高中物理情境化試題的研究

高中物理情境化試題的研究摘要：物理情境化試題是考察學(xué)生核心素養(yǎng)的重要途徑之一。物理情境素材主要來源于社會生活和學(xué)習(xí)探索過程。根據(jù)情境與考察內(nèi)容的關(guān)聯(lián)程度進(jìn)行分析，可以將試題分為情境分離型、情境嵌入型和情境結(jié)合型。根據(jù)情境試題的特點，可以歸納總結(jié)出解決物理情境試題的基本思路。關(guān)鍵詞：高中物理；情境化試題；高考題引言：情境是運用文字、數(shù)據(jù)、圖表等形式，圍繞一定主題加以設(shè)置的，為呈現(xiàn)解題信息、設(shè)計問題任務(wù)、達(dá)成測評目標(biāo)而提供的載體。[1]教育部考試中心發(fā)布的《中國高考評價體系》規(guī)定了高考的考查載體——情境，高中物理情境化試題是考察學(xué)生核心素養(yǎng)、解決實際問題能力的重要途徑。一、物理情境化試題材料的來源物理情境試題的材料主要來源于兩類。一類為社會生活實踐情境，另一類為學(xué)習(xí)探索情境。社會生活實踐情境試題，是以社會生產(chǎn)、生活中客觀存在的物理現(xiàn)象或過程為背景，考查學(xué)生對物理概念、規(guī)律的理解與應(yīng)用能力。這種試題的情境材料真實，貼近實際，強(qiáng)調(diào)學(xué)生與真實情境間的互動，注重與現(xiàn)實生活的聯(lián)系。學(xué)習(xí)探索情境試題，其情境主要來源于具體的研究過程，涉及學(xué)習(xí)探索與科學(xué)研究過程中的各個方面，例如對物理實驗方案的設(shè)計與實施，對模型及數(shù)據(jù)圖表的處理，對科技前沿的探索等等，注重對學(xué)生分析解決問題能力的考察。二、物理情境化試題的類型根據(jù)物理情境與考察內(nèi)容的關(guān)聯(lián)程度進(jìn)行等級分類，可以分為情境分離型、情境嵌入型和情境結(jié)合性。[2]表1

情境與考察內(nèi)容的關(guān)聯(lián)度等級題目類型情境分離性情境嵌入型情境結(jié)合型關(guān)聯(lián)度幾乎無關(guān)聯(lián)緊密關(guān)聯(lián)融合關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)圖

情境分離型是指情境與考察內(nèi)容幾乎無關(guān)聯(lián)，問題的解決不依靠情境。即使去掉題目所提供的情境材料，學(xué)生仍能完成相關(guān)題目要求。情境嵌入型是指情境與考察內(nèi)容緊密關(guān)聯(lián)，問題解決依靠情境，情境的部分描述中隱含解題條件。情境結(jié)合性是指情境與考察內(nèi)容高度關(guān)聯(lián)，問題解決依靠情境，情境的描述即為物理過程或者物理模型的描述。

即使基于同一個情境，不同的試題在情境與考察內(nèi)容的關(guān)聯(lián)度可能存在很大的不同。以2021年的考試熱點“天問一號”火星探測器情境為例，結(jié)合航天與萬有引力知識，多省市高考題進(jìn)行了考察，但情境與考察內(nèi)容的關(guān)聯(lián)度，卻有很大的區(qū)別。

例1.（2021?天津）2021年5月15日，天問一號探測器著陸火星取得成功，邁出了我國星際探測征程的重要一步，在火星上首次留下中國人的印跡。天問一號探測器成功發(fā)射后，順利被火星捕獲，成為我國第一顆人造火星衛(wèi)星。經(jīng)過軌道調(diào)整，探測器先沿橢圓軌道Ⅰ運行，之后進(jìn)入稱為火星停泊軌道的橢圓軌道Ⅱ運行，如圖所示，兩軌道相切于近火點P，則天問一號探測器（）A．在軌道Ⅱ上處于受力平衡狀態(tài)

