2019年全国高考(北京卷)实验题赏析

孙德峰 田成良 刘 芳

(1. 北京市第十二中学, 北京 100071; 2. 北京市海淀区教师进修学校, 北京 100089;3. 北京教育学院丰台分院, 北京 100076)

2019年高考已经落下帷幕,对于全国很多省市而言,2019年高考不仅承载着新、旧课程改革之间的过渡,更是意味着旧高考制度的结束和新高考制度的开始．新课标中明确指出[1]:高中物理课程是普通高中自然科学领城的一门基础课程,旨在落实立德树人根本任务,进一步提升学生的物理学科核心素养,为学生的终身发展奠定基础,促进人类科学事业的传承与社会的发展．引导学生经历科学探究过程,体会科学研究方法,养成科学思维习惯,增强创新意识和实践能力．显而易见,高考除了选拔功能之外,更是在教学中发挥着“指挥棒”的作用．它不仅应当是甄选不同层次学生的一次选拔性考试,更无可替代地充当着一线教学实践的风向标．

纵观2019年全国各地高考物理试题,不难发现高考考查要求教师跳出培养熟练的解题能手的既往教学模式,而要以培养具有良好的科学素养和思维品质的现代公民作为首要的课程目标．以2019年北京卷的实验考查题为例,试题虽小,但命题者在问题设计时的大格局,在方寸之间,为一线的课堂教学实践指出了明确的建议和方向．

1 北京卷实验试题评析

北京卷21题.用如图1所示装置研究平抛运动．将白纸和复写纸对齐重叠并固定在竖直的硬板上．钢球沿斜槽轨道PQ滑下后从Q点飞出,落在水平挡板MN上．由于挡板靠近硬板一侧较低,钢球落在挡板上时,钢球侧面会在白纸上挤压出一个痕迹点．移动挡板,重新释放钢球,如此重复,白纸上将留下一系列痕迹点．

图1

(1) 下列实验条件必须满足的有________．

(A) 斜槽轨道光滑.

(B) 斜槽轨道末段水平.

(C) 挡板高度等间距变化.

(D) 每次从斜槽上相同的位置无初速度释放钢球.

(2)为定量研究,建立以水平方向为x轴、竖直方向为y轴的坐标系．

a. 取平抛运动的起始点为坐标原点,将钢球静置于Q点,钢球的________(选填“最上端”、“最下端”或者“球心”)对应白纸上的位置即为原点;在确定y轴时________(选填“需要”或者“不需要”)y轴与重锤线平行．

图2

本题前2问,是关于课标中学生必做实验“探究平抛物体运动的特点”的常规考查,问题的设计注重基本仪器的使用,原理的理解和实验方法的掌握．第(2)问中关于实验数据的分析和处理、对实验结果的描述和解释虽然同属于常规考查的内容,但与课标中“在处理信息时,应让学生依照物理事实运用逻辑推理确立物理量之间的关系,发展依据证据、运用逻辑和现有知识进行科学论证和解释的能力”这一要求高度一致,着重考查了学生的推理能力和分析综合能力．前2问的问题设计不仅能够真实还原出一线教学对于学生实验的重视程度,更能够检验出学生在对平抛运动的学习中是经历了“讲实验”还是“做实验”的学习过程．

(3) 为了得到平抛物体的运动轨迹,同学们还提出了以下三种方案,其中可行的是________．

(A) 从细管水平喷出稳定的细水柱,拍摄照片,即可得到平抛运动轨迹.

(B) 用频闪照相在同一底片上记录平抛小球在不同时刻的位置,平滑连接各位置,即可得到平抛运动轨迹.

(C) 将铅笔垂直于竖直的白纸板放置,笔尖紧靠白纸板,铅笔以一定初速度水平抛出,将会在白纸上留下笔尖的平抛运动轨迹.

图3

第(3)问虽然是选择题,但选项的设计增强了题目的开放性．答案中的3个选项来自于人教版教材中平抛运动实验的课后参考样例[2]．这不仅与课标中“通过不同的实验方案,完成同样的探究任务”这一要求相符,更对一线教学实践中教材的合理开发和使用点明了方向．

(4) 伽利略曾研究过平抛运动,他推断:从同一炮台水平发射的炮弹,如果不受空气阻力,不论它们能射多远,在空中飞行的时间都一样．这实际上揭示了平抛物体________．

(A) 在水平方向上做匀速直线运动.

(B) 在竖直方向上做自由落体运动.

(C) 在下落过程中机械能守恒.

(5) 牛顿设想,把物体从高山上水平抛出,速度一次比一次大,落地点就一次比一次远,如果速度足够大,物体就不再落回地面,它将绕地球运动,成为人造地球卫星．同样是受地球引力,随着抛出速度增大,物体会从做平抛运动逐渐变为做圆周运动,请分析原因．

本题的第(4)、(5)两问更是体现出命题人的别具匠心．从表述上看,两问对问题的描述似乎是矛盾的:前者,无论射多远(无论抛射速度多大),落地时间都一样;后者,落地点越远,好像运行时间就越长(尽管题目没有明确指出),如果速度足够大,落地时间就会无限长(不再落回地面)．但又很显然,二者并不是“非黑即白”的关系．通过高中物理的学习,学生应当认识到两种现象在描述上都有其合理性．但看似相互矛盾的两种说法为什么都是正确的,这就需要学生对两种现象的本质进行更深入的理解．显然这两问的问题设置从科学论证和质疑创新等维度考查了科学思维这一方面的核心素养．

进一步深入分析,不难发现第(5)问问题的设置具有更强的开放性和选拔性,可以预见,学生在该问上的回答必定是五花八门．通过考后对笔者所在学校部分学生(24位不同层次的考生)的高考复盘访谈,得到以下4种典型回答.

