創設新情境 落實新理念

梁澤君

摘? ?要：以高考評價體系為標準，以物理學科核心素養為導向，對2021年福建省高考物理試題進行評價：試題以新情境為載體，以新理念為目標，落實“一核四層四翼”的考查，為高中物理教學指明方向。

關鍵詞：試題;情境;能力

2021年是福建省新高考改革的第一年，采用“3+1+2”模式，物理是普通高中學業水平選擇性考試科目，由福建省自主命題。從2021年福建省普通高考物理科目實測數據分析，難度0.56，標準差18.13，區分度0.45[ 1 ]。試題難度適中，區分度較好，既有利于引導高中物理教學，又有利于服務高校選拔人才。2021年福建省高考物理試題，遵循《普通高中物理課程標準》，以高考評價體系為依托，以試題情境為載體，設計生活實踐問題情境和學習探索問題情境，凸顯情境的時代性，試題素材新穎，融入福建特色，體現素養立意，實現“核心價值、學科素養、關鍵能力、必備知識”的考查內容，落實“基礎性、綜合性、應用性、創新性”的考查要求，達到“立德樹人、服務選才、引導教學”的考查目的 [ 2 ]。特別是新情境試題的呈現方式和設問方式讓人耳目一新，創設科學技術、生產生活、學習探索等情境，注重基本概念、基本規律和基本思想的考查，突出模型建構、推理論證和創新能力等關鍵能力的考查。試題主要體現以下三個方面。

1? 創設科學技術情境，考查核心價值和學科素養，落實“立德樹人”根本任務

以中國和世界的科學技術成果為素材進行命題，展現大國重器——中國載人潛水器“奮斗者”號，擴大國際視野——2020年諾貝爾物理學獎，既可以體現試題創設時代進步的情境，又可以引導學生關心科學技術的發展，增強學生為國家發展、社會進步而努力奮斗的責任感和使命感，體現高考物理學科的育人價值，促進學生學科素養的形成與發展。

例1.（2021年福建，題5）以聲波作為信息載體的水聲通信是水下長距離通信的主要手段。2020年11月10日，中國載人潛水器“奮斗者”號創造了10909 m深潛紀錄。此次深潛作業利用了水聲通信和電磁通信等多種通信方式進行指令傳輸或數據交換，如圖1所示。下列說法正確的是（）

A. “奮斗者”號與“探索一號”通信的信息載體屬于橫波

B. “奮斗者”號與“滄海”號通信的信息載體屬于橫波

C. “探索一號”與通信衛星的實時通信可以通過機械波實現

D. “探索一號”與“探索二號”的通信過程也是能量傳播的過程

答案：B、D。

本題以中國載人潛水器“奮斗者”號創造深潛紀錄為素材創設情境，讓學生在感受大國重器的科技發展中入題，主要考查機械波、電磁波、波的分類和波的傳播等概念，考查學生的物質觀念。學生從試題獲取信息，明確信息載體的含義，分析圖文并推導出：“奮斗者”號與“探索一號”通信的信息載體是聲波，聲波屬于縱波;“奮斗者”號與“滄海”號通信的信息載體是藍綠光（光波），光波屬于橫波;“探索一號”與通信衛星要實現實時通信，需要經過大氣層、真空層（空氣稀薄），而機械波傳播需要介質，無法實現實時通信，只能通過電磁波傳播;“探索一號”與“探索二號”通信的信息載體是無線電波（電磁波），電磁波傳播的過程也是能量傳播的過程。本題以“奮斗者”號深潛聯合作業為情境，圖文并茂，需要學生獲取信息、加工信息，而不是死記硬背、生搬硬套，對學生的學科素養要求較高。試題緊密聯系科技發展，體現核心價值的引領作用，增強學生的民族自信心和自豪感。

