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教育部考试中心2019年发布的《中国高考评价体系》提出高考以核心价值为引领，以学科素养为导向，以关键能力为重点，以必备知识为基础，通过增强考试的基础性、综合性、应用性和创新性，考查学生进入高等学校继续学习的能力，促进学生综合能力和创新思维的提升，引导高中教学培养和发展学生的物理学科素养，为学生终身发展和未来社会发展的挑战奠定基础。2020年高考物理（全国I卷）第23题实验题正体现了高考评价体系要求，从基础性、应用性、创新性等维度设置试题情景，试题任务设置彰显素养立意导向，强化考查信息获取和整理能力、知识迁移应用能力等有利于学生终身发展的关键能力。
一、原题呈现及解析
23.（9分）某同学用如图1所示的实验装置验证动量定理，所用器材包括：气垫导轨、滑块（上方安装有宽度为d的遮光片）、两个与计算机相连接的光电门、砝码盘和砝码等。
实验步骤如下：
（1）开动气泵，调节气垫导轨，轻推滑块，当滑块上的遮光片经过两个光电门的遮光时间_________时，可认为气垫导轨水平;
（2）用天平测砝码与砝码盘的总质量m1、滑块（含遮光片）的质量m2;
（3）用细线跨过轻质定滑轮将滑块与砝码盘连接，并让细线水平拉动滑块;
（4）令滑块在砝码和砝码盘的拉动下从左边开始运动，和计算机连接的光电门能测量出遮光片经过A、B两处的光电门的遮光时间△t1、△t2;及遮光片从A运动到B所用的时间t12;
（5）在遮光片随滑块从A运动到B的过程中，如果将砝码和砝码盘所受重力视为滑块所受拉力，拉力冲量的大小I=_______，滑块动量改变量的大小△p=_____ ;（用题中给出的物理量及重力加速度g表示）
二、试题评析
任何一道好的试题都涉及命题立意，情境设置和任务设计。以下从“情境设置、学科核心素养水平、试题任务设计”三方面赏析该题。
1. 情境设置。
情境是素养的载体。情境作为试题的重要组成部分，对于学生将其所掌握的知识应用于实际的问题解决起重要的作用。该实验题创设的用气垫导轨和光电门装置验证动量定理的实验情境，绝大多数考生没有做过这个实验，需要迁移学过的实验理论和实验方法去分析和解决问题，能较好地考查学生在新的情境解决问题的能力，体现了试题的创新性。
2. 学科核心素养水平。
该实验题彰显命题素养立意，结合物理学科特点和核心素养的要求，覆盖了学科核心素养“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方面的不同要素和不同水平的考查。
首先，该实验题考查了“物理观念”素养中的“运动与相关作用观”要素：合外力对物体的冲量等于物体动量的变化（动量定理），即力对时间的积累效应（冲量）是物体动量变化的原因，达到学业质量水平4：“理解所学的物理概念和规律及其相互关系。”
其次，第（1）问考查了“科学思维”素养中“模型建构”：滑块在导轨水平上做匀速直线运动，同时考查了“科学论证”要素，达到学业质量水平4：“能恰当使用证据证明物理结论”，即“通过遮光片经过两个光电门的遮光时间相等证明气垫导轨水平。”
再次，该实验题考查了“科学探究”诸要素。第（5）问考查“科学探究”素养的“形成猜想和假设”要素，达到学业质量水平4：“能分析相关事实或结论，提出并正确表述可探究的物理问题，作出有依据的假设”;第（6）问考查“科学探究”素养中的“数据处理”要素，达到学业质量水平4：“能分析数据，发现其中规律，形成合理的结论，用已有的物理知识进行解释”。
最后，该实验题渗透“科学态度”素养教育。第（7）问考查相对误差计算，旨在告诉学生实验误差是难免的，引导学生养成尊重科学，实事求是的科学态度。
