部分，命題分別對應選修3-3和選修3-4，兩套試卷都沒有設計生活實踐類情境，都是學習探索類情境.在必考題部分，甲卷的生活實踐類情境命題共24分，占必考題總分的25%；乙卷的生活實踐類情境命題共18分，占比考題總分的19%.可見，高考命題中的學習探索類情境仍然占據絕大部分，但生活實踐類情境比重也已經較大，二者總分值比例約為4∶1.

1.1 學習探索類情境試題

學習探索類情境試題，所選取的素材主要源于學生在物理學習過程中積累的情景.這些情景部分也源于生活實踐，但更多的是源于物理實驗和典型的模型定式.相比生活實踐情境而言，這一類情境試題學生普遍較為熟悉，而且情境有明顯的理想化處理的痕跡，側重考查學生學習過程中對必備知識的掌握情況，以及關鍵能力的發展情況.情境建構時，往往選擇物理學史、典型模型、實驗探究等素材進行創設.［1］

例1.（2021年全國甲卷）由相同材料的導線繞成邊長相同的甲、乙兩個正方形閉合線圈，兩線圈的質量相等，但所用導線的橫截面積不同，甲線圈的匝數是乙的2倍.現兩線圈在豎直平面內從同一高度同時由靜止開始下落，一段時間后進入一方向垂直于紙面的勻強磁場區域，磁場的上邊界水平，如圖1所示.不計空氣阻力，已知下落過程中線圈始終平行于紙面，上、下邊保持水平.在線圈下邊進入磁場后且上邊進入磁場前，可能出現的是

圖1

（A）甲和乙都加速運動.

（B）甲和乙都減速運動.

（C）甲加速運動，乙減速運動.

（D）甲減速運動，乙加速運動.

答案：（A）（B）.例1以閉合線框在磁場和重力作用下的運動這一模型搭建了學習探索類試題情境，要求學生對物理學習中的典型模型要熟練掌握.命題在考查電磁感應、安培力、動力學的必備知識的同時，還要求學生能夠在試題情境中辨別甲、乙線框橫截面積不同所帶來的對電阻、電流和安培力的影響，從而判斷現況進入磁場過程中的運動情況，對學生的推理論證和分類討論的能力要求較高.

學習探索類情境，強調學習研究過程中的學科認知，多數的此類情境與生活實踐的關聯并不強，但是與學生的學習過程聯系極為緊密.此類命題特別適合考查學生在物理教學中的概念、模型、規律、實驗等方面的認識水平，對學科研究精神的引領極為突出，對必備知識的深化考查特別深入，因而在物理學科考試命題中占據主導地位.

因此，物理教學中需要教師注重引導學生，梳理分析典型情境模型，依托典型情境模型，對問題進行分類討論，熟悉問題分析思路、核心要點和解決模式，學會對信息進行提取、加工和分析等.

1.2 生活實踐類情境試題

生活實踐類情境試題，所選取的素材主要源于生產生活中的實踐情景，然后依據一定的主題原則進行細節修整，突出主要因素忽略次要因素，突出學科內涵淡化學科綜合，從而構建出一個能夠考查學生素養能力的試題情境.情境建構時，往往選擇自然現象，比如天體運動；也可以選擇生活情景，比如體育運動；還可以選擇科技前沿，比如探月工程等.

例2.（2021年全國乙卷）科學家對銀河系中心附近的恒星S2進行了多年的持續觀測，給出1994年到2002年間S 2的位置如圖2所示.科學家認為S 2的運動軌跡是半長軸約為1000AU（太陽到地球的距離為1AU）的橢圓，銀河系中心可能存在超大質量黑洞.這項研究工作獲得了2020年諾貝爾物理學獎.若認為S 2所受的作用力主要為該大質量黑洞的引力，設太陽的質量為M，可以推測出該黑洞質量約為

圖2

答案：（B）.例2以天體運行模型搭建了生活實踐類試題情境，要求學生通過運行軌道上的恒星位置與時間的變化圖像，提取運行周期這一核心信息，然后利用萬有引力公式和開普勒第三定律，估算出黑洞的質量.命題要求學生具備較高的信息獲取能力，能夠準確判斷運行周期，并且需要對開普勒第三定律有準確清晰的認識，能夠借助太陽的質量和日地距離解決未知常數的計算.

