姚彬 何晉中

摘? 要：“綜合性”考查不僅是評估考生對學(xué)科內(nèi)及學(xué)科間知識、技能的融會貫通，也能夠反映考生面對復(fù)雜情境時的思維過程。文章從情境、思維、關(guān)聯(lián)和錯因四個方面對高考試題展開分析，提出“綜合性”對高中物理教學(xué)的三點啟示：完善知識網(wǎng)絡(luò)、建構(gòu)物理模型和優(yōu)化思維過程。

關(guān)鍵詞：高考評價體系;綜合性;情境;物理模型;思維過程

中圖分類號：G633.7 文獻標(biāo)識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2020）12-0033-5

“綜合性”考查是“一核四層四翼”高考評價體系中“四翼”考查要求之一，它與基礎(chǔ)性、應(yīng)用性、創(chuàng)新性一起回應(yīng)高考“怎么考”的問題;它是測量與評價即將進入高等學(xué)校學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)者在復(fù)雜情境下對學(xué)科知識、能力、素養(yǎng)之間的整合及其綜合運用水平。

1? ? 高考評價中綜合性的內(nèi)涵

綜合不是學(xué)科知識、能力的簡單拼湊，而是以情境為載體來展現(xiàn)學(xué)習(xí)者對知識的理解和聯(lián)系、技能的整合和運用。“綜合性”考查要求側(cè)重高考測量與評價，它與高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)的評價、學(xué)生學(xué)業(yè)質(zhì)量評價相輔相成，共同關(guān)注學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)?！八膶印敝锌际裁吹膯栴}在綜合層面得到更全面、更深入地體現(xiàn)。

1.1? ? 融會貫通是綜合素質(zhì)的培養(yǎng)目標(biāo)之一

綜合素質(zhì)的培養(yǎng)是德智體美勞全面培養(yǎng)教育體系的基本要求[1]。良好的綜合素質(zhì)表現(xiàn)在面對復(fù)雜問題情境時，可以綜合運用科學(xué)思維方法，整合相關(guān)知識和能力高質(zhì)量地解決問題。具體表現(xiàn)在處理復(fù)雜問題時，能否對同一層面或不同層面的知識、技能、素養(yǎng)的橫縱向融會貫通。例如，勻變速直線運動速度公式vt=v0+at和動能定理W=ΔEk分別屬于必修一、必修二的基礎(chǔ)內(nèi)容，從學(xué)科模塊角度來看屬于不同層面的必備知識，從動力學(xué)角度來看則屬于同一層面的知識。它們又與運動圖像、極限思想、能量守恒觀點等關(guān)鍵能力、物理思想等構(gòu)成縱向聯(lián)系。在不同視域下，概念與規(guī)律之間、學(xué)科模塊之間、不同學(xué)科之間相互關(guān)聯(lián)構(gòu)成錯綜復(fù)雜的知識網(wǎng)絡(luò)。知識網(wǎng)絡(luò)和關(guān)鍵能力、學(xué)科素養(yǎng)、核心價值等一起構(gòu)成具有內(nèi)在邏輯關(guān)系的學(xué)科知識體系。

1.2? ? 問題情境是“綜合性”考查的有效載體

綜合性不僅針對學(xué)科內(nèi)容，還包括情境的復(fù)雜性[1]。評價體系中的情境是指以問題或任務(wù)為中心構(gòu)成的活動場域[2]，即“問題情境”。一般來說，物理學(xué)科情境的復(fù)雜性取決于研究者對活動場域的熟悉程度、研究對象和研究過程或狀態(tài)（注：研究過程或狀態(tài)在文中均統(tǒng)稱研究過程）的數(shù)量以及相互關(guān)聯(lián)活動的隱蔽程度三個方面。高中物理涉及到的活動場域如水平面、斜面、繩擺、豎直圓軌道等，多源于生產(chǎn)生活實踐，并對其進行理想化處理。研究對象和研究過程越多，可能涉及的運動類型越多，對應(yīng)的物理規(guī)律就越多。

