问题情境化：走向核心素养的高中物理课堂教学选择——2021年高考甲卷理科综合第18题分析及对教学的思考

问题情境化：走向核心素养的高中物理课堂教学选择——2021年高考甲卷理科综合第18题分析及对教学的思考

瞿中华

（三穗县民族高级中学  贵州黔东南  556500）

摘要：估算问题是高中物理经常研究的一类问题，与之对应，估算能力也是物理核心素养的一个重要表现。物理问题的估算是指依据一定的物理概念和规律，把握问题的物理本质，抓住其主要因素，忽略次要因素，对问题进行综合分析和判断，是科学思维的重要体现[1]。 如何运用估算思维解决实际问题是中学生难以突破的瓶颈之一，也是体现高校选拔人才标准的重要参考。因此，物理估算题一直是物理高考的一个热点难点，平常的物理课堂教学教师要使问题情景化，让学生在物理情境中发现、描述和解决问题，使学生问题解决能力得到提高，同时提升学生的科学思维品质。

关键词：问题情景化；估算能力；核心素养       

2019年11月，教育部考试中心发布了《中国高考评价体系》，该体系由“一核四层四翼”组成。明确“一核”为考查目的，“四层”为考查内容，“四翼”为考查要求。同时指出根据高校人才选拔要求和国家课程标准，遵循考试评价的规律，高考评价体系将应考查的素质教育目标凝练为“核心价值、学科素养、关键能力、必备知识”的“四层”考查内容[2]。高考围绕学科核心素养和关键能力命制试题，以考导教以考促教的功能正逐渐凸显。估算不仅是直觉思维能力的集中体现，更是学科核心素养的科学思维的重要体现。

1原题及解析

1.1（甲卷.18题）2021年2月，执行我国火星探测任务的“天问一号”探测器在成功实施三次近火制动后，进入运行周期约为T1=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（   ）

A.6×105m   B.6×106m    C.6×107m     D.6×108m

【解析】天问一号绕火星的轨迹如图1所示：天问一号轨道与火星表面的最近距离为h2、与火星表面的最远距离为h1

设表面有一卫星绕火星做匀速圆周运动周期为T0；

在表面由重力提供向心力得

①

设天问一号的周期为T1=1.8×105s的椭圆停泊轨道半长轴为a,由图知:

半长轴

由开普勒第三定律可知

④

由以上分析可得，故选C。

2评析

2.1  估算题涉引导学生关注科技领

本题以执行我国火星任务的“天文一号”探测器进入环绕或信号轨道为情境，这道估算试题都是以科技前沿创设真实的问题情境，考查学生灵活运用所学的万有引力定律和开普勒第三定律等物理知识综合分析解决“天文一号”在椭圆轨道上的距离问题，来激发学生学习物理的兴趣，引导学生关注科技领域的前沿，在真实问题的解决中促进物理学科核心素养的达成。

2.2 估算思维要求建构模型、挖掘隐含题设条件

这道题目虽简洁但里面的信息量比较大、模糊、条件还比较隐蔽又还包含图像信息。大多数学生不知如何着手如何分析。要解决本道估算题必须通过整理素材,选取数据,建立模型并运用物理方法进行求解。在分析过程中,突出主要因素,忽略对研究对象起次要作用的因素,抓住核心。把研究对象和复杂问题抽象化,建立理想化模型。但需要将天体的运动近似的看作是圆轨模型来处理。本题已知条件隐蔽,只有通过认真审题,从字里行间，附图、附表中发掘隐含条件，寻找解题钥匙。

2.3 要寻找估算依据。

弄清本题题意后,将题中的物理现象、过程与已掌握的物理概念、规律建立联系。寻找题中条件和问题之间的物理关系,为估算提供依据,是分析的重要环节。由于本题研究对象有两个中心天体——黑洞和太阳，学生的思维品质对问题解决的质量有决定作用。