生活實踐類情境試題，強調物理與生產生活的聯系，通過讓學生解決源于生活實踐的物理問題，完成對學科素養、關鍵能力和必備知識的考查，并且據此引導學生學以致用和聯系實際，有效發揮核心價值的引領作用.由于素材源于真實的生活情景，學生對此可能不夠熟練，因而在信息獲取、認知關聯、數據處理等方面都有不小的難度，命題的創新特征很明顯.

因此，教學中需要教師注重結合生活素材進行物理教學和命題工作，讓學生將學習的物理模型和生活實踐相關聯，從情境中獲取建構模型所需要的信息，在利用模型進行推理分析之后，最終回到情境中去解決問題.只有在日常的教學中不斷地創設生活實踐類情境，才能夠有效培養和提高學生考試中對此類命題的應對能力.

2 對高考試題情境承載作用的分析

高考試題情境的選擇和創設，既有考查必備知識和關鍵能力的因素，更有物理核心價值和學科素養的考量.它既要承載題設問題的信息呈現，又要承載學生思維的輸出表達，因此其試題情境承載作用是多方面的.

2.1 承載核心價值的引領作用

在高考評價體系的核心價值理念下，物理學科在關注學科本位的價值引領的同時，更應該注重國家民族發展的使命培養，學生需要拓展自己視野并積極關注科技前沿，需要認識到物理學科對文明進步的重要意義，能夠從服務于人類的視角全面客觀地看待物理學科的發展.

例3.（2021年全國甲卷）2021年2月，執行我國火星探測任務的“天問一號”探測器在成功實施3次近火制動后，進入運行周期約為1.8×105s的橢圓形停泊軌道，軌道與火星表面的最近距離約為2.8×105m.已知火星半徑約為3.4×106m，火星表面處自由落體的加速度大小約為3.7m/s2，則“天問一號”的停泊軌道與火星表面的最遠距離約為

答案：（C）.例3以我國火星探測的科研任務為背景命題，結合萬有引力部分的學科知識創設試題情境，需要學生理解天體運動中橢圓軌道與圓軌道之間的關聯，能夠將開普勒定律與萬有引力定律相結合，對學生的關鍵能力要求較高.

使用航天科研素材創設情境試題，能夠很好地體現核心價值的引領作用.命題可以讓學生認識到物理學科發展的重要作用，感受科學家嚴謹求實不斷探索的精神，將國家民族的發展進步呈現在學生眼前，引導鼓勵學生緊跟前人的步伐，開拓進取勇挑重擔！這樣的做法也是這些年來高考命題始終堅持的一個方向.

例4.（2020年全國Ⅲ卷）“嫦娥四號”探測器于2019年1月在月球背面成功著陸，著陸前曾繞月球飛行，某段時間可認為繞月做勻速圓周運動，圓周半徑為月球半徑的K倍.已知地球半徑R是月球半徑的P倍，地球質量是月球質量的Q倍，地球表面重力加速度大小為g.則“嫦娥四號”繞月球做圓周運動的速率為

答案：（D）.比較例3、例4，同樣采用航天科研素材創設試題情境，但2021年的高考命題相比2020年的命題，明顯在落實高考評價體系方面更加到位.緊跟前沿的素材，詳實準確的數據，橢圓運行的軌道，都讓試題情境更加真實，學生答題過程中更接近于處理實際的問題，而不是對物理模型進行機械的再演練.

因此，在物理教學的過程中，教師需要思考如何利用模型去創設情境，將模型隱藏在情境之中，而不是將簡單的將情境簡化為物理模型，然后對模型進行反復練習.

