新高考催生物理習題情境新樣態

江蘇 范永梅

2020年初，教育部發布《中國高考評價體系》(以下簡稱高考評價體系)，結合未來人才培養與選拔、新課程方案和標準，圍繞高考的考查功能、內容及要求，提出將情境和情境活動作為高考評價體系中“四層四翼”的重要考查載體。《普通高中課程方案(2017年版)》也指出：考試命題應注重緊密聯系社會實際和學生生活經驗，強調綜合運用知識分析、解決實際問題能力的考查，要有利于促進學生核心素養發展。情境化評價的理念在新教材習題編寫、新高考試題中逐步得到體現，引領越來越多的教育工作者反思傳統習題教學中的問題，關注習題教學該有的新樣態，新價值。

一、原始問題情境：掌握物理圖景建構真路徑

物理習題是物理教學評價的重要組成部分。我國著名物理學家趙凱華教授曾指出：“物理問題無處不在，但在我國的教學中，常常不是將最原始的問題交給學生來解決，而是將已經理想化的問題交給學生，這些理想化的問題就是習題。做慣了物理習題的學生，在面對原始問題時往往束手無策。”日常教學中，教師常常將科學事實、生活現象經過抽象、簡化、加工，人為設置一定條件后形成習題。這樣的習題情境，其真實性往往已被破壞，學生在解決這類物理習題時的認知心理、思維方式、解決路徑與解決物理原始問題時已相去甚遠，從而導致學生在遇到實際問題時，往往無從下手。

根據高考評價體系和《普通高中物理課程標準(2017年版2020年修訂)》(以下簡稱新課標)的要求，在習題設計中應該重視貼近生產、生活和學生體驗的原始問題，使學生通過對原始問題的物理建模，形成物理觀念，掌握物理規律，學會用物理視角關注生活。比如在學習“動量定理”時，筆者以一則新聞報道作為原始問題情境展現給學生：2011年6月西安市曾有報道，一名4歲兒童從5樓窗外不慎墜落，被一名見義勇為的出租車司機成功接住，但司機因巨大沖擊力致手臂和腰椎受到創傷。請學生從這個問題中估算出租車司機的受到的沖擊力有多大？面對這一真實的原始問題，學生需要完成以下物理建構：

1.問題情境建模：原始問題中往往有很多影響因素，在面對原始問題時首先需要學生分析和建構物理模型，這是解決原始問題的第一步。在本問題中，要引導學生比較兒童的身高與下落的高度，分析兒童下落過程阻力的影響，讓學生感知是否可以將兒童理想化為一質點模型，將兒童從高空下落的過程理想化為自由落體運動過程。

2.估算物理量：本問題中除了提到“5層樓”外，未直接給定任何其他的物理量，這就需要學生依據生活體驗，設定解決問題的具體物理量。如兒童質量約15 kg、每層樓約3 m，窗臺離地約1 m，兒童與司機接觸點離地高度約1 m，從而估算出兒童下落總高度約12 m。堅持以原始問題作為習題的真實情境，定會引導學生學會觀察生活、觀察自然。

3.選用合適規律：在建模和設定物理量之后，要引導學生針對問題選擇合適的物理規律。學生基本都能快速依據自由落體規律估算兒童與司機接觸時速度大約為15.5 m/s；假設兒童與司機的相互作用時間為0.1 s，依據動量定理求出兒童與司機接觸時的沖擊力大約為2 325 N。

