从高考命题看“物理核心素养”的考查

一.物理观念
物理观念,指物质观、运动观、相互作用观、能量观。
1.物质观,指一切物体、场,是能量的一种聚集形式。如固体、液体、气体和波、场等。
2.运动观,一切物质都在运动,如机械运动、热运动、电磁运动、原子、原子核和核内粒子运动;是人们对时间、空间、参照系以及相关物理量随速度而变化的关系的认识。
案例:2016年高考理科综合全国卷第21题。v-t图考查(追及问题)。这是高考对“运动观”的要求。涉及的核心素养的级别已达水平5,即具有清晰、系统的物理观念,能从物理学的视角正确描述和解释直线运动,能灵活应用所学的物理知识解决实际问题。
案例:2018全国III卷第19题,竖直矿井中装矿石的矿车在两次提升过程的速度-时间图线,这是高考对“运动观”的要求。涉及的核心素养的级别已达水平5。要求学生从图像中提取信息、加工信息并结合
案例:(2017 全国卷 1)发球机在同一高度向正前方依次水平射出两个速度不同的乒乓球,速度较大的乒乓球越过球网,速度较小的乒乓球没有越过球网。其原因是( )
A.速度较小的乒乓球下降了相同距离时所用的时间较多
B.速度较小的乒乓球在下降了相同距离时在竖直方向上的速度较大
C.速度较大的乒乓球通过同一水平距离时所用的时间较少
D.速度较大的乒乓球在相同时间间隔内下降的距离较大
分析:对乒乓球,做平抛运动。显然这是高考考查“运动观”。关键是抓住二个分运动规律,就能轻松得到答案C。
3.相互作用观。自然界中存在着四种基本相互作用:存在于一切物体之间的相互吸引的万有引力;电荷之间、磁体之间的电磁相互作用;使原子核紧密地保持在一起的强相互作用;在放射现象中起作用的弱相互作用。
案例:平衡类试题(连接体问题)。考查考生对相互作用(力)的理解和应用,体现了高考对相互作用观念的要求。涉及的核心素养的级别已达水平5。
4.能量观。能量是对一切宏观、微观物质运动的描述;不同形式的运动,能量分为机械能、分子内能、电能、化学能、原子能等;各种形式的能可以相互转化,能量守恒定律则建立了不同的运动形式在相互转化中数量上的确定关系。
案例:2016年高考物理海南卷第10题。电场中的轨迹问题。以带电粒子在静电场中的运动为背景,考查了带电粒子在运动过程中电势能、动能的转化情况,体现了高考对能量观念的要求。本题涉及的核心素养的级别已达水平5。
高考,将“概念、规律”作为载体,考查考生的物理观,引导考生形成“物理观”,最为关键的是能用这些观念解释自然现象和解决实际问题。从物理核心素养的视角看,重视概念、规律,突出考查物理观;坚持能力立意,考查科学思维;体验合作、创新,考查科学探究能力;关注理论联系实际,突出考查科学态度与责任等特点。
二.科学思维
科学思维,指对事物的本质、内在规律及相互关系的认识方式,是构建“理想模型”的抽象概括过程,也是对分析综合、推理论证等方法的内化,基于事实证据和科学推理对不同观点和结论提出质疑、批判,进而提出创造性见解的能力与品质。主要包括模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等要素。
1.模型建构。质点、点电荷、匀强电场(物理概念),匀变速直线运动(物理过程),都是“理想模型”,物理规律就是通过对物理模型的研究得出的。
案例:2016年高考理科综合全国卷第35(2)题。喷泉问题,这是一种“流体管道模型”,体现了高考对模型建构的要求,涉及的核心素养的级别已达水平5,即能根据解决问题的需要建构恰当的物理模型。在过去,这是“能力立意”,现在,叫“核心素养立意”,体现了“以人为本”。
案例:2018全国I卷第20题,引力波,要求考生从实际物理情景中抽象出“双星”物理模型,再从物理模型中分析其中的物理规律、各物理量的变化及相互之间的关系, 进行推理、数学运算及求解。
