陶昌宏

(北京教科院基教研中心物理室 北京 100080)

按照新課程標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)學(xué)業(yè)質(zhì)量的規(guī)定，做好學(xué)業(yè)水平等級(jí)性考試的命題，是貫徹落實(shí)新課標(biāo)精神，使日常教學(xué)與考試評(píng)價(jià)統(tǒng)一、和諧起來，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的順利形成和發(fā)展的關(guān)鍵.

2017年版的課程標(biāo)準(zhǔn)中，明確了學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與考試的關(guān)系.在課程標(biāo)準(zhǔn)中的P48中，明確指出：“高中物理學(xué)業(yè)質(zhì)量分為五級(jí)水平，既是指導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和評(píng)價(jià)，教師開展日常教學(xué)設(shè)計(jì)、命題和評(píng)價(jià)的重要依據(jù)，也是高中學(xué)業(yè)水平考試命題的重要依據(jù).其中，學(xué)業(yè)質(zhì)量水平4是用于高校招生錄取的學(xué)業(yè)水平等級(jí)性考試的命題依據(jù).

如何按照學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，做好等級(jí)性考試的試題命制呢？本人根據(jù)長期的教學(xué)、教研和考試評(píng)價(jià)的實(shí)踐，談一些看法和做法，僅為拋磚引玉，不妥之處，敬請(qǐng)批評(píng)指正.

1 注重考查相對(duì)穩(wěn)定的內(nèi)容

考查穩(wěn)定的內(nèi)容應(yīng)該成為等級(jí)性考試的一項(xiàng)原則.人們都會(huì)有這樣的經(jīng)歷和體會(huì)，靜態(tài)知識(shí)不穩(wěn)定，容易遺忘.能力相對(duì)穩(wěn)定，科學(xué)素養(yǎng)相對(duì)穩(wěn)定，核心素養(yǎng)穩(wěn)定.核心素養(yǎng)是一個(gè)人在學(xué)習(xí)、生活、工作和創(chuàng)新狀態(tài)下的心理資源.穩(wěn)定的內(nèi)容，才能更好地促進(jìn)人的全面發(fā)展和持續(xù)發(fā)展.核心素養(yǎng)水平高，具體的表現(xiàn)水平也會(huì)高，自然考試的表現(xiàn)水平也會(huì)高，將核心素養(yǎng)水平高的學(xué)生挑選出來，是高考內(nèi)容改革的方向.

核心素養(yǎng)是一種教育理念，理念如何考？學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)恰好是對(duì)核心素養(yǎng)具體表現(xiàn)水平做了刻畫，屬于穩(wěn)定的內(nèi)容，所以等級(jí)性考試就是要按學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)水平4的內(nèi)容命制試題.

如何科學(xué)、有效地按照學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)水平4的內(nèi)容命制試題呢?筆者認(rèn)為，首先是認(rèn)真學(xué)習(xí)和理解學(xué)科核心素養(yǎng)在4個(gè)維度上的本質(zhì)內(nèi)涵，認(rèn)真學(xué)習(xí)和掌握學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)水平4中的內(nèi)容，用這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)去研制試題，同時(shí)應(yīng)注重處理好如下幾方面的問題.

2 進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)物理概念和物理規(guī)律的考查

按照學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)水平4的等級(jí)命制試題，很關(guān)鍵的體現(xiàn)，也是很重要的體現(xiàn)，就是要加強(qiáng)對(duì)物理概念和物理規(guī)律的考查.準(zhǔn)確、客觀地說，沒有對(duì)物理概念和物理規(guī)律的理解，物理學(xué)科核心素養(yǎng)將一無所獲，一無所有.物理概念和物理規(guī)律是物理觀念中的核心內(nèi)容，是科學(xué)思維的必備條件，是科學(xué)探究的重要基礎(chǔ)，是培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度、增強(qiáng)責(zé)任意識(shí)、形成探索自然內(nèi)在動(dòng)力的重要保障.因此，學(xué)業(yè)水平等級(jí)性考試要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)物理概念和物理規(guī)律的考查.

