论文部分内容阅读
摘要：基于物理核心素养的视角，通过对2018年全国Ⅰ卷综合物理科的计算题进行评析，挖掘新课程改革环境下全国I卷物理命题新特点，给一线教师以备考启示，最终实现在教学中融入对学生核心素养的培养.
关键词：核心素养；全国卷；物理计算题；评析；启示
作者简介：张一驰（1992-），男，硕士研，物理教师，研究方向：高中物理课程与教学、CYPT/IYPT竞赛、丘成桐科学奖、STEM教育等；
陈怡（1993-），女，硕士，物理教师，研究方向：高中物理课程与教学，PISA试题与测试研究，美国AP物理课程等.
高考物理全国卷I的命制以《普通高等学校招生全国统一考试大纲（理科）》为内容和要求，核心落脚在《普通高中物理课程标准》.2016年提出的新课程改革，必将引领高考命题改革.本文以2018年全国I卷综合物理科的计算题为例，挖掘新课程改革环境下命题新特点，领会高考评价体系，把握高考试题方向，关注试题新动向，给一线教师以备考启示，目的是实现在新课教学和复习教学中融入对学生核心素养的培养.
12018年全国卷理综24题评析
原题呈现一质量为m的烟花弹获得动能E后，从地面竖直升空.当烟花弹上升的速度为零时，弹中火药爆炸将烟花弹炸为质量相等的两部分，两部分获得的动能之和也为E，且均沿竖直方向运动.爆炸时间极短，重力加速度大小为g，不计空气阻力和火药的质量.求：
（1）烟花弹从地面开始上升到弹中火药爆炸所经过的时间；
（2）爆炸后烟花弹向上运动的部分距地面的最大高度.
能力素养要求本题主要考查了学生对动能定律、能量守恒定律、动量守恒定律、匀变速直线运动（竖直上抛）的理解能力以及对简单物理过程的建模推理能力.
从新课标学科核心素养的角度阐释，本题的素养要求主要着眼于物理观念和科学思维两个层面，其中物理观念层面达到水平二至水平三的要求，而科学思维层面达到水平二要求，如表1所示.
解析第一问，可以选择设初速度v0，然后用运动学公式求解.核心方程为E = 12mv20 和v0=gt.也可以设未爆炸前上升高度为H，用能量守恒结合运动学公式求解.核心方程为E=mgH和H=12gt2.此过程属于对简单的物理现象进行分析和推理.
第二问，烟花弹在最高点爆炸，此过程为爆炸（反冲）模型，满足能量守恒定律和动量守恒定律.若设爆炸后上下两部分速度为v1和v2，取v1速度向上，v2速度向下.
则根据能量守恒定律有
E=12m2v21 12m2v22
根据动量守恒定律有
m2v1=m2v22.
由此可以求得v1和v2.再对烟花弹上部分研究，设其第二次上升高度为h，由能量守恒定律有，12m2v21=m2gh，最终全过程上升高度即为H h.
点评本题所描述的物理情境本身不复杂，计算不繁琐，文字不啰嗦.但是其有着鲜明的特点，过程清晰，模型经典，规律基础.同时，在一个简单的物理过程中，却涉及到运动学公式、能量守恒定律和动量守恒定律，几乎涵盖了解决力学问题最重要的几种方法，其解答虽然简单，但思想并不浅层，有利于学生全面思考问题，完善认知结构.
综合来看，全国卷24题计算题的趋势是越来越回归物理的本质，要求学生熟悉基本定义和概念，学会利用最基础的模型和方程解决带有现实背景的题目，侧重考察学生物理观念的核心素养，显然是物理观念重于数学计算的直接体现.