4.回歸生活體驗：為了讓學生能感知這個沖擊力到底有多大，筆者在此基礎上，延伸兩個思考問題：

思考一：以你的體重，請計算這個沖擊力大約是幾個你同時壓在司機手臂上？

思考二：經常聽到高空墜物傷人的報道，請你用同樣的方法估算一下一個蘋果從20樓落到地面，能給行人的沖擊力有多大？以此對周圍的人進行一次禁止高空拋物的安全宣傳。

以上兩個延伸的思考問題，可以進一步引導學生從物理視角審視問題、尊重科學、敬畏規則，同時將課程思政通過生活中原始問題的解決自然落實于物理教學中。

高中物理各種版本新教材較老教材更加注重原始問題的呈現。以人教版新教材為例，以原始問題為情境的習題出現在“問題”“思考與討論”“練習與應用”“復習與提高”等多個欄目中。僅以必修第一冊第一章“運動的描述”為例，出現了“香蕉球”、被球拍拍出的乒乓球、飛行的“殲-20”隱形戰斗機、鐘表時針轉動、太陽東升西落、出租汽車的收費標準、田徑運動場跑道等20多個來自原始問題的真實習題情境，這無疑為今后的習題教學指引了新的方向。問題來源于生活，基于原始問題的習題情境將發現問題、解決問題的過程還給學生，引導學生學會從物理學視角認識自然，理解自然，幫助學生學會用科學的方法建構關于自然界的物理圖景。

二、多樣化應用情境：促進概念規律真理解

教師們常常遇到學生反映，在講解習題時都能聽懂，但換個應用情境，就又不會了。出現這種情況的根本原因是很多學生只是記住了某些概念、規律，而沒有真正理解。唯有將相關物理知識在具體的物理情境中加以應用，才能實現知識的內化和深化。從這個角度看，物理習題的應用情境應該充分考慮深刻性、創新性和開放性，促進學生深度思維，培養學生在問題探究中真正理解知識的能力。

比如在學習了“拋體的運動規律”之后，結合人教版新教材必修第二冊相關內容，筆者創設了以下應用情境：

1.依據自己的身高和跳起的投籃點、投籃速度等，假如要使籃球與水平面成45°傾角準確落入籃筐，計算籃球投出的大概角度。學生通過計算，不僅加深了對拋體運動規律的理解，更能明白投籃角度過大和過小都會影響投籃命中率。

2.生活中的“套圈”游戲，大家都直立在界外位置，看誰能準確套中前方玩偶。學生為獲得喜歡的禮物，自覺利用平拋規律估算自己的距離和拋出速度。

3.排球比賽發球有時不過網，有時又會出界，依據自己的身高和發球大約的角度，計算發球速度多大時，可以確保排球既能過網又不出界。

4.環保人員發現離地面一定高度有個水平管道正在排污，如果他身上只有一把卷尺，需要測量哪些數據才能大致估測該管道的排污量。

5.利用遙控飛機模擬“投彈”。依據遙控飛機高度和飛行速度，要準確投中目標，需要學生在反復嘗試中，運用平拋運動規律。

通過以上多樣的應用情境中，引導學生運用拋體運動規律，理解物理來源于生活，又運用于生活，從而激發學生對于科學探究的興趣。

新高考越來越注重通過解決實際問題來考查學生知識的理解和應用，應用情境也不再局限于學生熟悉的場景，涉及設計、生產、軍事、科技等多領域。如江蘇省2021年新高考適應性考試第13題：

電流表改裝成歐姆表的電路如圖所示，兩表筆直接相連時，指針指在表盤刻度“5”上，兩表筆之間接有600 Ω的電阻時，指針指在刻度“1”上。求刻度“3”應標注的電阻值R。

此題學生的得分率比預想的低很多。究其原因，在日常歐姆表相關習題中，教師和學生普遍將重點放在歐姆表讀數、使用方面，對其構造、原理關注不多，而實際上，歐姆表表盤的標注正好可以作為檢驗學生對“閉合電路歐姆定律”是否真理解、是否可以在實際情境中應用的實例。

理解是應用的前提，我們在日常習題教學和考試評價中，要改變“重結果輕過程”“重識記輕理解”等傳統做法，從培養學生物理學科核心素養的視角，將概念、規律的理解放置于豐富多樣的情境中，使學生通過應用型習題的解決過程，提升科學思維、探究能力和實踐意識，從而實現對物理概念、規律更為深刻的理解，真正實現“學以致用”。