(1)選擇題的考查可以嘗試“判斷依據(jù)”

客觀地說，近些年來，全國及自主命題的省份，高考物理試題都比較重視對(duì)物理概念和物理規(guī)律的考查.特別是通過選擇題的方式進(jìn)行考查，較好地考查了學(xué)生對(duì)物理概念和物理規(guī)律的理解.核心素養(yǎng)理念下的試題命制要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)物理概念和物理規(guī)律的考查.如何進(jìn)一步落實(shí)呢?

在發(fā)揮客觀性試題功能的基礎(chǔ)上，適當(dāng)變革考查方式，進(jìn)一步提高教育教學(xué)質(zhì)量，落實(shí)核心素養(yǎng)課程目標(biāo).

例如，在選擇題的考查中可以嘗試運(yùn)用“判斷依據(jù)”.具體地說，在題型說明中做如下闡述:

在每小題給出的4個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)符合題目要求.選出正確選項(xiàng)得4分，寫出正確的判斷依據(jù)得2分.

為使閱卷不產(chǎn)生過重負(fù)擔(dān)，在“判斷依據(jù)”中僅分為兩種情況，一是完全正確，二是其他情況.完全正確給 2分，其他情況不給分.

這樣嘗試，不僅能看到學(xué)生做出的選項(xiàng)，而且能夠看出學(xué)生的判斷依據(jù).這種命題方式能夠克服一些學(xué)生在選擇題中胡蒙、瞎猜而得滿分的情況.更為重要的是，這樣的舉措可以讓全體教師和學(xué)生都清楚，學(xué)習(xí)物理概念和規(guī)律，不僅要學(xué)懂，而且要理解，還要在應(yīng)用上下一些功夫，要在解釋自然現(xiàn)象和解決實(shí)際問題上下一些功夫.使物理課程的學(xué)習(xí)一開始就建立正確的學(xué)習(xí)方式和學(xué)習(xí)態(tài)度.同時(shí)，也促使命題教師更要把握試題的功能和價(jià)值.這樣能夠有效地提升物理教育的質(zhì)量和水平，從而落實(shí)核心素養(yǎng)課程目標(biāo).

(2)試題舉例

【例1】如圖1所示，4個(gè)完全相同的彈簧都處于水平位置，它們的右端受到大小皆為F的拉力作用，而左端的情況各不相同:

①中彈簧的左端固定在墻上;

②中彈簧的左端受到大小也為F的拉力作用;

③中彈簧的左端拴一小物塊，物塊在光滑的桌面上滑動(dòng);

④中彈簧的左端拴一小物塊，物塊在有摩擦的桌面上滑動(dòng).

若認(rèn)為彈簧的質(zhì)量都為零，以L1，L2，L3，L4依次表示4個(gè)彈簧的伸長量，則有 ( )

A.L2>L1

B.L4>L3

C.L1>L3

D.L2=L4

正確選項(xiàng)為D.

圖1 例1題圖

判斷依據(jù)：選取彈簧為研究對(duì)象，對(duì)彈簧進(jìn)行受力分析，如圖2所示, 彈簧受到F和F1的作用，根據(jù)牛頓第二定律，F(xiàn)-F1=ma,由于是輕彈簧，所以F1=F.故4種情況下彈簧受力情況相同，伸長量相同.

圖2 彈簧受力分析圖

解決本題，要選好研究對(duì)象，要建構(gòu)物理模型，要進(jìn)行正確的受力分析，要根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律進(jìn)行邏輯推理.所以很好地考查了學(xué)生在物理觀念、科學(xué)思維等方面的素養(yǎng).

【例2】應(yīng)用物理知識(shí)分析生活中的常見現(xiàn)象，可以使物理學(xué)習(xí)更加有趣和深入.例如平伸手掌托起物體，由靜止開始豎直向上運(yùn)動(dòng)，直至將物體拋出.對(duì)此現(xiàn)象分析正確的是( )

A.手托物體向上運(yùn)動(dòng)的過程中，物體始終處于超重狀態(tài)

B.手托物體向上運(yùn)動(dòng)的過程中，物體始終處于失重狀態(tài)

C.在物體離開手的瞬間，物體的加速度大于重力加速度

D.在物體離開手的瞬間，手的加速度大于重力加速度

正確選項(xiàng)為D.