22018年全国卷理综25题评析
原题呈现如图1，在y>0的区域存在方向沿y轴负方向的匀强电场，场强大小为E，在 y<0的区域存在方向垂直xOy平面向外的匀强磁场.一个氕核11H和一个氘核21H先后从y轴上y=h点以相同的动能射出，速度方向沿x轴正方向.已知11H进入磁场时，速度方向与x轴正方向的夹角为60°，并从坐标原点O处第一次射出磁场.11H的质量为 m，电荷量为q.不计重力.求：
（1）11H第一次进入磁场的位置到原点O的距离；
（2）磁场的磁感应强度大小；
（3）21H第一次离开磁场的位置到原点O的距离.
能力素养要求本题主要考查了学生对带电粒子在电场中的类平抛运动，带电粒子在磁场中的圆周运动的推理能力、分析综合能力以及运用数学处理问题的能力.
从新课标学科核心素养的角度阐释，本题体现的素养要求主要着眼在科学思维这个层面，其中科学思维层面需达到水平三至水平四要求.
解析传统角度解决这个问题方法较为固定，即把粒子运动分为两个过程，分别为在电场中的类平抛运动以及在磁场中的圆周运动.处理带电粒子在电场中的类平抛运動，本题只需把运动分解为水平和竖直两个方向，分别列出运动学公式，结合题目所给的速度偏转角即可求出第（1）问.
设11H进入磁场时，水平速度为vx，竖直速度为vy，根据题意
tan60°=vyvx
在运动过程中，水平方向有x=vxt；竖直方向有vy=at，h=12at2.
联立以上各式，可求得x=233h.
建立在第（1）问基础上，第（2）问的处理就变成了一个简单的圆周运动，仅需记住求解圆周半径需要用到的是合速度而非某一方向的分速度即可.
由几何关系：2cos30°R=x.
由牛顿第二定律：qvB=mv2R，
其中v=v2x v2y=vxsin30° .
联立以上各式，得B=6mEqh.
处理第（3）问时，整体思路和（1）（2）问完全一致，需注意此时粒子质量变为之前2倍，同样把粒子运动分为两个过程，带入计算即可.最终得到距离为23（6-3）h. 当然，如果跳出传统，从不同的角度思考物理问题，甚至采用不同方式分析解决物理问题，那这道题的处理就变得十分灵活.第（1）问中如果学生知道“类平抛运动过程中，任意时刻速度的反向延长线一定经过此时沿抛出方向水平总位移的中点”这个模型的特征结论，即可根据几何关系快速列出x2tan60°=h，仅一步即可解出答案.第（3）问中如果学生熟悉电偏转模型，知道“动能相同的粒子，在同一点垂直电场方向射入电场过程中，在电场中的运动轨迹完全一致”，这个特征结论，则可以快速得到最终21H进入磁场时，速度方向与x轴正方向的夹角同样为60°，从而清晰地理解粒子运动的过程，规避复杂的运算，轻松得到结果.
点评仍旧从2017年、2018年連续两年全国卷的命题趋势来看，第25题计算题的特点是模型清晰（即题目不难理解），但公式较多，需要对综合性过程进行分析和推理，运用一定数学知识，计算较繁琐，常规解法较为费时，学生在有限时间内很难计算出正确答案.但同时，如果学生在学习物理过程中对物理模型有过深度学习，能从不同的角度思考物理问题，甚至采用不同方式分析解决物理问题，那25题又反而可以速解.
综合来看，全国卷25题计算题的趋势是强化物理建模过程，强调利用数学解决问题，同时为进行过深度学习的学生提供大量巧解方法，侧重考察学生物理思维的核心素养，是物理思维与计算能力并重的表现.
3启示
31回归教材，夯实基础
从计算题尤其是24题的分析可以看出，基础概念和知识即是考察的重点，也是学生学习物理、培养能力的基石.围绕教材、夯实基础，是复习教学的立足点，更是学生形成物理观念的核心素养的灵魂工作.教师应该带动学生参与对课本的研读，不但要记忆一些基本概念和规律，更要弄清概念、规律的由来、内涵和外延，要让学生从多个角度对概念有深刻的掌握，让知识更有体系感和层次感.因此，不论学校的层次和学生水平的高低，建议所有教师在复习中所选试题均要体现基础性，不能一味拔高，试题选择必须充分体现由易到难的渐进关系，让学生打好基础的同时激发积极性.
