丁慶紅

自2004年實(shí)施普通高中新課程改革以來(lái)，高考物理試題堅(jiān)持體現(xiàn)新課程改革的精神，適當(dāng)?shù)貪B透新課程的理念和目標(biāo)。試題內(nèi)容立足高中物理教學(xué)實(shí)際，體現(xiàn)重視基礎(chǔ)、突出能力、關(guān)注考生素養(yǎng)、注重思維水平、強(qiáng)調(diào)聯(lián)系實(shí)際、學(xué)以致用等與新課程一致的做法，引領(lǐng)高中物理新課程改革。

重視科學(xué)探究是我國(guó)新一輪基礎(chǔ)教育改革的核心?？茖W(xué)探究，是指科學(xué)家在研究自然界的科學(xué)規(guī)律時(shí)所進(jìn)行的科學(xué)研究活動(dòng)。20世紀(jì)80年代后，我國(guó)和一些發(fā)達(dá)國(guó)家將科學(xué)探究作為一種教學(xué)方法引入教學(xué)過(guò)程中，讓學(xué)生處于動(dòng)態(tài)、開(kāi)放、生動(dòng)、多元的學(xué)習(xí)環(huán)境中，使學(xué)生通過(guò)類(lèi)似科學(xué)家的探究過(guò)程理解科學(xué)概念和科學(xué)探究的本質(zhì)，并培養(yǎng)科學(xué)探究能力，從而將學(xué)習(xí)重心從過(guò)分強(qiáng)調(diào)知識(shí)的傳承和積累向知識(shí)的探索過(guò)程轉(zhuǎn)化，使學(xué)生從被動(dòng)接受知識(shí)向自主學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化。科學(xué)探究的形式是多種多樣的，有提出問(wèn)題、猜想與假設(shè)、制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)、分析與論證、評(píng)估、交流與合作等幾個(gè)環(huán)節(jié)。科學(xué)探究既是物理課程的重要內(nèi)容，又是重要的教學(xué)方式；既是學(xué)生學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)目標(biāo)，又是物理學(xué)習(xí)的重要方法。

近幾年來(lái)，高考物理試題在突出探究性，體現(xiàn)新課程理念方面作出了很多有益的嘗試。

1 高考物理試題凸顯探究性

1.1 高考物理試題提供的素材具有探究性

一道好的物理試題，就是一個(gè)科學(xué)問(wèn)題。2008年上海高考物理試題，其中有一道以在伽利略羊皮紙手稿中發(fā)現(xiàn)的斜面實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為命題素材，讓考生沿著科學(xué)家的足跡探究問(wèn)題。

【2008年高考上海卷第5題】在伽利略羊皮紙手稿中發(fā)現(xiàn)的斜面實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示，人們推測(cè)第二、三列數(shù)據(jù)可能分別表示時(shí)間和長(zhǎng)度。伽利略的一個(gè)長(zhǎng)度單位相當(dāng)于現(xiàn)在的mm，假設(shè)一個(gè)時(shí)間單位相當(dāng)于現(xiàn)在的0.5 s。由此可以推算實(shí)驗(yàn)時(shí)光滑斜面的長(zhǎng)度至少為_(kāi)_______m；斜面的傾角約為_(kāi)_________度。（g取10 m/s2）

表1 伽利略手稿中的數(shù)據(jù)

表2 由伽利略手稿中的數(shù)據(jù)得到的斜面傾角

1t1=0.5 s，求得sinθ=0.0247。怎樣求出θ呢？考生不難發(fā)現(xiàn)sinθ數(shù)值很小，則聯(lián)想到此時(shí)sinθ≈θ，于是找到了問(wèn)題的突破口。值得注意的是本題有8組數(shù)據(jù)，需要根據(jù)每一組數(shù)據(jù)求出θ值（見(jiàn)表2），然后取其平均值作為斜面的傾角。

這道題看似簡(jiǎn)單，實(shí)則是一道考查考生能力的好題，在考查探究能力的同時(shí)，還考查了考生從表格中提取信息、處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及估算的能力。

1.2 高考物理試題提供的物理情境具有探究性

2012年高考江蘇卷第15題就是一個(gè)探究性的科學(xué)問(wèn)題，要求考生根據(jù)所給出的現(xiàn)象來(lái)推測(cè)該區(qū)域中電場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小及可能的方向，題目設(shè)計(jì)的問(wèn)題具有開(kāi)放性，考生解決問(wèn)題的過(guò)程具有探究性。