2.4 规范估算结果

从解题依据出发扩展,通过层次清晰的分析和推理,整理出解题的简明思路。估算结果的数量级必须正确，有效数字一般取1—2位即可，同时留意物质世界和空间的数值范围或数量级，以便对估算的合理性做到心中有“数”。学生要解答好估算这类问题,除了需具备扎实的基础知识外,还必须具有较强的科学思维运用素材概括、抽象、突出重点、选取数据,要具有较高的科学素养。这就要求我们教师在教学活动中要多引导学生勤思善考,善于理论联系实际,不能死读书,只埋头做题,要注重提高学生的科学素养,这正是目前素质教育要迫切解决的问题。因此，这类估算题对物理教学有较好的导向作用。

3试题变式研究

3.1变式一：求中心天体的质量和密度

2021年2月，执行我国火星探测任务的“天问一号”探测器在成功实施三次近火制动后，进入运行周期约为T1=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，“天问一号”的停泊轨道与火星表面的最远距离约为6.0×107m。引力常量为

G.根据以上信息求火星的质量和密度。

解析：（i）忽略火星的自传，在火星表面的物体所受的火星的引力近似的等于重力

（ii）火星的密度

3.2变式二：卫星变轨

“天问一号”经过多次变轨后登陆火星的轨迹变化如图2所示，“天问一号”进入火星上空，在Q点启动变轨发动机然后切换到圆轨道Ⅰ上运动，经过Q点一段时间后再次经过Q点时启动变轨发动机切换到椭圆轨道Ⅱ上运动。再经过一段段时间后经过P点时启动变轨发动机切换到近火圆轨道Ⅲ上运动。P、Q两点分别是椭圆轨道的近火星点和远火星点“天问一号”在轨道上运行时均处于无动力航行状态。“天问一号”在轨道Ⅰ、Ⅱ上经过Q点的速度分别为加速度分别为；在Ⅱ、Ⅲ上经过P的速度分别为加速度分别为；在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轨道上的周期分别为，在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ轨道上的机械能分别为为下列说法正确的是(　　)

A．   B．

C．       D.

【答案】CD

【解析】“天问一号”从轨道Ⅰ到轨道Ⅱ需要减速，同理从轨道Ⅱ到轨道Ⅲ也需要减速，因此;由圆周运动的知识得；所以;故A错误；在Q点距离不变万有引力不变由。，同理．故B错误；根据开普勒第三定律得。故C正确；从轨道Ⅰ到轨道Ⅱ需要制动减速，同理从轨道Ⅱ到轨道Ⅲ也需要制动减速，因此;所以故D正确。

万有引力定律与航天模型是每年高考的必考内容，以选择题的形式出现。重点考查考生的模型建构能力、推理论证能力、运算能力和估算能力，命题情境突出现代科技的应用，试题与航天技术的联系非常密切，也经常考查万有引力和重力的关系以及天体的绕行，有时也与牛顿运动定律、机械能守恒、动量定理、运动学公式等力学规律结合起来综合考查。

4高中物理课堂教学思考

4.1备课需要专业化——搞好教学工作的出发点

备课是课堂教学质量的根基能够促进教师专业发展。传统的备课理念就是，备课远远没有上课重要，备课不一定要写教案，课件导学案也可以是教案。甚至认为备课是青年教师的事情，老教师可以不要求。其实不然，备课是为上课以及其他教学环节所作的准备，是教学的策划。在核心素养时代，一个迫切需要回答的问题是：核心素养、课程标准、教学设计和课堂教学是什么关系？现在提倡的核心素养（包括学科核心素养）好比一栋建筑物的效果图，很好看，但它是是笼统的，不能直接用来指导教学。学生发展核心素养要进一步细化学科核心素养，必须使用课程标准来指导教师教学，因为课程标准是一个国家教育目标的呈现，是编写教材、教学考试的依据。课程标准也不能直接用来上课，就像设计图不能直接用于施工。所以教师的课堂教学和课程标准之间还需要一个教学设计环节，使课程标准的细化、具体化，真正到课堂实处——备课专业化。即备课专业化就是要求学、教、评的一致性，备课专业化说得通俗一点就是要解决“去哪儿、怎么去、到了没有”及一致性问题。“去哪儿”就是目标方面的问题，具体来说就是“学生学什么、学到什么程度？”“怎么去”就是教学活动的问题，教学活动设计必须标围绕教学目标开展，并且还要依据学生学习心里发展过程设计教学活动。“到了没有”就是教学评估的问题不是泛泛的评价而是基于数据或现象的评估。备课专业化——学、教、评一致性：即以学习为中心，先围绕课程标准、教材、学情制定学习目标，再围绕学习目标设计评估任务，最后围绕评估任务设计教学流程。备课专业化才能学科核心素养和课程标准落到实处[3]。

