从2021年全国高考物理（甲乙卷）管窥情境类试题的命题

蒋炜波 赵 坚

（1.清华大学附属中学，北京 100084；2.昆明市五华区基础教育发展研究院，云南 昆明 650031）

2021年全国高考已落下帷幕，从教育部考试中心命制的理科综合甲乙卷物理试题来看，试题在贯彻落实《深化新时代教育评价改革总体方案》精神要求，推进《高考评价体系》提出的“一核、四层、四翼”的高考命题基本内涵方面均有了较大的改革转向.特别是物理试题的命题，在强化基础性，优化情境设计，增强试题灵活性，深化关键能力考查等诸方面，充分凸显出育人功能和引导教学减少死记硬背、“机械刷题”现象的积极导向功能.总体上看，试题不偏不怪、亮点纷呈，其中，以情境类试题命题显得尤为突出.鉴于此，本文试图以2021年全国高考物理（甲乙卷）为例，分析情境类试题的建构过程，管窥情境类试题的命题特点，以此探寻给予教学和复习备考的启示.

1 高考情境类命题的分布

2021年的全国高考物理试卷，将原有的全国Ⅰ、Ⅱ卷合并，称为全国乙卷；原有的全国Ⅲ卷不变，称为全国甲卷.全国甲卷和全国乙卷总共覆盖了全国17个省，具有广泛的代表性.

按照选择的构建情境素材的不同分类，高考物理命题中主要的情境类试题有学习探索类情境和生活实践类情境.全国甲卷和全国乙卷的总分值均为110分，其中必考题95分，选考题15分，两套试卷的学习探索类情境和生活实践类情境的分值分布如表1所示.

表1 高考物理命题试题情境分布

在选考题部分，命题分别对应选修3-3和选修3-4，两套试卷都没有设计生活实践类情境，都是学习探索类情境.在必考题部分，甲卷的生活实践类情境命题共24分，占必考题总分的25%；乙卷的生活实践类情境命题共18分，占比考题总分的19%.可见，高考命题中的学习探索类情境仍然占据绝大部分，但生活实践类情境比重也已经较大，二者总分值比例约为4∶1.

1.1 学习探索类情境试题

学习探索类情境试题，所选取的素材主要源于学生在物理学习过程中积累的情景.这些情景部分也源于生活实践，但更多的是源于物理实验和典型的模型定式.相比生活实践情境而言，这一类情境试题学生普遍较为熟悉，而且情境有明显的理想化处理的痕迹，侧重考查学生学习过程中对必备知识的掌握情况，以及关键能力的发展情况.情境建构时，往往选择物理学史、典型模型、实验探究等素材进行创设.［1］

例1.（2021年全国甲卷）由相同材料的导线绕成边长相同的甲、乙两个正方形闭合线圈，两线圈的质量相等，但所用导线的横截面积不同，甲线圈的匝数是乙的2倍.现两线圈在竖直平面内从同一高度同时由静止开始下落，一段时间后进入一方向垂直于纸面的匀强磁场区域，磁场的上边界水平，如图1所示.不计空气阻力，已知下落过程中线圈始终平行于纸面，上、下边保持水平.在线圈下边进入磁场后且上边进入磁场前，可能出现的是

图1

（A）甲和乙都加速运动.

（B）甲和乙都减速运动.

（C）甲加速运动，乙减速运动.

（D）甲减速运动，乙加速运动.

答案：（A）（B）.例1以闭合线框在磁场和重力作用下的运动这一模型搭建了学习探索类试题情境，要求学生对物理学习中的典型模型要熟练掌握.命题在考查电磁感应、安培力、动力学的必备知识的同时，还要求学生能够在试题情境中辨别甲、乙线框横截面积不同所带来的对电阻、电流和安培力的影响，从而判断现况进入磁场过程中的运动情况，对学生的推理论证和分类讨论的能力要求较高.

学习探索类情境，强调学习研究过程中的学科认知，多数的此类情境与生活实践的关联并不强，但是与学生的学习过程联系极为紧密.此类命题特别适合考查学生在物理教学中的概念、模型、规律、实验等方面的认识水平，对学科研究精神的引领极为突出，对必备知识的深化考查特别深入，因而在物理学科考试命题中占据主导地位.

