加强大中衔接 培养科学思维

［摘 要］广西于2024年起实施高考综合改革后的考试招生录取模式，并于2024年1月开展了普通高校考试招生制度综合改革适应性演练。我国新一轮课程改革的目标指向落实核心素养，在新一轮课程改革下广西新高考物理试题对物理学科核心素养中的科学思维提出了更具体的要求。高考命题依托高考评价体系，聚焦关键能力考查，突出思维品质和过程，加强情境化设计，增强题目的开放性，提高人才选拔质量；遵循课程标准，深化基础性，加强教考衔接，促进教学提质增效，减少机械刷题，服务 “双减” 工作。文章以广西2024年普通高校考试招生制度综合改革适应性演练考试的两个典型例题为例分析探讨如何加强大学物理和高中物理的衔接以更好地培养学生的科学思维，为高中物理教学和“三新”背景下的高考物理备考提供参考。

［关键词］大中衔接；科学思维；新高考

［中图分类号］    G633.7        ［文献标识码］    A        ［文章编号］    1674-6058（2024）23-0051-03

为贯彻落实《国务院办公厅关于新时代推进普通高中育人方式改革的指导意见》和《中国高考评价体系》的精神，高考命题依托高考评价体系，聚焦关键能力考查，突出思维品质和过程，加强情境化设计，增强题目的开放性，提高人才选拔质量；遵循课程标准，深化基础性，加强教考衔接，促进教学提质增效，减少机械刷题，服务 “双减” 工作。广西自2021年启动高考综合改革，并于2024年起实施高考综合改革后的考试招生录取模式。在新一轮课程改革下，为了更好地适应新高考，广西于2024年1月19日至1月21日开展了普通高校考试招生制度综合改革适应性演练。此次适应性演练考试物理试卷的第9题和第10题在高中物理和大学物理的衔接上颇具代表性。各地考生高中物理基础不一致，研究高中物理和大学物理的衔接具有重要意义。

一、广西2024年普通高校考试招生制度综合改革适应性演练考试的物理典型真题

广西2024年普通高校考试招生制度综合改革适应性演练考试的物理试卷共计15道题，其中选择题10道，含7道单项选择题，每题4分，3道多项选择题，每题6分，其中第9题和第10题在高中物理和大学物理的衔接上颇具代表性。试题如下：

第9题（多选题）：等量同种理想气体分别经绝热过程①和一般过程②，温度均从[Ta]升至[Tb]，[p-V]图像如图1，过程①外界对理想气体做功为[W1]，过程②外界对理想气体做功为[W2]，则（ ）。

A. 过程②内能的增量等于[W1]

B. 过程①和过程②相比，[W1>W2]

C. 过程②理想气体向外界放出热量

D. 过程①理想气体从外界吸收的热量等于[W1]

第10题（多选题）：水塔顶部有一蓄满水的蓄水池，内部水的深度用[h]表示，靠近蓄水池底部的侧壁有一个面积为[S]的小孔，水从小孔水平喷出，水流下落过程中分离成许多球状小水珠，小水珠所受空气阻力大小可近似为[f=kπr2v2]，其中[k]为比例系数，[r]为小水珠半径，[v]为小水珠速度（[v]未知），设重力加速度为[g]，水的密度为[ρ]，水塔足够高，则（ ）。

A. 水从小孔喷出的速度约为[2gh]

B. 水珠最终下落速度不会超过[233ρgrk]

C. 小水珠在水平方向的最大位移仅由小孔离地高度和水喷出的速度决定

D. 若用一块木板正面去堵小孔，即将堵住时水对木板的冲击力大小为[5ρghS]

二、基于大中衔接的问题分析

基于高中物理知识分析第9题。

A选项，①为绝热过程，气体内能的变化量等于外界对气体做的功，即[ΔU1=W1]，由于理想气体的内能只与温度有关，而两过程的初末状态的温度相同，所以其初末状态的内能相同，即内能变化相同，即[ΔU2=ΔU1=W1]，故A选项正确。