例2.（2021福建，題8）兩位科學家因為在銀河系中心發現了一個超大質量的致密天體而獲得了2020年諾貝爾物理學獎。他們對一顆靠近銀河系中心的恒星S2的位置變化進行了持續觀測，記錄到的S2的橢圓軌道如圖2所示。圖中O為橢圓的一個焦點，橢圓偏心率（離心率）約為0.87。P、Q分別為軌道的遠銀心點和近銀心點，Q與O的距離約為120 AU（太陽到地球的距離為1 AU），S2的運行周期約為16年。假設S2的運動軌跡主要受銀河系中心致密天體的萬有引力影響，根據上述數據及日常的天文知識，可以推出（? ）

A. S2與銀河系中心致密天體的質量之比

B. 銀河系中心致密天體與太陽的質量之比

C. S2在P點與Q點的速度大小之比

D. S2在P點與Q點的加速度大小之比

答案：B、C、D。

本題以2020年諾貝爾物理學獎獲獎成果為素材創設情境，讓學生根據情境獲取信息：恒星S2在銀河系中心致密天體的萬有引力作用下沿橢圓軌道運動，主要考查萬有引力定律、牛頓運動定律、開普勒定律、線速度、向心加速度等物理知識以及橢圓偏心率等數學知識，考查學生的運動和相互作用觀念。根據橢圓偏心率e==0.87和OQ的距離rOQ=a-c=120 AU，計算出半長軸a、焦距c和OP的距離rOP=a+c。構建兩個物理模型：S2圍繞銀河系中心致密天體公轉、地球圍繞太陽公轉，由萬有引力定律和牛頓第二定律推導出∝M（其中r為半長軸、T為運行周期、M為中心天體的質量），可以推出銀河系中心致密天體與太陽的質量之比，無法求出 S2與銀河系中心致密天體的質量之比;由開普勒第二定律得vPΔt·rOP =vQΔt·rOQ ，可以推出S2在P點的速度vP與Q點的速度vQ大小之比;由萬有引力定律和牛頓第二定律推導出a∝（其中a為加速度，r為S2到O點的距離），可以推出S2在P點與Q點的加速度大小之比。本題以真實的數據為素材，設置為定性分析而不是定量計算，目的在于減少繁雜的運算，突出邏輯推理的重要性。本題以物理學的科技成果為背景，引導學生關注前沿科技領域，關注科學發展和社會進步，激發學生探索自然的內在動力。

2? 創設生產生活情境，考查必備知識，發揮“引導教學”指導作用

以福建和國家的生產生活情境為素材進行命題，融入福建地方特色——武夷山九曲溪，展示國家科技成果——火星探測器，既能體現試題的“基礎性”“創新性”，又能引導學生關心生活、關注科技。試題以物理觀念為導向，以科學思維為重點，考查基本概念和基本規律，考查學生的運動和相互作用觀念 [ 3 ]，突出主干內容，為物理教學指明方向。

例3.（2021年福建，題1）一游客在武夷山九曲溪乘竹筏漂流，途經雙乳峰附近的M點和玉女峰附近的N點，如圖3所示。已知該游客從M點漂流到N點的路程為5.4 km，用時1 h，M、N間的直線距離為1.8 km，則從M點漂流到N點的過程中（）

A. 該游客的位移大小為5.4 km

B. 該游客的平均速率為5.4 m/s

C. 該游客的平均速度大小為0.5 m/s

D. 若以所乘竹筏為參考系，玉女峰的平均速度為0

答案：C。

本題以武夷山九曲溪乘竹筏漂流為素材創設情境，讓學生在感受大自然的風光中入題，主要考查參考系、質點、位移、平均速率、平均速度等概念，把基本概念融入情境，考查學生的運動觀念。學生在感受綠水青山的同時獲取信息：該游客從M點漂流到N點的過程中，路程為5.4 km，位移為1.8 km;由平均速率的定義計算平均速率為1.5 m/s，由平均速度的定義計算平均速度為0.5 m/s;若以所乘竹筏為參考系，玉女峰的位移不為0，玉女峰的平均速度也不為0。本題結合福建特色考查學生的基本概念，既體現生活中的物理，又滲透物理中的美育，符合新課程的理念。

