基于《中國高考評價體系》的近代物理復習策略

河北 李紅波

(作者單位：河北省保定市第三中學)

2019年12月《中國高考評價體系》(以下簡稱高考評價體系)和《中國高考評價體系說明》相繼發布，這兩個綱領性文件對中國高考命題產生了深遠的影響，且在經歷了2020年和2021年高考的洗禮后，廣大中學教師在高考試題中已經感受到了它們的影響。那么中學教師應該怎樣在教學中發揮這兩個文件的指導作用，怎樣更好地指導中學的一線教學呢？筆者將以復習近代物理知識為例，從三個方面來闡述這兩個文件對中學一線教學的影響，希望能起到拋磚引玉的作用。

一、高考評價體系的概述

高考評價體系由“一核”“四層”“四翼”三部分構成。其中“一核”是核心功能，即“立德樹人、服務選才、引導教學”，回答了“為什么考”的問題；“四層”為考查內容，即“核心價值、學科素養、關鍵能力、必備知識”，是素質教育目標在高考中的提煉，回答“考什么”的問題；“四翼”為考查要求，即“基礎性、綜合性、應用性、創新性”，是素質教育的評價維度在高考中的體現，回答“怎么考”的問題。

核心價值是指即將進入高等學校的學習者應當具備的良好政治素質、道德品質和科學思想方法的綜合，它居于考查內容之首，指明了立德樹人的根本任務，具有引領方向的作用；學科素養是即將進入高等學校的學習者在面對生活實踐或學習探索情境中的問題時，能夠在正確的思想價值觀念指導下，合理運用科學的思維方法，有效地組織整合學科的相關知識，調動運用學科的相關能力，高質量地認識問題、分析問題、解決問題的綜合品質；關鍵能力和必備知識是指即將進入高等學校的學習者在面對與學科相關的生活實踐或學習探索情境中的問題時，能夠具備有效地認識問題、分析問題、解決問題的綜合能力和學科知識。

卡爾·薩根認為科學與其說是一種知識體系，不如說是一種思維方式。物理學作為一門自然科學，學生在學習知識的同時也在接受物理思維方式的洗禮。而情境作為學生進行物理思維方式學習和演練的扶手，其重要性不言而喻。高考評價體系中將情境分為“生活實踐情境”和“學習探索情境”，前者與日常生活以及生產實踐密切相關，考查學生運用所學知識解釋生活中的現象、解決生產實踐中的問題的能力；后者源于真實的研究過程或實際的探索過程，涵蓋學習探索與科學探究過程中所涉及的問題。情境與“四層”“四翼”緊密結合，通過創設簡單的問題情境，對學生利用單一知識或技能解決問題的能力進行基礎性考查；通過創設生活、生產科學研究問題情境，對學生是否能在正確思想觀念的引領下綜合應用知識或技能解決問題的能力進行綜合性、應用性和創新性考查。

二、近代物理知識的復習

復習的目的是對模塊進行系統化和網絡化，從而高屋建瓴地把握各模塊的知識脈絡，通過巧設情境，體會高考評價體系在問題中的體現與應用，并讓學生在解決問題的過程中落實核心素養。

建立知識體系，落實必備知識。通過對近代物理部分的梳理，歸納出如圖1所示的知識體系結構，并對核心知識進行適當的總結。此部分有三大核心考點，分別是光電效應規律及其應用、氫原子結構規律及其應用、核反應規律及其應用。

圖1

1.光電效應的四類圖像

表1

2.玻爾模型的三條假設、一個圖像及三個技巧

2.1 三條假設

表2

2.2 氫原子的能級圖

圖2

2.3 解決氫原子能級躍遷問題的三個技巧

(1)原子躍遷時，所吸收或輻射的光子能量只能等于兩能級的能量差。

(2)原子電離時，所吸收的能量可以大于或等于某一能級能量的絕對值，剩余能量為自由電子的動能。

3.核反應的“兩個守恒”、“三種射線”、“五種反應”

3.1 兩個守恒

質量數守恒、電荷數守恒

3.2 三種射線

表3

3.3 五種反應

表4

三、巧設情境、增加體驗、落實素養

【例1】在光電效應實驗中，光電管中某金屬的極限頻率對應的光在真空中的波長為λ0。如圖3所示，已知電子的電荷量、真空中的光速和普朗克常量分別為e、c和h。

圖3

(1)該金屬的逸出功為多少；

(2)若用在真空中波長為λ(λ<λ0)的單色光做實驗，則其遏止電壓為多少；

(3)當分別用三束不同的光照射陰極K，通過調整電源極性和A、K間電壓值得到的I-U關系曲線(a、b、c)，如圖4所示，分析三種光的頻率和光強情況；

圖4

(4)用不同頻率的光照射光電管，通過調整電源極性和A、K間電壓值得到遏止電壓Uc隨入射光頻率ν變化的函數關系圖像，如圖5所示，則圖像的斜率的物理意義；

圖5

(5)用頻率為ν的強激光照射光電管，由于其光子密度極大，一個電子可以在極短時間內吸收多個光子，從而形成多光子光電效應，通過調整電源極性和A、K間電壓值得遏止電壓Uc，試求遏止電壓Uc的表達式。