2.2 承載學科素養的導向作用

學生答題過程中需要高效準確的從試題情境中獲取有效信息，然后結合自己已經掌握的認知和試題情境的設問，對信息做出分門歸類、處理加工、表達輸出，從而完成作答.在問題的解決過程中，試題情境蘊含了對多種思維能力的考查，以及對信息識別輸出的要求，有效承載了學科素養的導向作用.

從馬克思主義實踐學說的視角來審視高職院校學生責任教育，有利于突出高職教育特色。按照馬克思主義實踐觀，責任文化素質教育是學生在職業學習與職業活動實踐過程中，以自身外在實踐和內在體驗的方式參與責任文化素質養成教學過程，而不是按照傳統的學科理論“填裝”模式，被動地接受“說教”和“洗腦”。學生通過自身外在實踐和內在體驗，不僅可以獲得責任文化素質知識與技能、活動過程與方法、情感態度價值觀的提高，更重要的是在這一過程中會伴隨著世界觀、人生觀和職業觀的形成或改造，最終實現個人職業能力、職業個性發展和個人價值充分統一。

例5.（2021全國甲卷）如圖3，一個原子核X經圖中所示的一系列a、β衰變后，生成穩定的原子核Y，在此過程中放射出電子的總個數為

圖3

（A）6.

（B）8.

（C）10.

（D）14.

答案：（A）.例5以原子核衰變為背景創設學習探索類情境，在承載學科素養的導向作用方面非常顯著.和傳統的直接告知原子核衰變初末狀態的質子數中子數不同，命題采用了坐標圖的方式呈現了原子核的中子數和質子數的變化規律，要求學生具備較強的信息獲取能力，能夠將圖表信息與衰變過程相聯系，從而提取a、β衰變的發生次數完成作答.如果學生僅僅局限于機械式地記住一些教師歸納出的所謂“求解通式”，是不可能解答的.可見，2021年的命題在學科素養的導向落實上較之以往，顯得更進一步了，使用的信息呈現方式也更加靈活多樣.

對學科素養導向作用的承載，要求試題情境有豐富的信息呈現方式，要綜合使用文字、數字、符號、情景圖、數據圖、數據表、隱含信息等多種手段.同時，命題的解答過程盡可能給學生留下自主發揮的空間，多一些層次性，從而能夠較為準確的評價學生水平.此外，命題還應該具備多元開放性，讓學生有較為充分的答題展示空間，可以有機會通過多種形式進行信息輸出.

2.3 承載四翼的命題考查要求

命題考查的基礎性、綜合性、應用性和創新性，需要通過試題情境進行最直接的呈現，試題情境的復雜程度、信息獲取處理的難易程度、調動知識能力的豐富程度，直接決定了命題的考查要求水平.

例6.（2021年全國甲卷）如圖4，一傾角為θ的光滑斜面上有50個減速帶（圖中未完全畫出），相鄰減速帶間的距離均為d，減速帶的寬度遠小于d；一質量為m的無動力小車（可視為質點）從距第一個減速帶L處由靜止釋放.已知小車通過減速帶損失的機械能與到達減速帶時的速度有關.觀察發現，小車通過第30個減速帶后，在相鄰減速帶間的平均速度均相同.小車通過第50個減速帶后立刻進入與斜面光滑連接的水平地面，繼續滑行距離s后停下.已知小車與地面間的動摩擦因數為μ，重力加速度大小為g.

圖4

（1）求小車通過第30個減速帶后，經過每一個減速帶時損失的機械能；

（2）求小車通過前30個減速帶的過程中在每一個減速帶上平均損失的機械能；

（3）若小車在前30個減速帶上平均每一個損失的機械能大于之后每一個減速帶上損失的機械能，則L應滿足什么條件？

解析：（1）由小車通過第30個減速帶后，在相鄰減速帶間的平均速度均相同，可知每兩個減速帶之間初末速度相等，因此損失的機械能大小即為重力勢能的減小值，即m g dsinθ.