B．在軌道Ⅰ運行周期比在Ⅱ時短C．從軌道Ⅰ進(jìn)入Ⅱ在P處要加速

D．沿軌道Ⅰ向P飛近時速度增大該題目對“天問一號”進(jìn)行了簡要介紹，根據(jù)“天問一號”的軌跡特征和變軌規(guī)律，考察了衛(wèi)星變軌問題。但題目中涉及的軌道和變軌知識，屬于高中物理中常見的衛(wèi)星變軌問題。試題前面介紹的內(nèi)容對于學(xué)生解題沒有實質(zhì)性的信息價值，拋開介紹的情境內(nèi)容，學(xué)生依舊可以應(yīng)用常用的變軌模型進(jìn)行解題。這種試題屬于情境分離性，它的功能主要在于增加試題的閱讀性，考察學(xué)生對關(guān)鍵信息的辨別能力以及培養(yǎng)學(xué)生良好的價值觀。但是這種情境更像一種試題的外部包裝，在本質(zhì)上與問題的解決沒有關(guān)系。這種試題沒有將情境與考察內(nèi)容有機(jī)結(jié)合起來，學(xué)生對情境也不需要進(jìn)行任何的提煉和轉(zhuǎn)化，無法考察學(xué)生在真實情境下解決問題的能力，更談不上對創(chuàng)造力的考察。例2.（2021?甲卷）2021年2月，執(zhí)行我國火星探測任務(wù)的“天問一號”探測器在成功實施三次近火制動后，進(jìn)入運行周期約為1.8×105s的橢圓形停泊軌道，軌道與火星表面的最近距離約為2.8×105m。已知火星半徑約為3.4×106m，火星表面處自由落體的加速度大小約為3.7m/s2，則“天問一號”的停泊軌道與火星表面的最遠(yuǎn)距離約為（）A．6×105mB．6×106mC．6×107mD．6×108m該題在對“天問一號”的運動狀態(tài)進(jìn)行了定量描述，介紹了其軌道周期及半徑特點。學(xué)生在解此題時，需要從題目的情境介紹中，將關(guān)于情境的描述轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的物理狀態(tài)，將關(guān)于情境的內(nèi)容轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的物理量。這種試題屬于情境嵌入型，情境和考察內(nèi)容精密聯(lián)系，要求學(xué)生能從試題的情境中提取出關(guān)鍵信息，在情境描述的基礎(chǔ)上，抽象出物理模型。試題考察的是學(xué)生對情境的理解，是一種對情境簡單的認(rèn)知過程，考察了學(xué)生對物理知識和規(guī)律的理解應(yīng)用。例3.（2022?浙江）“天問一號”從地球發(fā)射后，在如圖甲所示的P點沿地火轉(zhuǎn)移軌道到Q點，再依次進(jìn)入如圖乙所示的調(diào)相軌道和停泊軌道，則天問一號（）A．發(fā)射速度介于7.9km/s與11.2km/s之間B．從P點轉(zhuǎn)移到Q點的時間小于6個月C．在環(huán)繞火星的停泊軌道運行的周期比在調(diào)相軌道上小D．在地火轉(zhuǎn)移軌道運動時的速度均大于地球繞太陽的速度該題以文字+圖像的形式，對“天問一號”軌跡特征及變軌情況進(jìn)行描述。學(xué)生需要將甲圖圖像轉(zhuǎn)化為常見的“衛(wèi)星變軌模型”，將乙圖圖像轉(zhuǎn)化為常見的“橢圓軌道模型”，并且從圖像中獲取這些軌道的半徑大小關(guān)系。這種試題屬于情境結(jié)合型，題目中關(guān)于情境的描述即為物理的探究過程。這種試題查考的內(nèi)容及知識點需要學(xué)生自己從材料中提取，同時對這些提取的信息進(jìn)行分析、加工并提煉出物理模型。結(jié)合型試題的情境與題設(shè)之間高度關(guān)聯(lián)并且融為一體，通常來源于真實的研究過程或?qū)嶋H的探索過程，重點考察學(xué)生的探究思維能力。三、物理情境試題的基本解題思路雖然物理情境各不相同，但是對于物理情境問題的解決，可以參照以下的基本解題思路。

圖1物理情境試題的基本解題思路（一）篩選提煉素材，將情境物理化真實情境往往比較復(fù)雜，可能包含一些非物理描述或其他學(xué)科知識內(nèi)容。學(xué)生在解決情境化試題時，首先需要學(xué)會辨別題目中給出的情境內(nèi)容與問題解決是否有關(guān)聯(lián)，篩選出關(guān)鍵有用的信息，摒棄與解決問題無關(guān)的干擾信息。另外，還要學(xué)會從研究的材料中揭示一些隱蔽的信息，比如“緩慢地”、“輕輕地”“恰好”等這類詞語，它們通常暗示了一些解決問題的關(guān)鍵信息。其次，學(xué)生需要對篩選的有用信息進(jìn)行加工，把情境的故事情節(jié)轉(zhuǎn)化為某種物理現(xiàn)象，把情境中的一段經(jīng)歷轉(zhuǎn)化為一個物理過程，把情境的描述轉(zhuǎn)化為物理狀態(tài)或者物理量，把情境中需要完成的工作轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的物理要求。（二）加工整合素材，建立物理模型由于情境化試題中，解題所用的物理模型是故意隱藏著，因此需要學(xué)生結(jié)合已學(xué)的知識儲備，對情境內(nèi)容進(jìn)行模型建構(gòu)。模型的建立主要分兩種形式，一種是經(jīng)典物理模型類比遷移。這種模型是在學(xué)生學(xué)過的原有經(jīng)典模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行內(nèi)容替換，學(xué)生比較容易識別遷移。另一種是創(chuàng)新模型的建立組合，這類模型與學(xué)生熟悉的模型區(qū)分度較大，需要學(xué)生自主識別、提取、建構(gòu)，難度較大，能考察了學(xué)生對實際問題的建模能力。（三）素材計算加工，解決實際問題根據(jù)提煉的情境素材，將情境描述轉(zhuǎn)化為具體的物理量帶入抽象出的