基于核心素養的高考物理真實情境試題研究

摘" "要：" 隨著新高考改革的不斷推進，“無情境，不成題”已成為高考物理試題的命題導向。文章聚焦于核心素養背景下的高考物理情境試題。通過對近年來高考物理試題的深入分析，為高中物理教學提供有益的參考，有助于教師優化教學策略，更好地培養學生的物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任等物理核心素養，以適應新時代高考的要求。

關鍵詞： 核心素養；真實情境；高考物理

本文歸納分析近三年福建高考物理試題中的真實情境，深入分析三道有關電磁感應的高考情境真題，試題體現四個核心素養，從而了解命題者的出題思路和側重點，有助于把握新高考物理命題的趨勢和規律，更好地預測未來高考的情境命題方向，為物理課堂教學和復習備考提供針對性的指導。

1" 情境試題來源：現實生活和物理教材

物理學是一門以實驗為基礎的自然科學，物理知識與實際生活密切相關，在日常生活中，經常可以看到一些真實情境，例如：太陽光傳播到地球上產生的一系列光現象；潮汐現象；在靠近北極和南極地區的上空不時會出現夢幻般的極光；用雙手有節奏地摩擦“魚洗”銅盆的“雙耳”時，盆中會噴出泉涌般的水柱；智能交通系統中車輛自動剎車；乒乓球的運動軌跡等。除此之外，物理學史、教材中的典型問題和科學探究也是真實情境，例如：萬有引力定律建立過程中的物理學史；學生實驗“研究勻變速直線運動”中的紙帶問題；探究“磁在什么條件下才能生電”中的三個分組實驗等。可以說物理試題中的真實情境中蘊含著豐富的自然現象和人文情感[ 1 ]。

2" 物理情境試題和核心素養

2.1" 物理觀念

情境試題會設置具體的物理現象或過程，要求學生運用所學的物理概念、規律和原理來解釋和描述這些現象。例如，發射神舟十八號載人飛船的情境，考查學生對萬有引力定律的理解和運用，從而體現學生對天體運動相關物理觀念的掌握。

2.2" 科學思維

試題中的情境可能較為復雜，需要學生進行分析、綜合、推理、判斷等思維活動。例如，2023年福建高考壓軸題，給出兩個滑塊在勻強電場中運動的情境，讓學生分析兩滑塊在相互作用過程中的能量和動量變化情況，考查學生的邏輯推理和模型構建能力。

2.3" 科學探究

一些情境試題會模擬科學探究的過程，要求學生提出問題、設計實驗方案、收集和處理數據、得出結論等。例如，設計“探究影響感應電流方向的因素”的實驗情境，考查了學生的科學探究能力。

2.4" 科學態度與責任

情境可能涉及到與社會、環境、科技發展相關的物理問題，促使學生思考物理知識的應用對社會和環境的影響，培養其科學態度和社會責任感。例如，以近期熱門的智能無人駕駛汽車的能量轉化和安全問題為情境，讓學生思考能源利用和社會未來發展趨勢。

3" 真實情境下物理試題分析

情境類物理試題可以分為兩種：（1）學習探索類；（2）生活實踐類；學習探索類主要源自教材中的物理情境及模型：包括連接體模型、傳送帶模型、等時圓模型、板塊模型、人船模型、單雙棒模型等。生活實踐類則是將物理模型和實際的生產生活相結合。

3.1" 近三年福建高考物理真題情境分析（表1）

3.2" 學習探索類情境試題

3.2.1兩道“相似”情境試題的類比

例1：如圖1，一足夠長的水平傳送帶沿順時針方向以v0勻速轉動，在傳送帶左端A處無初速度地輕放一質量為m的小物塊，小物塊與傳送帶之間的動摩擦因數為μ，求小物塊從A端運動到B端過程中產生的熱量Q和消耗的電能E。

聯立Q=f·s，f=μmg，s=s-s=v0t-t，t==，得Q=mv，由動能定律f·s=mv-0，得物塊獲得的動能Ek=mv，由能量守恒得消耗的電能E=Q+mv=mv。

本題的特殊情況是Q和Ek數值相等，這是因為s=s，但在教學中應該和學生強調摩擦生熱與相對路程有關，而摩擦力做功與對地路程有關，如果滑塊有初速度，則Q≠Ek，所以搞清楚基本概念非常重要。本題考查了核心素養中的物理觀念。

例2：如圖2所示，水平足夠長的光滑導電軌道，寬度為L，存在豎直向下的勻強磁場B，左側接有電動勢為E的電源，一根質量為m、長度略大于L的金屬棒垂直導軌靜置，與導軌接觸良好，回路中除了電阻R外其他電阻不計，求從閉合開關S到金屬棒穩定運動過程中電阻R產生的熱量Q和消耗的電能E。

聯立i=和m=BiL得v=-e+和i=e，從速度式子可以看出當t→+∞時金屬棒的穩定速度vm=。電阻R產生的熱量Q=iRdt=edt=-（e）│=，金屬棒穩定運動時獲得的動能Ek=mv=，這里Q和Ek數值也相等，由能量守恒得消耗的電能E=Q+Ek=。