判斷依據(jù)：選擇物體為研究對(duì)象，物體離開手的瞬時(shí)加速度是重力加速度，方向豎直向下.當(dāng)手做減速運(yùn)動(dòng)的加速度大于物體的加速度時(shí)，手才能離開物體.

這個(gè)題目考查了學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)水平4物理觀念中的“能正確解釋自然現(xiàn)象，綜合運(yùn)用所學(xué)的物理知識(shí)解決實(shí)際問題”的能力.

3 進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)實(shí)際問題的考查

(1)聯(lián)系實(shí)際是物理課程一直傳承的教育理念

聯(lián)系實(shí)際，這是物理課程一直傳承的教育理念.聯(lián)系實(shí)際一方面讓學(xué)生覺得物理有用、物理有趣、物理有意義.另一方面能夠很好地考查學(xué)生的物理觀念、科學(xué)思維，包括科學(xué)探究以及科學(xué)態(tài)度與責(zé)任等方面的素養(yǎng).因?yàn)樵诮鉀Q實(shí)際問題的過程中，要確定研究對(duì)象，要建構(gòu)物理模型，要運(yùn)用邏輯推理，要有實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，要具有提出新問題的意識(shí)和能力.

(2)試題舉例

【例3】俯臥撐是一項(xiàng)很好的鍛煉身體的運(yùn)動(dòng).一名高中生，他的身高為1.76 m，質(zhì)量是60 kg .經(jīng)過測(cè)量，他在26 s時(shí)間內(nèi)，連續(xù)做了20個(gè)比較規(guī)范的俯臥撐.有關(guān)材料顯示，人體的重心大約在身高的55%的位置處.這名高中生在做這組俯臥撐的過程中，克服重力做功的平均功率大約為( )

A.10 W B.100 W

C.1 000 W D.10 000 W

正確選項(xiàng)為B.

圖3 例3題圖

判斷依據(jù)：將人體抽象為一個(gè)鋼性桿，如圖3所示， 每次肩部下降的距離約40 cm，由幾何關(guān)系，每次人體重心上升的距離約為20 cm，每次克服重力做功約為120 J，克服重力做功的平均功率約為90 W.

在解決問題的過程中，需要建構(gòu)物理模型.對(duì)每次俯臥撐重心上升的高度做出正確的估算.因此，很好地考查了學(xué)生在物理觀念和科學(xué)思維等方面的素養(yǎng).

【例4】一人看到閃電12.3 s后又聽到雷聲.已知空氣中的聲速約為330～340 m/s，光速為3×108m/s，于是他用12.3除以3很快估算出閃電發(fā)生位置到他的距離為4.1 km.根據(jù)你所學(xué)的物理知識(shí)可以判斷( )

A.這種估算方法是錯(cuò)誤的，不可采用

B.這種估算方法可以比較快速地估算出閃電發(fā)生位置與觀察者間的距離

C.這種估算方法沒有考慮光的傳播時(shí)間，所以結(jié)果誤差很大

D.即使聲速增大2倍以上，本題的估算結(jié)果依然正確

正確選項(xiàng)為B.

判斷依據(jù)：聲速約為330～340 m/s，每3 s聲音傳播的距離大約為1 000 m，用12.3 s除以3即可得出.

這是一種快速估算方法.解決問題時(shí)首先要想到采用簡潔的方法，簡潔的方法是智慧的方法.

這種方法需要具備物理學(xué)常識(shí).常識(shí)1:閃電傳播到人眼需要的時(shí)間非常之短，這段時(shí)間可以忽略不計(jì).常識(shí)2:閃電位置距離觀察者很遠(yuǎn)，因?yàn)槁曇魝鞯接^察者的時(shí)間是十幾秒，在這種情況下可以進(jìn)行如上快速估算.這種常識(shí)的形成是在學(xué)習(xí)和理解物理知識(shí)后才能獲得的.