【解析】

(1)考查基礎性

某金屬的極限頻率對應的光在真空中波長為λ0，此時光電子的最大初動能Ek=0，由光電效應方程得

(2)考查綜合性

設遏制電壓為Uc，則滿足eUc=Ek，

(3)考查應用性

由圖4可知，a光的飽和電流最大，因此a光束照射陰極K時，單位時間內產生的光電子數量大、光強大，而c光的強度最小，b光的強度介于兩者之間，則有Ec

(4)考查應用性

(5)考查創新性

結合題意由光電效應方程Ek=nhν-W0(n=1，2，3…)，

設遏制電壓為Uc，則滿足eUc=Ek，聯立可得

【例2】氫原子的能級分布如圖6所示。

圖6

(1)若一個氫原子從n=4的激發態躍遷到n=2的激發態釋放一個光子，求該光子的能量；

(2)若一個氫原子從n=4的激發態向基態躍遷，則該過程中最多輻射多少種不同頻率的光子；

(3)若一群處于n=4的激發態的氫原子向基態躍遷，則該過程中最多輻射多少種不同頻率的光子；

(4)可見光的光子能量范圍為1.64 eV～3.19 eV，一群處于n=4的激發態的氫原子向基態躍遷，則該過程中最多輻射多少種不同頻率的可見光；

【解析】

(1)考查基礎性

一個氫原子從n=4的激發態躍遷到n=2的激發態釋放光子的能量

E=E4-E2=-0.85-(-3.4) eV=2.55 eV

(2)考查基礎性

一個氫原子從n=4的激發態向基態躍遷，則該過程中最多輻射不同頻率光子的種類N=n-1=3

(3)考查基礎性

一群氫原子從n=4的激發態向基態躍遷，則該過程中最多輻射不同頻率光子的種類

(4)考查應用性

氫原子從n=4的激發態躍遷到n=3的激發態釋放光子的能量E=E4-E3=0.66 eV；

氫原子從n=4的激發態躍遷到n=2的激發態釋放光子的能量E=E4-E2=2.55 eV；

氫原子從n=4的激發態躍遷到n=1的激發態釋放光子的能量E=E4-E1=12.75 eV；

氫原子從n=3的激發態躍遷到n=2的激發態釋放光子的能量E=E3-E2=1.89 eV；

氫原子從n=3的激發態躍遷到n=1的激發態釋放光子的能量E=E3-E1=12.09 eV；

氫原子從n=2的激發態躍遷到n=1的激發態釋放光子的能量E=E2-E1=10.2 eV；

由于可見光的能量范圍為1.64～3.19 eV，所以此過程中輻射的可見光種類為2種；

(5)考查創新性

由題意可知量子數為4的能級上的氫原子分別向量子數為3、2、1的能級上躍遷的氫原子數，各占總氫原子數的三分之一，則總共產生6 000個光子；

此時處于量子數為3的能級上的原子數目為2 000個，處于n=3能級上的氫原子分別向量子數為2、1的能級上躍遷的氫原子數各占該能級原子總數的二分之一，則產生2 000個光子；

此時處于量子數為2的能級上氫原子總共有3 000個，則氫原子向基態躍遷產生3 000個光子。所以此過程中發出的光子總數應該是6 000+2 000+3 000=11 000個。

【例3】2020年1月10日，工程院院士黃旭華獲國家最高科學技術獎，他為核潛艇研制和跨越式發展做出巨大貢獻。核潛艇是以核能為動力的非常規潛艇，它的成功研制為國家提供了海防重器。

(2)在衰變過程中會輻射出三種射線，試分析三種射線的本質、性質和各自的典型應用；

【解析】

(2)三種射線分別為α射線、β射線、γ射線，其中α射線是氦核流，具有很強的電離作用，速度比較小，穿透性比較弱，常用來消除靜電；β射線是電子流，速度比較大，有一定的電離性；γ射線是高頻電磁波，沒有電離性，但是穿透性很強，可以用于金屬探傷、殺菌等。

四、感悟

情境是高考“一核”“四層”“四翼”的載體，在高三的復習課中一定要設計好情境。高三課堂上的教學情境一定要起到核心價值的科學引領作用，要有利于學生理解所學內容的主題，同時高三教學情境要有針對性，即創設的情境要緊緊圍繞備考目標，且情境的設置要有梯度，要體現高考評價體系中的“四翼”。《中國高考評價體系》和《中國高考評價體系說明》既是高考命題的指導文件也是高考試題的評價方案，對高考命題產生深遠的影響，因此高三教師一定要研讀這兩個文件，按照科學思維能力形成的特點和等級要求，結合所教學生的實際情況，設計教學情境，通過一題多變、多題歸一等方式提升學生科學思維的水平，讓物理的核心素養落到實處。