基于情境創設視角的高考試題評析
——以2021年、2022年湖北省新高考物理試題為例

孔鵬珂

(湖北省荊州中學)

本文著重從試題情境設置呈現的規律和特點的角度對高考真題進行解讀、分析并找出規律,為物理教學和高考復習備考提供借鑒。

1 從試題情境對高考試題的必要性評析

情境創設是物理概念建立、物理規律探究的必由之路,是應用物理知識解決具體問題的重要載體,高質量的情境創設有利于學生自主學習能力的培養,有利于激發學生的學習動機和探究欲望,最終促進學生物理學科核心素養的全面發展。本文以湖北省2021年、2022新高考物理試題為例,分析這兩年試題在情境素材的選取、情境創設的形式等方面呈現的特點,以期為物理教學與備考帶來思考與啟發。

2 湖北新高考物理試題的情境特點

2021年湖北新高考與情境直接相關的有物理試題8道,占試題總數量的50%,涉及力學、電學、光學及近代物理等內容。2022年高考試題與情境直接相關的有9道,占試題總量的56%,同樣也涉及力學、電學、光學及近代物理等內容。兩年的情境化試題中均沒有無效情境試題。

實施新高考兩年以來的湖北高考物理試題,都加強了情境化試題的考查,將生產生活、體育運動、科技前沿、實驗探究、問題探索中的具體案例與物理試題有機結合,強調物理知識與情境的關聯。情境試題呈現了一個真實的、適當加工或抽象的復雜情境,使試題中所蘊含的物理規律更加隱蔽,避免了在解題過程中直接套用公式,需要學生自覺地將問題情境轉化為解決物理問題的條件和信息,考查學生建立物理模型、靈活運用物理知識分析問題和解決問題的高階認知能力,有利于引導教學,注重概念和規律的形成過程,加強學生對基礎內容的融會貫通,體會到物理學的學科價值,促使學生主動思考、積極探索新知。

2.1 試題的情境創設體現了“價值引領”評價理念

2021年、2022年的湖北高考試題在情境素材地選取上有很多的共同點。兩年高考試題的第1題都考查的是原子核物理的知識內容,2021年試題基于我國第一顆原子彈和氫彈爆炸這一素材考查核裂變和核聚變的原理,2022年以我國著名物理學家王淦昌在中微子實驗中所做出的貢獻為素材考查核反應方程的規律。這兩個素材的選取可以在考試中強化愛國主義情懷,激發學生的民族自信心和自豪感,發揮了高考的育人功能,實現了高考由考試評價工具到全面育人載體的轉變。

2021年、2022年高考試題分別以“天問一號火星探測器”和“天舟四號貨運飛船”為背景,很好地體現了高考的功能定位,體現物理學在高、精、尖科技領域的應用價值。引導學生的關注點從“做題”向“做人做事”轉變。素材貼近時代,呈現我國在航天領域的偉大成就,以此來激發學生學習物理的濃厚興趣和勇攀科學高峰的積極信念。

2.2 試題的情境創設借助于生活實踐情境,體現“素養導向”的評價理念

(2022·湖北卷·9)近年來,基于變壓器原理的無線充電技術得到了廣泛應用,其簡化的充電原理圖如圖1所示。發射線圈的輸入電壓為220 V、匝數為1 100匝,接收線圈的匝數為50匝。若工作狀態下,穿過接收線圈的磁通量約為發射線圈的80%,忽略其他損耗,下列說法正確的是 ( )

圖1

A.接收線圈的輸出電壓約為8 V

B.接收線圈與發射線圈中電流之比約為22∶1

C.發射線圈與接收線圈中交變電流的頻率相同

D.穿過發射線圈的磁通量變化率與穿過接收線圈的相同

本題既是一道以“無線電充電技術”為背景的生活實踐類問題情境試題,同時也是一道探究“非理想變壓器的”學習探索類問題情境試題。此題有新意,對不同學業質量水平的學生有很好的區分度。本題考查考生對理想變壓器變壓規律的深層次理解,需要考生在非常熟練掌握理想變壓器原、副線圈電壓之比等于匝數之比這一已知結論的推導過程基礎之上,結合命題人提供的信息,在考場上運用創新思維自主探索得出副線圈電壓與原線圈電壓的關系。