綜合性要求以多項相互關(guān)聯(lián)的活動組成的復(fù)雜情境作為載體[1]。相互關(guān)聯(lián)不僅包括研究對象之間相互作用的關(guān)聯(lián)，還包括研究過程之間時間和空間上的關(guān)聯(lián)，也包括其他因素的關(guān)聯(lián)。情境的復(fù)雜性與關(guān)聯(lián)數(shù)量有關(guān)，與關(guān)聯(lián)隱蔽程度也有關(guān)。有些關(guān)聯(lián)不易察覺，需要具有較強的信息獲取、知識調(diào)動、質(zhì)疑求證等各種綜合能力，才能高效地發(fā)現(xiàn)這些隱蔽關(guān)聯(lián)。

1.3? ? 情境活動是思維過程的綜合表現(xiàn)

情境活動是指考生在情境中所進行的解決問題或完成任務(wù)的活動[2]。分析推理是情境活動最重要一個過程。分析推理是指考生面對情境問題時對學(xué)科知識和相關(guān)信息進行概括整合、歸納演繹、辯證反思等一系列思維過程。筆者將思維過程歸納為三種分析類型：物理分析、數(shù)學(xué)分析和推理分析。物理分析指依據(jù)獲取信息，調(diào)用相應(yīng)的物理概念和規(guī)律逐次推進的思維過程，反映了學(xué)科內(nèi)知識的橫向融會貫通;數(shù)學(xué)分析是指應(yīng)用運算、函數(shù)、幾何等數(shù)學(xué)方法進行的思維過程，反映了學(xué)科間知識的融會貫通;推理分析是指運用假設(shè)、反證、等效等邏輯方法進行的推理、判斷和論證的過程，反映了不同層次知識和技能間的縱向融會貫通。情境越復(fù)雜，情境活動越多樣，越能反映考生的綜合素質(zhì)水平。

2? ? 高考試題體現(xiàn)綜合性例析

高考試題是如何通過情境考查學(xué)科內(nèi)或?qū)W科間知識的綜合？學(xué)生又是如何調(diào)動所學(xué)知識來進行情境活動？本文聚焦在豎直平面內(nèi)的圓弧軌道這一特定的活動場域。

豎直平面內(nèi)的圓周運動是常見的物理活動場域之一。它涉及到的物理概念和規(guī)律多是學(xué)科主干知識，還能與其他場景構(gòu)成復(fù)雜的物理情境。據(jù)不完全統(tǒng)計，從1997年到2018年全國高考卷中與豎直平面內(nèi)的圓周運動有關(guān)的試題多達22個，幾乎每年都會出現(xiàn)。

筆者從歷年全國高考物理試題中選取三道中等難度的試題，從情境、思維、關(guān)聯(lián)以及錯因四個方面進行剖析，以期發(fā)現(xiàn)問題癥結(jié)、提煉試題特征、尋找教學(xué)對策。

2.1? ? 不同年代綜合性高考試題及分析

例1 （1997年全國卷）內(nèi)壁光滑的環(huán)形細(xì)圓管，位于豎直平面內(nèi)，環(huán)的半徑為R（比細(xì)管的半徑大得多）。在細(xì)圓管中有兩個直徑略小于細(xì)圓管管徑的小球（可視為質(zhì)點）A和B，質(zhì)量分別為m1和m2，它們沿環(huán)形圓管（在豎直平面內(nèi)）順時針方向運動，經(jīng)過最低點時的速度都是v0;設(shè)A球通過最低點時B球恰好通過最高點，此時兩球作用于環(huán)形圓管的合力為零，那么m1、m2、R和v0應(yīng)滿足的關(guān)系式是_________。

【情境】本題以豎直放置的環(huán)形細(xì)圓管為活動場域。

【思維】 物理分析：分別對三個研究對象進行受力分析，并根據(jù)相應(yīng)的物理規(guī)律列式。

推理分析：B球在最高點受到軌道的彈力方向的判斷需要經(jīng)過一個推理論證過程，如圖1。

數(shù)學(xué)分析：將已知量代入物理列式中，通過數(shù)學(xué)計算等分析過程得到答案。

【關(guān)聯(lián)】關(guān)聯(lián)1：環(huán)形圓管受到兩個彈力與A、B兩球的彈力FN之間的關(guān)聯(lián);