【2012年高考江蘇卷第15題】如圖1所示，待測(cè)區(qū)域中存在勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，根據(jù)帶電粒子射入時(shí)的受力情況可推測(cè)其電場(chǎng)和磁場(chǎng)。圖中裝置由加速器和平移器組成，平移器由兩對(duì)水平放置、相距為l的相同平行金屬板構(gòu)成，極板長(zhǎng)度為l、間距為d，兩對(duì)極板間偏轉(zhuǎn)電壓大小相等、電場(chǎng)方向相反。質(zhì)量為m、電荷量為+q的粒子經(jīng)加速電壓U0加速后，水平射入偏轉(zhuǎn)電壓為U1的平移器，最終從A點(diǎn)水平射入待測(cè)區(qū)域。不考慮粒子受到的重力。

圖1

（1）求粒子射出平移器時(shí)的速度大小v1；

（2）當(dāng)加速電壓變?yōu)?U0時(shí)，欲使粒子仍從A點(diǎn)射入待測(cè)區(qū)域，求此時(shí)的偏轉(zhuǎn)電壓U；

（3）已知粒子以不同速度水平向右射入待測(cè)區(qū)域，剛進(jìn)入時(shí)的受力大小均為F?，F(xiàn)取水平向右為x軸正方向，建立如圖所示的直角坐標(biāo)系Oxyz。保持加速電壓為U0不變，移動(dòng)裝置使粒子沿不同的坐標(biāo)軸方向射入待測(cè)區(qū)域，粒子剛射入時(shí)的受力大小如表3所示。

表3

請(qǐng)推測(cè)該區(qū)域中電場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小及可能的方向。

本題要求考生根據(jù)所給出的現(xiàn)象來(lái)推測(cè)該區(qū)域中電場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小及可能的方向?？忌紫纫鶕?jù)試題提供的物理情境提出自己的猜想或假說(shuō)，然后通過(guò)分析與論證，評(píng)估其合理性?？梢?jiàn)，考生解決本題的過(guò)程，就經(jīng)歷了一次科學(xué)探究的過(guò)程。解題過(guò)程如下：

（2）在第一個(gè)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中，設(shè)粒子的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t，加速度的大小為a=，在離開(kāi)時(shí)，豎直分速度vy=at，豎直位移 y1=，水平位移l=v0t。粒子在兩偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)間做勻速直線運(yùn)動(dòng)，經(jīng)歷時(shí)間也為t，豎直位移y2=vyt。由題意知，粒子豎直總位移y=2y+y，解得 y=。則當(dāng)加速電壓為4U時(shí)，U=1204U1。

（3）磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向一定平行于x軸。且電場(chǎng)強(qiáng)度E=F/q。

由沿±y軸方向射入時(shí)的受力情況可知：E與Oxy平面平行。

設(shè)電場(chǎng)方向與x軸方向夾角為α，若B沿x軸正方向，由沿z軸方向射入時(shí)的受力情況得(f+Fsinα)2+(Fcosα)2=(F)2。

解得 α=30°，或α=150°，即E與Oxy平面平行且與x軸方向的夾角為30°或150°。

同理，若B沿-x軸方向，E與Oxy平面平行且與x軸方向的夾角為-30°或-150°。

1.3 高考物理試題關(guān)注解決問(wèn)題的思想和方法，體現(xiàn)試題的探究性

高考物理考試大綱中，物理學(xué)科的知識(shí)內(nèi)容和能力考查目標(biāo)都是按照新課標(biāo)的要求確定的，但是試題情境完全可以“源于教材”又“高于教材”，需要考生具有較強(qiáng)的提取信息的能力，具備分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。2012年高考安徽卷第20題給出的物理情境雖然超出了中學(xué)物理的范疇，但考生通過(guò)正確的解題思想和方法一樣可以正確解題。

【2012年高考安徽卷第20題】如圖2所示，半徑為R的均勻帶電圓形平板，單位面積帶電量為σ，其軸線上任意一點(diǎn)P（坐標(biāo)為x）的電場(chǎng)強(qiáng)度可以由庫(kù)侖定律和電場(chǎng)強(qiáng)度的疊加原理求出：方向沿x軸?，F(xiàn)考慮單位面積帶電量為σ0的無(wú)限大均勻帶電平板，從其中間挖去一半徑為r的圓板，如圖3所示。則圓孔軸線上任意一點(diǎn)Q（坐標(biāo)為x）的電場(chǎng)強(qiáng)度為