例4.（2021年福建，題13）一火星探測器著陸火星之前，需經歷動力減速、懸停避障兩個階段。在動力減速階段，探測器速度大小由96 m/s減小到0，歷時80 s。在懸停避障階段，探測器啟用最大推力為7500 N的變推力發動機，在距火星表面約百米高度處懸停，尋找著陸點。已知火星半徑約為地球半徑的，火星質量約為地球質量的，地球表面重力加速度大小取10 m/s2，探測器在動力減速階段的運動視為豎直向下的勻減速運動。求：

（1）在動力減速階段，探測器的加速度大小和下降距離;

（2）在懸停避障階段，能借助該變推力發動機實現懸停的探測器的最大質量。

答案：（1）1.2 m/s2，3840 m;（2）1875 kg。

本題以“天問一號”火星探測器登陸火星為素材創設情境，讓學生在感受國家科技進展中入題，試題數據真實可靠，體現情境的科學性，考查勻變速直線運動規律、萬有引力定律、牛頓運動定律和力的平衡等必備知識。第（1）小題中，在動力減速階段，探測器做勻變速直線運動，應用勻變速直線運動的規律求解加速度和位移，注重基本概念和基本規律的考查，本小題難度0.88，區分度0.30 [ 1 ]，體現試題的“基礎性”“應用性”。第（2）小題中，在懸停避障階段，探測器受力平衡，試題創新問題設計，求解探測器的最大質量，必須先求火星表面的重力加速度，對比地球表面的重力加速度，再結合萬有引力定律和牛頓第二定律解決問題，本小題難度0.67，區分度0.68[ 1 ]，體現試題的“綜合性”“創新性”。本題考查學生從新情境中獲取信息，突出主干知識的考查，側重考查模型建構、推理論證能力，引導學生應用所學的物理規律解決實際問題，鼓勵學生拓展視野，引導教師物理教學。

3? 創設學習探索情境，考查關鍵能力，達到“服務選才”選拔功能

以學習探索情境為素材進行命題，創新情境的呈現方式，以文字、數據、示意圖和圖像的方式呈現信息，引導學生獲取、加工信息，分析圖像的物理意義，挖掘圖像的隱含條件，突出邏輯推理、創新思維。試題以科學思維為主線，考查學生的運動和相互作用觀念、能量觀念，考查學生的模型建構、推理論證、創新能力，有利于高校選拔優秀人才。

例5.（2021年福建，題4）福建屬于臺風頻發地區，各類戶外設施建設都要考慮臺風影響。已知10級臺風的風速范圍為24.5 m/s～28.4 m/s，16級臺風的風速范圍為51.0 m/s～56.0 m/s。若臺風迎面垂直吹向一固定的交通標志牌，則16級臺風對該交通標志牌的作用力大小約為10級臺風的（）

A.2倍 ? ? ? ? B. 4倍 ? ? ? ? C. 8倍 ? ? ? ?D. 16倍

答案：B。

本題以福建臺風對戶外設施的影響為素材創設情境，讓學生在感受臺風的威力中入題，主要考查牛頓運動定律、動量定理等必備知識，考查學生的運動和相互作用觀念。本題是一道估算題，需要學生應用微元思想構建柱狀氣體模型，假設氣體的密度為ρ，臺風的風速為v，交通標志牌面積為S，臺風迎面垂直吹向一固定的交通標志牌，在接觸的一小段時間Δt內，臺風的質量為Δm=ρSvΔt。臺風與交通標志牌碰撞后，若臺風的速度減為零，由動量定理得-FΔt=0-Δmv（其中F為交通標志牌對臺風的作用力），推導出F∝v2，根據牛頓第三定律得到臺風對該交通標志牌的作用力大小F'=F∝v2;若臺風以速度v反彈，由動量定理得-FΔt=-Δmv-Δmv（其中F為交通標志牌對臺風的作用力），同樣得到F'=F∝v2。本題貼近福建生活實際，創設防臺風的安全教育情境，需要學生經歷分析、抽象、討論、推理等過程，對學生的模型建構、推理論證能力要求較高。本題難度較大，區分度較好。

