基于《中國高考評價體系》的物理原創命題探索
——以應用性為主的命題為例

廣東 翁石發

2019年11月，教育部考試中心發布了《中國高考評價體系》(以下簡稱《高考評價體系》)。《高考評價體系》由“一核”“四層”“四翼”組成，其中“一核”是高考的核心功能，即“立德樹人、服務選才、引導教學”，回答“為什么考”的問題；“四層”為高考的考查內容，即“核心價值、學科素養、關鍵能力、必備知識”，回答“考什么”的問題；“四翼”為高考的考查要求，即“基礎性、綜合性、應用性、創新性”，回答“怎么考”的問題。

隨著高考改革的進一步推進，研讀《高考評價體系》，完成育人使命已成為一線教師面臨的重要而緊迫的課題。物理學科應用性為主的命題往往是將物理概念、物理規律與生活生產、科學技術、社會發展緊密聯系，通過設置真實的問題情境，要求學生構建物理模型，考查學生運用物理知識和方法解決實際問題的能力，引導學生從“解題”向“解決問題”轉變。

1 應用性為主的物理原創命題示例

1.1 與社會熱點相關的應用性命題

圖1

圖2

(1)紅隊冰壺在碰撞前后瞬間的速度之比是多少？

(2)兩冰壺均停止后，冰壺在圓壘內且到O點距離較小的一方獲勝。紅隊運動員在P碰上Q前，用毛刷擦拭冰面的長度在滿足什么條件時可贏得比賽？(P碰上Q后，假設運動員不再擦拭冰面)

【素材來源】本題取材于冬奧會冰壺比賽。2022年2月4日～20日，我國成功舉辦第24屆冬季奧林匹克運動會。冬奧會的成功申辦，增強了全國人民實現中華民族偉大復興的信心,展示了中國致力于推動構建人類命運共同體的信息，樹立了陽光、富強、開放的良好形象，增進了各國人民對中國的了解和認識。意義重大，舉國關注！很多體育比賽蘊含著豐富的物理知識，可以為命題提供應用性極強的情境素材。利用體育賽事命題，顯化體育育人，凸顯試題育人價值。

【考核目標】(1)必備知識：勻變速直線運動規律、牛頓運動定律、動能定理、動量守恒定律。(2)關鍵能力：知識獲取能力、思維認知能力。學生通過理解題意，進而建構冰壺做勻變速直線運動的模型、碰撞模型；通過抽象思維將“贏得比賽”的情境問題轉化為物理問題，進而轉化為數學問題。(3)學科素養：考查物理觀念中的運動觀念、相互作用觀念、能量觀念和科學思維中的模型建構、科學推理、質疑與創新。(4)核心價值：厚植愛國主義情懷(政治立場和思想觀念)，培養健康情感和奮斗精神(道德品質和綜合素質)。

【任務描述】本題要求學生利用所學知識解決“贏得冰壺比賽”的實際問題。冰壺離開投擲線后做勻減速直線運動，運動員通過擦拭冰面減小動摩擦因數的方法改變冰壺的加速度，進而控制冰壺撞擊對方冰壺的速度，使我方冰壺在停止時離“壘區”圓心最近，從而贏得比賽。要求學生通過審題，理解擦拭冰面長度與冰壺速度的關系、冰壺速度與停止位移的關系，最后將“贏得比賽”的情境問題轉化為“比較冰壺停止位置”的物理問題，最終轉化為數學問題。方案一，若兩冰壺最終均停在“壘區”圓心右側，由于碰撞后我方冰壺速度較小，撞后滑行位移較小，則冰壺一定離“壘區”圓心O較近，只要滿足冰壺不出壘區右邊界，我方就能贏得比賽；方案二，若兩冰壺停在壘區內且分居“壘區”圓心左右兩側，此時要贏得比賽，則我方冰壺碰后滑行位移S1和對方冰壺滑行位移S2必須要滿足數學條件x-S1