（2）對從小車開始運動到小車最后停止的整個過程使用動能定理，再利用（1）中的結論，即可求解出小車在前30個減速帶總共損失的機械能，于是求解出通過每一個減速帶平均損失機械能為

（3）將（1）和（2）中的兩個結果聯立即可求解，L應該滿足關系

例6創設了汽車減速帶這一生活實踐類情境來考查關于動能和機械能的相關知識.從情境創設來看，一方面，試題結合了學生熟悉的高速公路減速帶實踐情景，另一方面，常見的傳統經典斜面模型“一個物體從靜止開始由斜面頂端下滑，斜面上有彼此距離相等的a、b、c、d、e點，物體每經過一點時，告訴其動能損失了多少，求解……”，這也是學生非常熟悉的典型模型.這道題命題專家只不過將兩方面結合，需要學生能夠在情境中提煉物理模型，而且為了降低難度，試題采用了文字結合情景圖的方式，以此增加學生理解和獲取信息的容易度，如果平時學生注重模型建構能力的鍛煉，處理這樣的情境問題應該不是困難的事.本題的難點在于題干中“小車通過第30個減速帶后在相鄰減速帶間的平均速度均相同”這一描述的隱含信息，需要學生能夠充分挖掘.綜合來看，這是一道典型的應用性命題.

可見，通過調整情境創設的素材，改變信息呈現的方式，在學科素養導向下選擇具體的考查知識和關鍵能力，豐富試題情境的內涵，就能夠直接改變命題的四翼考查要求.因此，在物理教學的過程中，教師需要綜合四翼考查要求，權衡情境復雜程度，有意識讓學生在承載四翼考查要求的情境中完成物理學習，從而在面對承載四翼考查要求的高考試題情境時，能夠切實做到游刃有余.

2.4 承載思維發展的層次檢測

在《普通高中課程標準（2017年版）》中，科學思維作為物理學科核心素養內涵之一，分為5個水平層級，具體的思維包括識記、理解、應用、推理、論證、分析、綜合、系統化、評價、質疑、創新、遷移、建構、創造等等.試題情境，能夠幫助檢測學生科學思維發展的層次水平.

例7.（2021年全國乙卷）如圖5，光滑水平地面上有一小車，一輕彈簧的一端與車廂的擋板相連，另一端與滑塊相連，滑塊與車廂的水平底板間有摩擦.用力向右推動車廂使彈簧壓縮，撤去推力時滑塊在車廂底板上有相對滑動.在地面參考系（可視為慣性系）中，從撤去推力開始，小車、彈簧和滑塊組成的系統

圖5

（A）動量守恒，機械能守恒.

（B）動量守恒，機械能不守恒.

（C）動量不守恒，機械能守恒.

（D）動量不守恒，機械能不守恒.

答案：（B）.例7屬于學習探索類試題情境，考查動量守恒和機械能守恒的條件判斷評價，雖然學生只有同時判斷出小車、彈簧和滑塊組成的系統動量和機械能均守恒才能夠得分，但是命題的選項還是體現了思維水平的層次，能夠檢測學生對動量守恒和機械能守恒的條件的掌握程度.

在高考命題中，針對識記和理解的思維層面的命題一般很少，因為它們過于簡單.而針對質疑、創新、遷移、建構等思維層面的命題也較少，主要是因為這些思維層次過高，對大部分學生而言難以達到.相較而言，針對推理、論證、分析、綜合等思維層面的命題則很多，占據了高考命題的絕大部分.通過創設試題情境，尤其是借助主觀計算題，能夠很好的呈現學生的思維過程，檢測學生的思維發展層次.

因此，在物理教學的過程中，教師給學生創設的物理情境應該能夠展示學生的思維過程，綜合考慮各階層的思維的均衡分布，避免低層次思維和高層次思維的過度集中.教學中可以給學生提出有思維層次的問題，搭設好相應的思維臺階，做好思維發展的引導，讓學生既有挑戰的欲望，又有收獲的滿足.

