2021—2023年江蘇高考物理試題的量化分析與復習建議

葛騰霄 馬宇澄

(1. 無錫市青山高級中學,江蘇 無錫 214036; 2. 江蘇省無錫市教育科學研究院,江蘇 無錫 214000)

1 對基本卷制的量化統計與分析

1.1 題型、題量、時長、有效文本長度

表1中有效文本長度指除去考生注意事項等與學科本身無關的文字后,剩余部分不含空格的總字符數.由表1我們能看到近3年形成了穩定的基本卷制結構:10～11道單選題、1道實驗題和4道解答題,有效文本長度在2400字左右,文本平均處理速度要求為32字/分鐘,這與2020年(3158字/100分鐘)以及2019年(3290字/100分鐘)的數據持平.以上統計表明江蘇卷在基本卷制結構方面具有內在的穩定性,為學生穩定心態、充分發揮自身實力提供了基礎保障.

表1 近3年江蘇卷基本卷制結構

1.2 對必備知識的統計(如表2)

表2 近3年江蘇卷所考查的必備知識統計表

(1) 物理學各分支分值占比穩定.

由表2的統計可知近3年江蘇卷物理學各分支的分值占比穩定,力學與電磁學共占約76%,仍然是考查重點,光學、熱學、原子物理合計約24%.值得注意的是,解答題前兩題的考查內容靈活多變,任何分支都有可能成為命題對象,后兩題基本為力學、電磁學各取其一.

(2) 選擇題計算量有降低趨勢.

經統計(表3),選擇題中需要進行數量計算或物理量之間關系推導的試題占比有降低趨勢.

表3 選擇題計算量統計圖

(3) 實驗題創新性強,實驗目的多樣化.

實驗題命題的創新方向主要有實驗目的創新,實驗方法創新和實驗器材創新.近3年的實驗題以類似項目研究的方式統領了一定范圍內的必備知識,實驗題目不局限于學生必做實驗,呈現多樣化,相應的實驗方案設計和實驗器材選用也很好地體現了問題、證據、解釋、交流等科學探究要素的要求.

2 對試題情境的量化統計與分析

2.1 情境的分類與統計原則

情境是運用文字、數據、圖表等形式,圍繞一定主題加以設置的,為呈現解題信息、設計問題任務、達成測評目標而提供的載體,也是新高考實現“四層”考查內容和“四翼”考查要求的載體,對考查和培養學生的物理學科素養具有關鍵作用.新高考評價體系要求學生能夠在復雜的、新穎的試題情境下綜合運用所學知識和技能處理問題,要求學生具備很強的創新精神和實踐能力.[1]

根據教育部考試中心程力等研究員的建議,[1]結合學科考試實際,擬將物理科考查的情境分為生活實踐和學習探索共兩大類、6個細分類問題情境,考查近3年江蘇卷中每一試題的主體情境并歸入細分類別,統計如表4、圖1所示.

圖1 2021—2023年江蘇卷情境分布圖

表4 試題情境分類表

2.2 情境的分類統計結果分析

(1) 不同種類情境分布基本穩定.

如圖1所示,近3年江蘇卷的試題情境分布相對穩定.從大類來看,以生活實踐問題為情境的命題約占40%,以學習探索問題為情境的命題約占60%.從細分類來看,課程標準和教材中的典型問題情境、科技前沿情境、與生產生活緊密聯系的情境命題數穩定在前三位,且典型問題情境遙遙領先.受總題量限制,科學探究問題情境與實驗題一起出現,物理學史與自然物理現象情境不是必然配置.

(2) 課程標準和教材中的典型問題為情境第一來源.

從統計來看,學科典型問題情境占比約為50%,這說明高考不僅不回避學生平時的所學所練,反而是力圖開發創新以達到新高考評價體系的考查要求,主要原因有以下3點.

第一,典型情境是基礎性要求的良好載體.基礎性是現行高考評價體系的考查要求,即“四翼”之一.在廣闊的學科領域,高考關注主干內容,關注今后生活、學習和工作所必須具備、不可或缺的知識、能力和素養,因此要求學生對內容的掌握扎實、牢靠.學科典型問題情境可以最簡明地描述物理問題,便于學生準確理解試題概況,因此對考查學生的物理基礎是否扎實具有很高的可靠性.

第二,典型情境是綜合性要求的良好載體.綜合性是“四翼”之二,高考要求學生能夠觸類旁通、融會貫通.近3年的江蘇卷考試時間均為75分鐘,在較短的考試時間里典型問題情境降低了學生的初期心理加工量負擔,便于學生進一步理順思維、發掘聯系,展現出自身綜合性水平.

第三,典型情境是“引導教學”的良好載體.“引導教學”能通過“考什么教什么”“怎么考怎么教”來促進基礎教育.江蘇卷把課程標準和教材中的典型問題作為第一情境來源而且占比較高,就是要引導廣大師生重視對課程標準的學習與領會,用實、用活、用好教材,把以新課標、新教材、新高考為主要抓手的本輪教學改革落到實處.

(3) 科技前沿情境值得多關注與積累.

從統計來看,科技前沿情境的試題數量穩居第二.主要原因有以下3點.