圖2

圖3

由題意知：半徑為R的均勻帶電圓形平板，單位面積帶電量為σ，其軸線上任意一點(diǎn)P（坐標(biāo)為x）的電場(chǎng)強(qiáng)度為：方向沿x軸。若考生立即意識(shí)到對(duì)于x→0，半徑為R的均勻帶電圓形平板相當(dāng)于無(wú)限大，由此進(jìn)一步推知：無(wú)限大均勻帶電平板其周?chē)碾妶?chǎng)等效為勻強(qiáng)電場(chǎng)，且場(chǎng)強(qiáng)為E=2πkσ，這是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。則對(duì)于圖3所示的單位面積帶電量為σ0的無(wú)限大均勻帶電平板在其周?chē)a(chǎn)生的電場(chǎng)亦為勻強(qiáng)電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)為E1=2πkσ0，挖去的半徑為r的圓板在Q點(diǎn)產(chǎn)生場(chǎng)強(qiáng)為所以圖3所示的圓板在Q點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)為：要解決本題，考生必須根據(jù)已有的知識(shí)、物理事實(shí)和條件，運(yùn)用恰當(dāng)?shù)姆椒?，進(jìn)行邏輯推理和論證，對(duì)新穎的物理情境作出正確的判斷。又如2012年北京卷第20題。

【2012年高考北京卷第20題】“約瑟夫森結(jié)”由超導(dǎo)體和絕緣體制成。若在結(jié)兩端加恒定電壓U，則它會(huì)輻射頻率為ν的電磁波，且ν與U成正比，即ν=kU。已知比例系數(shù)k僅與元電荷e的2倍和普朗克常量h有關(guān)。你可能不了解此現(xiàn)象的機(jī)理，但仍可運(yùn)用物理學(xué)中常用的方法，在下列選項(xiàng)中，推理判斷比例系數(shù)k的值可能為

由于ν=kU，則比例系數(shù)k的物理單位是s-1V-1。分析四個(gè)選項(xiàng)可知，只有選項(xiàng)B的物理單位才與此相同。

本題以“約瑟夫森結(jié)”輻射電磁波為情境，依托單位制為突破口，考查物理學(xué)的研究方法，主要考查考生的理論探究能力。

1.4 高考物理試題通過(guò)考查探究性實(shí)驗(yàn)，體現(xiàn)試題的探究性

物理是一門(mén)實(shí)驗(yàn)科學(xué)，物理學(xué)中有很多探究性實(shí)驗(yàn)，高考物理試題注重考查探究性實(shí)驗(yàn)，體現(xiàn)試題的探究性。2012年北京卷第19題就考查了奇妙的“跳環(huán)實(shí)驗(yàn)”。

【2012年高考北京卷第19題】物理課上，老師做了一個(gè)奇妙的“跳環(huán)實(shí)驗(yàn)”。如圖4，她把一個(gè)帶鐵芯的線圈L、開(kāi)關(guān)S和電源用導(dǎo)線連接起來(lái)后，將一金屬套環(huán)置于線圈L上，且使鐵芯穿過(guò)套環(huán)。閉合開(kāi)關(guān)S的瞬間，套環(huán)立刻跳起。

某同學(xué)另找來(lái)器材再探究此實(shí)驗(yàn)。他連接好電路，經(jīng)重復(fù)試驗(yàn)，線圈上的套環(huán)均未動(dòng)。對(duì)比老師演示的實(shí)驗(yàn)，下列四個(gè)選項(xiàng)中，導(dǎo)致套環(huán)未動(dòng)的原因可能是

A.線圈接在了直流電源上

B.電源電壓過(guò)高

C.所選線圈的匝數(shù)過(guò)多

D.所用套環(huán)的材料與老師的不同

本題要求考生根據(jù)題目提供的恰當(dāng)?shù)奈锢砬榫?、科學(xué)的知識(shí)背景，探究重復(fù)“跳環(huán)實(shí)驗(yàn)”未成功的原因。閉合開(kāi)關(guān)S的瞬間，電流通過(guò)線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，穿過(guò)套環(huán)的磁通量增加，在套環(huán)中引起感應(yīng)電流，其感應(yīng)電流受到線圈的磁場(chǎng)力作用而使套環(huán)立刻跳起。該同學(xué)重復(fù)試驗(yàn)時(shí)，若所用套環(huán)的材料為絕緣體，在套環(huán)中不能引起感應(yīng)電流，則套環(huán)不會(huì)跳起。正確答案是D。