① 速度增大,射程远,但地球是圆的,所以有可能不落到地面上(1位);

② 炮弹速度较小,终究要落到地面上;卫星速度大,万有引力等于向心力,卫星就会做圆周运动而不掉到地面(少部分);

③ 速度小,所受到的地球引力大于物体所需要的向心力;速度增大,物体所需要的向心力逐渐增大;待到速度增大到万有引力等于向心力,卫星就会做圆周运动而不掉到地面(大部分)

④ 当速度足够大之后,射程很远,重力的方向就会改变,平抛运动的结论就不成立了．当物体速度满足万有引力提供向心力的时候,就会成为卫星(1位)．

从以上4种答案可以看出不同考生对该问题的认识是有差异的．①类答案对应的考生没有很好地理解力和运动的关系,仅仅从表观上给予解答; ②类答案对应的考生缺乏对核心问题的认识,仅仅是用了自己较为熟悉的状态模型给予解释,等同于没有正面回答该问题; ③类答案对应的考生敏锐地抓住了题设条件中的关键词:“速度增大”和“逐渐变为”,所以给出了过程性的分析,这是值得肯定的．但该部分考生(其中不乏平时学习成绩很好的同学)显然忽略了一个重要前提,那就是随着高速物体的运动,在不同的位置,地球引力的方向发生改变,而正是引力方向发生了改变,才使得圆周运动成为可能;④类答案对应的考生无疑对高中物理中力和运动的关系、引力场都形成了非常准确的理解和把握,甚至已经达到了课标中学业质量标准中水平5的要求:能在新的情境中对综合性物理问题进行分析和推理,获得正确结论并作出解释;能考虑证据的可靠性,合理使用证据;能从多个视角审视检验结论,解决物理问题具有一定的新颖性．

值得说明的是,首先,④类答案对应的考生是2018年化学奥林匹克竞赛全国决赛银牌获得者,这说明竞赛生相对于一般考生,对问题的思考和理解是更深刻的,在这一点上,不同学科之间是相通的;其次,从知识的角度来看,③类答案对应的考生是过关的,但他们缺乏对事物之间横向联系的思考,没有敏锐地察觉到随着研究问题尺度的增大,其中的关键因素发生了质的变化．第③类考生的占比较大,显然对我们的物理课堂教学提出了更高的要求,高中物理教学应当让学生在知识学习的过程中知其然,并知其所以然,在知识的联系、方法的迁移、思维的创新中引导学生进行批判性的学习．

2 高考评价对实验教学的启示

课标在教学实施建议中指出:在高中物理课程中,应注重科学探究,尤其应注重物理实验,这在培养学生的探究能力和科学态度等方面具有重要地位．北京卷的实验考查在方寸之间给一线的实验教学带来以下启示:

(1) 实验教学要重基础知识和基本技能．

实验教学中要重视基本仪器的使用,通过实验加深对物理学中重要概念和规律理解,在掌握基础的实验数据分析方法的过程中提升学生的实践能力．

(2) 实验教学要重视教材,回归教材．

教材是教和学的首要资源,实验教学也要从教材出发,引导学生阅读教材,思考教材．教师更要研究教材,整合不同版本教材中的资源,以提高课堂教学效果,提升学生实验能力;

(3) 实验教学中要注重学生对学科思想及方法的领悟．

实验教学是物理学科教学的重要组成部分,实验教学过程中要深入挖掘实验内容、实验原理、实验分析、实验思想等方面的知识价值,从学科的角度形成对物理学的整体认识,帮助学生构建更科学、更严密的学科知识结构体系．

3 高考评价对物理课堂教学的启示

从教师的角度来看,该题目的考查其实是在引导我们在课堂教学中应该具有大格局．尤其是在高三的复习教学中,在学生已经对高中物理知识有了较为全面掌握之后,我们不应该仅仅局限在“刷题”中,而是应该适时地跳出“题海”,引导学生多关注一下我们所学知识得出的过程以及背后的科学史实;多了解一下知识间的纵向联系以及各自的适用范围．在实际问题情境中更好地理解和掌握、应用物理学的概念和规律,在知识学习的过程中提升个人能力和素养．例如在本题中,就像我们把牛顿经典力学看作是狭义相对论的宏观、低速的极端近似,如果考生能够将平抛运动看作是物体在有心力(万有引力)作用下的极端近似,相信这样的学生必然形成了正确的物理观念,能够利用科学思维中模型建构、科学推理等要素进行科学探究,对物理学有着更加深刻的认知和理解．

新课改、新高考改革的大幕已经拉开．如果说学生是教师的一面镜子,那么学生对物理问题和物理现象的思维路径和认知水平就是教师课堂教学的一面镜子．通过北京卷的实验考查我们已经明确地感受到,新课标要求我们的物理教学不应当只是教会学生做题,更要引导学生发现知识的“源”、探究现象的“理”．引领学生打破学科学习的边界,在纷繁复杂的信息中能够追根溯源、在千头万绪中能够敏锐地抓住事物的联系和规律．这既是保证学生能够胜任未来社会的根本,也是提升学生核心素养的关键．