【設問思路與評價】本題考查學生理論聯系實際的能力。第(1)問中，學生可以直接提煉兩冰壺碰撞模型，運用動量守恒知識進行作答，多數學生可以輕松解答。但第(2)問增加了比較兩冰壺停止位置的復雜問題，學生需要同時考慮兩冰壺的運動情況，而且還要清晰地理解擦拭冰面與冰壺的速度關系，使得情境變得復雜，思維鏈條進一步拉長。此外，問題的解答具有一定的探索性和開放性，要求學生應用物理知識解決“贏得比賽”這一實際問題，方案并不唯一，且不同方案的數學條件也不盡相同，需要學生對所選方案進行綜合分析、篩選以及評價，考查學生思維的縝密程度；水平高的考生可以通過邏輯分析得到方案一中只需保證我方冰壺不出壘區右邊界(即擦拭冰面長度不能超出某個理論上限)即可，最終通過速度的比較發現，擦拭冰面長度的理論上限大于實際場地27.5 m的上限，進而避免進行繁瑣的理論上限計算，創造性地解決實際問題。

1.2 與生活生產結合的應用性命題

【原創命題2】甲、乙兩位同學利用智能手機的連拍功能研究滑塊的直線運動。如圖3所示，在斜面底端固定某參照物，乙同學將滑塊置于斜面頂端。此時，滑塊與參照物距離為2.60 m。甲同學調整手機拍攝角度，使得攝像頭正對著裝置且讓整個裝置盡量布滿手機屏幕，調節完畢后固定手機。實驗時，甲同學啟動手機連拍功能后，乙同學將滑塊由靜止釋放，獲得多張滑塊下滑時的照片。選取第一幅照片以及滑塊下滑過程中(撞上參照物前)任意5幅連續的照片A、B、C、D、E，均沖洗成5寸規格的照片。用刻度尺分別在照片中測量滑塊與參照物的距離，獲得數據如表1。

圖3 實驗裝置圖

表1 實驗數據表

已知該手機每隔0.1秒拍1幅照片，通過分析表格數據，請回答：

(1)滑塊下滑過程(撞上參照物前)可以認為是做________運動；

(2)拍攝第C幅照片時，滑塊的瞬時速度v=________(計算結果保留三位有效數字)；

(3)與打點計時器相比，利用手機連拍功能記錄運動信息在實驗精確度上你作何評價，請陳述你的理由：_______________________________________________________________。

【素材來源】本題取材于生活中非常常見的智能手機的連拍功能。連拍功能可以實現每隔相同時間拍攝一幅照片，與物理課堂中的打點計時器每隔相同時間打下一個點的功能相近，可以作為記錄物體運動信息的工具。

【考核目標】(1)必備知識：勻變速直線運動中紙帶的處理方法；(2)關鍵能力：知識獲取能力、實踐操作能力、思維認知能力；(3)學科素養：考查“科學探究”中的證據、解釋、交流和“科學思維”中質疑與創新；(4)核心價值：世界觀與方法論中的理論聯系實際。

【任務描述】本題利用手機連拍功能記錄運動信息。每隔0.1 s拍攝一幅照片，可以獲得在相同時間間隔內物體的位置信息，將滑塊與固定參照物間的距離L轉化為滑塊運動位移信息。從處理過的位置信息中獲得“在誤差允許范圍內，連續相同時間間隔內位移之差相等”這一證據，進而得出滑塊做勻加速直線運動的結論。或者是通過第二問的做法求出各個位置的瞬時速度，再根據速度的變化獲得勻加速直線運動的結論。在計算C照片中滑塊的瞬時速度時，由于測量數據是在沖洗后的5寸照片上進行，實際上是將現實裝置“縮小”到照片上了，因此在計算時要先“等比例”恢復到裝置的實際尺寸。這個“比例”是通過第一幅照片滑塊與參照物的“照片距離”L=13.00 cm與題中告知的現實尺寸2.60 m對應得出的，比例系數是1∶20。將“照片距離”按1∶20放大到實際距離后再利用瞬時速度的求法解答。這個按比例放大過程，實際上就是要求學生具有理論聯系實際的世界觀與方法論的核心價值。最后，要求學生不僅僅能理解實驗過程，完成實驗數據處理，還要求學生對實驗方案做出評價，考查學生深刻理解記錄運動信息的準確程度與時間間隔的長短有關，時間間隔越短記錄越精確的極限思想。打點計時器是每隔0.02 s記錄一次，而連拍功能是每隔0.1 s記錄一次，顯然，打點計時器記錄更為精準。此外，在數據處理上，“照片距離”相對實際距離作了“縮小”，測量“照片距離”再等比例反映實際距離，這樣會造成較大的誤差，基于這兩點考慮，手機連拍功能記錄運動信息的精確度不如打點計時器。

