王美芹　呂良

摘要：近年來北京高考物理試題突出從知識立意向能力立意轉變，考查學生物理核心素養(yǎng).本文以2018年北京高考理綜第20題為例，分析試題立意，以及試題對學生能力考查和物理核心素養(yǎng)考查的途徑，據(jù)此反思物理課堂教學如何改進，促進物理核心素養(yǎng)落地.

關鍵詞：高考;課堂教學;核心素養(yǎng)

近年來北京高考物理試題突出從知識立意向能力立意轉變，考查學生物理核心素養(yǎng).請看2018年北京高考理綜第20題：

根據(jù)高中所學知識可知，做自由落體運動的小球，將落在正下方位置.但實際上，赤道上方200 m處無初速下落的小球將落在正下方位置偏東約6 cm處.這一現(xiàn)象可解釋為，除重力外，由于地球自轉，下落過程小球還受到一個水平向東的“力”，該“力”與豎直方向的速度大小成正比.現(xiàn)將小球從赤道地面豎直上拋，考慮對稱性，上升過程該“力”水平向西，則小球

A.到最高點時，水平方向的加速度和速度均為零

B.到最高點時，水平方向的加速度和速度均不為零

C.落地點在拋出點東側

D.落地點在拋出點西側

1 試題解析

答案：D

從題設條件可知：小球下落過程中同時參與了兩個方向的運動：豎直方向的分運動是自由落體運動，這是學生熟知的典型運動模型;水平方向的分運動是學生不熟悉的，需要從題目去尋找相關條件來判斷物體的運動規(guī)律.除重力外，由于地球自轉，下落過程小球還受到一個水平向東的“力”，該“力”與豎直方向的速度大小成正比.可以判斷出水平方向的力向東且大小正比于豎直速度，當小球豎直上拋時，由對稱性分析可知，水平力向西且大小正比于豎直速度，即隨時間均勻減小.綜上所述：小球在上拋的整個過程中先受到一個向西均勻減小的力，到最高點減為零，然后受到—個水平向東的隨時間均勻增加的力，根據(jù)牛頓二定律可知最高點水平加速度為零;知道了水平加速度變化規(guī)律，根據(jù)力和運動關系可以判斷水平速度是先增加后減小，但方向一直向西，因此小球的水平位移一直向西，從而落點在拋出點西側.

2 試題立意分析

2.1 立意及能力考查

試題以“落體偏東”的實際情景為素材，通過描述新知識：物體在下落時科里奧利力“向東，并與速度大小成正比”，考查學生提取信息能力;通過熟悉的豎直方向自由落體運動和“未知”的水平運動建立運動過程模型考查學生的科學思維能力;通過對“未知”水平運動的分析考查學生對運動學概念及規(guī)律的深入理解;通過上升與下落的過程及“水平”和“豎直”兩個方向運動的綜合分析，考查對稱思想以及科學推理能力.

2.2 核心素養(yǎng)及考查途徑

本題涉及物理觀念、科學思維、科學探究以及科學態(tài)度與責任四個方面的核心素養(yǎng).物理觀念方面，涉及經(jīng)典物理學的運動觀、相互作用的觀念及運動與相互作用的關系，要求學生明確運動的矢量性，會用矢量觀點分析水平與豎直兩個方向的運動，在分析水平運動時會用力和運動關系判斷加速度和速度隨時間變化的規(guī)律.科學思維方面，要求學生能夠運用分析與類比的方法構建新的運動模型，能夠運用邏輯推理定性分析水平力、加速度、速度以及位移的變化規(guī)律.科學探究方面，要求學生敢于對熟悉的自由落體模型的運動規(guī)律提出質疑，并能夠從題目信息做出正確的選擇和判斷.科學態(tài)度與責任方面，經(jīng)對本題的一系列分析可知，小球水平方向的運動是一個始終向西的先加速后減速的過程，是對力和運動關系的本質以及對于運動的矢量性本質理解的考查，同時考查學生是否敢于質疑權威，相信自己的推理和判斷.