32回归能力，深度探究
从计算题尤其是25题的分析可以看出，全国卷强调利用数学解决问题，同时为进行过深度学习的学生提供大量巧解方法，侧重考察学生物理思维的核心素养.想要培养学生的能力，就必须让学生对同一个问题有深度的思考和探究，即所谓的深度学习.教师应该指导学生主动建构体系，注重知识的联系性和整体性，善于类比不同的问题，利用类比和联系来解决各类问题.同时，教师应该注重对同一物理模型的多角度诠释和解答，鼓励学生尽可能独立推导并证明有关结论.站在更高的角度，还可以对学生处理问题时使用数学方法进行分类和深度学习，例如开展电磁场中临界问题的代数解法和几何解法专题展示等等.
33回归素养，提升思维
新课程改革环境下，命题的总体趋势是“回归物理本质凸显核心素养”，命题考察最核心部分还是学生的物理思维素养，如何让教学回归素养，让学生提升思维，是新课改环境下所有教师需要去思考和努力的方向.科学方法的教育和思维的教育在《物理课程标准》中并没有明确显示出来，需要教师在新教材中，在新课程中，在新教研中以及在新高考中不断去挖掘.只有从实践中来到实践中去，只有有意识地显化科学方法，渗透物理思想，才有利于培养学生的思维能力，发展物理能力，形成核心素养，从而提高学生的综合素养.
参考文献：
[1]教育部普通高中物理课程标准（实验）[M].北京：人民教育出版社，2003.
[2]教育部普通高中物理课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2016.
[3]教育部普通高等学校招生全国统一考试大纲（理科）[M].北京：高等教育出版社，2017.
[4]李华君， 黄沛华 核心素养导向的高考物理试题情境创设[J].物理教师， 2017， 38（5）：75-78.
[5]陈海， 陈丽珊 围绕高考试题落实高中物理学科核心素养的培养[J].中学物理教学参考， 2016（14）：21-22.
关键词：核心素养；全国卷；物理计算题；评析；启示
作者简介：张一驰（1992-），男，硕士研，物理教师，研究方向：高中物理课程与教学、CYPT/IYPT竞赛、丘成桐科学奖、STEM教育等；
陈怡（1993-），女，硕士，物理教师，研究方向：高中物理课程与教学，PISA试题与测试研究，美国AP物理课程等.
高考物理全国卷I的命制以《普通高等学校招生全国统一考试大纲（理科）》为内容和要求，核心落脚在《普通高中物理课程标准》.2016年提出的新课程改革，必将引领高考命题改革.本文以2018年全国I卷综合物理科的计算题为例，挖掘新课程改革环境下命题新特点，领会高考评价体系，把握高考试题方向，关注试题新动向，给一线教师以备考启示，目的是实现在新课教学和复习教学中融入对学生核心素养的培养.
12018年全国卷理综24题评析
原题呈现一质量为m的烟花弹获得动能E后，从地面竖直升空.当烟花弹上升的速度为零时，弹中火药爆炸将烟花弹炸为质量相等的两部分，两部分获得的动能之和也为E，且均沿竖直方向运动.爆炸时间极短，重力加速度大小为g，不计空气阻力和火药的质量.求：
（1）烟花弹从地面开始上升到弹中火药爆炸所经过的时间；
（2）爆炸后烟花弹向上运动的部分距地面的最大高度.
能力素养要求本题主要考查了学生对动能定律、能量守恒定律、动量守恒定律、匀变速直线运动（竖直上抛）的理解能力以及对简单物理过程的建模推理能力.
从新课标学科核心素养的角度阐释，本题的素养要求主要着眼于物理观念和科学思维两个层面，其中物理观念层面达到水平二至水平三的要求，而科学思维层面达到水平二要求，如表1所示.