B选项，由气体的[p-V]图像可知，图线与坐标轴围成的面积为气体做的功，由图像可知，过程②做的功大于过程①。过程①和过程②相比，[W1<W2]，故B选项错误。

C选项，由热力学第一定律有[ΔU2=W2+Q2]，又因为[ΔU2=W1]，且[W1<W2]，结合上述分析可知[Q2<0]，所以该过程气体向外界放出热量，故C选项正确。

D选项，由题意可知，①为绝热过程，所以该过程气体既不从外界吸收热量，也不向外界释放热量，故D选项错误。

故本题的正确答案为AC。

基于大学物理的热学知识求解绝热过程①和一般过程②外界对理想气体所做的功。

设[a]、[b]两个状态的参量分别为（[pa]，[Va]，[Ta]），（[pb]，[Vb]，[Tb]），绝热过程①对应的方程为[pVγ=C]，其中γ为绝热系数，不同的气体该系数有所不同。[a]、[b]两个状态有[paVγa=pbVγb]，过程①外界对理想气体做功为[W1]，[W1=VaVbpdV=VaVbpaVγadVVγ=1γ-1（pbVb-paVa）]。结合理想气体的状态方程[pV=nRT]，[n]为该气体物质的量，[R]为气体的普适常数。联立解得：[W1=1γ-1nR（Tb-Ta）=nRΔTγ-1]。对于一般过程②，对应的方程为[p=pb-paVb-VaV+paVb-pbVaVb-Va]，过程②，外界对理想气体做功为W2，[W2=VaVbpdV=VaVbpb-paVb-VaV+paVb-pbVaVb-VadV=12（pb+pa）（Va-Vb）]。

评析：这一道热学题以理想气体的[p-V]图像为情境素材，创设了研究气体的内能、热量和外界对理想气体做功的学习探索问题情境，充分体现了高中物理知识和大学物理知识的衔接，借助图像较好地考查了学生对两个准静态过程进行定性分析的情况，符合“三新”背景下学科核心素养的考查要求。本题既可以用高中物理的热力学第一定律及图像法的物理意义来定性分析，也可以用大学物理知识来定量计算。热学中理想气体的几个典型准静态过程包括等温过程、等压过程、等容过程、绝热过程，大学物理课程《热学》中明确要求对某一个热力学系统经过这几个典型的准静态过程时的热力学参量的过程方程、系统对外所做的功、系统内能的变化量以及系统自外界吸收的热量和摩尔热容进行计算。在高中阶段，要求根据热力学第一定律和理想气体的状态方程对一定质量的理想气体在等温过程、等压过程、等容过程、绝热过程中的热力学参量进行定性分析和定量计算。

基于高中物理知识分析第10题。

A选项求水从小孔喷出的速度，这里给出三种方法供参考。

方法1：在较短的时间[t]内，从小孔喷出的质量为[m]的小水柱等效来自蓄水池的水面上质量为[m]的小水柱，由机械能守恒定律可知[mgh=12mv2]，解得水从小孔喷出的速度约为[v=2gh]。

方法2：建立如图2所示的模型，在较短的时间[t]内，面积为[S]的小孔内喷出的小水柱的质量为[m=ρSl]，小水柱的初速度为0，末速度为[v]，小水柱的长度为[l=v2t]，小水柱左侧压强为[p1=p0+ρgh]，右侧压强为[p0]，左右侧的压强差产生的压力为[F=（p0+ρgh）-p0S=ρghS]，以小水柱的速度方向为正方向，由动量定理得[Ft=mv]，解得水从小孔喷出的速度[v=2gh]。

方法3：在方法2模型的基础上，利用动能定理有[Fl=12mv2]，同理解得[v=2gh]。

B选项，水珠下落速度最大时有[mg=f]，即[ρ43πr3g=kπr2vm2]，解得[vm=233ρgrk]，所以水柱最终下落速度不会超过[233ρgrk]，B选项正确。