因此，物理教学中需要教师注重引导学生，梳理分析典型情境模型，依托典型情境模型，对问题进行分类讨论，熟悉问题分析思路、核心要点和解决模式，学会对信息进行提取、加工和分析等.

1.2 生活实践类情境试题

生活实践类情境试题，所选取的素材主要源于生产生活中的实践情景，然后依据一定的主题原则进行细节修整，突出主要因素忽略次要因素，突出学科内涵淡化学科综合，从而构建出一个能够考查学生素养能力的试题情境.情境建构时，往往选择自然现象，比如天体运动；也可以选择生活情景，比如体育运动；还可以选择科技前沿，比如探月工程等.

例2.（2021年全国乙卷）科学家对银河系中心附近的恒星S2进行了多年的持续观测，给出1994年到2002年间S 2的位置如图2所示.科学家认为S 2的运动轨迹是半长轴约为1000AU（太阳到地球的距离为1AU）的椭圆，银河系中心可能存在超大质量黑洞.这项研究工作获得了2020年诺贝尔物理学奖.若认为S 2所受的作用力主要为该大质量黑洞的引力，设太阳的质量为M，可以推测出该黑洞质量约为

图2

答案：（B）.例2以天体运行模型搭建了生活实践类试题情境，要求学生通过运行轨道上的恒星位置与时间的变化图像，提取运行周期这一核心信息，然后利用万有引力公式和开普勒第三定律，估算出黑洞的质量.命题要求学生具备较高的信息获取能力，能够准确判断运行周期，并且需要对开普勒第三定律有准确清晰的认识，能够借助太阳的质量和日地距离解决未知常数的计算.

生活实践类情境试题，强调物理与生产生活的联系，通过让学生解决源于生活实践的物理问题，完成对学科素养、关键能力和必备知识的考查，并且据此引导学生学以致用和联系实际，有效发挥核心价值的引领作用.由于素材源于真实的生活情景，学生对此可能不够熟练，因而在信息获取、认知关联、数据处理等方面都有不小的难度，命题的创新特征很明显.

因此，教学中需要教师注重结合生活素材进行物理教学和命题工作，让学生将学习的物理模型和生活实践相关联，从情境中获取建构模型所需要的信息，在利用模型进行推理分析之后，最终回到情境中去解决问题.只有在日常的教学中不断地创设生活实践类情境，才能够有效培养和提高学生考试中对此类命题的应对能力.

2 对高考试题情境承载作用的分析

高考试题情境的选择和创设，既有考查必备知识和关键能力的因素，更有物理核心价值和学科素养的考量.它既要承载题设问题的信息呈现，又要承载学生思维的输出表达，因此其试题情境承载作用是多方面的.

2.1 承载核心价值的引领作用

在高考评价体系的核心价值理念下，物理学科在关注学科本位的价值引领的同时，更应该注重国家民族发展的使命培养，学生需要拓展自己视野并积极关注科技前沿，需要认识到物理学科对文明进步的重要意义，能够从服务于人类的视角全面客观地看待物理学科的发展.

例3.（2021年全国甲卷）2021年2月，执行我国火星探测任务的“天问一号”探测器在成功实施3次近火制动后，进入运行周期约为1.8×105s的椭圆形停泊轨道，轨道与火星表面的最近距离约为2.8×105m.已知火星半径约为3.4×106m，火星表面处自由落体的加速度大小约为3.7m/s2，则“天问一号”的停泊轨道与火星表面的最远距离约为

答案：（C）.例3以我国火星探测的科研任务为背景命题，结合万有引力部分的学科知识创设试题情境，需要学生理解天体运动中椭圆轨道与圆轨道之间的关联，能够将开普勒定律与万有引力定律相结合，对学生的关键能力要求较高.

使用航天科研素材创设情境试题，能够很好地体现核心价值的引领作用.命题可以让学生认识到物理学科发展的重要作用，感受科学家严谨求实不断探索的精神，将国家民族的发展进步呈现在学生眼前，引导鼓励学生紧跟前人的步伐，开拓进取勇挑重担！这样的做法也是这些年来高考命题始终坚持的一个方向.