【設問思路與評價】問題(1)主要考查學生獲取信息能力，能否將表格數據轉化為運動情況，可以根據學生回答的是否清楚、正確情況，給予不同的分數。問題(2)不僅考查學生是否掌握求瞬時速度的方法，還考查學生能否聯系實際，將表格中的“照片距離”等比例放大到實際距離再進行計算。這里可以將學生遷移能力、應用能力(理論聯系實際能力)作出區分。問題(3)具有一定的開放性，在記錄運動信息的精確度上，學生會覺得手機連拍功能會優于打點計時器，畢竟智能手機帶有“智能”這一具有時代性、高大上的光環。這就考驗學生是否具備獨立思考能力、是否能批判性地發現問題、客觀辯證地解釋問題，考驗學生對問題解決方案的合理性、可行性基于事實和邏輯的論證。在闡述理由時，如果學生能清晰表述“時間間隔”長短以及測量誤差兩方面的影響，則說明該生具有更高水平，可獲得更高分數。

1.3 與科學技術聯系的應用性命題

( )

A.火星公轉軌道的半徑約為地球公轉軌道半徑的2倍

D.下一個火星探測器的最佳發射期最早將出現在2020年

【素材來源】本題素材來源于新聞報道，以“洞察號”火星探測器于“火星沖日”時段發射為情境。

【考核目標】(1)必備知識：天體運動規律；(2)關鍵能力：知識獲取能力；(3)學科素養：考查“物理觀念”中的運動觀念和“科學思維”中的模型建構、科學推理、質疑與創新。

【設問思路及評價】A、B、C選項的設問中規中矩，考查天體運動的基礎知識。對于D選項，學生需要建立行星追及運動模型，將直線運動中的“線”追及遷移到圓周運動中的“角”追及，進而計算出下一次火星離地球最近的年份。應用所學知識計算出下一個火星探測器的最佳發射期，讓學生感受到所學知識與科技前沿對接的喜悅，充分感受到課堂所學內容中蘊含的應用價值。

2 應用性為主的物理原創命題體會

2.1 命題立意宜立足學科素養，體現核心價值

受學科特點限制，物理學科命題在考查核心價值時，無法像政治、歷史等學科一樣通過主觀題了解學生的作答情況，體現學生的政治立場和思想觀念、道德品質和綜合素質。物理學科的命題可以通過“應用性”較強的問題情境，立足學科素養，以“解決實際問題”為導向。通過實際問題的解決，考查解決問題的能力，讓學生在解決問題的過程中，提升自我價值，提高學生對科學的興趣，培養科學服務于人類的意識，踐行社會主義核心價值觀，體現物理學科的核心育人價值。

2.2 試題情境宜選取真實問題，貼近生活實際

利用真實問題作為情境命題，有助于科學選拔人才。物理命題往往是用滑塊、小球、帶電體、軌道、輕繩、彈簧等理想化模型進行組合，且學生通過刷題和一些毫無思維品質的經驗結論也能一定程度上應對考試，但很難區分解決實際問題能力以及素養水平的高低。因此，以真實情境為載體命制的題目對能力和素養的檢測更為全面準確.既可以拉近物理與生活的距離、揭示生活中蘊含的科學原理，又能有效避免考試內容與理論學習、實踐應用的脫節。具有“應用性”考查要求的命題在情境上宜選取更貼近時代、貼近社會、貼近生活的素材，拓寬學生科學視野，增強學生理論聯系實際的意識，提升解決實際問題的能力。

2.3 命題設問宜結論開放，培養創新能力

以“應用性”為考查要求的命題在設問上要有一定的開放性和探究性，建議設置解決方法多樣、答案不唯一的問題，引導學生多角度思考問題，且進行獨立思考和判斷，提出多種解決問題的方案，并對所選方案進行評價與篩選。訓練學生面對復雜問題時，始終保持冷靜思考和理性判斷的能力，增強學生“批判性思維”意識，培養學生靈活應對生活實踐問題情境的學科素養，有利于提高學生的綜合能力和創新思維。

3 結語

學以致用，是學生終身發展必須具備的素養。學生無論以后從事什么職業，能不能把理性分析跟實踐情況結合起來，能不能將所學知識應用于實際問題，終將影響其事業的發展。《高考評價體系》強調學以致用，強調命題要注重應用性，這樣的命題可以使學生形成理論與實踐相結合的能力和思維習慣，助力培養善于觀察各種現象，主動靈活地應用知識分析并解決實際問題，高度關注與國家經濟社會發展、科學技術進步、生產生活實際等緊密相關的內容與問題，具備良好的實際問題解決能力的社會主義接班人。