2 如何在教學(xué)中提升學(xué)生的探究能力

2.1 轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，落實(shí)新課程三維目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生的探究意識(shí)

如果把科學(xué)家從事科學(xué)研究的過(guò)程視作科學(xué)知識(shí)的原生產(chǎn)過(guò)程，那么學(xué)生接受科學(xué)教育的過(guò)程就是科學(xué)知識(shí)的再生產(chǎn)過(guò)程。這兩者在本質(zhì)上有著極大的相似性：學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程是對(duì)人類(lèi)文化發(fā)展過(guò)程的一種認(rèn)知意義上的重演，他們學(xué)習(xí)科學(xué)的心理順序差不多就是前人探索科學(xué)的歷史順序。在物理教學(xué)中以濃縮的時(shí)空和必然的形式重演人類(lèi)豐富多彩的科學(xué)活動(dòng)，讓學(xué)生去親歷探究的過(guò)程，感受科學(xué)的啟迪。這樣使學(xué)生更好地理解并掌握所學(xué)的知識(shí)，從中汲取前人的智慧，領(lǐng)悟思想方法，陶冶科學(xué)精神，從而全方位地落實(shí)“新課標(biāo)”所提出的三維目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生的探究意識(shí)。

2.2 讓探究式教學(xué)成為中學(xué)物理課堂教學(xué)的主旋律

科學(xué)探究在本質(zhì)上是科學(xué)家用來(lái)解決自然科學(xué)規(guī)律問(wèn)題的一種思維方式，為了掌握科學(xué)知識(shí)，領(lǐng)悟科學(xué)的本質(zhì)特征，發(fā)展科學(xué)探究的能力，以便更好地促進(jìn)科學(xué)和社會(huì)的發(fā)展，物理學(xué)科教學(xué)應(yīng)該更多地采用科學(xué)探究的教學(xué)形式來(lái)進(jìn)行，構(gòu)建科學(xué)探究教學(xué)模式。探究式教學(xué)就是把科學(xué)探究引入課堂，在教師的引導(dǎo)和啟發(fā)下，通過(guò)學(xué)生自主、獨(dú)立的探索活動(dòng)，有效感知和理解知識(shí)，構(gòu)建知識(shí)，獲得情感體驗(yàn)，掌握解決問(wèn)題的方法，發(fā)展探索精神和創(chuàng)新能力的教學(xué)方式。探究式教學(xué)能讓學(xué)生在自主學(xué)習(xí)中探究，在矛盾沖突中探究，在問(wèn)題解決中探究，在實(shí)踐活動(dòng)中探究，注重以人為本，強(qiáng)調(diào)學(xué)生主動(dòng)參與學(xué)習(xí)的全過(guò)程，使學(xué)生的思維始終處于積極地探究過(guò)程之中，激發(fā)學(xué)習(xí)的靈感，開(kāi)拓思維能力，塑造創(chuàng)新的潛質(zhì)，它不僅重視知識(shí)的掌握，更重視過(guò)程的體驗(yàn)和情感態(tài)度的養(yǎng)成。探究式教學(xué)能給學(xué)生足夠自主的空間、足夠活動(dòng)的機(jī)會(huì)，也能夠帶給學(xué)生理智的挑戰(zhàn)和成功，使學(xué)生對(duì)物理學(xué)習(xí)產(chǎn)生濃厚的興趣感和強(qiáng)烈的責(zé)任感，從而把學(xué)習(xí)物理跟自己的生活有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)，主動(dòng)地去學(xué)習(xí)物理知識(shí)，探索物理問(wèn)題。

2.3 在高三復(fù)習(xí)備考中提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)

高三復(fù)習(xí)備考同樣是落實(shí)新課程理念、培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的主陣地。在復(fù)習(xí)備考中應(yīng)該通過(guò)創(chuàng)造各種機(jī)會(huì)、創(chuàng)設(shè)各種情境鼓勵(lì)學(xué)生獨(dú)立學(xué)習(xí)，讓學(xué)生充分發(fā)揮自己的獨(dú)立性，把知識(shí)的發(fā)現(xiàn)過(guò)程交給學(xué)生自己去完成，使學(xué)生對(duì)知識(shí)有一個(gè)發(fā)現(xiàn)、認(rèn)識(shí)和升華的過(guò)程。強(qiáng)調(diào)理解知識(shí)、掌握方法和培養(yǎng)能力的統(tǒng)一。使學(xué)生在復(fù)習(xí)備考的過(guò)程中，掌握知識(shí)，獲得能力，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。只有這樣，學(xué)生才能在高考中從容應(yīng)對(duì)探究性試題，才能真正贏得高考的勝利。

