基于学科核心素养的高考物理题的研究

摘 要：文章通过对2019年高考全国卷Ⅰ·33（2）题和全国卷Ⅱ·19题进行解析，分析了物理学科的核心素养，得出三点教学启示：研读课程标准，更新教学理念，落实基础;教学要关注知识的应用;应用物理知识解决具体问题应结合具体的实际情境。

关键词：高考物理;课程标准;核心素养;教学启示

《普通高中物理课程标准（2017年版）》在等级性考试明确提出：高考物理试题要注重将物理学的基本概念、规律与国家经济社会发展、科学技术进步、生产生活实际等紧密联系起来，通过设置新颖真实的问题情境，加强对考试应用物理学知识综合解决实际问题的考查。

全国卷Ⅱ·19题和全国卷Ⅰ·33（2）来源于生活，以真实问题情境为背景，有效地考查了学生学科思想和研究问题能力，综合性很强，达到培养学生科学思维、适应终身发展和社会发展所需要的正确价值理念、必备品格和关键能力。本文以以上两题为例，对考查的物理学科的核心素养及其对物理教学的启示做一分析。

一、高考试题分析

【2019年高考全国卷Ⅰ·33（2）】热等静压设备广泛用于材料加工中。该设备工作时，先在室温下把惰性气体用压缩机压入到一个预抽真空的炉腔中，然后炉腔升温，利用高温高气压环境对放入炉腔中的材料加工处理，改善其性能。一台热等静压设备的炉腔中某次放入固体材料后剩余的容积为0.13m3，炉腔抽真空后，在室温下用压缩机将10瓶氩气压入到炉腔中。已知每瓶氩气的容积为3.2×10-2m3，使用前瓶中气体压强为1.5×107Pa，使用后瓶中剩余气体压强为2.0×106Pa;室温温度为27℃。氩气可视为理想气体。

（1）求压入氩气后炉腔中气体在室温下的压强;

（2）将压入氩气后的炉腔加热到1227℃，求此时炉腔中气体的压强。

【分析】本题来源于生活，以材料加工中广泛应用的热等静压设备为背景，通过10瓶氩气对真空炉腔充气，属于变质量问题，难以确定具体的研究对象的状态量（压强，温度）。要求学生确定理想气体对象，分析相应的气体变化过程，建立物理模型并应用理想气体实验定律解决问题。

【解析】（1）方法一：设初始时每瓶气体的体积为V0，压强为p0;使用后气瓶中剩余气体的压强为p1。假设体积为V0、压强为p0的气体压强变为p1时，其体积膨胀为V1。由玻意耳定律：

考查的必备知识：理想气体实验定律、理想气体初未状态的状态参量。

关键能力：理想气体对象确定、变化过程分析，建立物理模型、选用相应的理想气体实验定律。

核心素养：物理观念，定性分析和定量计算相结合进行科学推理，根据相应的理想气体变化过程，建立物理模型解决问题。

【2019年高考全国卷Ⅱ·19】（多选）如图（a），在跳台滑雪比赛中，运动员在空中滑翔时身体的姿态会影响其下落的速度和滑翔的距离。某运动员先后两次从同一跳台起跳，每次都从离开跳台开始计时，用v表示他在竖直方向的速度，其v-t图像如图（b）所示，t1和t2是他落在倾斜雪道上的时刻。则（ ）

A.第二次滑翔过程中在竖直方向上的位移比第一次的小

B.第二次滑翔过程中在水平方向上的位移比第一次的大

C.第二次滑翔过程中在竖直方向上平均加速度比第一次的大

D.竖直方向速度大小为v1时，第二次滑翔在竖直方向上所受阻力比第一次的大

【分析】本题以生活中跳台滑雪为背景，看似考查平抛运动，实际上问题背后是利用曲线运动知识和数形结合处理物理问题的能力，考查v-t图像的物理意义，运动员所受竖直方向的阻力变化引起竖直方向的加速度变化。问题通过文字、图像等不同信息呈现物理量之间的联系，要求构建正确的物理模型，综合性较强，容易出错，易混淆平抛运动概念等。试题考查学生的信息提取、逻辑推理、模型建模等能力，很好地体现了新高考命题的指导思想和新课标理念。

【解析】v-t图象包围的“面积”表示竖直方向的位移，由图像（b）分析可知，第一次围成的面积大约占据48个小方格，第二次围成的面积大约占据56个小方格，所以第二次滑翔过程中在竖直方向上的位移比第一次的大，因此第二次滑翔过程中在竖直方向上的位移比第一次的大，所以A选项错误;

由于运动员两次是从同一跳台起跳，落在同一个倾斜雪道上，设雪道的倾角为θ，水平方向位移为x，竖直方向上的位移为y，有，由于第二次竖直方向上的位移为y大，由于位移方向（雪道的倾角为θ）不变，因此水平方向的位移自然也大，所以B选项正确;

滑翔过程中运动员在竖直方向上平均加速度，第一次滑翔过程中速度变化量比第二次的大，而第一次滑翔过程中时间t1比第二次滑翔过程中时间t2小，所以滑翔过程中运动员在竖直方向上平均加速度第一次大，所以C选项错误。