例1是力學試題，例2電磁感應試題。通過對比，發現這兩道情境試題具有某些“相似”性：都是消耗電能轉化為動能和熱量，且動能和熱量的數值相等。從弄懂例1到會做例2體現了核心素養中的科學思維。由此得到教學啟發：教師在試題教學中，精心選擇兩道相似或相近情境的試題，符合學生的認知規律，同時可以起到“舉一反三”“多題一解”“觸類旁通”的高效教學效果，有助于學生掌握問題的來龍去脈，加速從模仿到靈活運用的過程，有利于全面提高學生的思維能力[ 2 ]。

3.2.2 對熟悉的模型改編的高考情境試題

金屬棒沿著導軌在勻強磁場中運動時，有以下兩種受恒力F的情境模型：單棒模型（圖3）和雙棒模型（圖4）。結論是：圖3單棒最終F=F，做勻速直線運動；圖4雙棒最終以相同的加速度做勻加速直線運動。

2023年湖南卷的一道有關電磁感應的高考題：如圖5所示，兩根光滑金屬導軌平行放置，導軌寬度為L，兩導軌傾斜且與水平面成θ角，勻強磁場B垂直于導軌面斜向上.質量都為m、電阻都為R的a、b金屬棒垂直導軌放置。

（1）先使b棒靜止，將a棒靜止釋放，求a棒勻速運動時的速度v0；

（3）從b棒釋放瞬間開始計時，經過時間t0，雙棒正好達到共同的速度v，求速度v，以及時間t0內a棒相對于b棒運動的距離Δx。

本題的（1）和（3）問就是分別對以上兩種模型變形后進行考察：（1）問將情境模型中水平軌道改為傾斜軌道，只需將情境中的恒力F用mgsinθ 替代即可。（3）問將情境中只有一根棒受恒力改為雙棒都受恒力mgsinθ，通過動力學分析，雙棒最終仍是以相同的加速度做勻加速直線運動，用動量定律求解。

高考物理試題是命題專家集體智慧的結晶，它源于教材，但又不完全相同，通常是相類似的情境但題設條件略有變化，這體現了高考命題的高水平和創新性。教學啟示：教師在課堂上要多角度地創設問題情境、拓展挖掘更多經典物理模型的變形，以達到“弄懂一個物理模型，會做一類物理試題”的高效教學效果。這里體現了核心素養中的科學思維。

3.3" 生活實踐類情境試題

2017年天津卷的一道關于電磁炮的試題：電磁軌道炮利用電流和磁場的作用使炮彈獲得超高速度，其原理可用來研制新武器和航天運載器。電磁炮示意如圖6，圖中電源電動勢為E，電容為C。兩根水平的光滑平行金屬導軌寬度為l。一質量為m、電阻為R的金屬棒MN可視為炮彈。首先開關S接1，使電容器完全充電。然后將S接至2，勻強磁場B垂直于導軌平面（圖中未畫出），MN受到安培力向右加速運動，速度達到最大后離開導軌。求：（1）磁場方向；（2）MN剛開始運動時加速度a；（3）MN離開導軌后電容器剩余的電荷量Q。

本試題將“單棒加電容”的物理模型結合電磁軌道炮情境進行考察，是一道很好的生活實踐類情境試題。基于電磁炮在軍事、航天等領域的實際應用，可以讓學生思考如何提高電磁炮的發射速度、減少電磁炮能源的消耗和對環境的潛在影響等。讓學生感受到所學的物理知識不止停留在紙面上，更是和實際生活息息相關。這里體現了核心素養中的科學態度與責任。

這道高考情境題有一個值得討論的問題：如果求解電磁炮的最終速度v，從動量角度：聯立：BlΔQ=mv-0，ΔQ=CE-CU，U=Blv得v=。從能量角度：聯立：CE2=CU2+mv2，U=Blv得v=E。兩種方法得出不一樣的結果！經過激烈討論和深思熟慮，發現用動量解題，無論回路有無電阻，過程和最終結果都不含電阻R，但有無電阻R從能量角度就不一樣了。因此提出猜想：問題出在電阻R上，如果算上電阻R上的焦耳熱Q=，從能量角度也得到v=，回路中如果沒有電阻，用動量做題雖不影響結果，但沒有電阻R釋放焦耳熱，從能量角度考慮，就沒法解釋這部分能量的去向，這樣的情境試題犯了科學性錯誤。仔細閱讀本高考試題，發現金屬棒有電阻R，這彰顯了高考出題的嚴謹性和規范性。還有個問題值得關注：通過計算電磁炮的速度隨時間的函數為v=1-e，從理論上達到最終速度v=需要無限長的時間，所以這類情境試題在時間上的數值要有一定科學性。從本情境試題中發現問題并提出猜想，進而解決問題的過程體現了核心素養中的科學探究。

4" 結語

總之高考物理情境試題以其豐富多樣的形式和緊密聯系實際的特點，有效地考查了學生的物理觀念、科學思維、科學探究以及科學態度與責任等物理核心素養。在未來的物理教學中，教師應充分重視情境試題的導向作用，不斷更新教學理念和方法，將物理知識與真實情境有機融合，激發學生的學習興趣和探究欲望，培養學生的核心素養。同時，教育部門和命題者也應繼續優化情境試題的設計，使其更具科學性、創新性和教育性，更好地服務于人才選拔和培養的目標。

參考文獻：

［1］ 李譜. 新高考物理試題改編實踐和教學研究[J]. 數理天地（高中版）， 2024（4）： 41-43.

［2］ 周林.傳承經典見新奇 創新模型導航向：賞析2017年4月浙江選考物理的一道經典模型 [J]. 物理教學， 2017（9）： 67-68.