3. 试题任务设计。
该实验题给出较为完整的7个实验步骤，体现了命题者对科学探究过程重视，旨在夯实学生全面发展的基础。试题既考查了基础的实验原理和实验方法等必备知识，又强化了对考生信息获取能力、数据处理能力和迁移应用能力等关键能力的考查。
第（1）问考查实验条件控制。检验学生是否懂得判断气垫导轨水平，属于简单问题，体现了试题的基础性。
综上分析，可以说该实验题基本实现了课程标准提出的评价要求“客观全面地了解学生物理学科核心素养发展状况，找出存在问题，明确发展方向，及时有效地反馈评价结果，促进学生全面而有个性的发展。”
三、试题溯源
四、试题拓展
该实验题小的拓展可以在原有基础上增加考查基本仪器的使用，如可以考查用游标卡尺测量遮光片的宽度、用天平测量滑块和砝码盘的质量等;也可以要求考生分析第（6）问的数据，发现其中规律，形成合理的结论：在误差允许范围内，可以认为合力对物体的冲量I等于物体动量变化△p，即动量定理成立;也可以要求考生分析第（7）问实验误差产生的原因。
该实验题接口宽广，发散性强，大的拓展可直接迁移到验证牛顿第二定律，探究功与动能变化的关系、验证机械能守恒定律等实验，稍作变化，亦可用作测量物块与水平桌面之间动摩擦因数等实验，见下面的拓展试题。
拓展试题.（2013年新课标Ⅰ卷）图（a）为测量物块与水平桌面之间动摩擦因数的实验装置示意图。实验步骤如下：
①用天平测量物块和遮光片的总质量M，重物的质量m;用游标卡尺测量遮光片的宽度d;用米尺测量两光电门之间的距离s;
②调整轻滑轮，使细线水平;
③让物块从光电门A的左侧由静止释放，用数字毫秒计分别测出遮光片经过光电门A和光电门B所用的时间△tA和△tB，求出加速度a;
④多次重复步骤③，求a的平均a;
⑤根据上述实验数据求出动擦因数μ.
回答下列为题：
（1）测量d时，某次游标卡尺（主尺的最小分度为1mm）的示如图（b）所示;其读数为_________cm.
（2）物块的加速度a可用d、s、△tA和△tB表示为a=_______.
（3）动摩擦因数μ可用M、m、a和重力加速度g表示为μ=_______.
（4）如果细线没有调整到水平. 由此引起的误差属于______（填“偶然誤差”或”系统误差”）.
五、教学建议
通过对该实验题的赏析，我们可以得到以下教学几点启示。
1. 夯实物理基础，培养核心素养。
近几年高考的实验题命题从“以能力立意”为导向逐渐走向“以素养立意”，通过创新实验情境和设问方式，评估学生的实验能力和学科核心素养的水平。这就要求高中物理教学要注重夯实基础知识和基本技能，同时要围绕物理学科核心素养的具体要求，创设真实而有价值的问题情境，培养学生物理观念、科学思维、科学探究和科学态度的学科核心素养。
2. 重视动手实验，培养关键能力。
物理实验是学习和研究物理学科的最基本方法与工具，是物理知识体系建立的基础。高考把对实验能力的考查放在一个显著的地位，必须重视实验教学，要让学生真正进入实验室做实验，而不是讲实验，开足每一个实验课，让学生有更多动手做实验的机会。同时要注重实验探究的教学，培养学生提出物理问题、设计实验与制订方案、获取和处理信息、以及对结果进行交流、评估等关键能力。尤其要强化学生数据处理能力，确保公式正确情况下数值运算旳准确度，减少不必要旳丢分。
3. 重视拓展实验，提高实验迁移能力。
