高考全國卷物理試題中模型建構(gòu)思維的考查分析

杜愛慧　李茹月

摘? ? ? 要 在明確高考物理試題中模型建構(gòu)思維分析標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合solo分類理論，重點(diǎn)對2022年全國甲乙卷中的物理模型及模型建構(gòu)思維進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：2022年全國甲乙卷中物理模型考查較為全面，乙卷數(shù)量高于甲卷，兩卷均以力學(xué)、電磁學(xué)部分占比最多。甲卷模型建構(gòu)思維水平略高于乙卷，兩卷均最重視R1層級考查。甲乙卷不同題型模型建構(gòu)思維考查各有側(cè)重，甲卷題型注重各層級考查的均衡性，乙卷各題型整體重視R層級考查。甲乙卷除原子物理外，其他知識板塊模型建構(gòu)思維水平均有差異，兩卷中高階思維層級考查均集中在力學(xué)、電磁學(xué)部分。

關(guān) 鍵 詞 高考全國卷? 物理試題? 物理模型? 模型建構(gòu)思維

引用格式 杜愛慧，李茹月.高考全國卷物理試題中模型建構(gòu)思維的考查分析[J].教學(xué)與管理，2023（10）：68-71+76.

2017版《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》明確提出模型建構(gòu)是學(xué)生科學(xué)思維素養(yǎng)的重要組成部分[1]，而且近年來高考試題對模型建構(gòu)的考查也愈發(fā)突出。在我國，高考不僅是社會對人才素質(zhì)和能力要求的體現(xiàn)，也是人才篩選和流動的依據(jù)。對于物理教學(xué)而言，高考試題更是教師開展教學(xué)重要的指導(dǎo)文件。因此，分析高考試題中的物理模型以及模型建構(gòu)思維對于促進(jìn)物理教師教學(xué)，提升學(xué)生核心素養(yǎng)都有著非常重要的作用。本文結(jié)合solo分類理論，重點(diǎn)分析2022年全國甲卷和乙卷試題中對學(xué)生模型建構(gòu)思維的考查情況，并在分析兩卷物理模型考查以及模型建構(gòu)思維考查的基礎(chǔ)上，提出一些建議，以期為一線教師教學(xué)提供一定的參考。

一、物理模型及模型建構(gòu)思維

物理模型是人們在研究物理問題時(shí)，為了方便且能突出本質(zhì)而對研究對象的一種簡化和抽象，通常能夠再現(xiàn)一類物理現(xiàn)象的本質(zhì)和內(nèi)在特性。高中物理學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生對物理概念、規(guī)律的建立過程往往都與相關(guān)物理模型緊密聯(lián)系[2]。不難看出，模型建構(gòu)在學(xué)生物理學(xué)習(xí)中充當(dāng)著重要角色。目前，由于不同學(xué)者持有的研究視角有所不同，所以對物理模型類別的建立也存在著不同見解。本文通過對各種分類依據(jù)的比較、綜合，并結(jié)合教材中模型類別及物理習(xí)題的求解過程，將物理模型分為對象模型、條件模型、狀態(tài)模型、過程模型四大類[3][4]。其中對象模型如質(zhì)點(diǎn)、點(diǎn)電荷、點(diǎn)光源等，條件模型如光滑斜面、均勻介質(zhì)、勻強(qiáng)電場等，而像共點(diǎn)力平衡狀態(tài)、壓強(qiáng)、電流飽和等則屬于狀態(tài)模型，勻速直線運(yùn)動、焦耳定律、光的折射等則屬于過程模型。

由于物理問題解決的復(fù)雜性及綜合性，學(xué)生通常需要在相應(yīng)的物理情境中首先找出或建構(gòu)物理模型，然后通過對物理模型進(jìn)行相關(guān)的綜合整理或創(chuàng)新之后，才能建立起已知條件與習(xí)題答案間的聯(lián)系。該過程需要學(xué)生通過全面深入的思考，充分依靠思維活動進(jìn)行解答。因此，本研究所指的模型建構(gòu)思維是指人在面對物理現(xiàn)象或物理問題時(shí)，通過提取結(jié)構(gòu)要素，選擇所學(xué)的基本科學(xué)模型，建構(gòu)對應(yīng)的物理模型，從而解釋物理現(xiàn)象或解決物理問題的思維過程[5]。

二、高考物理試題中模型建構(gòu)思維層級的分析標(biāo)準(zhǔn)

在借鑒已有文獻(xiàn)對高考物理計(jì)算題中物理模型建構(gòu)思維水平劃分標(biāo)準(zhǔn)[6]的基礎(chǔ)上，結(jié)合solo分類理論的五個思維層次劃分[7]，以及新課標(biāo)對模型建構(gòu)的層次劃分[1][8]，明確了物理試題中模型建構(gòu)思維層級的考查標(biāo)準(zhǔn)，具體內(nèi)容見表1所示。