關(guān)聯(lián)2：A、B兩球在最低點的速度均為v0;

關(guān)聯(lián)3：B球在最高點的速度v與最低點的速度v0之間的關(guān)聯(lián)。

其中，關(guān)聯(lián)2為題中已知條件;關(guān)聯(lián)3可應(yīng)用功能規(guī)律分析;關(guān)聯(lián)1隱藏在推理分析過程中。題中已知的是“兩球作用于環(huán)形圓管的合力為零”，需要綜合運用物理知識和推理論證才能得出兩彈力的關(guān)系。

【錯因】 本題是一道典型的以學(xué)科內(nèi)知識橫向聯(lián)系為主的綜合性問題。筆者曾將此題改編為計算題，對多屆高三學(xué)生進行過限時測試。依據(jù)測試結(jié)果和跟蹤調(diào)查發(fā)現(xiàn)，除了物理基礎(chǔ)知識不過關(guān)和數(shù)學(xué)運算能力偏弱兩個常見問題之外，學(xué)生推理論證不夠嚴(yán)謹(jǐn)是該題的主要錯因。學(xué)生根據(jù)題中表述“它們......經(jīng)過最低點時的速度都是v0”認(rèn)為兩球在最高點的速度均為v，或是兩球在最高點、最低點所受彈力均為FN，錯誤列式為：FN+m1g=m1■、FN-m2g=m2■。

例2 （2017年全國Ⅱ卷）如圖2，半圓形光滑軌道固定在水平地面上，半圓的直徑與地面垂直。一小物塊以速度v從軌道下端滑入軌道，并從軌道上端水平飛出，小物塊落地點到軌道下端的距離與軌道半徑有關(guān)，此距離最大時對應(yīng)的軌道半徑為（重力加速度大小為g）（? ? ? ）

A.■ B.■

C.■ D.■

【情境】 本題的活動場域為豎直半圓軌道對接水平軌道。

【思維】 分析過程如圖3。

物理分析：對圓周、平拋兩個運動過程分別列式。

推理分析：思考距離x為何會有最大值，x與R兩個變量之間有何種聯(lián)系。

數(shù)學(xué)分析：綜合物理列式推導(dǎo)出x與R的函數(shù)關(guān)系式并求其極值。

【關(guān)聯(lián)】 關(guān)聯(lián)1：最高點的速度v1、圓軌道的半徑R是前后兩個過程的關(guān)聯(lián)點;

關(guān)聯(lián)2：水平距離x與圓軌道半徑R的關(guān)聯(lián);

關(guān)聯(lián)3：水平距離x的最大值對應(yīng)的R值的關(guān)聯(lián)點。

半圓形軌道與水平面對接是高中物理問題中常見的活動場景，關(guān)聯(lián)1容易被發(fā)現(xiàn)，關(guān)聯(lián)2需要通過推理論證和數(shù)學(xué)運算才能找到。能否找到關(guān)聯(lián)3取決于數(shù)學(xué)技能的掌握程度。

【錯因】 從情境來看本題并不復(fù)雜，活動場域也并不陌生。跟蹤調(diào)查發(fā)現(xiàn)，學(xué)生思維過程中主要存在兩個方面的問題：（1）建構(gòu)物理模型能力欠缺。例如，本題涉及到R、v1、v、t和x等多個物理量，有些學(xué)生未能從題中表述獲取構(gòu)建模型的關(guān)鍵信息，不能快速、準(zhǔn)確地列式和處理，不清楚何為定量、何為變量。（2）各種分析能力的融合不夠。例如，由于推理論證能力不足，沒有發(fā)現(xiàn)R存在某個值使得x有極大值，導(dǎo)致無法得到關(guān)聯(lián)點2。從x與R的函數(shù)中找到極值問題對高中學(xué)生來說并不算難點，但數(shù)學(xué)技能與物理分析和邏輯推理融合在一起，使得思維難度增加。

