摘 要:在深化基礎(chǔ)教育課程改革和考試招生制度改革的背景下,2016年全國卷的試題基調(diào)和各省份試題的變化都體現(xiàn)了核心素養(yǎng)的導(dǎo)向。試題注重考查考生的物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和科學(xué)態(tài)度與責任等核心素養(yǎng),為今后一段時期內(nèi)的高考考試內(nèi)容改革指明了方向。
關(guān)鍵詞:高考試題;核心素養(yǎng);物理觀念;科學(xué)思維;科學(xué)探究;學(xué)習進階
中圖分類號:G633.7 文獻標識碼:A 文章編號:1003-6148(2017)2-0045-4
在深化基礎(chǔ)教育課程改革和考試招生制度改革的背景下,“核心素養(yǎng)”成為一線教師和命題老師關(guān)注的焦點。物理學(xué)科的核心素養(yǎng)包括物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和科學(xué)態(tài)度與責任,核心素養(yǎng)的命題立意在2016年高考物理試題中得到了很好的體現(xiàn),為今后一段時期內(nèi)的高考內(nèi)容改革指明了方向[1]。
1 立足經(jīng)典模型,考查物理觀念
“物理觀念”是指基本知識、基本概念、基本規(guī)律和基本方法等在頭腦中的提煉和升華。主要包括運動觀念、物質(zhì)觀念、相互作用觀念、能量觀念等要素。
例1 (2016江蘇卷第2題)有A、B兩小球,B的質(zhì)量為A的兩倍?,F(xiàn)將它們以相同速率沿同一方向拋出,不計空氣阻力。圖1中①為A的運動軌跡,則B的運動軌跡是( )
A.① B.② C.③ D.④
分析 本題從運動觀念立意,利用經(jīng)典的拋體模型,考查拋體運動觀念。拋體運動的加速度始終為g,與拋體的質(zhì)量無關(guān)。當將A、B兩物體以相同速率沿同一方向拋出時,運動軌跡應(yīng)該相同。本題如果學(xué)生沒有形成正確的拋體運動觀念,很容易想當然地認為重的物體拋得近一些,錯誤地選C選項。
例2 (2016全國I卷第19題)如圖2,一光滑的輕滑輪用細繩OO' 懸掛于O點;另一細繩跨過滑輪,其一端懸掛物塊a,另一端系一位于水平粗糙桌面上的物塊b。外力F向右上方拉b,整個系統(tǒng)處于靜止狀態(tài)。若F方向不變,大小在一定范圍內(nèi)變化,物塊b仍始終保持靜止,則( )
A.繩OO' 的張力也在一定范圍內(nèi)變化
B.物塊b所受到的支持力也在一定范圍內(nèi)變化
C.連接a和b的繩的張力也在一定范圍內(nèi)變化
D.物塊b與桌面間的摩擦力也在一定范圍內(nèi)變化
分析 本題從力的相互作用觀念立意。由滑輪性質(zhì),滑輪兩側(cè)繩的拉力相等,物體a受到繩的拉力等于其重力。物體a、b均保持靜止,則a、b受到繩的拉力大小方向均不變,所以O(shè)O' 的張力不變,排除A、C選項,本題是多項選擇題,利用排除法可以得出B、D選項正確。
例3 (2016海南卷第10題)如圖3,一帶正電的點電荷固定于O點,兩虛線圓均以O(shè)為圓心,兩實線分別為帶電粒子M和N先后在電場中運動的軌跡,a、b、c、d、e為軌跡和虛線圓的交點。不計重力,下列說法正確的是( )
A.M帶負電荷,N帶正電荷
B.M在b點的動能小于它在a點的動能
C.N在d點的電勢能等于它在e點的電勢能
D.N在從c點運動到d點的過程中克服電場力做功
分析 本題從能量觀念立意,以點電荷電場和帶電粒子在電場中的運動這一經(jīng)典模型為背景,考查電場力做功和動能、電勢能的變化關(guān)系,是一道以能量觀念立意的試題。電場能量的基本觀念是:在同一等勢面上,電場力不做功;電場力做正功,動能增加,電勢能減少;反之,電場力做負功,動能減少,電勢能增加。
啟示 通過以上三道試題的分析說明,高考試題旨在倡導(dǎo)通過高中階段的教學(xué),尋找最佳的教學(xué)序列并精心設(shè)計教學(xué),培養(yǎng)學(xué)生四大物理觀念,即運動觀念、物質(zhì)觀念、相互作用觀念和能量觀念等;促進物理觀念的不斷進階,并能用這些觀念解決實際生活中的一些問題或應(yīng)用這些觀念來描述自然界的圖景。
2 創(chuàng)設(shè)意義情景,考查科學(xué)思維
“科學(xué)思維”是指物理學(xué)的認識方式和科學(xué)方法的內(nèi)化,主要包括物理模型的建構(gòu)、科學(xué)思維的推理和論證等相關(guān)要素。
例4 (2016全國I卷第17題)利用三顆位置適當?shù)牡厍蛲叫l(wèi)星,可使地球赤道上任意兩點之間保持無線電通訊。目前地球同步衛(wèi)星的軌道半徑約為地球半徑的6.6倍。假設(shè)地球的自轉(zhuǎn)周期變小,若仍僅用三顆同步衛(wèi)星來實現(xiàn)上述目的,則地球自轉(zhuǎn)周期的最小值約為( )
A.1 h B.4 h C.8 h D.16 h
分析 本題基于一種科學(xué)假設(shè)的情況下,以科學(xué)思維立意,考查考生的科學(xué)思維過程。這包括:
(1)模型建構(gòu)。地球自轉(zhuǎn)周期變小,衛(wèi)星要與地球保持同步,則衛(wèi)星的公轉(zhuǎn)周期怎么變化?