三、 2022年高考全國甲乙卷中模型建構(gòu)思維的考查分析

1.試題中的物理模型及模型建構(gòu)思維分析

依據(jù)考查標(biāo)準(zhǔn)，對2022年全國甲乙卷，分別從題型、分值、涉及物理模型、模型數(shù)量、物理模型所屬知識板塊、模型建構(gòu)思維層級六個方面進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，具體結(jié)果見表2和表3。

由表2、表3可以看出，2022年全國甲乙卷物理模型考查數(shù)量分別為43和52個。其中動能定理、電場力考查最多，均為4次（甲卷2次，乙卷2次）。其次是安培力、輕彈簧、彈力、速度、功和等壓變化等，均考查3次。另外，兩卷中其他模型考查率均不高，且較多模型屬于獨(dú)立考查。如甲卷中的洛倫茲力、平拋運(yùn)動，乙卷中的機(jī)械能守恒、牛頓第二定律、動量守恒等。其中，洛倫茲力、安培力、某位置或時(shí)刻的臨界狀態(tài)等模型，最易充當(dāng)隱藏模型。

通過對表2、表3數(shù)據(jù)的進(jìn)一步分析，可以發(fā)現(xiàn)甲乙卷不同知識板塊中物理模型的考查特點(diǎn)，結(jié)果如圖1所示。

由圖1可以看出，甲乙兩卷不同知識板塊中物理模型考查的分布基本一致，均表現(xiàn)出對力學(xué)、電磁學(xué)部分物理模型的重視。兩卷相較而言，甲卷力學(xué)部分考查更多，乙卷電磁學(xué)部分考查更多，其他知識板塊中物理模型考查的分布一致。

2.甲乙卷中模型建構(gòu)思維的整體水平分析

為了更深入的了解甲乙卷中模型建構(gòu)思維的考查特點(diǎn)及差異，我們結(jié)合上述模型建構(gòu)思維層級的分類依據(jù)及樊卓琳在其論文中的數(shù)據(jù)分析方法[9]，將U、M、R1、R2以及E層級依次定義為五種模型建構(gòu)思維水平，分別賦值為1、2、3、4、5，并統(tǒng)計(jì)每份試卷中處于相應(yīng)思維層級的試題分值占全部統(tǒng)計(jì)試題分值的百分比，分別用A、B、C、D、E表示。最終代入模型建構(gòu)思維水平的定量計(jì)算公式：S=A？鄢1+B？鄢2+C？鄢3+D？鄢4+E？鄢5（公式1）。依據(jù)公式1，計(jì)算出全國甲乙卷整體考查的模型建構(gòu)思維水平，如表4所示。

由表4可見，全國甲乙卷的模型建構(gòu)思維水平呈甲卷高于乙卷。

進(jìn)一步對甲乙卷中試題的模型建構(gòu)思維層級進(jìn)行分析，得到如圖2所示的柱狀圖。

整體來看，甲卷考查的模型建構(gòu)思維層級分布較均勻，各個層級均有一定涉及，其中除R1層級占比較多外，其它層級占比基本一致。而乙卷各層級占比不均，且E層級未涉及。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，甲乙卷均對R層級模型建構(gòu)思維更加重視，尤其是R1層級。其中乙卷對R1層級的重視程度更高，占比超過50%。由此可見，兩卷都較重視結(jié)合既定問題情景對多個基本物理模型進(jìn)行整合的綜合性應(yīng)用，而且甲卷更注重模型建構(gòu)思維層級考查的均衡分配，從U到E層級均有涉及，而乙卷重點(diǎn)考查了U、M、R思維層級，并未涉及E層級。這與表4甲卷思維水平略高于乙卷相吻合。

3.不同題型中模型建構(gòu)思維的考查分析

為了分析不同題型中模型建構(gòu)思維的考查特點(diǎn)，分別對選擇題、計(jì)算題以及選做題中的物理模型思維水平及所屬層級進(jìn)行分析，具體結(jié)果如表5和圖3所示。

由表5可見，兩卷中各題型的模型建構(gòu)思維水平均有一定的差異，其中選擇題部分甲卷高于乙卷，而計(jì)算題和選做題均為乙卷略高于甲卷。結(jié)合對圖3中數(shù)據(jù)的分析可以發(fā)現(xiàn)，選擇題部分，甲卷和乙卷都更重視R1層級考查。計(jì)算題和選做題部分，甲卷計(jì)算題只考查了最低和最高層級，考查跨度大，選做題則側(cè)重考查M層級，而乙卷計(jì)算題仍以R層級整體考查為主，選做題尤其重視R1層級考查。總體來看，甲卷注重不同題型中不同思維層級考查的均衡性（選擇題R層級，計(jì)算題E層級，選做題M層級），而乙卷所有題型均側(cè)重考查R層級。