4.2要不断促进“物理观念”的形成——搞好教学工作的立足点

知识是能力的基础，物理学科核心素养的“物理观念”，是从物理学视角形成的关于物质、运动与相互作用、能量等的基本认识[4]；物理概念不仅是物理基础知识的重要组成分，而且是构成物理规律、建物理公式和完善物理理论的前提。物理核心素养的“物理观念”代表知识的内化更是是其他核心素养的基础。物理概念是通过对理现象、物理过程进行抽象而建立的,教学设计时必须通过感知活动、观察与思考、经验事实等一系列实践活动,才能让学生获得研究物理问题的感性材料在这个基础上，经过认识加工，思维整理，从而突破对物理概念的理解；物理规律是自然界中物理客体的本质属性，事物发展和变化趋势的反回物理概念相比，物理规律是人们对物理客体的高层次认识的产物，是理性认阶段的产物,是物理概念发展的必然结果，物理概念是物理规律建立的基础和前提。掌握物理规律不仅有助于对物理概念的理解,而且往往能引导人们发现事物的未知属性，形成物理观念。从物理学的自身构来说，物理概念和规律是物理学的最基本的单元；在课堂教学中要不断促进学生的“物理观念”的形成，是教学工作的立足点。

4.3 构建思维型课堂——达到物理教学的至高点

物理教师的最高境界是能以“物”化“人”，使学生通过物理学科的学习不仅仅掌握一些物理概念和规律，更重要的是发展学生的科学思维，提升思维品质和实际问题解决等关键能力以及提升适应未来社会发展的必备品格。思维型课堂从形成物理观念、发展科学思维、培养分析能力来说使学生形成物理概念和掌握物理规律。思维型课堂教学强调课堂教学中师生活动的核心是思维活动，强调教学中应通过引发学生积极思考、主动探究来加速认知过程

[5]。在教学过程中思维型课堂教学强调诱发学生思维动机创设“认知冲突”使其产生强烈的求知欲，变“要我学”为“我要学”。学生能积极主动的进行“自主建构”形成高阶思维，并且在新的问题情境中对已获得的知识经验进行应用和迁移，善于根据实际情况进行模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新达到物理教学的至高点。

参考文献

[1]郭春文，陈怡红.估算思维在天体运动中的应用[J]中学生理科考试2020.

[2]教育部考试中心.中国高考评价体系[M].北京：人民教育出版社，2019.

[3]张爱军.备课专业化学教评一致性教学设计的理念与操作[M]长春：东北师范大学出版社2020.

[4]教育部基础教育课程教材专家工作委员会普通高中课程标准修订组编写.普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）解读[M].北京：高等教育出版社，2020.

[5]王长江.中学物理思维型课堂教学研究[M].北京：科学出版社，2015.

基金项目：本文系贵州省教育科学规划民族地区基础学科（高中物理）质量提升专项课题“深度学习视域下贵州多民族地区高中物理‘思维型’课堂构建实践研究”（课题编号：MJ21004）研究成果；贵州省教育科学规划课题“基于核心素养下少数民族地区高中物理学生建模能力培养的策略研究”（课题编号：2021B130）研究成果.