(2)科學(xué)思維推理。從定性思維角度分析,在衛(wèi)星離地球的高度變小的情況下,要實現(xiàn)三顆衛(wèi)星覆蓋全球的目的,三顆衛(wèi)星的位置應(yīng)該怎樣分布?
(3)科學(xué)思維論證。在科學(xué)推理的基礎(chǔ)上,作出幾何關(guān)系圖,定量思維求出最小軌道半徑,計算出最小周期。
例5 (2016江蘇卷第9題)如圖4所示,一只貓在桌邊猛地將桌布從魚缸下拉出,魚缸最終沒有滑出桌面。若魚缸、桌布、桌面兩兩之間的動摩擦因數(shù)均相等,則在上述過程中( )
A.桌布對魚缸摩擦力的方向向左
B.魚缸在桌布上的滑動時間和在桌面上的相等
C.若貓增大拉力,魚缸受到的摩擦力將增大
D.若貓減小拉力,魚缸有可能滑出桌面
分析 以貓拉桌布為情境,建構(gòu)木板木塊模型,以科學(xué)思維立意,考查考生的科學(xué)思維過程。
(1)模型建構(gòu)。魚缸在桌布上和在桌面上的受力與運動模型。
(2)科學(xué)思維推理。因為魚缸、桌布、桌面兩兩之間的動摩擦因數(shù)均相等,魚缸受到桌布向右的摩擦力與它受到桌面向左的摩擦力大小相等,所以魚缸向右加速的加速度大小與向右減速的加速度大小相等,方向相反。魚缸的初速度為零,末速度也為零,根據(jù)對稱性可知,魚缸做加速運動的時間與做減速運動的時間相等。
(3)科學(xué)思維論證。定性思維,若貓減小拉力,桌布的加速度減小,魚缸在桌布上的運動時間變長,而魚缸向右的加速度不變,由x=at2/2知,魚缸相對于桌面的位移變大,桌布被拉出后魚缸在桌面上的位移也變大,魚缸就有可能滑出桌面。
啟示 從以上兩道試題分析看出,試題通過意義情境(科學(xué)假設(shè)或聯(lián)系實際),考查科學(xué)思維,啟示在今后的高中教學(xué)中,應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生模型建構(gòu)的意識和能力;培養(yǎng)學(xué)生運用科學(xué)思維方法,從定性和定量兩個方面進行科學(xué)推理和論證的關(guān)鍵能力。核心素養(yǎng)的形成不是一蹴而就的,需要在教育教學(xué)過程中慢慢形成[2]。
3 基于事實證據(jù),考查科學(xué)探究和科學(xué)態(tài)度與責任
“科學(xué)探究”是指基于證據(jù)的猜想和假設(shè),獲取證據(jù)信息和處理信息,并對實驗探究過程和結(jié)果進行分析和評估。“科學(xué)態(tài)度與責任”是指對待科學(xué)的正確態(tài)度和責任感,主要包括“科學(xué)本質(zhì),科學(xué)態(tài)度,科學(xué)·技術(shù)·社會·環(huán)境關(guān)系(簡稱STSE)”等要素。
例6 (2016全國I卷23題) 現(xiàn)要組裝一個由熱敏電阻控制的報警系統(tǒng),要求當熱敏電阻的溫度達到或超過60 ℃時,系統(tǒng)報警。提供的器材有:熱敏電阻,報警器(內(nèi)阻很小,流過的電流超過Ic時就會報警),電阻箱(最大阻值為999.9 Ω),直流電源(輸出電壓為U,內(nèi)阻不計),滑動變阻器R1(最大阻值為1000 Ω),滑動變阻器R2(最大阻值為2000 Ω),單刀雙擲開關(guān)一個,導(dǎo)線若干。
在室溫下對系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)。已知U約為18 V,Ic約為10 mA。流過報警器的電流超過20 mA時,報警器可能損壞。該熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小,在60 ℃時阻值為650.0 Ω。