例4.（2020年全国Ⅲ卷）“嫦娥四号”探测器于2019年1月在月球背面成功着陆，着陆前曾绕月球飞行，某段时间可认为绕月做匀速圆周运动，圆周半径为月球半径的K倍.已知地球半径R是月球半径的P倍，地球质量是月球质量的Q倍，地球表面重力加速度大小为g.则“嫦娥四号”绕月球做圆周运动的速率为

答案：（D）.比较例3、例4，同样采用航天科研素材创设试题情境，但2021年的高考命题相比2020年的命题，明显在落实高考评价体系方面更加到位.紧跟前沿的素材，详实准确的数据，椭圆运行的轨道，都让试题情境更加真实，学生答题过程中更接近于处理实际的问题，而不是对物理模型进行机械的再演练.

因此，在物理教学的过程中，教师需要思考如何利用模型去创设情境，将模型隐藏在情境之中，而不是将简单的将情境简化为物理模型，然后对模型进行反复练习.

2.2 承载学科素养的导向作用

学生答题过程中需要高效准确的从试题情境中获取有效信息，然后结合自己已经掌握的认知和试题情境的设问，对信息做出分门归类、处理加工、表达输出，从而完成作答.在问题的解决过程中，试题情境蕴含了对多种思维能力的考查，以及对信息识别输出的要求，有效承载了学科素养的导向作用.

从马克思主义实践学说的视角来审视高职院校学生责任教育，有利于突出高职教育特色。按照马克思主义实践观，责任文化素质教育是学生在职业学习与职业活动实践过程中，以自身外在实践和内在体验的方式参与责任文化素质养成教学过程，而不是按照传统的学科理论“填装”模式，被动地接受“说教”和“洗脑”。学生通过自身外在实践和内在体验，不仅可以获得责任文化素质知识与技能、活动过程与方法、情感态度价值观的提高，更重要的是在这一过程中会伴随着世界观、人生观和职业观的形成或改造，最终实现个人职业能力、职业个性发展和个人价值充分统一。

例5.（2021全国甲卷）如图3，一个原子核X经图中所示的一系列a、β衰变后，生成稳定的原子核Y，在此过程中放射出电子的总个数为

图3

（A）6.

（B）8.

（C）10.

（D）14.

答案：（A）.例5以原子核衰变为背景创设学习探索类情境，在承载学科素养的导向作用方面非常显著.和传统的直接告知原子核衰变初末状态的质子数中子数不同，命题采用了坐标图的方式呈现了原子核的中子数和质子数的变化规律，要求学生具备较强的信息获取能力，能够将图表信息与衰变过程相联系，从而提取a、β衰变的发生次数完成作答.如果学生仅仅局限于机械式地记住一些教师归纳出的所谓“求解通式”，是不可能解答的.可见，2021年的命题在学科素养的导向落实上较之以往，显得更进一步了，使用的信息呈现方式也更加灵活多样.

对学科素养导向作用的承载，要求试题情境有丰富的信息呈现方式，要综合使用文字、数字、符号、情景图、数据图、数据表、隐含信息等多种手段.同时，命题的解答过程尽可能给学生留下自主发挥的空间，多一些层次性，从而能够较为准确的评价学生水平.此外，命题还应该具备多元开放性，让学生有较为充分的答题展示空间，可以有机会通过多种形式进行信息输出.

2.3 承载四翼的命题考查要求

命题考查的基础性、综合性、应用性和创新性，需要通过试题情境进行最直接的呈现，试题情境的复杂程度、信息获取处理的难易程度、调动知识能力的丰富程度，直接决定了命题的考查要求水平.

例6.（2021年全国甲卷）如图4，一倾角为θ的光滑斜面上有50个减速带（图中未完全画出），相邻减速带间的距离均为d，减速带的宽度远小于d；一质量为m的无动力小车（可视为质点）从距第一个减速带L处由静止释放.已知小车通过减速带损失的机械能与到达减速带时的速度有关.观察发现，小车通过第30个减速带后，在相邻减速带间的平均速度均相同.小车通过第50个减速带后立刻进入与斜面光滑连接的水平地面，继续滑行距离s后停下.已知小车与地面间的动摩擦因数为μ，重力加速度大小为g.