例3 （2018年全國Ⅲ卷）如圖4，在豎直平面內(nèi)，一半徑為R的光滑圓弧軌道ABC和水平軌道PA在A點相切，BC為圓弧軌道的直徑。O為圓心，OA和OB之間的夾角為α，sinα=■，一質(zhì)量為m的小球沿水平軌道向右運動，經(jīng)A點沿圓弧軌道通過C點，落至水平軌道;在整個過程中，除受到重力及軌道作用力外，小球還一直受到一水平恒力的作用，已知小球在C點所受合力的方向指向圓心，且此時小球?qū)壍赖膲毫η『脼榱恪Ｖ亓铀俣却笮間。求：

（1）水平恒力的大小和小球到達C點時速度的大小;

（2）小球到達A點時動量的大小;

（3）小球從C點落至水平軌道所用的時間。

【情境】 本題與例2構(gòu)建的活動場域類似，但有兩個不同點：一是軌道是優(yōu)弧;二是存在一個水平恒力。

【思維】

推理分析：結(jié)合題中信息“水平恒力”“合力的方向指向圓心”和“此時小球?qū)壍赖膲毫η『脼榱恪碑嫵鰣D5中的受力分析2。

物理分析：由矢量合成法得到水平恒力與合力的表達式。由牛頓運動定律和動能定理可求得小球在C、A兩點的速度，進而求得小球到達A點時的動量大小。

數(shù)學(xué)分析：除了基本運算處理，還應(yīng)用三角函數(shù)來表示水平恒力與合力，表示A、C間的水平、豎直距離以及C點的豎直分速度大小。

小球從C點落回水平面的過程是一個類平拋運動。結(jié)合問題來看，并不是按平拋運動常規(guī)分析思路，而是分析豎直方向的分運動。該過程既有物理分析，也有推理分析。

【關(guān)聯(lián)】

關(guān)聯(lián)1：小球在A點與C點的速度關(guān)聯(lián);

關(guān)聯(lián)2：矢量三角形與幾何圖形中的角度關(guān)聯(lián)。

【錯因】 本題不僅考查了力和運動的合成與分解、圓周運動、動能定理等必備知識，也考查了學(xué)生對知識的遷移、運用規(guī)律進行分析等關(guān)鍵能力。錯因主要是以下三個方面：（1）關(guān)鍵信息的獲取能力不足。例如，學(xué)生未能綜合解讀題中關(guān)鍵詞句“水平恒力”“合力的方向指向圓心”和“壓力恰好為零”給出的信息，因而無法推測水平恒力的大小。（2）知識調(diào)用能力不足。對C點受到的重力和水平恒力應(yīng)用正交分解法，導(dǎo)致運算加大。（3）應(yīng)變能力不足。學(xué)生判斷小球從C點離開軌道后做類平拋運動，從速度的平行和垂直兩個方向分析，加大了分析的難度。

2.2? ? “綜合性”考查常見錯誤分析

學(xué)科素養(yǎng)包括“學(xué)習(xí)掌握、實踐探索、思維方法”三個一級指標(biāo)[1]。其中，“學(xué)習(xí)掌握”首先要求個體能夠獲得所需要的信息，其次要能夠在原有知識的基礎(chǔ)上理解新信息并將其納入學(xué)科的基本知識結(jié)構(gòu)中，最后要能夠根據(jù)已接收的新信息與解決問題的需要建立各種知識組合。概括來說，學(xué)習(xí)掌握是對信息的“獲取”“遷移”和“整合”。通過對上述三道高考試題的分析，發(fā)現(xiàn)學(xué)生恰好是在上述三個環(huán)節(jié)存在問題。

（1）信息獲取能力不足。閱讀習(xí)慣、知識缺失、考試情緒等諸多因素是學(xué)生未能從已知內(nèi)容獲取關(guān)鍵信息的原因。訪談發(fā)現(xiàn)，有些學(xué)生有跳躍性閱讀習(xí)慣，故對例1中“此時兩球作用于環(huán)形圓管的合力為零”誤讀成環(huán)形圓管的合力為零;有些學(xué)生對圓周運動向心力來源分析掌握不好，無視例3中“小球在C點所受合力的方向指向圓心”和“此時小球?qū)壍赖膲毫η『脼榱恪彼N含的關(guān)鍵信息。

