加強大中銜接 培養科學思維

［摘 要］廣西于2024年起實施高考綜合改革后的考試招生錄取模式，并于2024年1月開展了普通高校考試招生制度綜合改革適應性演練。我國新一輪課程改革的目標指向落實核心素養，在新一輪課程改革下廣西新高考物理試題對物理學科核心素養中的科學思維提出了更具體的要求。高考命題依托高考評價體系，聚焦關鍵能力考查，突出思維品質和過程，加強情境化設計，增強題目的開放性，提高人才選拔質量；遵循課程標準，深化基礎性，加強教考銜接，促進教學提質增效，減少機械刷題，服務 “雙減” 工作。文章以廣西2024年普通高校考試招生制度綜合改革適應性演練考試的兩個典型例題為例分析探討如何加強大學物理和高中物理的銜接以更好地培養學生的科學思維，為高中物理教學和“三新”背景下的高考物理備考提供參考。

［關鍵詞］大中銜接；科學思維；新高考

［中圖分類號］" " G633.7" " " " ［文獻標識碼］" " A" " " " ［文章編號］" " 1674-6058（2024）23-0051-03

為貫徹落實《國務院辦公廳關于新時代推進普通高中育人方式改革的指導意見》和《中國高考評價體系》的精神，高考命題依托高考評價體系，聚焦關鍵能力考查，突出思維品質和過程，加強情境化設計，增強題目的開放性，提高人才選拔質量；遵循課程標準，深化基礎性，加強教考銜接，促進教學提質增效，減少機械刷題，服務 “雙減” 工作。廣西自2021年啟動高考綜合改革，并于2024年起實施高考綜合改革后的考試招生錄取模式。在新一輪課程改革下，為了更好地適應新高考，廣西于2024年1月19日至1月21日開展了普通高校考試招生制度綜合改革適應性演練。此次適應性演練考試物理試卷的第9題和第10題在高中物理和大學物理的銜接上頗具代表性。各地考生高中物理基礎不一致，研究高中物理和大學物理的銜接具有重要意義。

一、廣西2024年普通高校考試招生制度綜合改革適應性演練考試的物理典型真題

廣西2024年普通高校考試招生制度綜合改革適應性演練考試的物理試卷共計15道題，其中選擇題10道，含7道單項選擇題，每題4分，3道多項選擇題，每題6分，其中第9題和第10題在高中物理和大學物理的銜接上頗具代表性。試題如下：

第9題（多選題）：等量同種理想氣體分別經絕熱過程①和一般過程②，溫度均從[Ta]升至[Tb]，[p-V]圖像如圖1，過程①外界對理想氣體做功為[W1]，過程②外界對理想氣體做功為[W2]，則（ ）。

A. 過程②內能的增量等于[W1]

B. 過程①和過程②相比，[W1gt;W2]

C. 過程②理想氣體向外界放出熱量

D. 過程①理想氣體從外界吸收的熱量等于[W1]

第10題（多選題）：水塔頂部有一蓄滿水的蓄水池，內部水的深度用[h]表示，靠近蓄水池底部的側壁有一個面積為[S]的小孔，水從小孔水平噴出，水流下落過程中分離成許多球狀小水珠，小水珠所受空氣阻力大小可近似為[f=kπr2v2]，其中[k]為比例系數，[r]為小水珠半徑，[v]為小水珠速度（[v]未知），設重力加速度為[g]，水的密度為[ρ]，水塔足夠高，則（ ）。

A. 水從小孔噴出的速度約為[2gh]

B. 水珠最終下落速度不會超過[233ρgrk]

C. 小水珠在水平方向的最大位移僅由小孔離地高度和水噴出的速度決定

D. 若用一塊木板正面去堵小孔，即將堵住時水對木板的沖擊力大小為[5ρghS]

二、基于大中銜接的問題分析

基于高中物理知識分析第9題。

A選項，①為絕熱過程，氣體內能的變化量等于外界對氣體做的功，即[ΔU1=W1]，由于理想氣體的內能只與溫度有關，而兩過程的初末狀態的溫度相同，所以其初末狀態的內能相同，即內能變化相同，即[ΔU2=ΔU1=W1]，故A選項正確。

