“強(qiáng)基計(jì)劃”是培養(yǎng)引領(lǐng)國(guó)家發(fā)展和人類進(jìn)步的先鋒人才的“利基”計(jì)劃，對(duì)建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家意義重大。“強(qiáng)基計(jì)劃”考查了什么？在教學(xué)實(shí)施過程中如何拓展高中物理？針對(duì)目前初高中物理教師面臨的挑戰(zhàn)提出思路和對(duì)策。
為深入貫徹落實(shí)黨的十九大精神，落實(shí)全國(guó)教育大會(huì)精神，服務(wù)國(guó)家重大戰(zhàn)略需求，加強(qiáng)卓越創(chuàng)新人才選拔培養(yǎng)工作，“突出基礎(chǔ)學(xué)科的支撐引領(lǐng)作用”。2020年，教育部印發(fā)《關(guān)于在部分高校開展基礎(chǔ)學(xué)科招生改革試點(diǎn)的意見》（以下簡(jiǎn)稱《意見》）高中物理的基礎(chǔ)題目和答案，正式啟動(dòng)“強(qiáng)基計(jì)劃”，培養(yǎng)有志向、有興趣、有創(chuàng)新潛質(zhì)的優(yōu)秀青年，成為我國(guó)的人才后備軍。高中在教育結(jié)構(gòu)中發(fā)揮承上啟下的作用，需要引導(dǎo)有潛力的學(xué)生將個(gè)人理想與國(guó)家需要結(jié)合起來(lái)，做好“預(yù)訓(xùn)”，以學(xué)生為主體，全面落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)，更好地整合中學(xué)與大學(xué)的教學(xué)資源。
“強(qiáng)基計(jì)劃”緊緊圍繞立志、興趣、有天賦從事基礎(chǔ)學(xué)科學(xué)習(xí)和科研的目標(biāo)，通過筆試和面試相結(jié)合的方式進(jìn)行選拔。筆試題目的難度和廣度介于高考和競(jìng)賽之間，綜合考察學(xué)生的學(xué)術(shù)興趣、創(chuàng)新能力、職業(yè)稟賦、知識(shí)儲(chǔ)備等綜合素質(zhì)。各個(gè)高校物理考試的難度和差異化程度差別較大，試題涵蓋面廣，要求學(xué)生有較高的準(zhǔn)確性、靈活性、快速解決問題的能力。“強(qiáng)基計(jì)劃”也對(duì)中學(xué)教師提出了更高的要求。如何在課堂教學(xué)中適當(dāng)擴(kuò)大強(qiáng)基難度？這是目前中學(xué)和中學(xué)物理教師面臨的挑戰(zhàn)。
自《意見》發(fā)布以來(lái)留學(xué)之路，“強(qiáng)基礎(chǔ)計(jì)劃”已實(shí)施三年，筆者通過研究近三年來(lái)各學(xué)校的強(qiáng)基礎(chǔ)測(cè)試題和此前高校自主招生的測(cè)試題，結(jié)合高中物理教學(xué)現(xiàn)狀，探討上述問題給我們帶來(lái)的啟示以及“強(qiáng)基礎(chǔ)計(jì)劃”下高中物理教學(xué)的拓展策略。
1 物理“強(qiáng)化基礎(chǔ)計(jì)劃”聚焦物理核心素養(yǎng)
物理核心素養(yǎng)是學(xué)生在接受體育教育過程中，通過學(xué)習(xí)物理知識(shí)技能、思想方法等，逐步內(nèi)化為適應(yīng)其終身發(fā)展和社會(huì)需要的必備素質(zhì)和關(guān)鍵能力。物理核心素養(yǎng)充分體現(xiàn)了物理教學(xué)的教育價(jià)值高中物理的基礎(chǔ)題目和答案，指向了物理教學(xué)的根本目標(biāo)，指導(dǎo)了物理教學(xué)過程的有效實(shí)施。“強(qiáng)基計(jì)劃”下的物理重點(diǎn)考查了物理核心素養(yǎng)。
1.1 分析和解決問題的能力
《意見》文件指出，要加快統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，與加快“雙一流”建設(shè)、基礎(chǔ)學(xué)科拔尖學(xué)生培養(yǎng)、加強(qiáng)科技創(chuàng)新等改革相銜接，形成改革合力。重點(diǎn)布局高端芯片與軟件、智能技術(shù)、新材料、先進(jìn)制造和國(guó)家安全等重點(diǎn)領(lǐng)域以及國(guó)家人才緊缺的人文社科領(lǐng)域。在相關(guān)領(lǐng)域科學(xué)研究中，模型構(gòu)建能力、推理求證能力、創(chuàng)新能力尤為重要。結(jié)合《意見》文件和近三年“強(qiáng)基計(jì)劃”試點(diǎn)高校錄取情況，各大高校強(qiáng)基物理試題多以高中物理知識(shí)為主要內(nèi)容，對(duì)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的要求超過高考要求，特別是在科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任等方面。
1.2 物理計(jì)算能力