（2）知識遷移能力不足。遷移能力反映在兩個方面：一是知識遷移。將獲取信息納入學(xué)科基本知識結(jié)構(gòu)中，需要從已有的知識結(jié)構(gòu)體系中調(diào)取相應(yīng)的內(nèi)容。如例2中要構(gòu)建水平距離與軌道半徑的函數(shù)關(guān)系，需要調(diào)動機械能守恒定律、平拋運動等物理知識，還需要調(diào)動二次函數(shù)的極值等數(shù)學(xué)知識。二是能力遷移。新信息與原有模型有差異，需要依據(jù)現(xiàn)有條件對原模型進行合理調(diào)整或變換。例如，例3中小球從離開C點后雖然符合類平拋模型，但并不宜從合力方向分析，而是分解為豎直方向更為簡捷。

（3）分析方法整合不足。從三道例題的分析可以看出，思維難點往往集中在某些過程同時需要整合物理分析、數(shù)學(xué)分析和推理分析。如例1中從環(huán)形圓管的受力結(jié)合A球在最低點的受力推測出B球受到的彈力方向的思維過程，包含了物理和推理兩個分析過程。又如例2中就包含了物理和數(shù)學(xué)兩個分析過程。學(xué)生面對多物體多過程（狀態(tài)）的復(fù)雜情境時，欠缺將不同類型的分析過程整合的意識或能力，從而導(dǎo)致思維過程混亂。

3? ? “綜合性”考查的要求對高中物理教學(xué)的啟示

中國高考評價體系的發(fā)布將對高中物理教學(xué)產(chǎn)生重要而深遠(yuǎn)的影響[3]。評價體系中“四翼”中的“綜合性”考查無論是為高校選拔人材，還是引導(dǎo)教學(xué)都將起到非常重要的作用。結(jié)合教學(xué)實踐及對評價體系的理解，筆者認(rèn)為高中物理教學(xué)應(yīng)重視完善知識網(wǎng)絡(luò)、增強建模能力、優(yōu)化思維過程三個方面，以期解決學(xué)生面對復(fù)雜情境時暴露的不足，促使知識、技能的融會貫通。

3.1? ? 引導(dǎo)學(xué)生循序漸進構(gòu)建各層面知識網(wǎng)絡(luò)和學(xué)科整體框架

新知識的構(gòu)建需要原有知識作為基礎(chǔ)。因此，物理教學(xué)都是以知識為線索展開的[4]。這些線索將各層面的知識聯(lián)系起來構(gòu)成了知識網(wǎng)絡(luò)以及學(xué)科的整體框架。引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建和梳理知識及能力網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)從三個方面加強教學(xué)指導(dǎo)：（1）夯實基礎(chǔ)知識?；A(chǔ)知識通過網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成整個學(xué)科的知識體系，而所有的物理問題最終落實在眾多的基礎(chǔ)知識上。因此，強化概念、規(guī)律和通用技能是教學(xué)的重點環(huán)節(jié)。（2）循序漸進完善知識網(wǎng)絡(luò)。高中物理在章節(jié)之間、模塊之間的知識呈現(xiàn)循序漸進的特點。教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生思考每節(jié)課所學(xué)內(nèi)容與前面所學(xué)內(nèi)容是何種聯(lián)系，并且在知識網(wǎng)絡(luò)上相應(yīng)位置進行明確標(biāo)識，逐步形成完整的知識結(jié)構(gòu)、能力結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。（3）強化典型問題情境的多樣化教學(xué)，促進學(xué)科整體知識的融會貫通。典型的復(fù)雜情境可以反映學(xué)生綜合運用科學(xué)的思維方法，合理地組織、調(diào)動不同學(xué)科的相關(guān)知識的能力。采取探究式教學(xué)、變式教學(xué)等多樣化教學(xué)方式，促進學(xué)生思維的自我完善，以達到觸類旁通、舉一反三的目的。

