王遠虎

（1.阜寧縣第一高級中學，江蘇 阜寧 224400；2.阜寧縣教師發(fā)展中心，江蘇 阜寧 224400）

高考評價體系主要由“一核、四層、四翼”3部分內(nèi)容組成.其中，“一核”為核心功能，即“立德樹人、服務(wù)選才、引導(dǎo)教學”，是對素質(zhì)教育中高考核心功能的概括，回答“為什么考”的問題；“四層”為考查內(nèi)容，即“核心價值、學科素養(yǎng)、關(guān)鍵能力、必備知識”，是素質(zhì)教育目標在高考中的提煉，回答“考什么”的問題；“四翼”為考查要求，即“基礎(chǔ)性、綜合性、應(yīng)用性、創(chuàng)新性”，是素質(zhì)教育的評價維度在高考中的體現(xiàn)，回答“怎么考”的問題.同時，高考評價體系還規(guī)定了高考的考查載體——情境，以此承載考查內(nèi)容，實現(xiàn)考查要求.［1］

雖然2020年高考物理浙江卷第18題、海南卷第14（2）題及山東卷第13題測量重力加速度的命題素材不同，但是3道高考題都能體現(xiàn)“一核、四層、四翼”的考查要求，都能實現(xiàn)教育考試的考查、區(qū)分與評價功能，弘揚“立德樹人”的教育理念，促進學生探究和解決問題的能力，增強創(chuàng)新意識，培養(yǎng)實事求是的科學態(tài)度，形成正確的價值觀，為學生的終身發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)，發(fā)揮高考在育人方面的導(dǎo)向功能.

1 高考物理實驗題命題素材

1.1 利用教材中的實驗作為素材進行命題

考查教材中的實驗時，高考實驗題能夠很好地將常動手做實驗的考生與不常做實驗的考生有效區(qū)分開來，對教師實驗教學有良好的導(dǎo)向作用，鼓勵教師多讓學生動手做實驗，避免教師錯誤的通過實驗習題訓練來提高學生的成績.高考實驗題命制時常利用教材中實驗過程的描述、照片、簡圖、數(shù)據(jù)處理等方式，真實呈現(xiàn)實驗過程中的某一場景，讓考生對相關(guān)問題進行分析判斷，考查考生對一些重要的實驗過程的深刻理解；高考實驗題命制時也可通過呈現(xiàn)教材中“做一做”活動的場景，考查考生自主開展實驗探究的能力，測試情況往往能夠反映學生是否真正動手動腦經(jīng)歷實驗的過程.

例1.（2020年高考浙江卷第18題）某同學用單擺測量重力加速度.

（1）為了減少測量誤差，下列做法正確的是______（多選）.

（A）擺的振幅越大越好.

（B）擺球質(zhì)量大些、體積小些.

（C）擺線盡量細些、長些、伸縮性小些.

（D）計時的起、止位置選在擺球達到的最高點處.

（2）改變擺長，多次測量，得到周期平方與擺長的關(guān)系圖像如圖1所示，所得結(jié)果與當?shù)刂亓铀俣戎迪喾?，但發(fā)現(xiàn)其延長線沒有過原點，其原因可能是_____ .

圖1 T2- L圖像

（A）測周期時多數(shù)了一個周期.

（B）測周期時少數(shù)了一個周期.

（C）測擺長時直接將擺線的長度作為擺長.

（D）測擺長時將擺線的長度加上擺球的直徑作為擺長.

必備知識：單擺模型這一概念性知識；計時的起、止位置如何選定這一策略性知識；如何分析周期平方與擺長的關(guān)系圖像這一策略性知識.

關(guān)鍵能力：知識獲取能力：考生要能從試題情境結(jié)合教材中“探究單擺周期與擺長的關(guān)系”實驗提取有效信息，能夠準確描述單擺模型中擺球的質(zhì)量、大小，擺線的長短、粗細，擺角的大小要求；實驗操作能力：考生要能從實驗的情境活動中理解實驗的設(shè)計，由實驗數(shù)據(jù)作圖可得到T2-L的關(guān)系，結(jié)合實驗原理，尋找圖像延長線沒有過原點的原因；思維認知能力：考生要能明確選定計時的起、止位置的內(nèi)在邏輯.

四翼層級：試題情境只包含單一的稍復(fù)雜的情境活動，考生需要調(diào)動多種物理知識與能力來解決問題.屬于“四翼”考查要求中的綜合性層級.

命題角度展望：（1）本題命制周期平方與擺長的關(guān)系圖像時橫軸和縱軸沒有具體數(shù)值，只能定性分析，如命題設(shè)計具體數(shù)值，則可考查考生定量計算重力加速度及小球的半徑.

1.2 利用創(chuàng)新探究設(shè)計實驗為素材進行命題

創(chuàng)新探究設(shè)計實驗題的“創(chuàng)新”點有：改變實驗探究的條件、改變實驗探究的結(jié)論、改變實驗探究的思路、改變實驗探究的方法、體現(xiàn)實驗探究結(jié)果的開放性、評估實驗探究的過程與結(jié)果等.