考查途徑分析：A、B選項意圖引導學生通過水平力與豎直速度的正比關系以及題目提示的對稱性的思考，得出水平力先向西后向東，先減小后增大，根據(jù)牛頓第二定律判斷水平加速度先向西后向東，先減小后增大，進而分析水平速度的變化規(guī)律.因為水平力與豎直速度成正比，最高點豎直速度為零，則水平力為零，水平加速度為零.但水平加速度為零，速度一定為零嗎？部分學生對于力和運動關系的本質不夠清晰，加上對自由落體運動規(guī)律的熟知就會選擇A項.如果學生在A、B項的引導下能夠形成上述思路，對于解決C、D項就比較容易了，通過上述分析可知，小球在上升階段水平方向上做向西的加速運動，加速度越來越小，到最高點加速度為零，速度最大;下落階段水平力改為向東且越來越大，小球加速度向東且越來越大，小球向西做減速運動.所以小球水平方向始終向西運動，落點在拋出點西側，故D項正確.但是對于沒有深入理解力和運動關系而習慣死記規(guī)律和結論的學生來說，自由落體運動物體落在拋出點正下方是確鑿而清晰的結論，本題目中出現(xiàn)了一個完全未知的水平力，完全顛覆了學生原有認知，這個力的來源是什么？是什么性質的力？施力者是誰？反作用力又在哪里？這一系列問題一定會讓學生“蒙圈”，如果學生缺乏質疑勇氣和能力的話很容易認為選項C、D均是錯誤項，回到A、B選項去糾結.

3 反思教學改進，促進核心素養(yǎng)落地

3.1 在課堂教學中培養(yǎng)學生審題和提取信息的能力

本題中“除重力外，由于地球自轉，下落過程小球還受到一個水平向東的“力”，該“力”與豎直方向的速度大小成正比”是解題的鑰匙，學生可能不明白這個力是如何產(chǎn)生的，但是如果能夠清晰準確地提取信息，這個力的大小和方向都已經(jīng)明確給出，那么根據(jù)力和運動關系，小球的運動規(guī)律就可以做出判斷.這給我們帶來的啟示是：在日常的學習中要重視培養(yǎng)學生提取信息能力.什么樣的信息是有用的呢？這就要求學生會從運動與相互作用，功和能的視角來看問題，如果帶著這樣的物理觀念去審視試題，不難發(fā)現(xiàn)有關研究對象選取、受力與相互作用、以及運動狀態(tài)描述的相關信息，例如：速度、位置、時間的變化、加速度情況、做功和各種能量變化等信息就是考生應該關注的重點信息，當然還有臨界條件、隱含條件等需要重點關注.審題和提取信息的能力是一種綜合能力，需要長期培養(yǎng)和訓練，教師要有意識地培養(yǎng)，學生要有意識地注意，課堂要有意識地訓練，把意識轉化為行動，把行動轉化為習慣，把習慣轉化為能力.

3.2 在課堂教學中重視構建模型與物理表達

本題根據(jù)題目信息和思想方法提示分析，得出水平力先向西后向東、先減小后增大的條件后，建構相應的運動模型對考生來講也是一個難點，這時如果用F-t圖象表達力與時間的變化規(guī)律，進而用v-t圖象定性畫出水平速度隨時間變化的規(guī)律，會讓力和運動關系更清晰.上拋與下落過程豎直方向的v-t圖象如圖1所示;以向西為正方向，水平受力F-t圖象如圖3所示，對應的a-t圖象與F-t圖象相似，對于變力作用下物體的運動規(guī)律，需要學生根據(jù)原有知識定性分析速度變化情況，推理得到相應的運動模型.可以采用類比的思想方法：由自由落體模型可知豎直方向的速度與時間關系正比時，位移與時間二次函數(shù)關系即圖象為拋物線如圖2，那么水平方向受力與加速度隨時間變化關系如圖3，則水平速度與時間也應是二次函數(shù)關系即拋物線，如圖4所示，經(jīng)以上分析，物體最高點的水平速度、水平加速度、以及落點的水平位置都很容易判斷.

