核心素养导向下高考物理试题的情境化研究

摘  要：核心素养导向下的高考物理试题命制以多元情境为载体考查学生的必备品格和关键能力，分析2022年全国甲乙卷情境类试题，发现在生活实践情境领域中，日常生产生活情境和前沿科技情境居多；在学习探索情境领域中，教材典型情境和科学探究情境是高考物理试题情境创设的主要来源，基于情境对物理核心素养四个维度的考查各有侧重，这对物理教学中核心素养的培养具有启示意义。

关键词：核心素养；高考；物理试题；情境

中图分类号：G633.7 文献标识码：A    文章编号：1003-6148（2022）10-0040-5

核心素养是指学生在接受相应学段和学科的教育过程中，逐步形成适应个人终身发展和未来社会发展所需的必备品格与关键能力[1]。《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》对物理核心素养的具体内容作出界定，主要包括物理观念、科学思维、科学探究和科学态度与责任。核心素养导向下的高考试题多以情境为载体对学生物理核心素养的发展水平进行考查。依据《中国高考评价体系》，情境化试题将物理知识与情境相融合，使学生基于真实物理情境分析解决问题，注重对学生关键能力和必备品格的考查，能够有效地评价物理学科核心素养的培养现状与发展趋势。通过对2022年全国高考甲乙卷中物理试题的情境化分析，力求为一线教师对学生物理核心素养的培养提供参考。

1    情境化试题

情境是支撑学生认知活动的条件、构成学生学习生态系统的要素，影响学生素养发展的因素。高考评价体系中指出：“情境”即“问题情境”，是真实的问题背景，是以问题或任务为中心构成的活动场域。情境化试题是指以情境为载体对学科内容进行考查的题目。试题中不同特征的情境信息影响学生对已知条件的提取、物理模型的建构、物理方法的运用以及物理问题的解决。基于知识应用和产生方式的不同，可以将情境分为两类，分别为生活实践情境和学习探索情境[2]。生活实践情境的主要来源是日常的生活现象、生产劳动、体育项目以及科技前沿的成就；学习探索情境的主要来源是基于教材或者超越教材的科学实验和科学研究。

高考物理试题基于生活实践问题情境和学习探索问题情境，试图引导学生回归人类知识、生产过程的本源，还原知识应用的实际过程，考查学生的物理知识与技能，从而选拔出在陌生情境下仍能进行深度思考并解决问题的学生。情境化试题不仅能够凸显高考试题的能力立意，还能呈现其素养立意，符合人类知识再生产过程的规律，有效地体现高考“立德树人、服务选材、引导教学”的核心功能。

2    全国卷中试题的情境化分析

2022年全国高考物理试卷分为全国甲卷和全国乙卷，使用此类传统试卷的省份共17个，云南、广西、贵州、四川、西藏5个地区使用全国甲卷，河南、吉林、黑龙江、甘肃、青海、宁夏、内蒙古、安徽、江西、广西、山西、陕西12个地区使用全国乙卷，具有广泛的代表性。将两套试卷中的情境化试题按照高考评价体系中的生活实践问题情境和学习探索问题情境进行分类，发现在生活实践问题情境领域下主要以科技成就和日常生产生活现象为情境来源，在学习探索问题情境领域下主要以科学探究和教材典型问题为情境来源。为从高考情境化试题中获取对教学有价值的信息，本文以2022年高考全国甲乙卷中典型试题为例，在上述四类情境下对试题的情境材料、考查内容以及素养侧重三个方面进行分析。

2.1    生活实践问题情境

2.1.1    科技成就相关的情境

例1 （全国乙卷第14题）2022年3月，中国航天员翟志刚、王亚平、叶光富在离地球表面约400 km的“天宫二号”空间站上通过天地连线，为同学们上了一堂精彩的科学课。通过直播画面可以看到，在近地圆轨道上飞行的“天宫二号”中，航天员可以自由地漂浮，这表明他们（      ）

