優化已知和設問方式考查學科核心素養

摘要：2022年高考物理福建卷壓軸題第15題以文字、圖像、圖形方式呈現試題信息，并在圖線中設置了3秒時的速度值這一似乎有點多余的題設條件.文章通過對該題設條件的由來進行溯源，管窺命題意圖，并針對試題情境提出四點教學啟示.

關鍵詞：福建卷；物理壓軸題；題設數據；GeoGebra

中圖分類號：G632文獻標識碼：A文章編號：1008-0333（2025）07-0111-05

2022年高考物理福建卷壓軸題第15題以文字、圖像、圖形方式呈現試題信息，要求考生能夠準確理解、深度挖掘圖像信息，客觀全面地提取有效信息，發現圖像信息中蘊含的物理規律和原理，運用開放性、創新性的思維方式解決問題.此外，筆者關注到試題在圖線中設置了“t=3 s時，速度v=

4e m/s”似乎有點多余的題設條件.如此設置，意在何為？對高中物理教學有何啟示？這些問題值得一線物理教師關注，管窺命題意圖，以期為后續教學提供有意義的借鑒.

1試題呈現

如圖1（a），一傾角為θ的絕緣光滑斜面固定在水平地面上，其頂端與兩根相距為L的水平光滑平行金屬導軌相連；導軌處于一豎直向下的勻強磁場中，其末端裝有擋板M、N.兩根平行金屬棒G、H垂直導軌放置，G的中心用一不可伸長絕緣細繩通過輕質定滑輪與斜面底端的物塊A相連；初始時刻繩子處于拉緊狀態并與G垂直，滑輪左側細繩與斜面平行，右側與水平面平行.從t=0 s開始，H在水平向右拉力作用下向右運動；t=2 s時，H與擋板M、N相碰后立即被鎖定.G在t=1 s后的速度一時間圖線如圖1（b）所示，其中1～2 s段為直線.已知：磁感應強度大小B=1 T，L=0.2 m，G、H和A的質量均為0.2 kg，G、H的電阻均為0.1 Ω；導軌電阻、細繩與滑輪的摩擦力均忽略不計；H與擋板碰撞時間極短；整個運動過程A未與滑輪相碰，兩金屬棒始終與導軌垂直且接觸良好：sinθ=0.25，cosθ=0.97，重力加速度大小取10 m/s2，圖1（b）中e為自然常數，4e =1.47[1].

試題共設有三個小問，本文聚焦與題設條件“v=4e m/s”密切相關的第（3）問：求在2～3 s時間段內，棒G滑行的距離.

2題設數據“v=4e m/s”的由來

試題以v-t圖像描述金屬棒G在t=1 s后的運動情況，既然棒G的初速度、受力情況是確定的，根據相關物理規律，結合數學方法，可獲知棒G在任一時刻的運動狀態.那么，設置“t=3 s時，速度v=4e m/s”的理論依據是什么呢？

在t=2 s時，棒H停止運動，設此時繩子無拉力，物塊A和棒G均做減速運動，物塊A的加速度大小aA=mgsinθm=gsinθ=2.5 m/s2.

由棒G、H組成的回路的電動勢瞬時值E1=BLv1，電流大小I1=E12R，棒G受到的安培力大小F1=BI1L，加速度大小aG=BI1Lm=B2L2v12Rm=4 m/s2，可知aAlt;aG.t =3 s時，A的速度vA=v1-aAΔt=1.5 m/s，棒G的速度v=4e m/s=1.47 m/slt;1.5 m/s.

可見，在2～3 s時間內，連接棒G和物塊A的細繩始終無拉力，棒G在安培力作用下做電磁阻尼運動.

對棒G，根據牛頓第二定律-B2L2v2R=mdvdt，得：-B2L22mRdt=dvv.

由不定積分-∫tt1B2L22mRdt=∫1vdv，

得：-B2L22mR（t-t1）=lnv+c1，因而，v=e-c1-B2L22mR（t-t1）.

由題意知，t=t1=2s時，v1=e-c1=4 m/s，則v

=v1e-B2L22mR（t-t1）=4e-B2L22mR（t-t1） m/s.

當t=3 s時，v=4e-B2L22mR（t-t1） m/s=4e m/s

≈1.471 52 m/s.