3 學(xué)生如何培養(yǎng)自身的探究能力

3.1 培養(yǎng)對(duì)物理學(xué)的興趣，形成科學(xué)探究的意識(shí)

對(duì)宇宙的好奇心是科學(xué)家探索宇宙奧秘的原動(dòng)力。愛(ài)因斯坦說(shuō)：“宇宙間最不可理解的，就是宇宙是可以理解的?！蔽锢韺W(xué)是對(duì)宇宙的理解的集大成；是理解宇宙的高度濃縮與高度概括；是解說(shuō)宇宙奧秘的詩(shī)歌。物理學(xué)是發(fā)展最成熟、高度定量化的精密科學(xué)，又是具有方法論性質(zhì)、被公認(rèn)為最重要的基礎(chǔ)科學(xué)。物理學(xué)取得的成果極大地豐富了人們對(duì)物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí)，有力地促進(jìn)了人類(lèi)文明的進(jìn)步。作為一名中學(xué)生，只有學(xué)好物理，才能更好地理解自然；在學(xué)習(xí)物理的過(guò)程中，可以更好地形成科學(xué)探究的意識(shí)；形成了科學(xué)探究的意識(shí)，就可以更好地學(xué)習(xí)、工作和生活。因?yàn)樾纬煽茖W(xué)探究的意識(shí)不僅僅是高考的需要，也不僅僅是新課程的需要，更是學(xué)習(xí)、工作和生活的需要。

3.2 學(xué)好物理知識(shí)，掌握物理方法，感悟物理思想，奠定科學(xué)探究的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)

物理學(xué)不僅對(duì)客觀世界的規(guī)律作出了深刻的揭示，而且在發(fā)展、成長(zhǎng)的過(guò)程中，形成了一整套獨(dú)特而卓有成效的思想方法體系。正因?yàn)槿绱?，物理學(xué)當(dāng)之無(wú)愧地成了人類(lèi)智慧的結(jié)晶、文明的瑰寶。物理思想與方法不僅對(duì)物理學(xué)本身有價(jià)值，而且對(duì)整個(gè)自然科學(xué)，乃至社會(huì)科學(xué)的發(fā)展都有重要的貢獻(xiàn)。學(xué)生只有學(xué)好物理知識(shí)，掌握物理方法，感悟物理思想，體會(huì)科學(xué)精神，才能打下科學(xué)探究的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3.3 掌握科學(xué)探究的方法，形成較強(qiáng)的科學(xué)探究能力

學(xué)生在完成探究性學(xué)習(xí)的過(guò)程中，要經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)和提出問(wèn)題、對(duì)問(wèn)題進(jìn)行猜想與假設(shè)、制訂計(jì)劃，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，收集證據(jù)、分析證據(jù)，得出結(jié)論、反思結(jié)果，吸取教訓(xùn)、討論爭(zhēng)辯，嘗試表達(dá)等一系列的活動(dòng)，從中獲得失敗與痛苦、成功與喜悅的獨(dú)特感悟和體驗(yàn)，感受科學(xué)方法的魅力，習(xí)得具有綜合特點(diǎn)的科學(xué)知識(shí)。在新課程背景下，學(xué)生應(yīng)該培養(yǎng)自己的參與意識(shí)，關(guān)心社會(huì)、關(guān)心生活的意識(shí)及理論聯(lián)系實(shí)際的習(xí)慣；培養(yǎng)自己綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力、動(dòng)手能力、收集和處理信息的能力、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力、語(yǔ)言文字表達(dá)能力以及與他人團(tuán)結(jié)協(xié)作、友好交往的能力等,使自己由學(xué)習(xí)研究到學(xué)會(huì)研究，最終達(dá)到自主能動(dòng)地學(xué)習(xí)、善于研究、善于創(chuàng)造的佳境；培養(yǎng)自己的創(chuàng)新意識(shí)，發(fā)展自己的個(gè)性特長(zhǎng)，為終身學(xué)習(xí)和工作奠定基礎(chǔ)。

[1] 中華人民共和國(guó)教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）[M].北京：人民教育出版社.2003.