B選項，由氣體的[p-V]圖像可知，圖線與坐標軸圍成的面積為氣體做的功，由圖像可知，過程②做的功大于過程①。過程①和過程②相比，[W1lt;W2]，故B選項錯誤。

C選項，由熱力學第一定律有[ΔU2=W2+Q2]，又因為[ΔU2=W1]，且[W1lt;W2]，結合上述分析可知[Q2lt;0]，所以該過程氣體向外界放出熱量，故C選項正確。

D選項，由題意可知，①為絕熱過程，所以該過程氣體既不從外界吸收熱量，也不向外界釋放熱量，故D選項錯誤。

故本題的正確答案為AC。

基于大學物理的熱學知識求解絕熱過程①和一般過程②外界對理想氣體所做的功。

設[a]、[b]兩個狀態的參量分別為（[pa]，[Va]，[Ta]），（[pb]，[Vb]，[Tb]），絕熱過程①對應的方程為[pVγ=C]，其中γ為絕熱系數，不同的氣體該系數有所不同。[a]、[b]兩個狀態有[paVγa=pbVγb]，過程①外界對理想氣體做功為[W1]，[W1=VaVbpdV=VaVbpaVγadVVγ=1γ-1（pbVb-paVa）]。結合理想氣體的狀態方程[pV=nRT]，[n]為該氣體物質的量，[R]為氣體的普適常數。聯立解得：[W1=1γ-1nR（Tb-Ta）=nRΔTγ-1]。對于一般過程②，對應的方程為[p=pb-paVb-VaV+paVb-pbVaVb-Va]，過程②，外界對理想氣體做功為W2，[W2=VaVbpdV=VaVbpb-paVb-VaV+paVb-pbVaVb-VadV=12（pb+pa）（Va-Vb）]。

評析：這一道熱學題以理想氣體的[p-V]圖像為情境素材，創設了研究氣體的內能、熱量和外界對理想氣體做功的學習探索問題情境，充分體現了高中物理知識和大學物理知識的銜接，借助圖像較好地考查了學生對兩個準靜態過程進行定性分析的情況，符合“三新”背景下學科核心素養的考查要求。本題既可以用高中物理的熱力學第一定律及圖像法的物理意義來定性分析，也可以用大學物理知識來定量計算。熱學中理想氣體的幾個典型準靜態過程包括等溫過程、等壓過程、等容過程、絕熱過程，大學物理課程《熱學》中明確要求對某一個熱力學系統經過這幾個典型的準靜態過程時的熱力學參量的過程方程、系統對外所做的功、系統內能的變化量以及系統自外界吸收的熱量和摩爾熱容進行計算。在高中階段，要求根據熱力學第一定律和理想氣體的狀態方程對一定質量的理想氣體在等溫過程、等壓過程、等容過程、絕熱過程中的熱力學參量進行定性分析和定量計算。

基于高中物理知識分析第10題。

A選項求水從小孔噴出的速度，這里給出三種方法供參考。

方法1：在較短的時間[t]內，從小孔噴出的質量為[m]的小水柱等效來自蓄水池的水面上質量為[m]的小水柱，由機械能守恒定律可知[mgh=12mv2]，解得水從小孔噴出的速度約為[v=2gh]。

方法2：建立如圖2所示的模型，在較短的時間[t]內，面積為[S]的小孔內噴出的小水柱的質量為[m=ρSl]，小水柱的初速度為0，末速度為[v]，小水柱的長度為[l=v2t]，小水柱左側壓強為[p1=p0+ρgh]，右側壓強為[p0]，左右側的壓強差產生的壓力為[F=（p0+ρgh）-p0S=ρghS]，以小水柱的速度方向為正方向，由動量定理得[Ft=mv]，解得水從小孔噴出的速度[v=2gh]。