案例:2018全国II卷第16 题,我国自主建造的世界最大口径射电望远镜所发现的毫秒脉冲星,要求学生根据题给情境会建立“行星运动模型”。考查学生对万有引力、匀速圆周运动等规律的理解和应用。
案例:2018全国II卷第24题,烟花弹爆炸,要求考生从实际物理情景建立“爆炸模型”,考查动量守恒定律的应用。
2.科学推理,即要求考生能正确运用科学思维方法,从定性和定量两个方面进行科学推理、找出规律、形成结论。
案例:2016年高考理科综合全国卷第35(2)题。碰撞问题,要求考生根据动量守恒定律和能量守恒定律列出二元二次方程并联立求解。在过去,这是“能力立意”,考查“推理能力”,现在,叫“核心素养立意”,涉及的核心素养的级别已达水平5,即能在新的情境中对综合性物理问题进行分析和推理,获得正确结论并加以解释。
案例:(2017 年全国卷 2)如图,一个大的光滑圆环固定在桌面上,环面平行于竖直平面,在大的光滑圆环上套一个小环,让小环从大圆环的最高点由静止开始往下滑,求小环下滑的过程中,大圆环对它的作用力是( )
A.一直不做功
B.一直做正功
C.始终指向大圆环圆心
D.始终背离大圆环圆心
分析:审题时要对“光滑圆环”敏感,因为它意谓着“小环和大环之间没有摩擦力”。换句话说,大环对小环的作用力,其实就是支持力,与小环的速度方向垂直,不做功,直接选A。这就是一种科学的推理思维。如果只死记公式或概念,就难以学好物理,也难以培养核心素养。
3.质疑创新,就是指打破已有的思维定式、思维习惯或以往的思维成果,使思维沿着不同方向、不同角度扩散,得出不同结论的思维方式。要求有批判性思维的意识,能基于证据大胆质疑,从不同角度思考问题,追求科技创新;
案例:2016年高考理科综合北京卷第23题。带电粒子的加速、偏转问题。第2问,判断是否考虑重力,涉及核心素养的级别已达水平5,即能考虑证据的可靠性,合理使用证据,从多个视角审视检验结论。第3问,引导考生运用类比思维,结合电场中“电势”,建立重力场中的“重力势”的概念,旨在考查考生的创新能力;涉及核心素养的级别已达水平5,即解决物理问题具有一定的新颖性。
高考,对思维的考查是多维度的,有推理,有分析综合,还有质疑和创新。
三.实验探究
科学探究思维,即提出问题,形成猜想和假设,获取和处理信息,基于证据得出结论并作出解释,以及对科学探究过程和结果进行交流、评估、反思。包括问题、证据、解释、交流等要素。
1.问题,指培养考生的科学探究意识,鼓励考生在学习和日常生活中发现问题、提出合理猜测与假设。
案例:2016年高考物理江苏卷第6题。电吉他中电拾音器,金属弦被磁化,因此弦振动时,在线圈中产生感应电流,电流经电路放大后传送到音箱发生声音。要求考生能结合电吉他的工作原理,发现问题、提出假设。本题涉及的核心素养的级别已达水平5,即能面对真实情境,从不同角度提出并正确表述可探究的物理问题,从而作出有依据的猜测。
2.证据,是指考生要具有设计探究方案和获取证据的能力,能正确实施探究方案,使用各种方法收集信息。
016年高考理科综合北京卷第19题。探究用不同方法测定干电池的电动势和内阻。要求考生具有正确选择、设计实验方案的能力。本题涉及的核心素养的级别已达水平4,即能制订科学探究方案,选择使用合适的器材。
3.解释,指考生要具有分析论证的能力,会使用各种方法和手段分析、处理信息,描述、解释探究结果和变化趋势。
案例:2016年高考理科综合全国卷第22题。验证机械能守恒定律,要求考生初步具备利用实验数据分析论证、描述解释的能力。本题涉及的核心素养的级别已达水平5,即能用多种方法对数据进行描述和分析,发现规律,形成结论,用已有物理知识进行解释。
案例:2017 年全国卷 1第22题,自制的“滴水计时器”来计量时间,研究匀变速直线运动。要求考生能利用实验数据处理问题,求出速度和加速度。
4.交流,指考生要具有合作与交流的意愿与能力,能准确表述、评估和反思探究过程与结果。