A.所受地球引力的大小近似为零

B.所受地球引力与飞船对其作用力两者的合力近似为零

C.所受地球引力的大小与其随飞船运动所需向心力的大小近似相等

D.在地球表面上所受引力的大小小于其随飞船运动所需向心力的大小

上述高考题以科技成就相关的情境为载体，比如高速列车的应用、天地连线授课等，引导学生关注科技成就及其实际应用，从而激发学生学习物理的兴趣。例1以航天员在“天宫二号”上自由漂浮进行授课为背景信息，考查学生对太空失重问题的理解，需要学生对失重的科学本质有清晰的认知，综合运用万有引力、圆周运动以及向心力相关知识才能选出正确选项，同时该情境具有时代性，体现了新时代我国重大科技发展成就，能够提升学生的民族自豪感和国家认同感。

2.1.2    联系日常生活的情境

例2 （全国甲卷第24题）将一小球水平抛出，使用频闪仪和照相机对运动的小球进行拍摄，频闪仪每隔0.05 s发出一次闪光。某次拍摄时，小球在抛出瞬间频闪仪恰好闪光，拍摄的照片编辑后如图1所示。图中的第一个小球为抛出瞬间的影像，每相邻两个球之间被删去了3个影像，所标出的两个线段的长度s1和s2之比为3：7。重力加速度大小取g=10 m/s2，忽略空气阻力。求在抛出瞬间小球速度的大小。

例3 （全国乙卷第18题）安装适当的软件后，利用智能手机中的磁传感器可以测量磁感应强度B。如图2，在手机上建立直角坐标系，手机显示屏所在平面为xOy面。某同学在某地对地磁场进行了四次测量，每次测量时y轴指向不同方向，而z轴正向保持竖直向上。根据表1中测量结果可推知（    ）

A.测量地点位于南半球

B.当地的地磁场大小约为50 μT

C.第2次测量时y轴正向指向南方

D.第3次测量时y轴正向指向东方

上述两道高考题均属于融合性情境试题[3]，具有一定的创新性。试题联系日常生活，利用生活中常见的物品去探索物理世界，比如照相机、手机，引导学生关注生活中的物件以及物理现象。从物理视角解释生活现象，利用身边物品去开发物理实验，从而在模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新的过程中培养核心素养。例2利用照相机和频闪仪测小球的速度，考查学生对关键信息的提取与处理能力，对不同的情境活动进行模型建构，使思维可视化，从而解决问题。例3利用智能手机去测量磁感应强度，考查学生的科学论证能力。学生需要根据题中给出的测量结果论证测量地点以及y轴正方向的指向情况等。将科技产品融入到物理学习中，能够让学生感受到物理知识应用的广泛性，同时也体会到科学技术影响着我们的日常学习和生活，从而提升学生的探究意识与探究能力，深刻体会“从生活走向物理，从物理走向社会”的内涵。

2.2    学习探索问题情境

2.2.1    科学探究的实验情境

（1）将图3中所示的器材符号连线，画出实验电路原理图；

（2）某次测量中，微安表的示数为90.0 μA，电流表的示数为9.00 mA，由此计算出微安表内阻Rg=        Ω。

例5 （全国乙卷第22题）用雷达探测一高速飞行器的位置。从某时刻（t=0）开始的一段时间内，该飞行器可视为沿直线运动，每隔1 s测量一次其位置，坐标为x，结果如表2所示。