教學啟示：第一，在日常教學中重視讓學生體驗物理模型的建構過程，幫助學生樹立建構模型的意識，重視突出主要因素的理想化及類比、遷移等建構模型的物理思想方法.第二，重視創(chuàng)新意識的培養(yǎng)，例如講解平拋運動時不僅要分解為水平方向勻速運動和豎直方向的自由落體運動，可以將速度、加速度、位移、重力分解為任意方向討論各方向的運動規(guī)律，讓學生體驗運動分解的靈活性，并深入理解各方向力和運動關系的特點.第三，重視定量與定性的物理表達能力的培養(yǎng).學生往往習慣于應用數(shù)學關系式表達物理量的關系，但其實物理圖象也是重要的表達方式.特別是定性關系，用語言文字表達經(jīng)常難以表述清晰，借助物理圖景或圖象分析變化規(guī)律可以起到事半功倍的效果.

3.3 在課堂中重視物理思想方法教學

本題中考查諸多物理思想方法：物理模型的建構、類比的方法、遷移方法、對稱的方法以及逆向思維等.從豎直方向的自由落體運動的速度與時間關系，位移與時間關系類比到水平方向加速度隨時間均勻變化時速度與時間的關系.將平拋模型的運動分解思想及豎直上拋的對稱思想遷移應用到本題中來分析水平方向的力、加速度、速度變化的對稱性，中學物理教學中蘊含著豐富的思想方法，比如概念或規(guī)律得出、理解和應用過程中采用的科學思維方式和方法，包括科學探究過程和方法、實驗觀察的方法、提出問題的方法、解決問題的方法等.教學中在教給學生知識的同時，更應該教給學生建構物理知識的策略和方法.

3.4 在課堂教學中重視整合，重視大概念教學，促進學生物理核心素養(yǎng)的發(fā)展

中學物理教學通常是按照知識點展開的，知識點之間有一定的邏輯順序.如果日常教學只關注對知識點理解，時間久了，學生頭腦中的知識和方法難以構成體系而變得支離破碎，更難以形成對物理學科體系的認知.這就需要我們在教學中重視用大概念進行教學，幫助學生經(jīng)歷從點到線，從線到面，從面到體的認知發(fā)展過程.例如本題中涉及到跨學科概念“變化率”，在高中教材勻變速直線運動單元涉及到位移隨時間的變化率定義為速度，位移隨時間的變化率恒定即速度恒定，是勻速直線運動的特征;速度隨時間的變化率為加速度，加速度恒定為勻變速運動.本題拓展為加速度隨時間均勻變化的運動，如果學生能夠很好地理解變化率這一跨學科概念，運用類比思想分析速度的變化規(guī)律，該難點就迎刃而解了.重視大概念需要我們在教學中考慮具體概念和大概念之間的聯(lián)系，在教學中時刻關注每個知識點在知識體系中的位置，關注新知識與學生已有的知識和經(jīng)驗之間的聯(lián)系，關注不同知識點在認知方式上的一致性.點與線的聯(lián)系可通過概念、規(guī)律教學中的各個環(huán)節(jié)來實現(xiàn)，例如牛頓第二定律包含了力、加速度、質量及其關系.面的形成可通過平時復習實現(xiàn)，面與體的形成可通過階段復習和總復習來實現(xiàn).

此外，本題給我們的啟示還有，要重視培養(yǎng)學生科學探究意識和能力.例如本題中出現(xiàn)未知水平“力”時，是顛覆學生原有認知的題設，如果學生缺乏質疑的勇氣和能力，很容易不知所措.我們還可以就此試題引導學生去探究如下問題：（1）為什么因為地球自轉，就會出現(xiàn)水平“力”？（2）為什么上升時水平“力”向西，下落時水平“力”向東？（3）這個力為什么與豎直速度成正比？（4）中學階段研究的自由落體運動為什么沒有涉及這個“力”？（5）這個力對我們的生活有影響嗎？盡管這些問題不是課本涉及的內容，但對于學生形成物理觀念，發(fā)展科學思維，體驗科學探究以及培養(yǎng)科學態(tài)度與社會責任，都是十分有益的.

參考文獻：

[1]張適.由2018年北京理綜第20題引起的討論[J].物理教師，2018，39（08）：87 -90.

[2]郭玉英.中學物理教學設計[M].北京：高等教育出版社.2016.5.

[3]張一馳，陳怡.回歸物理本質凸顯核心素養(yǎng)-2018年高考卷I理綜物理計算題評析與啟示[J].中學物理，2018，36（19）：63 -65.