可見，題設數據取“v=4e m/s”，其準確性毋庸置疑.

3管窺命題意圖

3.1創設問題情境，體現素養導向

既然“v=4e m/s”可以利用相關數學知識，通過演繹推理得到，為何還要作為題設條件給出？

這是因為上述數理分析過程已然超越了普通高中生的認知水平.考生只需調用已有的知識儲備，靈活整合、選用合適的思想方法，結合題設數據，巧妙實施解題策略，即可創造性解決問題（如表1所示）.

試題的設置嚴格遵循《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》中的命題建議：“抽取具有代表性的核心物理概念、規律、思想和方法等內容設計試題；要反映物理學的知識結構和基本規律.[2]”通過依標施考，引導中學教學依標施教[3]，利用精準設置題設數據，巧妙避開繁雜的數學運算，只需綜合動量定理和微元與積累思想方法，或聯合動量定理和平均思想，或結合動力學知識與微積分，甚至是整合動能定理和微積分等核心知識和一般通用性方法，即可解決棒G在2～3 s內滑行的距離.誠然，僅有這些知識和方法還不足以順利解決問題，能否將新的物理問題納入已有認知體系，根據實際問題運用科學思維構建合適的物理模型，整合相關概念、規律和思想方法，運用開放性、創新性的思維方式形成新的解決問題的認知結構，這是問題解決的關鍵，也是試題考查的學科素養內容，體現了綜合性和創新性考查.

在2～3 s時間內，連接棒G和物塊的細繩是否有拉力，是問題解決的突破口.要求考生具有良好的問題意識，善于思考、大膽質疑，善用聯系、發展、矛盾的觀點觀察和分析問題.該設置體現了創新性和探究性的考查，承載著服務選才的功能.

3.2指向高階思維，彰顯學科本質

基于可視化教學理論，巧借GeoGebra軟件的數形結合功能，呈現棒G在不同時刻的速度大小、2 s后的位移大小、v-t圖線及v-t圖線與橫軸所圍的面積（如表2）.不僅可以促進尖優生綜合運用符號、圖像等語言剖析物理現象和物理過程的自覺，養成透過現象看本質、深究數據背后規律的習慣，發展質疑能力和創新性思維，而且可以讓更多的普通高中生了解到題設數據的來龍去脈，拓寬思維的廣度和深度.

利用GeoGebra軟件，構建可視化的數形結合場景，既有抽象、理性的數理分析，體現論證過程的科學性、嚴謹性，更有形象、直觀的圖像展示，將復雜的物理過程可視化.透過數與形的統一、抽象與形象的交融，將繁雜的實證數據分析用直觀簡明的圖像清晰反映棒G運動的本質特征，讓學生知其然并知其所以然，深入模型實質.

4教學啟示

實際問題解決路徑如圖2所示.學生是否具有靈活應用物理知識解決實際問題的能力，主要表現在三個方面：一是情境轉化.能否將問題中的實際情境轉化為解決問題的物理情境，這是問題解決的基礎.二是模型建構.能否根據問題的條件和目標，把實際問題中的對象、過程轉化為適合的對象模型、過程模型，這是問題解決的關鍵.三是新的知識組塊生成.能否重新組合已有認知體系中的物理知識、科學思維和方法，形成新的解決問題的知識組塊，這是問題解決的核心.在教學中，要提升學生靈活運用知識解決問題的能力，教師應重視以下四個方面.

4.1夯實知識基礎，構建知識體系

夯實知識基礎，不僅要理解物理概念、規律的內涵與外延，辨析相關定理、定律之間的關系，還要深化知識間的聯系與統整.如解決第（3）問時，可以從動量與沖量、動力學、功與能等不同物理觀念視角切入，就是因為動量定理、動能定理與牛頓運動定律之間既有區別又有聯系，

它們間的聯系如圖3所示.

教學中，教師應引導學生打通知識點間的聯系，鏈接知識點形成知識面再構建知識體系，實現知識間的相互交融、融會貫通，為靈活運用知識奠定堅實基礎.學生只有具備了扎實的知識基礎，重視知識學習與實踐的結合，獲得將實際問題轉化為物理問題的大量經驗，才能形成把情境與知識相關聯的意識和能力，發展從物理學視角發現情境中的物理問題的解題素養.