1.2.1 實驗儀器的創(chuàng)新

高考實驗題命制時常將教材中的實驗器材進行替換或改進，比如用氣墊導(dǎo)軌代替長木板，用光電門、頻閃相機代替打點計時器，用電子秤或已知質(zhì)量的鉤碼等代替彈簧測力計，呈現(xiàn)新的實驗過程情境，讓考生運用學過的知識理清實驗原理，解答相關(guān)問題，從而考查考生的理解實驗原理、處理實驗數(shù)據(jù)、分析實驗誤差等能力.

例2.［2020年高考海南卷14（2）］某同學用如圖2所示的裝置測量重力加速度.

圖2 測量重力加速度

實驗器材：有機玻璃條（白色是透光部分，黑色是寬度均為d=1.00 cm的擋光片），鐵架臺，數(shù)字計時器（含光電門），刻度尺.

主要實驗過程如下：

① 將光電門安裝在鐵架臺上，下方放置承接玻璃條下落的緩沖物；

② 用刻度尺測量兩擋光片間的距離，刻度尺的示數(shù)如圖3所示，讀出兩擋光片間的距離L=________cm；

圖3 刻度尺的示數(shù)

③ 手提玻璃條上端使它靜止在____方向上，讓光電門的光束從玻璃條下端的透光部分通過；

④ 讓玻璃條自由下落，測得兩次擋光的時間分別為t1=10.003 ms和t2=5.000 ms；

⑤根據(jù)以上測量的數(shù)據(jù)計算出重力加速度g=____m／s2（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）.

必備知識：用刻度尺測量兩擋光片間的距離如何讀數(shù)這一策略性知識；用光電門如何測玻璃條的速度這一策略性知識；“落體法”測重力加速度實驗操作過程這一程序性知識；如何據(jù)測量的數(shù)據(jù)計算出重力加速度這一策略性知識.

關(guān)鍵能力：知識獲取能力：考生要能從試題描述的實驗過程發(fā)現(xiàn)隱含的測量重力加速度的原理，要會讀出刻度尺測量兩擋光片間的距離；實驗操作能力：考生要能將實驗操作中獲得的數(shù)據(jù)，計算出玻璃條的速度，再運用運動學公式計算出重力加速度；思維認知能力：考生要能據(jù)實驗過程描述，演繹推理出重力加速度的計算式.

四翼層級：試題情境只包含單一的復(fù)雜的情境活動，考生需要系統(tǒng)地、全面地、協(xié)調(diào)地調(diào)動各種物理知識與能力才能解決問題.屬于“四翼”考查要求中的應(yīng)用性層級.

命題角度展望：（1）本題命題設(shè)計將打點計時器創(chuàng)新替換為光電門用來測有機玻璃條下落過程中兩個位置的速度，考查了考生對光電門測速原理的理解及運用運動學公式解決實際問題的能力.如能設(shè)計考查此實驗的誤差分析及如何減小誤差，將達到學業(yè)質(zhì)量水平4要求，考查考生對科學探究過程與結(jié)果進行交流和反思.

（2）本題設(shè)計方案中最難操作的是手提玻璃條上端，松手瞬間手的抖動會影響玻璃條的下落，玻璃條有一定的長度，松手較難控制使它在豎直方向上作自由落體運動.可設(shè)計改進方案如下：如圖4所示，用游標卡尺測出立方體小鐵塊的邊長d；用刻度尺測出電磁鐵下端到光電門的距離h（h?d）；電磁鐵先通電（電源未畫出），讓小鐵塊吸住上端；斷開電源，讓小鐵塊自由下落；計時裝置記錄小鐵塊經(jīng)過光電門所用時間為t，計算出相應(yīng)速度v；用學過的運動學公式v2=2gh，從而計算出重力加速度.此方案要保證鐵塊要小（即滿足電磁鐵下端到光電門的距離h?d），保證鐵塊下落過程中平動經(jīng)過光電門，不能有轉(zhuǎn)動，以減小時間測量的誤差.［2］

圖4 測量重力加速度

1.2.2 實驗方法的創(chuàng)新

高考實驗題命制時常通過呈現(xiàn)新的實驗過程情境，將考生置于陌生環(huán)境，讓考生理順實驗探究的新方法、新步驟，理解實驗的基本原理，解答相關(guān)問題，從而考查考生的自主探究能力、知識遷移能力和解決實際問題的能力.［3］

例3.（2020年高考山東卷第13題）2020年5月，我國進行了珠穆朗瑪峰的高度測量，其中一種方法是通過使用重力儀測量重力加速度，進而間接測量海拔高度.某同學受此啟發(fā)就地取材設(shè)計了如下實驗，測量當?shù)刂亓铀俣鹊拇笮?實驗步驟如下.

（1）如圖5所示，選擇合適高度的墊塊，使木板的傾角為53°，在其上表面固定一與小物塊下滑路徑平行的刻度尺（圖中未畫出）.