回答下列问题：

（1）根据表中数据可判断该飞行器在这段时间内近似做匀加速运动，判断的理由是：

；

（2）当x=507 m时，该飞行器速度的大小v =

m/s；

（3）这段时间内该飞行器加速度的大小a =

m/s2（保留2位有效数字）。

上述两道高考题均位于试卷中第22题的位置，同为实验探究题型。实验是培养高中生物理学科核心素养的重要途径，高考实验试题考查学生的实验能力和科学探究能力，引导学生重视探究，积极动手做实验，提升实践操作能力。例4属于典型的电路实验题，要求学生根据实验目的和提供的实验仪器，画出电路原理图，引导学生平日学习要重视教材中的实验，认真体会实验原理与设计意图，从而在变换实验情境时，能够透过现象看本质。相比于全国甲卷中第23题，例4难度稍低，甲卷第23题利用气垫导轨研究弹性碰撞，展示出完整的实验探究过程，引导学生将理论与实践相结合，从而培养学生使用证据进行论证的意识与能力。例5以科技产品的应用“雷达探测高速飞行器的位置”为背景，要求学生能够进行知识迁移，将表2中的信息与熟悉的打点计时器纸带上信息的处理相联系，并结合条件中给出的理想模型“飞行器近似做匀加速直线运动”，从而解答第一问。例5创设的实验情境，不仅考查学生运用物理语言描述物理现象的能力，也考查学生对物理模型的建构能力，使学生的核心素养在情境化试题的解决过程中显现出来。

2.2.2    联系教材的创新情境

例6 （全国甲卷第16题）三个用同样的细导线做成的刚性闭合线框，正方形线框的边长与圆线框的直径相等。圆线框的半径与正六边形线框的边长相等，如图4所示。把它们放入磁感应强度随时间线性变化的同一匀强磁场中，线框所在平面均与磁场方向垂直，正方形、圆形和正六边形线框中感应电流的大小分别为I1、I2和I3，则（     ）

A.I1< I3 < I2

B.I1 > I3 > I2

C.I1 = I2 > I3

D.I1 = I2 = I3

全国甲卷第16题以线框在磁场中产生感应电流为试题情境，体现出高考试题以新课标为导向、以教材为基础的特征。不同于2021年全国甲卷第21题对电磁知识的考查，例6中将形状相同的线圈改变为同材料不同形状的闭合线框，考查学生对法拉第电磁感应定律的掌握以及数学计算能力，引导学生平日要注意对科学本质的认识与理解，避免机械刷题，尝试从多角度、深层次去挖掘物理现象背后的知识与价值。全国乙卷第22题（上述例5）基于高中物理教材必修一第一章第4节，打点计时器在纸带上打出点迹后利用逐差法求加速度，其中逐差法可以应用到例5中，从而对表2的数据进行分析计算。此类试题旨在利用情境加强对物理学科中通用分析方法的考查，引导学生要夯实基础知识、基本技能，建立正确的物理观念、物理模型，在物理学习中养成严谨认真的科学态度，担起新时代青年的责任。

3    情境化试题对物理核心素养培养的启示

3.1    关注大概念教学，注重培养学生的物理观念

大概念是抽象概括出来的具有联系整合作用并能广泛迁移的概念[4]。物理观念是物理知识恰当整合后在头脑中的升华，其形成离不开具体的物理知识，并超越了物理知识[5]。情境化试题的综合性要求学生在面对不同特征的问题情境时，能够整合所学物理知识，形成知识图谱，理清新旧知识之间的联系，进行知识迁移，以便解决问题。而大概念教学强调打破单元、模块的界限，建立单元之间、模块之间的联系，有助于学生形成整体意识，从整体的视角去形成物理观念。可见，一线教师在实际教学中要及时关注并渗透大概念教学的思想，培养学生的物理观念，促进学生对情境化问题的解决。

3.2    关注原始物理问题，注重培养学生的科学思维

原始物理问题泛指自然界及社会生产生活中客观存在，能够反映物理概念、规律且未被加工的物理现象和事实。它来源于真实情境，具有一定的客观性、开放性和情境性。科学思维过程从实际问题出发，经过提取关键信息、建构物理模型、运用工具得到结果后进行检验，最终用物理语言解释实际问题。学生在解决原始物理问题的过程中，亲历真实问题情境，初步形成感性认知，经过抽象与概括、分析与综合、推理与论证后形成理性认知。比如上述例3，学生在解决“利用频闪仪和照相机测小球速度”这一问题的过程中，首先抓住关键信息，建构模型，理清物理量s和t之间的关系，再运用数学语言描述二者间的关系，最后经过论证确定小球的运动规律。可见，在物理教学中引入原始物理问题，有助于学生内隐思维的外显化，从而提高科学思维水平。