(1)在答題卡上完成待調(diào)節(jié)的報警系統(tǒng)原理電路圖(圖5)的連線。
(2)電路中應(yīng)選用滑動變阻器_____________(填“R1”或“R2”)。
(3)按照下列步驟調(diào)節(jié)此報警系統(tǒng):
①電路接通前,需將電阻箱調(diào)到一固定的阻值,根據(jù)實驗要求,這一阻值為______Ω;滑動變阻器的滑片應(yīng)置于_______(填“a”或“b”)端附近,不能置于另一端的原因是 。
②將開關(guān)向_______(填“c”或“d”)端閉合,緩慢移動滑動變阻器的滑片,直至 。
(4)保持滑動變阻器滑片的位置不變,將開關(guān)向另一端閉合,報警系統(tǒng)即可正常使用。
分析 本題將熱敏電阻與報警器聯(lián)系起來創(chuàng)設(shè)新的情境,探索報警系統(tǒng)的實驗原理、提出新的操作步驟和思路。
(1)基于證據(jù)的猜想和假設(shè)
現(xiàn)要組裝一個由熱敏電阻控制的報警系統(tǒng),要求當熱敏電阻的溫度達到或超過60 ℃時,系統(tǒng)報警。由圖5可知,若把電阻箱作為模擬的熱敏電阻,利用等效替代實驗思想,即電阻箱和熱敏電阻并聯(lián)連接探究報警系統(tǒng)的原理,也是基于科學(xué)的態(tài)度和責任,防止貿(mào)然接入電路,損壞報警器。
(2)獲取證據(jù)信息和處理信息
證據(jù)信息:已知U約為18 V,Ic約為10 mA;流過報警器的電流超過20 mA時,報警器可能損壞。
處理信息:根據(jù)歐姆定律R=U/I,當U=18 V,通過報警器的電流10 mA≤Ic≤20 mA,故電路中總電阻: 900 Ω≤R≤1800 Ω。題中說明熱敏電阻在60 ℃時阻值為650.0 Ω,則串聯(lián)在電路中的電阻箱應(yīng)選R2。
(3)探究過程與結(jié)果的分析和評估
為防止通過報警器的電流過大,燒壞報警器,因此在連接電路時,滑動變阻器應(yīng)滑至最大值,即滑動變阻器的滑片置于b端。同時先接通模擬熱敏電阻,即開關(guān)向c端靠攏,然后緩慢移動滑動變阻器的滑片,直至報警器開始報警,這也體現(xiàn)了對科學(xué)探究的正確態(tài)度和責任感。
啟示 從以上試題分析可以看出,基于事實證據(jù)的過程性評價,診斷學(xué)生的學(xué)習情況和學(xué)習困惑,能夠促進教與學(xué)行為的改進,從而促進學(xué)生的發(fā)展。在高中教學(xué)中要注重培養(yǎng)學(xué)生基于證據(jù)的科學(xué)探究意識,科學(xué)探究的態(tài)度與責任,能在學(xué)習和日常生活中發(fā)現(xiàn)問題、提出合理猜測與假設(shè);使用各種方式、方法收集信息和處理信息,并能正確實施探究過程和對結(jié)果進行分析和評估。
物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)離不開學(xué)生的學(xué)習實踐,物理教學(xué)應(yīng)以貫穿物理核心素養(yǎng)的養(yǎng)成為主線,以學(xué)生的學(xué)習實踐為依托,以評價改革推力成為深化改革的動力源[3]。
參考文獻:
[1]程力.增強基礎(chǔ)性和綜合性 深化高考物理內(nèi)容改革[J].物理教師,2016,37(5):74-77.
[2]林明華. 高中物理核心素養(yǎng)的內(nèi)涵與培養(yǎng)途徑[J].福建基礎(chǔ)教育研究,2016(2):4-6.
[3]曹義才.基于核心素養(yǎng)導(dǎo)向的物理實驗教學(xué)表現(xiàn)性評價[J].物理教師,2016,37(7):9-11.
(欄目編輯 陳 潔)