解決這個(gè)問題仍需要建構(gòu)物理模型，比如，建立聲波在空氣中是按直線傳播的抽象模型.因此，很好地考查了核心素養(yǎng)中的物理觀念和科學(xué)思維等方面的素養(yǎng).

4 進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)物理學(xué)方法的考查

(1)物理學(xué)方法是科學(xué)方法

物理學(xué)方法，不是技巧，更不是雕蟲小技，是在研究問題、解決問題中經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)的科學(xué)方法.阿基米德有一句震驚世界的話:“給我一個(gè)支點(diǎn)，可以把地球撬動(dòng)”.這句話激勵(lì)著多少代科學(xué)家和科技工作者，去不斷地尋找正確的方法，方法顯示力量.

物理學(xué)方法是人類思想史上最寶貴的財(cái)富之一.感悟、體會(huì)和掌握物理學(xué)方法，對(duì)提高學(xué)習(xí)能力，提高探究能力，形成和發(fā)展核心素養(yǎng)有重要作用.

(2)試題舉例

【例5】 早在16世紀(jì)末，伽利略就猜想落體運(yùn)動(dòng)的速度應(yīng)該是均勻變化的.當(dāng)時(shí)只能靠滴水計(jì)時(shí)，為此他設(shè)計(jì)了如圖4所示的“斜面實(shí)驗(yàn)”，反復(fù)做了上百次，驗(yàn)證了他的猜想.請(qǐng)你結(jié)合勻變速直線運(yùn)動(dòng)的知識(shí)，分析說明如何利用伽利略“斜面實(shí)驗(yàn)”檢驗(yàn)小球的速度是隨時(shí)間均勻變化的.

圖4 例5題圖

分析說明：小球的初速度為零，如果小球的速度隨時(shí)間均勻增加，其速度v∝t，它通過的位移x∝t2.所以，只要測(cè)量小球通過不同位移所用的時(shí)間，就可以檢驗(yàn)小球的速度是否隨時(shí)間均勻變化.

這種簡述看起來不太難，殊不知，學(xué)生對(duì)這種闡述問題的方式是陌生的，因此，是有很大難度的.

本題利用物理學(xué)史，展示伽利略對(duì)勻變速直線運(yùn)動(dòng)研究的過程和方法，用滴水計(jì)時(shí)的方法研究運(yùn)動(dòng)規(guī)律.在考查勻變速直線運(yùn)動(dòng)的過程中，考查物理學(xué)研究問題的方法.

伽利略斜面如圖5所示.這幅圖美輪美奐，圖中的斜面是有震撼的，在這個(gè)斜面上曾經(jīng)創(chuàng)建物理概念，確定運(yùn)動(dòng)規(guī)律，斜面給人們帶來很多啟發(fā)和記憶.

圖5 伽利略斜面實(shí)驗(yàn)

本題很好地考查了物理學(xué)方法，即如何通過斜面實(shí)驗(yàn)研究物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律.

【例6】2018年平昌冬奧會(huì)，如圖6所示，我國男子花樣滑冰選手金博洋拿到了寶貴的第四名.這是中國男子單人滑在冬季奧運(yùn)會(huì)歷史上的最佳成績.他在比賽當(dāng)中完成了3個(gè)漂亮的四周跳.四周跳，即運(yùn)動(dòng)員騰空后，身體在空中連續(xù)完成4個(gè)360°的旋轉(zhuǎn).如果運(yùn)動(dòng)員在完成四周跳的過程中，身體的騰空高度約為0.7 m(可視為重心上升的高度)，水平方向移動(dòng)的距離約為2 m ，請(qǐng)你估算:

圖6 金博洋在滑冰

(1)運(yùn)動(dòng)員開始騰空時(shí)水平方向分速度的大小?