近年的高考物理实验呈现在教材内容的基础上拓展延伸趋势，着力考查考生的探究能力、创新能力，需要考生运用学过的实验理论和实验方法去分析和解决问题。这就要求高考实验复习要重视拓展训练，通过一题多变，一题多解和多题归一的变式训练，教会学生抓住问题本质，从基本原理出发，少记模型，少记结论，切实提高学生的实验迁移能力。同时要注重知识和方法的归纳整理，注重物理模型的构建及类比，不断地进行归纳、总结和延伸，以达到巩固知识和扩展思维的目的。
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一、原题呈现及解析
23.（9分）某同学用如图1所示的实验装置验证动量定理，所用器材包括：气垫导轨、滑块（上方安装有宽度为d的遮光片）、两个与计算机相连接的光电门、砝码盘和砝码等。
实验步骤如下：
（1）开动气泵，调节气垫导轨，轻推滑块，当滑块上的遮光片经过两个光电门的遮光时间_________时，可认为气垫导轨水平;
（2）用天平测砝码与砝码盘的总质量m1、滑块（含遮光片）的质量m2;
（3）用细线跨过轻质定滑轮将滑块与砝码盘连接，并让细线水平拉动滑块;
（4）令滑块在砝码和砝码盘的拉动下从左边开始运动，和计算机连接的光电门能测量出遮光片经过A、B两处的光电门的遮光时间△t1、△t2;及遮光片从A运动到B所用的时间t12;
（5）在遮光片随滑块从A运动到B的过程中，如果将砝码和砝码盘所受重力视为滑块所受拉力，拉力冲量的大小I=_______，滑块动量改变量的大小△p=_____ ;（用题中给出的物理量及重力加速度g表示）
二、试题评析
任何一道好的试题都涉及命题立意，情境设置和任务设计。以下从“情境设置、学科核心素养水平、试题任务设计”三方面赏析该题。
1. 情境设置。
情境是素养的载体。情境作为试题的重要组成部分，对于学生将其所掌握的知识应用于实际的问题解决起重要的作用。该实验题创设的用气垫导轨和光电门装置验证动量定理的实验情境，绝大多数考生没有做过这个实验，需要迁移学过的实验理论和实验方法去分析和解决问题，能较好地考查学生在新的情境解决问题的能力，体现了试题的创新性。
2. 学科核心素养水平。
该实验题彰显命题素养立意，结合物理学科特点和核心素养的要求，覆盖了学科核心素养“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方面的不同要素和不同水平的考查。
首先，该实验题考查了“物理观念”素养中的“运动与相关作用观”要素：合外力对物体的冲量等于物体动量的变化（动量定理），即力对时间的积累效应（冲量）是物体动量变化的原因，达到学业质量水平4：“理解所学的物理概念和规律及其相互关系。”
其次，第（1）问考查了“科学思维”素养中“模型建构”：滑块在导轨水平上做匀速直线运动，同时考查了“科学论证”要素，达到学业质量水平4：“能恰当使用证据证明物理结论”，即“通过遮光片经过两个光电门的遮光时间相等证明气垫导轨水平。”
再次，该实验题考查了“科学探究”诸要素。第（5）问考查“科学探究”素养的“形成猜想和假设”要素，达到学业质量水平4：“能分析相关事实或结论，提出并正确表述可探究的物理问题，作出有依据的假设”;第（6）问考查“科学探究”素养中的“数据处理”要素，达到学业质量水平4：“能分析数据，发现其中规律，形成合理的结论，用已有的物理知识进行解释”。
最后，该实验题渗透“科学态度”素养教育。第（7）问考查相对误差计算，旨在告诉学生实验误差是难免的，引导学生养成尊重科学，实事求是的科学态度。
3. 试题任务设计。
该实验题给出较为完整的7个实验步骤，体现了命题者对科学探究过程重视，旨在夯实学生全面发展的基础。试题既考查了基础的实验原理和实验方法等必备知识，又强化了对考生信息获取能力、数据处理能力和迁移应用能力等关键能力的考查。