縱觀近三年的強(qiáng)基礎(chǔ)考試題型，物理題的答題時(shí)間都在1小時(shí)左右。除少數(shù)題目只需要定性判斷外，大部分考試題型都需要定量計(jì)算，題量較大，且不避免使用高等數(shù)學(xué)工具（如微積分）。因此，強(qiáng)基礎(chǔ)考試題型不僅要求學(xué)生進(jìn)行大量的思考，更體現(xiàn)了運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決物理問題的差異化。
1.3 學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力
通過分析試題考查的具體知識(shí)內(nèi)容，我們發(fā)現(xiàn)大部分試題難度高于高考，或者涉及大學(xué)物理必修課的知識(shí)，如剛體動(dòng)力學(xué)中的角動(dòng)量定理、點(diǎn)電荷的勢(shì)分布函數(shù)、畢奧—薩伐爾定律等。因此，學(xué)生在落實(shí)國(guó)家課程標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，還需根據(jù)自己的興趣、解決問題的需要，在課外學(xué)習(xí)這些銜接大學(xué)與高中的知識(shí)。
2.“強(qiáng)化基礎(chǔ)計(jì)劃”下高中物理教學(xué)內(nèi)容的拓展
在“強(qiáng)基礎(chǔ)計(jì)劃”背景下，教師不應(yīng)局限于課本知識(shí)，而應(yīng)反復(fù)訓(xùn)練課本知識(shí)，拓展教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)新教學(xué)設(shè)計(jì)，強(qiáng)化核心素養(yǎng)培養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)科融合。下面我們結(jié)合具體的考試題目，探討一下高中物理應(yīng)該從哪些方面著手：
2.1 重點(diǎn)擴(kuò)展基本物理概念
物理概念是物理定律和理論的基礎(chǔ)，物理定律揭示了物理概念之間的相互聯(lián)系和制約關(guān)系。沒有概念作為基礎(chǔ)，就不可能形成物理系統(tǒng)。例如，沒有電路、電流、電壓、電阻、磁感應(yīng)、電磁感應(yīng)等一系列概念，就不可能形成電磁系統(tǒng)。因此，扎實(shí)掌握物理概念、打好基礎(chǔ)是物理學(xué)習(xí)的基石。在“強(qiáng)基礎(chǔ)計(jì)劃”背景下，高中物理概念教學(xué)要保證高考范圍內(nèi)的知識(shí)內(nèi)容齊全，進(jìn)一步完善學(xué)生的物理概念，探究物理概念的本質(zhì)屬性，深化對(duì)基本概念的理解。
2.2 注重?cái)?shù)學(xué)知識(shí)的擴(kuò)展
《強(qiáng)化基礎(chǔ)計(jì)劃》對(duì)學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)工具解決問題的能力提出了更高的要求，例如微積分、函數(shù)、偏微分、遞歸級(jí)??數(shù)、向量運(yùn)算等。一般物理的很多基本概念和規(guī)律都是用微積分、向量等來(lái)表達(dá)和運(yùn)算的。因此，掌握較為完備的數(shù)學(xué)工具可以為擴(kuò)展物理知識(shí)學(xué)習(xí)、完善知識(shí)體系、進(jìn)行更為復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算奠定基礎(chǔ)。
解決方案2通過簡(jiǎn)單的微積分運(yùn)算直接求解加速度的數(shù)學(xué)表達(dá)式，與解決方案1的結(jié)果一致且過程更加簡(jiǎn)潔。可見拓展數(shù)學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)對(duì)準(zhǔn)確高效地解決問題極為有利。教師在教學(xué)和解題過程中可適當(dāng)展現(xiàn)運(yùn)用數(shù)學(xué)方法解決物理問題的美感，促進(jìn)學(xué)科融合，提高學(xué)生的綜合思維能力。
2.3 注重?cái)U(kuò)展計(jì)算能力
“強(qiáng)化基礎(chǔ)計(jì)劃”背景下的物理教學(xué)應(yīng)更加注重培養(yǎng)學(xué)生的真實(shí)情境建模和計(jì)算能力，如結(jié)合實(shí)際情境考查涉及三角函數(shù)或解析幾何的復(fù)雜計(jì)算。
本題解法1比較常規(guī)，屬于高考范圍內(nèi)可以解答的題目，要求學(xué)生建立正確的坐標(biāo)系，沿坐標(biāo)軸分解速度和加速度，并能準(zhǔn)確求解含有三角函數(shù)的方程。