图4

（1）求小车通过第30个减速带后，经过每一个减速带时损失的机械能；

（2）求小车通过前30个减速带的过程中在每一个减速带上平均损失的机械能；

（3）若小车在前30个减速带上平均每一个损失的机械能大于之后每一个减速带上损失的机械能，则L应满足什么条件？

解析：（1）由小车通过第30个减速带后，在相邻减速带间的平均速度均相同，可知每两个减速带之间初末速度相等，因此损失的机械能大小即为重力势能的减小值，即m g dsinθ.

（2）对从小车开始运动到小车最后停止的整个过程使用动能定理，再利用（1）中的结论，即可求解出小车在前30个减速带总共损失的机械能，于是求解出通过每一个减速带平均损失机械能为

（3）将（1）和（2）中的两个结果联立即可求解，L应该满足关系

例6创设了汽车减速带这一生活实践类情境来考查关于动能和机械能的相关知识.从情境创设来看，一方面，试题结合了学生熟悉的高速公路减速带实践情景，另一方面，常见的传统经典斜面模型“一个物体从静止开始由斜面顶端下滑，斜面上有彼此距离相等的a、b、c、d、e点，物体每经过一点时，告诉其动能损失了多少，求解……”，这也是学生非常熟悉的典型模型.这道题命题专家只不过将两方面结合，需要学生能够在情境中提炼物理模型，而且为了降低难度，试题采用了文字结合情景图的方式，以此增加学生理解和获取信息的容易度，如果平时学生注重模型建构能力的锻炼，处理这样的情境问题应该不是困难的事.本题的难点在于题干中“小车通过第30个减速带后在相邻减速带间的平均速度均相同”这一描述的隐含信息，需要学生能够充分挖掘.综合来看，这是一道典型的应用性命题.

可见，通过调整情境创设的素材，改变信息呈现的方式，在学科素养导向下选择具体的考查知识和关键能力，丰富试题情境的内涵，就能够直接改变命题的四翼考查要求.因此，在物理教学的过程中，教师需要综合四翼考查要求，权衡情境复杂程度，有意识让学生在承载四翼考查要求的情境中完成物理学习，从而在面对承载四翼考查要求的高考试题情境时，能够切实做到游刃有余.

2.4 承载思维发展的层次检测

在《普通高中课程标准（2017年版）》中，科学思维作为物理学科核心素养内涵之一，分为5个水平层级，具体的思维包括识记、理解、应用、推理、论证、分析、综合、系统化、评价、质疑、创新、迁移、建构、创造等等.试题情境，能够帮助检测学生科学思维发展的层次水平.

例7.（2021年全国乙卷）如图5，光滑水平地面上有一小车，一轻弹簧的一端与车厢的挡板相连，另一端与滑块相连，滑块与车厢的水平底板间有摩擦.用力向右推动车厢使弹簧压缩，撤去推力时滑块在车厢底板上有相对滑动.在地面参考系（可视为惯性系）中，从撤去推力开始，小车、弹簧和滑块组成的系统

图5

（A）动量守恒，机械能守恒.

（B）动量守恒，机械能不守恒.

（C）动量不守恒，机械能守恒.

（D）动量不守恒，机械能不守恒.

答案：（B）.例7属于学习探索类试题情境，考查动量守恒和机械能守恒的条件判断评价，虽然学生只有同时判断出小车、弹簧和滑块组成的系统动量和机械能均守恒才能够得分，但是命题的选项还是体现了思维水平的层次，能够检测学生对动量守恒和机械能守恒的条件的掌握程度.

在高考命题中，针对识记和理解的思维层面的命题一般很少，因为它们过于简单.而针对质疑、创新、迁移、建构等思维层面的命题也较少，主要是因为这些思维层次过高，对大部分学生而言难以达到.相较而言，针对推理、论证、分析、综合等思维层面的命题则很多，占据了高考命题的绝大部分.通过创设试题情境，尤其是借助主观计算题，能够很好的呈现学生的思维过程，检测学生的思维发展层次.

因此，在物理教学的过程中，教师给学生创设的物理情境应该能够展示学生的思维过程，综合考虑各阶层的思维的均衡分布，避免低层次思维和高层次思维的过度集中.教学中可以给学生提出有思维层次的问题，搭设好相应的思维台阶，做好思维发展的引导，让学生既有挑战的欲望，又有收获的满足.