竖直方向的速度大小为v1时，第一次v-t图像陡峭，第二次v-t图像相对平缓，对应的图像的斜率显然是第一次大于第二次，即a1>a2，在竖直方向方向上，由牛顿第二定律有mg-fy=ma可知，即fy=mg-ma，运动员第二滑翔在竖直方向所受阻力fy2比第一次竖直方向所受阻力fy1大，所以D选项正确。

考查的必备知识：v-t图像斜率和包围的“面积”的物理意义、运动的合成与分解、平均加速度、瞬时加速度、变速曲线运动、牛顿第二定律

关键能力：信息提取、逻辑推理、建构模型

核心素养：物理观念和科学思维，在经验事实的基础上建构模型，有效分析v-t图像的斜率、包围的“面积”的物理意义并进行科学推理。

二、教学启示

1、研读课程标准，更新教学理念，将基础知识落到实处

基于物理学科核心素养，新高考评价体系统筹考虑知识、能力、素养的关系，将考查内容凝结为核心价值、学科素养、关键能力、必备知识，突破了以往知识和能力的二维考查内容框架，创造性地与育人的新要求融合起来。上述两个高考题考查到的受力分析、运动的合成与分解、曲线运动、加速度、牛顿第二定律、理想气体实验定律、物理圖像，均是要求学生掌握在物理关键能力和学科素养的养成过程中必须具备的可迁移的知识。例如在学习质点运动的加速度这一概念时，应该让学生经历对加速度概念的构建过程，创设必要的情境，让学生经历概括和抽象的过程，寻找加速度的本质特征，形成概念，而不应把概念的定义直接告诉学生然后再去做解释，甚至让学生背诵定义。在学习牛顿运动定律时，应该让学生知道它的来龙去脉，正确领悟它的含义，明确它的适用条件，熟悉运用该规律的基本思路。如果是通过科学探究获得的物理规律，就应该尽量让学生经历自主探究的过程。在学习图像问题时，除了理解斜率、面积、截距的物理含义之外，更多要引导学生理解图像所对应的物理情景，并学会根据情景列出相关函数表达式。在物理教学过程中，应该从发展物理科学核心素养的角度出发，促进学生必备知识的掌握和灵活运用。

2、教学要时刻关注知识在生活生产、科技发展、环境保护等方面的应用

新课标指出，高中物理课程在义务教育的基础上，帮助学生从物理学的视角认识自然、理解自然，建构关于自然界的物理图景……引导学生认识科学的本质以及科学、技术、社会、环境（STSE）的关系。要让学生具备运用物理学的视角解释自然现象和解决实际问题的能力，需要老师在教学过程中对教材进行再创造，选择与学生联系密切的生活实例在课堂中用物理学知识进行分析，同时，采用观看视频、演示实验、学生动手等有效的教学方式，把物理知识和实践情境生动地结合起来，强化学生以物理学的视角解释和解决实际问题的动机与能力，从而实现对学生核心素养的培育。

3、应用物理知识解决具体问题应结合具体的实际情境，促进学生终生发展

素质教育的目的在于培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人。近几年高考题考查学生运用知识、能力和素养解决实际问题的能力，让学生充分感受到课堂所学内容中蕴含的应用价值。物理学科命题素材常常使用贴近学生、贴近生活、贴近时代的素材，选取与大自然中物理相关的现象（彩虹、日食）等、与生产生活紧密联系的物理问题，如与体育运动相关的情境（滑雪、篮球、乒乓球）等、与科技前沿相关的重大科技工程（长征五号发射、北斗导航系统、大飞机）等实际问题。这些实际问题的解决，往往取决于学生将情境与知识相联系的水平，即能否把问题中的实际情境转化为解决问题的物理知识。在解决真实物理问题过程中，依据物理学科的特点，学会具体问题具体分析的方法，能把问题情境的故事情节转化为某种物理现象;能把情境中的一段经历转化为一个物理过程;能把关于情境的描述转化为物理状态;能把问题已知的内容转化为相应的物理量;能把情境中需要完成的工作转化为相应的物理要求。从而确定或建立与真实情景一致的物理模型，分析清楚物理情景（物理过程和物理状态），运用物理规律列方程，解方程得出合理答案。教师在平时教学过程中注意引导学生就对于问题情境和物理知识的转化，引导发掘问题情境中所隐含的物理内容，从而达到培养学生物理學科的关键能力，提升学生的物理学科核心素养。

参考文献

[1]教育部.普通高中物理课程标准（2017年版）[S].人民教育出版社，2018，1-2.

[2]普通高中物理课程标准（2017年版）解读[S].北京：高等教育出版社，2018，136-137，140.

[3]袁卫民.基于学科核心素养的高考物理实验题的研究（2019年）[D].物理通报，2019，9：115.

[4]程力李勇.基于高考评价体系的物理科考试内容改革实施路径（2019年）[D].中国考试，2019，12：43.

作者简介：陈许生，男，1967年10月，湖南省浏阳市，本科，教科室主任，中学物理高级，研究方向：教育教学研究。