此題注重學用結合,加強理論聯系實際,緊密結合國家經濟社會發展、科學技術進步、生產生活實際等創設真實情境,充分考慮學生學習和生活實際,把課本知識與“具體真實的世界”聯系起來,考查學生靈活運用所學知識方法分析和解決實際問題的能力,引導學生在解決實際問題的過程中建構知識、培養能力、提升素養,詮釋物理學的實用價值,凸顯素養導向的評價理念,高考體現服務選才的功能。

2.3 試題情境的創設著眼于學習探索問題情境,體現能力為重的評價理念

圖(a)

(1)閉合開關S,由靜止釋放金屬棒,求金屬棒下落的最大速度v1;

(2)斷開開關S,由靜止釋放金屬棒,求金屬棒下落的最大速度v2;

(3)先閉合開關S,由靜止釋放金屬棒,金屬棒達到最大速度后,再斷開開關S。忽略回路中電流突變的時間,求S斷開瞬間金屬棒的加速度大小a。

本題以“非線性電子元件”作為考查背景素材,屬于學習探索類情境。這一情境對于考生來說是比較陌生,需要考生臨場綜合運用力與運動、閉合電路歐姆定律、安培力和法拉第電磁感應定律等必備主干知識,并結合題目給出的信息判斷非線性元件處于何種狀態,判斷電壓、電流分別對應多少,進而對導體棒的運動情況進行準確判斷。本題設問逐步加深,體現考查的基礎性、綜合性、應用性和創新性的層層遞進,需要考生具備綜合運用知識和能力的水平,體現了能力為重的評價理念和高考服務選才的功能,讓高質量人才在高考選拔中脫穎而出。

3 教學及備考啟示

3.1 結合時代背景充分挖掘試題情境素材

目前,我國航空航天科技領域不斷取得重大突破,在載人航天、空間站建設、火星探測、探月工程等方面均取得了巨大成就。特別是我國航天員已經進行了三次“天宮課堂”的現場實驗展示和教學,為全世界熱愛科學的廣大學生提供了極高質量的科普活動載體。毛細效應實驗與表面張力、浸潤和不浸潤、毛細現象等知識點緊密相連;水球變“懶”這一實驗可以與深圳賽格大廈出現晃動現象一起作為考查“阻尼器”減震知識的試題情境素材;太空趣味飲水實驗和會掉頭的扳手實驗則體現了航天器的微重力環境,可作為讓學生更直觀感受失重環境的素材。天宮課堂實驗趣味性與科學性相結合,生動性和嚴謹性相統一,蘊含著豐富的教育資源,對激發青少年弘揚科學精神、熱愛航天事業具有極高的價值。

3.2 情境創設應與試題更加有效、高質量地融合在一起

(2013·全國新課標Ⅰ卷·14)圖3是伽利略1604年做斜面實驗時的一頁手稿照片,照片左上角的三列數據如下表。表中第二列是時間,第三列是物體沿斜面運動的距離,第一列是伽利略在分析實驗數據時添加的。根據表中的數據,伽利略可以得出的結論是 ( )

圖3

113242130932981645262558243661 1924971 6006482 104

A.物體具有慣性

B.斜面傾角一定時,加速度與質量無關

C.物體運動的距離與時間的平方成正比

D.物體運動的加速度與重力加速度成正比

此題以“伽利略的手稿”為情境載體,生動重現教材上伽利略對自由落體運動研究的過程。完美地將物理學史情境與運動學考點高質量地有機融合在一起,是物理學史類情境命題的典范,可以供平時大型考試的命題者所借鑒。在教學和考試評價中,情境創設的目的不是增加試題的“花樣”,而是更好地與物理知識緊密結合在一起提升學生物理學科素養和關鍵能力。

3.3 重視學習探索類問題情境的創設

(2013·北京卷·24節選)對于同一物理問題,常常可以從宏觀與微觀兩個不同角度進行研究,找出其內在聯系,從而更加深刻地理解其物理本質。

(2)正方體密閉容器中有大量運動粒子,每個粒子質量為m,單位體積內粒子數量n為恒量。為簡化問題,我們假定：粒子大小可以忽略;其速率均為v,且與器壁各面碰撞的機會均等;與器壁碰撞前后瞬間,粒子速度方向都與器壁垂直,且速率不變。利用所學力學知識,導出器壁單位面積所受粒子壓力f與m、n和v的關系。