解析第一问，可以选择设初速度v0，然后用运动学公式求解.核心方程为E = 12mv20 和v0=gt.也可以设未爆炸前上升高度为H，用能量守恒结合运动学公式求解.核心方程为E=mgH和H=12gt2.此过程属于对简单的物理现象进行分析和推理.
第二问，烟花弹在最高点爆炸，此过程为爆炸（反冲）模型，满足能量守恒定律和动量守恒定律.若设爆炸后上下两部分速度为v1和v2，取v1速度向上，v2速度向下.
则根据能量守恒定律有
E=12m2v21 12m2v22
根据动量守恒定律有
m2v1=m2v22.
由此可以求得v1和v2.再对烟花弹上部分研究，设其第二次上升高度为h，由能量守恒定律有，12m2v21=m2gh，最终全过程上升高度即为H h.
点评本题所描述的物理情境本身不复杂，计算不繁琐，文字不啰嗦.但是其有着鲜明的特点，过程清晰，模型经典，规律基础.同时，在一个简单的物理过程中，却涉及到运动学公式、能量守恒定律和动量守恒定律，几乎涵盖了解决力学问题最重要的几种方法，其解答虽然简单，但思想并不浅层，有利于学生全面思考问题，完善认知结构.
综合来看，全国卷24题计算题的趋势是越来越回归物理的本质，要求学生熟悉基本定义和概念，学会利用最基础的模型和方程解决带有现实背景的题目，侧重考察学生物理观念的核心素养，显然是物理观念重于数学计算的直接体现.
22018年全国卷理综25题评析
原题呈现如图1，在y>0的区域存在方向沿y轴负方向的匀强电场，场强大小为E，在 y<0的区域存在方向垂直xOy平面向外的匀强磁场.一个氕核11H和一个氘核21H先后从y轴上y=h点以相同的动能射出，速度方向沿x轴正方向.已知11H进入磁场时，速度方向与x轴正方向的夹角为60°，并从坐标原点O处第一次射出磁场.11H的质量为 m，电荷量为q.不计重力.求：
（1）11H第一次进入磁场的位置到原点O的距离；
（2）磁场的磁感应强度大小；
（3）21H第一次离开磁场的位置到原点O的距离.
能力素养要求本题主要考查了学生对带电粒子在电场中的类平抛运动，带电粒子在磁场中的圆周运动的推理能力、分析综合能力以及运用数学处理问题的能力.
从新课标学科核心素养的角度阐释，本题体现的素养要求主要着眼在科学思维这个层面，其中科学思维层面需达到水平三至水平四要求.
解析传统角度解决这个问题方法较为固定，即把粒子运动分为两个过程，分别为在电场中的类平抛运动以及在磁场中的圆周运动.处理带电粒子在电场中的类平抛运動，本题只需把运动分解为水平和竖直两个方向，分别列出运动学公式，结合题目所给的速度偏转角即可求出第（1）问.
设11H进入磁场时，水平速度为vx，竖直速度为vy，根据题意
tan60°=vyvx
在运动过程中，水平方向有x=vxt；竖直方向有vy=at，h=12at2.
联立以上各式，可求得x=233h.
建立在第（1）问基础上，第（2）问的处理就变成了一个简单的圆周运动，仅需记住求解圆周半径需要用到的是合速度而非某一方向的分速度即可.
由几何关系：2cos30°R=x.
由牛顿第二定律：qvB=mv2R，
其中v=v2x v2y=vxsin30° .
联立以上各式，得B=6mEqh.