2.5 引導學科德育的實施踐行

教育部于2017年印發了《中小學德育工作指南》，在德育工作的實施途徑和要求方面，明確提出要充分發揮課堂教學的主渠道作用，將中小學德育內容細化落實到各學科課程的教學目標之中，融入滲透到教育教學的全過程.［2］在辯證唯物主義觀、物理學科思維方法、科學態度與責任等學科層面，［3］以及生活實踐、傳統文化、探索求真等人文層面，物理學科教學都承擔著獨特的德育功能.

例8.（2021年全國甲卷）“旋轉紐扣”是一種傳統游戲.如圖6，先將紐扣繞幾圈，使穿過紐扣的兩股細繩擰在一起，然后用力反復拉繩的兩端，紐扣正轉和反轉會交替出現.拉動多次后，紐扣繞其中心的轉速可達50r/s，此時紐扣上距離中心1cm處的點向心加速度大小約為

圖6

答案：（C）.雖然學科德育尚未納入高考評價之中，但是試題情境對學科德育的實施具有明顯的導向作用.例題8是一道基于傳統游戲建構試題情境的命題，題目本身難度不大，考查學生向心加速度的計算方法，但是通過傳統游戲這一素材，有效地體現了命題的學科德育引導功能，讓學生能夠更多的將物理聯系實際，并進一步探尋體育游戲背后的物理原理.

基于試題情境引導學科德育，在2021年高考命題的各類情境中都有所體現，例1、例5、例7這類學習探索類情境命題，能夠在物理學科思維層面和探索求真層面引到學科德育，而例2、例3、例6這類生活實踐類情境命題，則能夠在學以致用、聯系實際、文明發展等層面引導學科德育.

因此，在物理教學的過程中，教師需要充分挖掘物理學科的德育潛力，通過給學生創設既能夠承載學科核心素養發展，又能夠承載學科育人功能的情境，探索將物理教學和學科德育有機地結合為一個整體，既有現實的必要，也有育人的價值.

3 啟示與展望

3.1 試題情境的創設

命題時試題情境的創設是一個自上而下的過程.首先需要確定命題的核心價值和學科素養，從而選取有效的情景素材作為情境創設的基礎；然后需要結合整套試題的知識覆蓋情況和能力考查情況，確定這道命題所針對的知識能力模塊；最后，要根據整套試卷的四翼考查要求，確定這道題的信息呈現與表征，把握思維鏈條的長度、寬度和深度.試題情境的創設，是四層考查內容和四翼考查要求彼此作用協調的結果.［4］

當前教學中，考試命題時對試題情境的重視和打磨都不夠，命題的隨意性較大，很難兼顧所教學生的實際水平和高考命題的考查要求，常見的將高考命題直接用于教學中的檢測命題，其效果往往也并不好.教師需要對學生的認知能力有整體的把握，然后結合高考命題的試題情境的創設方式，進行有導向的教學考試命題，保證學習探索情境扎實穩固的同時，提升生活實踐情境的應對能力，從而完成試題情境在教學中的實踐內化.

3.2 試題情境的解讀

解題時試題情境的解讀是一個自下而上的過程.學生首先接觸到的是試題的情境，但學生對情境的理解和認識需要一個過程，學生是在閱讀情境信息的過程中逐漸領會試題情境的，這是一個建立在學生的學科素養、關鍵能力和必備知識的基礎上的過程.相比之下，核心價值的引領作用則體現得較為隱晦了.

當前教學中，教師往往很少關注到學生在解讀試題情境時遇到的困難.學生需要將學科知識和認知能力應用于試題情境的解讀，才能夠解決發現并理解情境問題的這一解題的第一步.教師教學中則需要站位到學生的角度，有針對性地對學生進行指導，幫助學生提升信息 的獲取、處理、加工、輸出的能力，以及將試題情境與自己的學習情境相聯系，從而找到解決問題的突破口的能力.

總之，物理教學，不能只是關注學生的知識積累情況，需要在學科素養和關鍵能力方面對學生進行培養.教師既需要結合高考命題的試題情境去進行教學測試的命題，保證命題的信息多樣化以及命題層次的豐富性，又需要指導學生利用自己的所學去解讀試題情境，形成有效的試題情境的解讀策略.