方法3：在方法2模型的基礎上，利用動能定理有[Fl=12mv2]，同理解得[v=2gh]。

B選項，水珠下落速度最大時有[mg=f]，即[ρ43πr3g=kπr2vm2]，解得[vm=233ρgrk]，所以水柱最終下落速度不會超過[233ρgrk]，B選項正確。

C選項，若不計空氣阻力，水平方向的最大位移僅由小孔離地高度和水噴出的速度決定，由于小水珠噴出后受空氣阻力的作用，且本題考慮到實際情況，水流下落過程中分離成許多球狀小水珠，小水珠的大小不同所受阻力不同，所以水平方向的最大位移由小孔離地高度和水噴出的速度以及阻力大小決定，C選項錯誤。

D選項，若用一塊木板正面去堵小孔，設速度為v的水與木板表面的作用時間為[Δt]，設相互作用后水的末速度為0，則在[Δt]時間內到木板表面的水的質量為[m=ρSvΔt]，對到木板表面的水，以水的速度方向為正方向，水平方向由動量定理得[FNΔt=0-mv]， 解得[FN=-2ρghS]，可見即將堵住時水對木板的沖擊力大小為[2ρghS]，D選項錯誤。

故本題的正確答案為AB。

基于大學物理的流體力學知識來分析第10題。

A選項相當于是求水從某一深度為h的水塔底部側壁面積為[S]的小孔水平噴出的速度。隨著液面的下降，小孔處水的流速也會逐漸降低，嚴格來說，并不是定常流動。但由于小孔的尺寸較小，在較短的時間內觀測，蓄水池的液面高度沒有明顯變化，仍然可以看作是定常流動。這類問題通常利用伯努利方程來解決，選擇小孔所在位置作為勢能零點，并對蓄水池表面到小孔的流線運用伯努利方程，可認為蓄水池液體自由表面的流速為零，根據伯努利方程有：[ρgh+p0=12ρv2+p0]，式中[p0]表示大氣壓，[v]表示小孔處水的流速，解得水從小孔噴出的速度[v=2gh]。

評析：這是一道以水從深度為[h]的水塔底部側壁面積為[S]的小孔噴出為情境素材，創設了研究計算水流噴出的速度、水對木板的沖擊力以及水流的阻力為探索問題情境。本題是本次適應性演練考試中的壓軸選擇題，該題得分率較低，學生很難建立起物理情境進行分析，導致無法建立模型求解。利用大學的流體力學相關知識可以快速解答A選項。由于高中學生并沒有學習流體力學的相關知識，因此無法利用伯努利方程來求解。本文給出了利用高中所學的物理知識解答問題的三種方法。用這三種方法得到的結果與用流體力學中的伯努利方程得到的結果相同。

三、總結

在“三新”背景下，大學物理與高中物理之間的銜接越來越密切。隨著新高考改革的不斷推進，各省市開始獨立命題，導致不同省份學生的大學物理先修知識之間存在差別，部分學生高中物理知識與大學物理知識之間存在斷層。大學物理是高等學校理工科專業的基礎必修課程，這對教師的教和學生的學都具有很大的挑戰，教師作為教學的實踐者，做好大學物理與高中物理的銜接很有必要。新高考物理試題對物理學科核心素養中的科學思維提出了更具體的要求。本文對廣西2024年普通高校考試招生制度綜合改革適應性演練考試中的兩個典型例題進行分析，對做好高中物理與大學物理的銜接的重要性以及基于高中物理與大學物理的銜接培養學生的科學思維進行了探討，為高中物理教學和“三新”背景下的高考物理備考提供參考。

［" "參" "考" "文" "獻" "］

[1]" 周鳴宇，王坤，李慧.基于新高考背景下大中物理教學銜接研究[J].科教導刊（下旬），2019（33）：157-159.

[2]" 賈玉兵，劉子濤.基于高考評價體系的物理學科關鍵能力培養策略[J].中學物理教學參考，2020，50（23）：1-3.

[3]" 教育部教育考試院. 落實立德樹人根本任務" "服務拔尖創新人才培養：2023年高考理科綜合全國卷試題評析[J].中國考試，2023（7）：27-31.

（責任編輯 黃春香）