3.2? ? 指導(dǎo)學(xué)生正確建構(gòu)模型和合理運用模型

綜合性問題往往涉及到多個對象、多個過程的復(fù)雜情境，關(guān)聯(lián)諸多概念、規(guī)律。建構(gòu)物理模型，可以簡化情境、整合知識、優(yōu)化思維。在模型教學(xué)中注意抓好三個點：（1）建構(gòu)物理模型宜精不宜多。例如，有些教師在動量守恒教學(xué)中總結(jié)子彈打木塊模型、木板滑塊模型、彈簧模型……盡管物理活動場域不一樣，但這些模型在物理本質(zhì)上是相同的，完全可以用彈性碰撞或非彈性碰撞概括之。（2）建構(gòu)模型要強調(diào)物理本質(zhì)。將某一類具有相同的物理特征、規(guī)律和思維方法的物理過程提煉成物理模型，那么在引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)物理模型時就有必要強調(diào)模型的物理本質(zhì)。如分析物體在豎直面內(nèi)圓軌道的運動，牛頓運動定律和功能原理就是該模型的物理本質(zhì)。（3）提升運用模型時的遷移能力。從學(xué)習(xí)心理學(xué)的角度看，考生在解決實際問題時，要經(jīng)歷知識遷移和能力遷移兩個過程。問題解決的好壞是上述兩個遷移結(jié)果的表現(xiàn)[5]。不顧情境條件和問題設(shè)置生搬硬套是學(xué)生應(yīng)用模型時最常見的問題。采用一題多變等教學(xué)方法，通過微調(diào)經(jīng)典模型的場景、條件等，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會質(zhì)疑，提升學(xué)生對模型的辨識能力和知識遷移能力，培養(yǎng)實事求是的精神。

3.3? ? 強化學(xué)生思維訓(xùn)練，逐步形成高效的情境活動

如前所述，情境活動主要體現(xiàn)在分析問題的思維過程中。教學(xué)中如何促進學(xué)生高效思維呢？建議從以下三個方面強化：（1）培養(yǎng)學(xué)生信息獲取能力。從三道例題錯因分析發(fā)現(xiàn)，獲取關(guān)鍵信息是解決綜合性問題的第一把“鑰匙”。教學(xué)中要促使學(xué)生養(yǎng)成良好的閱讀習(xí)慣，提升高效審題技能和培養(yǎng)質(zhì)疑反思能力。（2）由簡單至復(fù)雜展開情境活動訓(xùn)練。情境越復(fù)雜，對學(xué)生的綜合能力要求越高。知識和能力的融會貫通并不會一蹴而就，需要由簡單到復(fù)雜逐步提升。該過程與知識網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建過程是一致的。因此，教學(xué)中不僅要引導(dǎo)學(xué)生完善知識網(wǎng)絡(luò)，還需要教師精心設(shè)計問題情境，把新舊知識綜合起來，通過情境活動提升學(xué)生的綜合能力。（3）強化推理分析的思維訓(xùn)練。教學(xué)中常會遇到這種現(xiàn)象：學(xué)生面對稍微復(fù)雜點的綜合性問題就束手無策，聽完教師的講解又感覺并不是太難，很大程度上是思維過程中的推理分析造成的。關(guān)聯(lián)點太多或太隱蔽、需要融合物理或數(shù)學(xué)分析等都會導(dǎo)致推理分析難度增大，因此，思維訓(xùn)練中應(yīng)強化研究對象、研究過程的關(guān)聯(lián)意識，以及物理、數(shù)學(xué)、推理三種思維分析的融合意識。

構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò)可以使學(xué)生融會貫通知識，建構(gòu)模型可以使學(xué)生高效綜合運用知識，強化推理思維可以使學(xué)生優(yōu)化綜合分析過程，亦是提升學(xué)生綜合素養(yǎng)的必經(jīng)之路。

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（欄目編輯? ? 陳? 潔）