第（1）问考查实验条件控制。检验学生是否懂得判断气垫导轨水平，属于简单问题，体现了试题的基础性。
综上分析，可以说该实验题基本实现了课程标准提出的评价要求“客观全面地了解学生物理学科核心素养发展状况，找出存在问题，明确发展方向，及时有效地反馈评价结果，促进学生全面而有个性的发展。”
三、试题溯源
四、试题拓展
该实验题小的拓展可以在原有基础上增加考查基本仪器的使用，如可以考查用游标卡尺测量遮光片的宽度、用天平测量滑块和砝码盘的质量等;也可以要求考生分析第（6）问的数据，发现其中规律，形成合理的结论：在误差允许范围内，可以认为合力对物体的冲量I等于物体动量变化△p，即动量定理成立;也可以要求考生分析第（7）问实验误差产生的原因。
该实验题接口宽广，发散性强，大的拓展可直接迁移到验证牛顿第二定律，探究功与动能变化的关系、验证机械能守恒定律等实验，稍作变化，亦可用作测量物块与水平桌面之间动摩擦因数等实验，见下面的拓展试题。
拓展试题.（2013年新课标Ⅰ卷）图（a）为测量物块与水平桌面之间动摩擦因数的实验装置示意图。实验步骤如下：
①用天平测量物块和遮光片的总质量M，重物的质量m;用游标卡尺测量遮光片的宽度d;用米尺测量两光电门之间的距离s;
②调整轻滑轮，使细线水平;
③让物块从光电门A的左侧由静止释放，用数字毫秒计分别测出遮光片经过光电门A和光电门B所用的时间△tA和△tB，求出加速度a;
④多次重复步骤③，求a的平均a;
⑤根据上述实验数据求出动擦因数μ.
回答下列为题：
（1）测量d时，某次游标卡尺（主尺的最小分度为1mm）的示如图（b）所示;其读数为_________cm.
（2）物块的加速度a可用d、s、△tA和△tB表示为a=_______.
（3）动摩擦因数μ可用M、m、a和重力加速度g表示为μ=_______.
（4）如果细线没有调整到水平. 由此引起的误差属于______（填“偶然誤差”或”系统误差”）.
五、教学建议
通过对该实验题的赏析，我们可以得到以下教学几点启示。
1. 夯实物理基础，培养核心素养。
近几年高考的实验题命题从“以能力立意”为导向逐渐走向“以素养立意”，通过创新实验情境和设问方式，评估学生的实验能力和学科核心素养的水平。这就要求高中物理教学要注重夯实基础知识和基本技能，同时要围绕物理学科核心素养的具体要求，创设真实而有价值的问题情境，培养学生物理观念、科学思维、科学探究和科学态度的学科核心素养。
2. 重视动手实验，培养关键能力。
物理实验是学习和研究物理学科的最基本方法与工具，是物理知识体系建立的基础。高考把对实验能力的考查放在一个显著的地位，必须重视实验教学，要让学生真正进入实验室做实验，而不是讲实验，开足每一个实验课，让学生有更多动手做实验的机会。同时要注重实验探究的教学，培养学生提出物理问题、设计实验与制订方案、获取和处理信息、以及对结果进行交流、评估等关键能力。尤其要强化学生数据处理能力，确保公式正确情况下数值运算旳准确度，减少不必要旳丢分。
3. 重视拓展实验，提高实验迁移能力。
近年的高考物理实验呈现在教材内容的基础上拓展延伸趋势，着力考查考生的探究能力、创新能力，需要考生运用学过的实验理论和实验方法去分析和解决问题。这就要求高考实验复习要重视拓展训练，通过一题多变，一题多解和多题归一的变式训练，教会学生抓住问题本质，从基本原理出发，少记模型，少记结论，切实提高学生的实验迁移能力。同时要注重知识和方法的归纳整理，注重物理模型的构建及类比，不断地进行归纳、总结和延伸，以达到巩固知识和扩展思维的目的。
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