案例:2016年高考物理江苏卷第11题.验证机械能守恒定律,本实验第(3)下表为该同学的实验结果:他发现表中的ΔE
p
现在,高考越来越重视对科学探究能力的考查,让学生体验合作、创新。
四.科学态度与责任
科学态度与责任,指在认识科学本质,理解科学·技术·社会·环境关系的基础上,逐渐形成的对科学和技术应有的正确态度以及责任感。科学态度与责任主要包括科学本质、科学态度、社会责任等要素。说穿了,就是关注“理论联系实际”。
1.科学本质,指对于科学知识、科学研究过程、科学方法、科学精神、科学的历史、科学的价值、科学的限度等方面最基本特点的认识,是一种对于科学本身全面的、哲学性的基础认识。
案例:2016年高考理科综合全国卷第14题。考查行星运动的规律,考查了关于行星运动规律发现过程中的科学史相关内容,充分挖掘科学史的内在价值,促进学生人文精神和科学素养的养成,引导中学物理教学加强科学史的教育,以实现物理教学的科学和人文价值。本题涉及的核心素养的级别为水平1。
2.科学态度,指考生要具有学习和研究物理的好奇心与求知欲,能主动与他人合作,尊重他人,能基于证据和逻辑发表自己的见解,实事求是,不迷信权威。
3.社会责任,指考生在进行物理研究和物理成果应用时,能遵循普遍接受的道德规范,理解科学·技术·社会·环境的关系,热爱自然,具有保护环境、节约资源、促进可持续发展的责任感。
案例:2016年高考理科综合北京卷第17题。宋代科学家沈括在《梦溪笔谈》中最早记载了地磁偏角。考查了考生对地磁偏角、地磁场的分布以及地磁场对带电粒子的作用的理解。在体现中国优秀传统文化的同时,试题也紧跟时代,体现物理学在科学研究及技术应用上的新发展。本题涉及的核心素养的级别已达水平3。
案例:2016年高考理科综合四川卷第10题。避险车道是避免恶性交通事故的重要设施,由制动坡床和防撞设施等组成。本题以公路应急避险车道的设置为背景,深入挖掘了真实情境中的学科内涵和应用价值,考查学生独立思考、灵活运用所学知识解决实际问题的能力,突出了物理知识的实用价值。本题涉及的核心素养的级别已达水平3。
案例:2017年全国卷。大科学工程“人造太阳”主要是通过用氘核聚变反应所释放的能量来发电。已知氘核聚变反应方程是 21 H+21 H→32 He+01 n。已知 21 H 的质量为 2.0136 u,32 He 的质量为 3.0150 u,10 n 的质量为 1.0087 u,1 u=931 MeV/c2。那么在这个反应中所释放的核能约为( )
A.3.6 MeV
分析:“核聚变”,这是“现代科技”,引导学生关注科技和社会生活相关的事件,增强学生将科学服务于社会的责任感。
这道题联系现代科技,将目光投射到“核聚变产能发电”上,由此可以引导学生多关注科技和社会生活相关的事件,增强学生将科学服务于社会的责任感。
物理教学的目的不仅仅是向学生传授知识,更重要的是促进学生良好科学态度的养成,培养学生正确认识科学的本质,激发学生的好奇心与求知欲,具有社会责任感。
附:新高考“学业水平考试”
新的高考综合改革2017年在全国铺开,重要的举措是“学业水平考试”。据研究,“学业水平考试”分为“合格性”和“等级性”二个层次。“合格性学业水平考试”,考查“必修”内容,强调基础性又重视全面性;通过了就可达到“学业质量标准的水平2”;这是高中毕业的最低水平。“等级性学业水平考试”,考查“必修+选修”,既体现综合性又兼顾应用性;通过了就可达到“学业质量标准的水平4”;换句话说,就是具备了进入高等学校相关专业学习的资格。一个管“毕业”,一个“升学”,物理学业水平考试将注重考查物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四个方面的核心素养,考试内容的情境将会更加符合学生心理发展水平和认知规律,尤其是会反映物理学科本质,会密切联系社会、经济、科技、生产与生活实际。