(2)運(yùn)動(dòng)員完成一周旋轉(zhuǎn)所用的時(shí)間?(忽略空氣阻力的影響)

解決此題，要建構(gòu)物理模型.運(yùn)動(dòng)員騰空的過程，將他視為一個(gè)質(zhì)點(diǎn)；運(yùn)動(dòng)員旋轉(zhuǎn)時(shí)將他視為一個(gè)整體.

將運(yùn)動(dòng)員的騰空過程視為拋體運(yùn)動(dòng)，軌跡如圖7所示.

騰空高度

h=0.7 m

水平方向運(yùn)動(dòng)的距離

x=2 m

空中運(yùn)動(dòng)時(shí)間

水平方向運(yùn)動(dòng)的距離

x=vxt

完成四周旋轉(zhuǎn)需要時(shí)間為

完成一周所需時(shí)間

圖7 運(yùn)動(dòng)員騰空過程示意圖

物理學(xué)發(fā)展的過程中，建立了卓越的方法體系.注重對(duì)物理學(xué)方法的考查應(yīng)成為物理試卷的鮮明特點(diǎn).通過一定載體，考查對(duì)物理學(xué)方法的理解和掌握情況.

5 進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾?/h2>

(1) 物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)

實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)科的特點(diǎn)和特色，實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)探究是物理學(xué)科的學(xué)科優(yōu)勢(shì).

實(shí)驗(yàn)可以使學(xué)生獲得直接經(jīng)驗(yàn)，直接經(jīng)驗(yàn)對(duì)學(xué)生建構(gòu)概念，認(rèn)識(shí)規(guī)律，有重要作用，直接經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于學(xué)生的成長有重要作用.

實(shí)驗(yàn)事實(shí)+邏輯推理的方法，開創(chuàng)了物理學(xué)的新篇章.物理教學(xué)中不僅用斜面、滑塊、光電門、磁鐵、線圈等材料做實(shí)驗(yàn)，還要教會(huì)學(xué)生，思想上也可以做實(shí)驗(yàn)，即做理想實(shí)驗(yàn).

思想上的實(shí)驗(yàn)與真實(shí)的實(shí)驗(yàn)相輔相成；

思想上的實(shí)驗(yàn)以真實(shí)的實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)；

思想上的實(shí)驗(yàn)可以成就真實(shí)的實(shí)驗(yàn)；

真實(shí)的實(shí)驗(yàn)，思想上的實(shí)驗(yàn)，共同成為考查學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ妮d體.通過考查實(shí)驗(yàn)，能夠比較全面地考查學(xué)生的綜合能力.

(2)試題舉例

【例7】物理課上，老師做了一個(gè)奇妙的“跳環(huán)實(shí)驗(yàn)”.如圖8所示，她把一個(gè)帶鐵芯的線圈L,開關(guān)S和電源用導(dǎo)線連接起來后，將一金屬套環(huán)置于線圈L上，且使鐵芯穿過套環(huán).閉合開關(guān)S的瞬間，套環(huán)立刻跳起.某同學(xué)另找來器材再探究此實(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)比教師演示的實(shí)驗(yàn)，下列4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.電源電壓過高

C.所選線圈的匝數(shù)過多

D.所用套環(huán)的材料與老師的不同

圖8 例7題圖

通過題目所述的實(shí)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，很好地考查了學(xué)生對(duì)電磁感應(yīng)現(xiàn)象、楞次定律、力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系等內(nèi)容理解和掌握的情況.

解釋現(xiàn)象，特別是解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是加深對(duì)物理概念和物理規(guī)律理解的最有效方法之一.愛因斯坦曾說過，如果你不能簡單的解釋它，說明你還沒有很好的理解它.

【例8】在學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，探究力的平行四邊形定則的實(shí)驗(yàn)中，如圖9(a)所示，其中A為固定橡皮筋的圖釘，O為橡皮筋與細(xì)線的結(jié)點(diǎn)，OB和OC為細(xì)繩.圖9(b)是在白紙上根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果畫出的力的圖示.

研究物理問題首先要確定研究對(duì)象，本實(shí)驗(yàn)中你認(rèn)為研究對(duì)象是什么? 并闡述理由.