首先,科技前沿情境是落實“立德樹人”的良好載體.我國近年來在前沿科技方面取得的成就令人矚目,相應的情境素材也十分豐富.以此作為情境的試題對增強學生的民族自信,塑造國家認同理念有著巨大的積極意義,因此一直是高考命題的熱點情境.

其次,科技前沿情境是應用性要求的良好載體.應用性是“四翼”之三.高考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.避免考試和生活學習脫節,鼓勵學生運用知識、能力和素養去解決實際問題.目前的科技前沿是學科理論的成功應用或者應用方向,體現了高考堅持應用的要求導向.

第三,科技前沿情境是創新性要求的良好載體.創新性是最后一個“四翼”要求.近3年江蘇卷的最后一題都是科技前沿情境,且最后一問都考查了學生的創新能力.從具體的試題中可以看出,科技前沿情境并不意味著一定“復雜”或者“偏難怪”.相反,相關試題往往注重與高中知識的聯系與銜接,只要學生沉著審題一般都有基本的努力方向,如2021.T15(即2021年第15題,下同).如圖2所示,這是一個有“額外部件”的回旋加速器.教材中有關于回旋加速器的基本原理,題干以及前兩小問也進行了鋪墊,這幫助學生在進行創新性思考時有一定的依據.

圖2 回旋加速器示意圖

(4) 生產生活情境不可或缺.

統計中每年都有兩道與生產生活情境緊密聯系的試題,包含體育運動、交通出行、小游戲等等.這些情境體現了從生活走向物理,從物理走向社會這一基本物理教育價值理念.提醒廣大考生關心生活中的所見所聞,對生活中的事物要抱有科學的態度與責任感.如2021.T9(圖3).

圖3 情境示意圖

(5) 科學探究問題情境注重創新.

科學探究的要素主要包括問題、證據、解釋、交流等,因此有效的科學探究問題情境需要創新的實驗目的、實驗方法等真正需要探究的內容.高考中實驗題的命題形式最能滿足科學探究問題情境的設計要求,因此科學探究問題情境主要出現在實驗題中.

目前實驗題的命題主要由器材選擇、規范操作(讀數等)、數據處理、原理辨析與誤差分析五部分組成.前三項主要考查理解能力和推理論證能力,后兩項主要考查科學探究能力和創新能力.對實驗中創新之處的領會即是學生創新能力的體現,而交流與表達一般放在最后一問讓學生充分表達觀點.

3 對關鍵能力的量化分析與比較

3.1 量化方法與統計原則

依據教育部考試中心程勇等研究員的闡述,目前物理科考試主要考查理解能力、推理論證能力、模型建構能力、實驗探究能力、創新能力5種關鍵能力.[1]

對近3年江蘇卷按照5種關鍵能力進行統計,細化到每一小問,將各種能力對應試題的分值所占比重對應為能力結構比重.如2021.T7主要考查學生模型建構能力,該題分值為4分,故對應模型建構能力計4分.整卷中以考查模型建構能力為主的試題共有47分,試卷總分為100分,則該年分析綜合能力占比為47%.統計結果如圖4所示.

圖4 近3年江蘇卷能力結構統計圖

3.2 統計結果分析

(1) 能力結構總特征.

近3年江蘇卷表現出了重視學科基礎,體現學科特色,平穩與創新交融等特點.

從統計來看,近3年江蘇卷對理解能力的考查占比不低且略有增加,體現了高考重視基礎、審慎命題的基本態度.

近3年模型建構能力都被放在首位,推理論證能力緊隨其后,合計占比超過60%.它們作為科學思維的主要對應能力,充分體現了命題組對學科特色的理解和把握.考慮到目前一線教學正在開展情境化學習、項目化學習等教學方法變革,說明目前高考與教學聯系緊密、相輔相成,處于良性互動之中.

科學探究能力和創新能力的占比穩定,展現出“少而精”的命題特點,它們為學生充分展現能力與素養提供了舞臺,支撐了服務選才這一高考核心功能.

(2) 推理論證能力主要在典型問題情境中考查.

學生很熟悉典型情境對應的模型,因此試題在這些情境中主要考查的是利用模型進一步推理、分析、論證的能力.如2023.T6,雙縫干涉實驗的抽象模型是學生已掌握的內容,如何從圖表中獲取信息,再結合已掌握的模型進行推理分析才是本題的考查重點.

(3) 全方位考查模型建構能力.

模型建構作為從物理學視角理解世界的基本方法是目前高考物理科目最關注的能力.對它的考查總體呈現出情境種類多,題型分布廣,知識綜合性強,模型復雜度不定等特點,即高考在各種情境、各種題型、各種知識、各種難度中考查模型建構能力.

首先,“涉及情境種類多”.如自然物理現象:2021.T2,需要建立電荷流經細胞膜的模型.生產生活:2023.T15,需要在特定情境下建立直線運動和斜拋運動的模型.科技前沿:2022.T14,需要在特定情境下進行受力分析,建立特殊的受力和圓周運動模型.物理學史:2023.T10,需要依據情境選擇特定坐標系,建立沙粒的運動模型.典型情境:2022.T10,需要把典型的斜面、彈簧模型重新組合,建立復雜的新模型.