4.2完善認知結構，發展學科素養

新的情境問題的解決，需要學生合理運用科學的思維方法，有效地組織整合學科的相關知識，調動運用學科的相關能力，高質量地認識問題、分析問題、解決問題[4]，即需要良好的新的知識組塊生成的能力支撐.學生具有動量定理、動能定理、動力學知識、微元與積累、微積分思想等必備知識，而最為關鍵的是是否具有靈活性、動態性、創新性的新的知識組塊的生成能力，利用創造性思維，通過有效組合，形成新的動態認知結構，順利解決棒G位移大小問題.教學中，“一題多解”可以讓學生從不同物理觀念視角進行發散性思考，靈活地、創造性地運用不同方法、不同知識組塊解決同一問題，實現同一層面的知識、能力、素養的橫向融會貫通，完善認知結構，開拓思維能力，提升高階思維能力以及應用數理結合思想方法，以形成知識骨架和思維階梯[5]；“一題多變”可以培養學生敏銳的洞察力，發現有價值的新問題，提出新設想，運用新方法，解決新問題，實現不同層面的知識、能力、素養的縱向融會貫通，形成具有內在邏輯聯系的整體，提升新的知識組塊的生成能力，發展學科素養.

4.3實施“大概念”教學，發展科學思維

高考命題科學設計試題設問，優化試題呈現方式，注重考查一些通用性方法[5].問題的解決需微積分思想的強力支撐，重在考查考生運用微元與積累思想方法解決問題的能力.微元與積累是個跨學科大概念，是數學中的微積分思想在物理中的具體表現，是物理思維和數學思維高度融合的產物，更為靈活、更加辯證.像微元與積累這樣思維型的大概念，不僅具有強解釋性、可遷移性、持久性，還具有學科中心性[6]，有著“提綱挈領”的功能.這就要求教師在平時教學中，保證學生必備基礎知識的完整性和牢固性的基礎上，實施思維型“大概念”教學，讓學生掌握一些通用性的思想方法，訓練思維的廣闊性和靈活性，形成解決問題的一般化思路，發展科學思維.

4.4融合信息技術手段，促進深度學習

融合GeoGebra信息技術的課堂教學，可以將晦澀難懂的數理分析可視化、抽象復雜的物理過程形象化，激勵學生思維的主動性和積極性.學生透過如表2所示的數形結合可視化場景，不僅知道了“是什么”，還激發了學習熱情，引發反思：設問可否設置為求在2～3.5 s時間內，棒G滑行的距離呢？具有敏銳洞察力的學生發現，若在2～3.5 s時間內，細繩始終無拉力，則在t=3.5 s時，物塊A的速度vA1=v1-aAΔt1=0.25 m/s，棒G的速度vG1=0.892 52 m/s，即G的速度將大于A的速度.那么，此時細繩是否依然無拉力呢？這一發現，引領學生進一步對學習內容進行加工、深入探究，從機械、被動的訓練走向主動建構、有效遷移.可見，GeoGebra軟件在高中物理教學中的應用和支持，可以為學生的深度學習搭建發展的平臺，拓寬認知邊界，促進信息素養的養成和核心素養的達成.

5結束語

文章通過對2022年高考物理福建卷壓軸題第15題題設條件的由來進行溯源，管窺命題意圖，并結合試題情境提出了教學啟示，旨在促進學生深度學習，完善學生的認知結構，發展學生的關鍵能力和學科素養.

參考文獻：

［1］"福建省教育考試院.福建省普通高考學科評價報告（思想政治、歷史、地理、物理、化學、生物）[M].福州：福建人民出版社，2022：119-120.

［2］ 中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）[M].北京：人民教育出版社，2020：53-63．

［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（07）：27-31.

［4］ 中華人民共和國教育部考試中心.中國高考評價體系說明[M].北京：人民教育出版社，2019：22-25.

［5］ 郭威.2023年高考物理福建卷第4題橫縱拓展探討與教學啟示[J].物理教師，2024，45（06）：76-78.

［6］ 張玉峰，姚建欣.基于大概念的三類物理課程：必要性、可行性與設計[J].教育科學研究，2022（05）：49-55.

［責任編輯：李璟］