三、跨學科任務情境：實現知識方法真融合

雖然學生在學校里的學習大多數時候依然是分學科進行的，但當今世界的各類問題越來越多的是彼此交融的。近年來跨學科教學也引起了越來越多教育專家的重視，研究性學習、項目化學習等在很多學校全面開展。新課標也強調：高中物理學科應順應時代的要求，學科的設置也應與時俱進。

物理學是科學領域里一門重要的學科，其內容與數學、化學、地理、信息技術甚至語文、哲學、歷史等均有密切聯系。創設跨學科的習題情境，不僅能引導學生重視不同學科知識的關聯度，更有利于形成學科大概念，真正實現學科內和跨學科融合，培養學生在復雜情境下主動調動多學科知識解決問題的意識。

結合習題情境進行適度拓展，實現多學科知識融合。在物理人教版新教材必修第三冊“導體的電阻”這節后面設計了這樣一道習題：人體含水量約為70%，水中有鈉離子、鉀離子等離子存在，因此容易導電，脂肪則不容易導電。某脂肪測量儀，其原理就是根據人體電阻大小來判斷人體脂肪所占比例。(1)肥胖的人與消瘦的人電阻不同的主要原因是什么？(2)激烈運動之后、沐浴之后測量數據會不準確，這可能是什么原因？在完成這個習題時，教師不僅可以從物理學的角度結合題意分析人體電阻，還可以進行多學科拓展：從化學學科的角度分析離子導電問題；從體育學科角度談科學健身控制體重；從科技進步的角度談傳感器(一個物理量轉換為另一個物理量的測量)、人工智能；從歷史和思政學科角度談科技推動人類社會進步和發展，引導學生立大志樹大德；從安全的角度談人體導電和雷雨天氣避雷等等。

結合習題情境進行任務深化，實現多學科方法融合。物理習題的解決方法亦可借鑒其他學科研究方法，以此幫助學生學會全面、綜合、靈活解決生活中的問題。在物理人教版新教材必修第三冊“能源與可持續發展”這節后面設計了這樣一道習題：三峽水力發電站是我國最大的水力發電站。三峽水庫蓄水后平均水位落差約100 m，用于發電的水流量約為1.0×104m3/s。如果通過水輪機以后水的動能忽略不計，水流減少的機械能有90%轉化為電能，g取10 m/s2。(1)按照以上數據估算，三峽發電站的發電功率最大是多少？(2)根據你對家庭生活用電的調查來估算，如果三峽電站全部用于城市生活用電，它可以滿足多少個百萬人口城市的生活用電？針對此習題，課前筆者進行了任務深化，要求同學們在完成此習題前完成以下任務：(1)通過查閱資料和網絡搜索，了解我國水力發電的歷史，并延伸了解我們南通地區沿海風力發電。(2)查閱自己家里常用家電銘牌，了解它們日常耗電情況。(3)在小區開展用電調查，了解城市家庭平均用電量情況。(4)設計一份安全用電和節約用電的倡議書，在假期社會實踐中進行宣傳發放。(5)從能量轉化和清潔能源利用等角度，了解水力發電之外，還有哪些發電方式，比較優劣。這樣的習題解決滲透了調查研究、資料(網絡)查詢、宣傳設計等多學科學習方法，極大提升了學生運用不同方法解決復雜現實問題的能力。

知識和方法沒有清晰的學科界限，跨學科習題情境的創設，能促使學生在學科交叉問題的解決中，實現不同學科知識的融合銜接，方法的融會貫通，使學生學會完整、全面認識世界，解釋現象，培養更多面向未來的復合型、綜合型人才！

基于原始問題的習題情境、多樣化問題解決的習題呈現和多學科融合的習題創新，一定會帶來物理習題教學生動、多彩的新樣態。