C选项，若不计空气阻力，水平方向的最大位移仅由小孔离地高度和水喷出的速度决定，由于小水珠喷出后受空气阻力的作用，且本题考虑到实际情况，水流下落过程中分离成许多球状小水珠，小水珠的大小不同所受阻力不同，所以水平方向的最大位移由小孔离地高度和水喷出的速度以及阻力大小决定，C选项错误。

D选项，若用一块木板正面去堵小孔，设速度为v的水与木板表面的作用时间为[Δt]，设相互作用后水的末速度为0，则在[Δt]时间内到木板表面的水的质量为[m=ρSvΔt]，对到木板表面的水，以水的速度方向为正方向，水平方向由动量定理得[FNΔt=0-mv]， 解得[FN=-2ρghS]，可见即将堵住时水对木板的冲击力大小为[2ρghS]，D选项错误。

故本题的正确答案为AB。

基于大学物理的流体力学知识来分析第10题。

A选项相当于是求水从某一深度为h的水塔底部侧壁面积为[S]的小孔水平喷出的速度。随着液面的下降，小孔处水的流速也会逐渐降低，严格来说，并不是定常流动。但由于小孔的尺寸较小，在较短的时间内观测，蓄水池的液面高度没有明显变化，仍然可以看作是定常流动。这类问题通常利用伯努利方程来解决，选择小孔所在位置作为势能零点，并对蓄水池表面到小孔的流线运用伯努利方程，可认为蓄水池液体自由表面的流速为零，根据伯努利方程有：[ρgh+p0=12ρv2+p0]，式中[p0]表示大气压，[v]表示小孔处水的流速，解得水从小孔喷出的速度[v=2gh]。

评析：这是一道以水从深度为[h]的水塔底部侧壁面积为[S]的小孔喷出为情境素材，创设了研究计算水流喷出的速度、水对木板的冲击力以及水流的阻力为探索问题情境。本题是本次适应性演练考试中的压轴选择题，该题得分率较低，学生很难建立起物理情境进行分析，导致无法建立模型求解。利用大学的流体力学相关知识可以快速解答A选项。由于高中学生并没有学习流体力学的相关知识，因此无法利用伯努利方程来求解。本文给出了利用高中所学的物理知识解答问题的三种方法。用这三种方法得到的结果与用流体力学中的伯努利方程得到的结果相同。

三、总结

在“三新”背景下，大学物理与高中物理之间的衔接越来越密切。随着新高考改革的不断推进，各省市开始独立命题，导致不同省份学生的大学物理先修知识之间存在差别，部分学生高中物理知识与大学物理知识之间存在断层。大学物理是高等学校理工科专业的基础必修课程，这对教师的教和学生的学都具有很大的挑战，教师作为教学的实践者，做好大学物理与高中物理的衔接很有必要。新高考物理试题对物理学科核心素养中的科学思维提出了更具体的要求。本文对广西2024年普通高校考试招生制度综合改革适应性演练考试中的两个典型例题进行分析，对做好高中物理与大学物理的衔接的重要性以及基于高中物理与大学物理的衔接培养学生的科学思维进行了探讨，为高中物理教学和“三新”背景下的高考物理备考提供参考。

［   参   考   文   献   ］

[1]  周鸣宇，王坤，李慧.基于新高考背景下大中物理教学衔接研究[J].科教导刊（下旬），2019（33）：157-159.

[2]  贾玉兵，刘子涛.基于高考评价体系的物理学科关键能力培养策略[J].中学物理教学参考，2020，50（23）：1-3.

[3]  教育部教育考试院. 落实立德树人根本任务   服务拔尖创新人才培养：2023年高考理科综合全国卷试题评析[J].中国考试，2023（7）：27-31.

（责任编辑 黄春香）