圖9 例8題圖

(1)研究對(duì)象選橡皮筋

選取橡皮筋為研究對(duì)象，兩個(gè)測(cè)力計(jì)拉橡皮筋時(shí)，橡皮筋共受3個(gè)力的作用，處于平衡狀態(tài).兩個(gè)測(cè)力計(jì)拉力的合力與圖釘對(duì)橡皮筋作用力相平衡.改用一個(gè)測(cè)力計(jì)拉橡皮筋，測(cè)力計(jì)拉力與圖釘對(duì)橡皮筋作用力相平衡，所以一個(gè)測(cè)力計(jì)拉力的作用效果與兩個(gè)測(cè)力計(jì)共同作用的效果相同.

(2)研究對(duì)象選結(jié)點(diǎn)O

選取橡皮筋與輕繩的結(jié)點(diǎn)O為研究對(duì)象，兩個(gè)測(cè)力計(jì)拉結(jié)點(diǎn)時(shí)，結(jié)點(diǎn)共受到3個(gè)力的作用，處于平衡狀態(tài).兩個(gè)測(cè)力計(jì)拉力的合力與橡皮筋對(duì)結(jié)點(diǎn)的作用力相平衡.改用一個(gè)測(cè)力計(jì)拉結(jié)點(diǎn)，測(cè)力計(jì)拉力與橡皮筋對(duì)結(jié)點(diǎn)的作用力相平衡，所以一個(gè)測(cè)力計(jì)拉力的作用效果與兩個(gè)測(cè)力計(jì)共同作用的效果相同.

兩個(gè)研究對(duì)象，都可以解決探究力的平行四邊形定則的問題.重要的是學(xué)生要能夠做出合理的解釋.

通過考題，讓學(xué)生明白，研究和解決物理問題，第一步就是要確定研究對(duì)象.接下來，對(duì)研究對(duì)象做正確的受力分析，觀察研究對(duì)象所處的狀態(tài).形成相應(yīng)的結(jié)果.

6 進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)探究能力的考查

(1)讓探究成為一種理念，一種情趣

學(xué)生學(xué)習(xí)能力最高層次的體現(xiàn)，應(yīng)體現(xiàn)在探究能力上.探究是一種認(rèn)知方式，一種態(tài)度，一種能力，一種習(xí)慣，一種情趣，一種素養(yǎng).具有探究意識(shí)的人，才能具有創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力.具有探究意識(shí)的人，在探究的過程中，會(huì)感受到發(fā)現(xiàn)的興趣與快樂.探究能力是創(chuàng)造力的基礎(chǔ).

科學(xué)工作者，為了給一個(gè)科學(xué)假設(shè)提供證據(jù)，會(huì)堅(jiān)持不懈地探索，在探索的過程中往往會(huì)得到意外的驚喜，這就是科學(xué)探究的魅力.讓探究成為一種理念，成為一種態(tài)度，成為一種情趣.

學(xué)業(yè)水平等級(jí)性考試，為高校選拔新生，要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)學(xué)生探究能力的考查.

教學(xué)中教師有責(zé)任幫助學(xué)生增強(qiáng)探究意識(shí)，提升探究能力.

(2)試題舉例

【例9】觀測(cè)宇宙中輻射電磁波的天體，距離越遠(yuǎn)單位面積接收的電磁波功率越小，觀測(cè)越困難.為了收集足夠強(qiáng)的來自天體的電磁波，增大望遠(yuǎn)鏡口徑是提高天文觀測(cè)能力的一條重要途徑.2016年9月25日，世界上最大的單口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡FAST在我國貴州落成啟用，被譽(yù)為“中國天眼”.FAST直徑為500 m，有效提高了人類觀測(cè)宇宙的精度和范圍.

(1)設(shè)直徑為100 m的望遠(yuǎn)鏡能夠接收到的來自某天體的電磁波功率為P1，計(jì)算FAST能夠接收到的來自該天體的電磁波功率P2；

(2)在宇宙大尺度上，天體的空間分布是均勻的.僅以輻射功率為P的同類天體為觀測(cè)對(duì)象，設(shè)直徑為100 m的望遠(yuǎn)鏡能夠觀測(cè)到的此類天體數(shù)目是N0，計(jì)算FAST能夠觀測(cè)到的此類天體數(shù)目N.