解答2：包絡(luò)方程屬于高考范圍之外的數(shù)學(xué)內(nèi)容，但用此方法求解也更簡(jiǎn)單直接。經(jīng)過字母推導(dǎo)和運(yùn)算，帶入數(shù)據(jù)，通過簡(jiǎn)單的計(jì)算即可得到正確結(jié)果。拋射運(yùn)動(dòng)是現(xiàn)實(shí)生活中常見的情況，本題以水平拋射模型為切入點(diǎn)，在解決實(shí)際問題的同時(shí)，也考驗(yàn)學(xué)生掌握數(shù)學(xué)工具和計(jì)算的能力。以拋射運(yùn)動(dòng)的情況為基礎(chǔ)，通過類比、推理、建模、歸納、計(jì)算等方法解決生活中的常見問題，不僅對(duì)動(dòng)手能力強(qiáng)的學(xué)生有吸引力，還能讓學(xué)生對(duì)現(xiàn)實(shí)問題有更深刻的理解。
2.4 注重分析能力的培養(yǎng)
在“強(qiáng)基礎(chǔ)計(jì)劃”背景下，高中物理教學(xué)在學(xué)科素養(yǎng)中強(qiáng)調(diào)科學(xué)思維能力和科學(xué)探究能力的培養(yǎng)，要求學(xué)生正確、深入地理解題目的基本含義，完成知識(shí)遷移、模型構(gòu)建、邏輯推理，分析題目條件與結(jié)論之間的關(guān)系，從而解決問題。
本題涉及的物理原理比較容易理解，但需要學(xué)生分析題意，發(fā)現(xiàn)電容A、B兩極板電壓始終相等，總電荷量不變，通過減小兩極板相對(duì)面積，電容B的電容量減小，電容A間的電場(chǎng)強(qiáng)度增大，得出帶電粒子向上加速，所受電場(chǎng)力為3mg/2。這個(gè)分析過程需要縝密的邏輯推理能力，否則會(huì)得出錯(cuò)誤的結(jié)果。
2.5 注重拓展高考范圍以外的知識(shí)體系
從全局來(lái)看，《強(qiáng)化基礎(chǔ)計(jì)劃》對(duì)物理各方面核心素養(yǎng)的要求都超出了高考的要求，比如剛體動(dòng)力學(xué)、相對(duì)論等。如果教學(xué)時(shí)間允許，教師可以合理拓展有課余時(shí)間的學(xué)生的知識(shí)點(diǎn)，內(nèi)容可以把競(jìng)賽與普通物理銜接起來(lái)。比如講解了粒子的運(yùn)動(dòng)后可以介紹剛體動(dòng)力學(xué)，講解了彈簧振子和單擺后可以講解簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)和微分方程的運(yùn)動(dòng)方程的通解方法。
本題考察剛體平面的平行運(yùn)動(dòng)和滾轉(zhuǎn)，要求學(xué)生掌握轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的基本概念，理解圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的大小，角動(dòng)量定律的基本規(guī)律。
這道題考查狹義相對(duì)論模塊的質(zhì)能方程，要求學(xué)生理解狹義相對(duì)論中物體的總質(zhì)量等于動(dòng)能與靜能之和。但高考并不要求有靜能的概念，也不要求對(duì)狹義相對(duì)論相關(guān)定律進(jìn)行定量計(jì)算，只要求理解長(zhǎng)度收縮、時(shí)間膨脹等現(xiàn)象。因此，如果不拓展這部分知識(shí)，是無(wú)法解題的。
3 物理學(xué)“強(qiáng)化基礎(chǔ)計(jì)劃”拓展策略概述
筆者通過對(duì)物理“強(qiáng)基礎(chǔ)計(jì)劃”考試內(nèi)容及教學(xué)所需擴(kuò)展內(nèi)容的組織進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)“強(qiáng)基礎(chǔ)計(jì)劃”背景下的物理教學(xué)擴(kuò)展應(yīng)著力提升學(xué)生各方面的核心素養(yǎng)。
（1）在鞏固基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，還將更加深刻地理解物理學(xué)中重要概念和定律的本質(zhì)。
（2）掌握更加完整的數(shù)學(xué)工具，提高計(jì)算能力。
很多考試題目都需要用數(shù)學(xué)方法來(lái)解決，雖然公式形式簡(jiǎn)單，但為了得到準(zhǔn)確的答案，你仍然需要良好的數(shù)學(xué)工具和處理復(fù)雜計(jì)算的能力。
（3）嚴(yán)密的邏輯推理能力。面對(duì)涉及現(xiàn)實(shí)情況、多個(gè)過程、多個(gè)研究對(duì)象的復(fù)雜情境問題，需要培養(yǎng)學(xué)生分析問題、總結(jié)規(guī)律、解決問題的能力。
（4）適當(dāng)拓寬視野。高考中很多物理基礎(chǔ)內(nèi)容并不是必須的，但如果沒有相關(guān)的知識(shí)儲(chǔ)備，做某些強(qiáng)基考試題會(huì)非常困難。如果掌握了相關(guān)內(nèi)容，可以很輕松的做題或者選擇更簡(jiǎn)單的方法做題。
總之，《強(qiáng)基礎(chǔ)計(jì)劃》為高中教學(xué)指明了方向，要拓展教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)新培養(yǎng)模式，進(jìn)一步提升學(xué)生物理核心素養(yǎng)。