其次,“題型分布廣”.模型建構能力在各種題型中都有考查,包括實驗題,因為創新實驗目的、實驗方案、實驗器材涉及到的物體運動、整體結構、影響因素分析都需要模型建構能力的支撐.

第三,“知識綜合性強”.以2022.T10為例,它是由典型情境中的典型模型組合而成的復雜模型,涉及的必備知識有牛頓運動定律、彈簧中的彈力特點、功能關系、能量守恒定律等.

最后,“模型復雜度不定”.除了由拼接、組合、陌生條件所塑造的復雜模型、陌生模型外,江蘇卷對模型建構能力的考查也可能落實在簡單模型上,如2022.T1,只需要建立最簡單的連接體模型.

(4) 對實驗探究能力的考查重在批判性思維與解釋交流.

江蘇卷的實驗探究能力主要在實驗題中考查.從細節來看,對器材選擇、規范操作(讀數等)、數據處理的考查主要在考查必備知識或推理論證能力,真正的探究能力考查放在原理辨析與誤差分析之中.這兩種問題需要學生對本實驗的實驗目的以及實現過程有清晰的認識,在新目標新方法的情境下,學生需要對過程中的物理特征有敏銳的把握,對實驗的現象或操作有批判性的思考并作出解釋,對可能在交流中出現的結論有反思能力.

(5) 在創造性的問題解決和實驗設計中考查創新能力.

江蘇卷對創新能力的考查體現在創造性的問題解決和創造性的實驗設計兩方面.近3年的最后一題最后一問對學生來說都是復雜情境下的陌生問題,如何通過嘗試、假設等方式靠近目標,觀察、聯系等方式解析目標是主要考查之處,總的來說就是要求學生突破常規練習框架,綜合調動科學素養,創造性地解決問題.

4 復習建議

4.1 重視基礎,以大概念統領對基本概念、規律的深刻理解

目前一線教學常提倡以大概念統領,大單元設計,項目化(任務型)學習為主要脈絡的一體化教學思路.建議教師在復習備課中同樣運用單元教學設計的思想,著眼于學生大概念的完善.大概念作為對一定范圍內具體概念的本質化凝練,既是記憶與理解的錨點,也是學生解析情境、解決問題的起點.圍繞大概念進行復習既與前期教學思路匹配,又與高考基礎性、綜合性和情境性的要求相適應.如“閉合電路歐姆定律”“楞次定律”“熱力學第一定律”“光電效應方程”等物理規律其實都是能量觀在不同分支領域的具體體現.

4.2 重視思維,在問題解決中培養科學思維

科學思維是高考考查的重點,主要方式是在具體情境中解決問題.基于問題解決的科學思維培養關鍵在幫助學生提升元認知水平.所謂元認知即是對已有認知的結構化和本質性的反思,是對某項認知的成立前提、概念間的關系、適用范圍的全面掌握.這將幫助學生在提取試題信息、洞察邏輯缺失、正確匹配已知模型、按原理創建新模型等問題解決過程中找到正確的分析對象和前進方向.

建議教師在復習教學中適當引進“非良構”問題,幫助學生在審題讀題、信息提取、明確對象、模型構建、尋找規律解決問題等過程中明晰解題思路,養成良好習慣,提高思維品質.

4.3 重視實驗,用好物理學科典型學習方式

江蘇高考物理歷來重視實驗的考查,它不僅是學生學科素養和關鍵能力考查的重要抓手,其本身也是學科核心素養不可分割的一部分.

一要落實實驗復習的廣度.高三復習過程中要創設條件讓高三學生再回實驗室做一做必做實驗,類似實驗可以放一起.在再次體驗中區別對比不同實驗的實驗目的、實驗原理、實驗步驟、實驗儀器、數據處理、誤差分析等,在真做實驗中提高實驗基本技能.同時,實驗復習還要關注演示實驗,特別是教材所涉及的.

二要加強實驗復習的深度.學生不僅要明確實驗怎么做,還要清楚為什么要這樣做,不這樣做會產生怎樣的后果,由知其然的機械記憶到知其所以然的理解性記憶.只有通過深度的復習,才可以提高對實驗知識內容的靈活應用掌握.深度復習要落實到課堂的有效提問和課后高質量作業編制,少設計是非型問題,多設計解釋型問題.

三要轉換實驗復習的角度.對一些重點的實驗,復習可以嘗試從不同的角度對實驗內容進行思考.如:實驗器材能不能變?實驗條件能不能改?還有其他實驗方法嗎?教學實踐要能經常給學生創設一個交流、批判的實驗探究情境,在師生、生生的思維碰撞中,發展學生的高階思維,培養學生的綜合思考能力和創新能力,提高解決復雜問題的能力.

4.4 重視教材,發揮教材的示范作用

高三復習中,教材不僅是回歸基礎、查缺補漏的工具,更是引導學生對問題進行討論的教學示范.如類似2023年高考物理第10題,教材習題中(必修2第5章A組)就有如圖5所示的討論示范.

圖5 示例圖