圖5 測量重力加速度

（2）調(diào)整手機使其攝像頭正對木板表面，開啟視頻錄像功能.將小物塊從木板頂端釋放，用手機記錄下小物塊沿木板向下做加速直線運動的情況.然后通過錄像的回放，選擇小物塊運動路徑上合適的一點作為測量參考點，得到小物塊相對于該點的運動距離L與運動時間t的數(shù)據(jù).

（4）再次調(diào)節(jié)墊塊，改變木板的傾角，重復(fù)實驗.

回答以下問題：

（1）當木板的傾角為37°時，所繪圖像如圖6所示.由圖像可得，物塊過測量參考點時速度的大小為______m／s；選取圖線上位于坐標紙網(wǎng)格交叉點上的A、B兩點，利用A、B兩點數(shù)據(jù)得到小物塊下滑加速度的大小為______m／s2.（結(jié)果均保留2位有效數(shù)字）

圖6 傾角為37°時圖像

（2）根據(jù)上述數(shù)據(jù)，進一步分析得到當?shù)氐闹亓铀俣却笮開_____m／s2.（結(jié)果保留2位有效數(shù)字，sin37°=0.60，cos37°=0.80）

試題情境設(shè)計：題目通過呈現(xiàn)新的實驗過程場景將考生置于陌生環(huán)境，考生要通過閱讀實驗步驟，提煉測量重力加速度的新方法.讓小物塊沿傾角為θ的木板向下做加速直線運動，由牛頓第二定律：mg sinθ-μmg cosθ=ma，即a=g sinθμg cosθ，測出兩個不同傾角對應(yīng)的加速度，聯(lián)立求解重力加速度.

四翼層級：試題情境包含多個簡單或復(fù)雜情境活動，考生需要在全方位調(diào)動各種物理知識與能力的同時，協(xié)調(diào)和利用各種情境活動解決問題，得到創(chuàng)造性的結(jié)果.屬于“四翼”考查要求中的創(chuàng)新性層級.

命題角度展望：（1）本題命題設(shè)計測量當?shù)氐闹亓铀俣却笮〗Y(jié)果保留2位有效數(shù)字，此測量精度將對高度測量產(chǎn)生較大的誤差.

2 高中物理實驗教學的應(yīng)對策略

2.1 重視核心價值的引領(lǐng)

核心價值是學生的政治素質(zhì)、道德品質(zhì)和思想方法的綜合體現(xiàn)，是學生面對現(xiàn)實的問題情境時表現(xiàn)出來的情感態(tài)度和價值觀.在高考評價體系中，核心價值處于“四層”評價內(nèi)容的引領(lǐng)地位.物理實驗教學中要凸顯核心價值的地位，以核心價值引領(lǐng)教學，發(fā)揮學科的德育功能，完成立德樹人的高考育人目標，要培養(yǎng)學生嚴肅認真對待實驗的態(tài)度，尊重實驗結(jié)果與事實，杜絕編造和修改實驗數(shù)據(jù)的科學態(tài)度，愿意在將來從事物理方向工作的科學本質(zhì)觀.［4］

2.2 重視物理學科素養(yǎng)的培養(yǎng)

物理學科素養(yǎng)在“四層”考查內(nèi)容中具有統(tǒng)領(lǐng)作用，界定了學科考查的必備知識和關(guān)鍵能力.高考評價體系中的學科素養(yǎng)，融會了國家課程標準中的核心素養(yǎng)要求和高校人才選拔的內(nèi)涵素養(yǎng)要求，物理實驗教學中必須貫徹物理學科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的理念，切實幫助學生養(yǎng)成將來高校學習所需的能力，著重落實科學探究的核心素養(yǎng)要求，讓學生掌握科學探究的具體操作過程.

2.3 重視關(guān)鍵能力的落實

物理科考試提出理解能力、推理論證能力、模型建構(gòu)能力、實驗探究能力、創(chuàng)新能力5種關(guān)鍵能力.高考評價體系確立了符合考試評價規(guī)律的3個方面的關(guān)鍵能力群：一是以認識世界為核心的知識獲取能力群；二是以解決實際問題為核心的實踐操作能力群；三是涵蓋關(guān)鍵思維能力的思維認知能力群.物理實驗教學中要落實學生的實驗技能培養(yǎng)，比如實驗操作、方案設(shè)計、可行性分析論證、數(shù)據(jù)收集處理、可靠性分析、反思修正、交流表達、團隊協(xié)作等等.

2.4 重視必備知識的掌握

必備知識是指即將進入高等學校的學習者在面對與物理科相關(guān)的生活實踐或?qū)W習探索問題情境時，有效地認識問題、分析問題、解決問題所必須具備的知識.［5］物理實驗教學中要保證基礎(chǔ)必備知識的牢固與完備，必須有堅實的概念性知識和程序性知識作保障，才能通過精心設(shè)計問題鏈重點突破如何總結(jié)實驗規(guī)律，解決實驗中出現(xiàn)的問題時如何明確思維方向等策略性知識.