例6.（2021年福建，題15）如圖4（a），同一豎直平面內A、B、M、N四點距O點的距離均為L，O為水平連線AB的中點，M、N在AB連線的中垂線上。A、B兩點分別固定有一點電荷，電荷量均為Q（Q>0）。以O為原點，豎直向下為正方向建立x軸。若取無窮遠處為電勢零點，則ON上的電勢φ隨位置x的變化關系如圖4（b）所示。一電荷量為Q（Q>0）的小球S1以一定初動能從M點豎直下落，一段時間后經過N點，其在ON段運動的加速度大小a隨位置x的變化關系如圖4（c）所示。圖中g為重力加速度大小，k為靜電力常量。

（1）求小球S1在M點所受電場力大小。

（2）當小球S1運動到N點時，恰與一沿x軸負方向運動的不帶電絕緣小球S2發生彈性碰撞。已知S1與S2的質量相等，碰撞前、后S1的動能均為，碰撞時間極短。求碰撞前S2的動量大小。

（3）現將S2固定在N點，為保證S1能運動到N點與之相碰，S1從M點下落時的初動能須滿足什么條件？

答案：（1）;? ? （2）;

（3）Ek>。

本題以等量同種電荷產生的電場為背景創設情境，帶電小球在等量同種電荷連線的中垂線上運動，主要考查力的合成與分解、牛頓運動定律、庫侖定律、電勢、動能和動能定理、動量守恒定律、能量守恒定律等必備知識。第（1）小題中，小球S1在M點受到A、B兩點固定點電荷的作用力，由庫侖定律、力的合成求解小球S1在M點所受電場力大小，為第（2）小題的分析做好鋪墊，體現試題的“基礎性”;第（2）小題中，兩質量相等的小球S1與S2發生彈性碰撞，由動量守恒定律和能量守恒定律推出：兩小球碰撞后交換速度。而要求解碰撞前S2的動量大小，必須求解S2的質量，這是本小題的難點。結合圖4（c）a-x圖像獲取信息：S1在O點下方位置（假設為C點）的加速度為2g，由庫侖定律、力的合成、牛頓第二定律得出小球S1的質量（即為S2的質量），再根據動能、動量的關系求出碰撞前S2的動量大小，為第（3）小題的求解奠定基礎，體現試題的“綜合性”;第（3）小題中，S1從M點下落，S1所受的合外力是重力G和電場力F（F為兩個點電荷對小球S1的電場力的合力）的合力，ON段加速度大小a=，結合圖4（c）a-x圖像獲取信息：S1在ON段的加速度大小先增大后減小，說明S1在ON段的電場力先增大后減小，由于S1在ON段和OM段所受的電場力大小關于O點對稱，從而推導出S1從M點下落到O點的過程電場力先增大后減小。S1剛從M點下落時，F>G，加速度大小a=，因此加速度先增大后減小，加速度的方向豎直向上，說明S1向下做減速運動。當F=G時，S1加速度為零，此后F

總之，2021年福建省高考物理試題穩中有變、穩中有新，注重新情境的創設，展現核心價值的引領，重點考查學科素養和關鍵能力，引導減少死記硬背和“機械刷題”現象，真正實現了“價值引領、素養導向、能力為重、知識為基[ 4 ]”的新理念。可見，基于高考評價體系的物理試題，以“一核四層四翼”為目標，需要創新試題情境的設計，關注科學、技術、社會、環境的發展與進步，落實立德樹人，體現五育并舉，突出理解能力、推理論證能力、模型建構能力、實驗探究能力、創新能力[ 4 ]的考查。這樣，既能實現德智體美勞全面發展的育人功能，又能為高中物理教學指明方向。

參考文獻：

[1] 陳松，林杰，李明哲，等. 物理評價報告[M]. 福州：福建人民出版社，2021.

[2] 李勇，趙靜宇，史辰羲. 高考評價體系的基本內涵與主要特征[J]. 中國考試，2019（12）：7-12.

[3] 中華人民共和國教育部. 普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）[S]. 北京：人民教育出版社，2020.

[4] 程力，李勇. 基于高考評價體系的物理科考試內容改革實施路徑[J]. 中國考試，2019（12）：38-44.