2.5 引导学科德育的实施践行

教育部于2017年印发了《中小学德育工作指南》，在德育工作的实施途径和要求方面，明确提出要充分发挥课堂教学的主渠道作用，将中小学德育内容细化落实到各学科课程的教学目标之中，融入渗透到教育教学的全过程.［2］在辩证唯物主义观、物理学科思维方法、科学态度与责任等学科层面，［3］以及生活实践、传统文化、探索求真等人文层面，物理学科教学都承担着独特的德育功能.

例8.（2021年全国甲卷）“旋转纽扣”是一种传统游戏.如图6，先将纽扣绕几圈，使穿过纽扣的两股细绳拧在一起，然后用力反复拉绳的两端，纽扣正转和反转会交替出现.拉动多次后，纽扣绕其中心的转速可达50r/s，此时纽扣上距离中心1cm处的点向心加速度大小约为

图6

答案：（C）.虽然学科德育尚未纳入高考评价之中，但是试题情境对学科德育的实施具有明显的导向作用.例题8是一道基于传统游戏建构试题情境的命题，题目本身难度不大，考查学生向心加速度的计算方法，但是通过传统游戏这一素材，有效地体现了命题的学科德育引导功能，让学生能够更多的将物理联系实际，并进一步探寻体育游戏背后的物理原理.

基于试题情境引导学科德育，在2021年高考命题的各类情境中都有所体现，例1、例5、例7这类学习探索类情境命题，能够在物理学科思维层面和探索求真层面引到学科德育，而例2、例3、例6这类生活实践类情境命题，则能够在学以致用、联系实际、文明发展等层面引导学科德育.

因此，在物理教学的过程中，教师需要充分挖掘物理学科的德育潜力，通过给学生创设既能够承载学科核心素养发展，又能够承载学科育人功能的情境，探索将物理教学和学科德育有机地结合为一个整体，既有现实的必要，也有育人的价值.

3 启示与展望

3.1 试题情境的创设

命题时试题情境的创设是一个自上而下的过程.首先需要确定命题的核心价值和学科素养，从而选取有效的情景素材作为情境创设的基础；然后需要结合整套试题的知识覆盖情况和能力考查情况，确定这道命题所针对的知识能力模块；最后，要根据整套试卷的四翼考查要求，确定这道题的信息呈现与表征，把握思维链条的长度、宽度和深度.试题情境的创设，是四层考查内容和四翼考查要求彼此作用协调的结果.［4］

当前教学中，考试命题时对试题情境的重视和打磨都不够，命题的随意性较大，很难兼顾所教学生的实际水平和高考命题的考查要求，常见的将高考命题直接用于教学中的检测命题，其效果往往也并不好.教师需要对学生的认知能力有整体的把握，然后结合高考命题的试题情境的创设方式，进行有导向的教学考试命题，保证学习探索情境扎实稳固的同时，提升生活实践情境的应对能力，从而完成试题情境在教学中的实践内化.

3.2 试题情境的解读

解题时试题情境的解读是一个自下而上的过程.学生首先接触到的是试题的情境，但学生对情境的理解和认识需要一个过程，学生是在阅读情境信息的过程中逐渐领会试题情境的，这是一个建立在学生的学科素养、关键能力和必备知识的基础上的过程.相比之下，核心价值的引领作用则体现得较为隐晦了.

当前教学中，教师往往很少关注到学生在解读试题情境时遇到的困难.学生需要将学科知识和认知能力应用于试题情境的解读，才能够解决发现并理解情境问题的这一解题的第一步.教师教学中则需要站位到学生的角度，有针对性地对学生进行指导，帮助学生提升信息 的获取、处理、加工、输出的能力，以及将试题情境与自己的学习情境相联系，从而找到解决问题的突破口的能力.

总之，物理教学，不能只是关注学生的知识积累情况，需要在学科素养和关键能力方面对学生进行培养.教师既需要结合高考命题的试题情境去进行教学测试的命题，保证命题的信息多样化以及命题层次的丰富性，又需要指导学生利用自己的所学去解读试题情境，形成有效的试题情境的解读策略.