解析：(1)地球上不同望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)同一天體，單位面積上接收的功率應(yīng)該相同，因此

(2)在宇宙大尺度上，天體的空間分布是均勻的.因此，一個(gè)望遠(yuǎn)鏡能觀測(cè)到的此類天體數(shù)目正比于以望遠(yuǎn)鏡為球心、以最遠(yuǎn)觀測(cè)距離為半徑的球體體積.模型如圖10所示.

圖10 望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)天體模型1

其中M表示地球，虛線圈1表示以最遠(yuǎn)觀測(cè)距離為半徑的球體體積.

繼續(xù)建構(gòu)模型如圖11所示.

圖11 望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)天體模型2

M表示地球，虛線圈1表示以最遠(yuǎn)觀測(cè)距離為半徑的球體體積.

N表示離地球最遠(yuǎn)的還能觀測(cè)到的天體，虛線圈2表示天體輻射電磁波的球面波模型.

地面上望遠(yuǎn)鏡能觀測(cè)到此類天體需收集到的電磁波的功率的最小值相等.

設(shè)直徑為100 m的望遠(yuǎn)鏡和FAST能觀測(cè)到的最遠(yuǎn)距離分別為L0和L，則

所以

L=5L0

則

試題設(shè)計(jì)了一個(gè)新情景、新問題，涉及新知識(shí).解決這個(gè)問題，要求考生具有很強(qiáng)的獲取新知識(shí)的能力，豐富的空間想象能力，很強(qiáng)的建構(gòu)物理模型的能力，較扎實(shí)的邏輯推理能力以及自覺的探究意識(shí)和探究能力.通過閱讀和觀察，獲取新知識(shí)、新方法，這對(duì)學(xué)生來說應(yīng)該就是一種探究能力.此題不僅是情景創(chuàng)新，同時(shí)也是問題創(chuàng)新，很值得回味思考.

一般來說，對(duì)于高考試卷的最后一道題，大家都會(huì)翹首期盼.因?yàn)檫@道題，很難研制，它不同于以往的一個(gè)復(fù)雜綜合題.它有很多功能，如不言而喻的選拔功能，讓優(yōu)秀學(xué)生展示才華的功能等等.還要體現(xiàn)高考的公平、公正.因此，要以一個(gè)全新的姿態(tài)與全體考生見面.高考之后，這個(gè)題目很可能成為一個(gè)重要的教學(xué)資源.它是一個(gè)體現(xiàn)集體智慧、反映創(chuàng)新成果、落實(shí)核心素養(yǎng)課程目標(biāo)的一個(gè)作品.當(dāng)你用欣賞和期盼的心態(tài)去審視這個(gè)題目時(shí)，有時(shí)會(huì)給你靈感.

以上幾個(gè)題目展示，僅僅是拋磚引玉.落實(shí)核心素養(yǎng)課程目標(biāo)，按照學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)研制一份能夠考查學(xué)生學(xué)業(yè)成就表現(xiàn)的試卷是有相當(dāng)難度的.特別是等級(jí)性考試的試卷，不僅為高校選拔合格新生，而且要為日常的教學(xué)發(fā)揮正確的導(dǎo)向作用，有其重要的作用和價(jià)值.命制這樣的試卷，需要多方面人才的共同努力，需要有正確的教育理念，扎實(shí)的知識(shí)架構(gòu)，豐富的教學(xué)實(shí)踐，敏銳的時(shí)代意識(shí)，包容的心態(tài)，實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和探索精神.相信，實(shí)踐探索一段時(shí)間之后，物理核心素養(yǎng)會(huì)深入人心，學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)會(huì)發(fā)揮其作用，體現(xiàn)和落實(shí)核心素養(yǎng)課程目標(biāo)的試題會(huì)不斷地涌現(xiàn).讓我們共同努力!