4.試題中不同知識板塊的模型建構(gòu)思維考查

關(guān)于甲乙卷不同知識板塊中試題物理模型建構(gòu)思維水平及思維層級的分析結(jié)果，具體見表6及圖4。

由表6和圖4可以看出，兩卷中原子物理板塊的模型建構(gòu)思維水平及思維層級考查完全一致，其他知識板塊的思維水平及層級考查均有所差異，其中力學(xué)部分差異最大。另外，原子物理板塊，兩卷均更偏向?qū)ψ詈唵嗡季S層級（U）的考查。而力學(xué)、電磁學(xué)板塊，甲卷更注重對中高階思維層級（R、E）的考查，乙卷集中于R層級考查。其他熱學(xué)和光學(xué)部分，甲乙卷均偏向于M、R1層級考查。由此可見，甲卷更注重不同知識板塊中模型建構(gòu)思維層級考查的均衡分布，而乙卷在不同知識板塊中主要突出R1層級考查，并未涉及E層級。兩卷在不同知識板塊中均最為重視力學(xué)、電磁學(xué)部分的模型建構(gòu)思維考查，而且主要集中在中高階思維層級考查。

四、結(jié)論及建議

2022年全國甲乙卷中物理模型考查較為全面，乙卷數(shù)量高于甲卷，兩卷均以力學(xué)、電磁學(xué)部分占比最多。從數(shù)據(jù)分析可以看出，物理模型仍是2022年全國甲乙卷考查的重點(diǎn)，而且兩卷中對于動能定理、電場力、安培力和彈力等知識中涉及的物理模型考查頻率最高。可見，力學(xué)和電磁學(xué)部分物理模型的建構(gòu)及應(yīng)用應(yīng)該是教師教學(xué)的重點(diǎn)。鑒于力學(xué)和電磁學(xué)部分模型的抽象性，實(shí)際教學(xué)中，教師應(yīng)注意將物理知識和實(shí)際情境相結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生全面、深刻地認(rèn)識物理模型，并通過情境轉(zhuǎn)化來引導(dǎo)學(xué)生實(shí)現(xiàn)模型的類比、遷移與應(yīng)用，進(jìn)而最終提升學(xué)生的建模能力及核心素養(yǎng)。

甲卷模型建構(gòu)思維水平略高于乙卷，兩卷均最重視R1層級考查。從數(shù)據(jù)分析可以看出，兩卷對于模型建構(gòu)思維水平的考查基本處于中等水平，而且都非常重視R1層級。因此，教師在物理教學(xué)中應(yīng)積極設(shè)置不同思維層次梯度的情景或習(xí)題，注重引導(dǎo)學(xué)生從真實(shí)情境中辨識物理模型，并通過一題多變或推理演繹等方式，將模型交給學(xué)生，逐步訓(xùn)練學(xué)生根據(jù)相應(yīng)情景自行建構(gòu)合理模型的思維能力。

甲乙卷不同題型考查的模型建構(gòu)思維各有側(cè)重，甲卷題型注重各層級考查的均衡性，乙卷各題型整體重視R層級考查。從數(shù)據(jù)分析可以看出，甲卷選擇題考查水平高于乙卷，計(jì)算題、選做題水平均低于乙卷。而且甲卷側(cè)重思維層級考查的均衡分布，而乙卷重視R層級考查。因此，在實(shí)際教學(xué)中，教師需要依據(jù)本地所選擇的具體試卷，分別結(jié)合甲乙卷不同題型以及整體的考查特點(diǎn)，有針對性地對學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo)及思維訓(xùn)練，使學(xué)生能夠在相應(yīng)模型建構(gòu)思維層級上有所提升，進(jìn)而提高解題質(zhì)量和效率。

甲乙卷除原子物理外，其他知識板塊模型建構(gòu)思維水平均有差異，兩卷中高階思維層級考查均集中在力學(xué)、電磁學(xué)部分。結(jié)合數(shù)據(jù)分析可以看出，力學(xué)、電磁學(xué)部分的模型建構(gòu)考查更加體現(xiàn)出應(yīng)用性和綜合性特點(diǎn)，因此，在實(shí)際教學(xué)中，教師應(yīng)充分重視讓學(xué)生從力學(xué)、電磁學(xué)問題情景中識別基礎(chǔ)模型，訓(xùn)練學(xué)生根據(jù)模型間聯(lián)系構(gòu)建新的物理模型的綜合能力以及對模型進(jìn)行拓展延伸的創(chuàng)新思維，進(jìn)而為物理學(xué)習(xí)做好基礎(chǔ)和鋪墊。

參考文獻(xiàn)

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【責(zé)任編輯? 孫曉雯】

*該文為河南省教師教育課程改革研究重點(diǎn)課題“基于項(xiàng)目式教學(xué)提升物理師范生教學(xué)能力的理論與實(shí)踐研究”（2022-JSJYZD-008）、河南省高等教育教學(xué)改革研究與實(shí)踐項(xiàng)目“OBE理念下高校物理學(xué)專業(yè)教師教育課程教學(xué)改革研究與實(shí)踐”（2021SJGLX359）的研究成果