处理第（3）问时，整体思路和（1）（2）问完全一致，需注意此时粒子质量变为之前2倍，同样把粒子运动分为两个过程，带入计算即可.最终得到距离为23（6-3）h. 当然，如果跳出传统，从不同的角度思考物理问题，甚至采用不同方式分析解决物理问题，那这道题的处理就变得十分灵活.第（1）问中如果学生知道“类平抛运动过程中，任意时刻速度的反向延长线一定经过此时沿抛出方向水平总位移的中点”这个模型的特征结论，即可根据几何关系快速列出x2tan60°=h，仅一步即可解出答案.第（3）问中如果学生熟悉电偏转模型，知道“动能相同的粒子，在同一点垂直电场方向射入电场过程中，在电场中的运动轨迹完全一致”，这个特征结论，则可以快速得到最终21H进入磁场时，速度方向与x轴正方向的夹角同样为60°，从而清晰地理解粒子运动的过程，规避复杂的运算，轻松得到结果.
点评仍旧从2017年、2018年連续两年全国卷的命题趋势来看，第25题计算题的特点是模型清晰（即题目不难理解），但公式较多，需要对综合性过程进行分析和推理，运用一定数学知识，计算较繁琐，常规解法较为费时，学生在有限时间内很难计算出正确答案.但同时，如果学生在学习物理过程中对物理模型有过深度学习，能从不同的角度思考物理问题，甚至采用不同方式分析解决物理问题，那25题又反而可以速解.
综合来看，全国卷25题计算题的趋势是强化物理建模过程，强调利用数学解决问题，同时为进行过深度学习的学生提供大量巧解方法，侧重考察学生物理思维的核心素养，是物理思维与计算能力并重的表现.
3启示
31回归教材，夯实基础
从计算题尤其是24题的分析可以看出，基础概念和知识即是考察的重点，也是学生学习物理、培养能力的基石.围绕教材、夯实基础，是复习教学的立足点，更是学生形成物理观念的核心素养的灵魂工作.教师应该带动学生参与对课本的研读，不但要记忆一些基本概念和规律，更要弄清概念、规律的由来、内涵和外延，要让学生从多个角度对概念有深刻的掌握，让知识更有体系感和层次感.因此，不论学校的层次和学生水平的高低，建议所有教师在复习中所选试题均要体现基础性，不能一味拔高，试题选择必须充分体现由易到难的渐进关系，让学生打好基础的同时激发积极性.
32回归能力，深度探究
从计算题尤其是25题的分析可以看出，全国卷强调利用数学解决问题，同时为进行过深度学习的学生提供大量巧解方法，侧重考察学生物理思维的核心素养.想要培养学生的能力，就必须让学生对同一个问题有深度的思考和探究，即所谓的深度学习.教师应该指导学生主动建构体系，注重知识的联系性和整体性，善于类比不同的问题，利用类比和联系来解决各类问题.同时，教师应该注重对同一物理模型的多角度诠释和解答，鼓励学生尽可能独立推导并证明有关结论.站在更高的角度，还可以对学生处理问题时使用数学方法进行分类和深度学习，例如开展电磁场中临界问题的代数解法和几何解法专题展示等等.
33回归素养，提升思维
新课程改革环境下，命题的总体趋势是“回归物理本质凸显核心素养”，命题考察最核心部分还是学生的物理思维素养，如何让教学回归素养，让学生提升思维，是新课改环境下所有教师需要去思考和努力的方向.科学方法的教育和思维的教育在《物理课程标准》中并没有明确显示出来，需要教师在新教材中，在新课程中，在新教研中以及在新高考中不断去挖掘.只有从实践中来到实践中去，只有有意识地显化科学方法，渗透物理思想，才有利于培养学生的思维能力，发展物理能力，形成核心素养，从而提高学生的综合素养.
参考文献：
[1]教育部普通高中物理课程标准（实验）[M].北京：人民教育出版社，2003.
[2]教育部普通高中物理课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2016.
[3]教育部普通高等学校招生全国统一考试大纲（理科）[M].北京：高等教育出版社，2017.
[4]李华君， 黄沛华 核心素养导向的高考物理试题情境创设[J].物理教师， 2017， 38（5）：75-78.
[5]陈海， 陈丽珊 围绕高考试题落实高中物理学科核心素养的培养[J].中学物理教学参考， 2016（14）：21-22.