基于PISA淺談初中物理習題的選擇

摘 要：2014年教育部明確提出了中國學生發(fā)展的核心素養(yǎng)體系，對于物理學科而言，提高學生的核心素養(yǎng)就是在教學中培養(yǎng)學生的問題解決能力。PISA是目前世界上最有影響力的國際學生學習評價項目之一，它通過先進的評價理念考查學生解決問題的能力。本文以PISA的視角對初中物理習題的選擇進行探討，從四個方面提出了習題選擇的原則，希望能促進物理課程改革的不斷發(fā)展和完善。

關(guān)鍵詞：PISA；物理習題；問題解決能力

PISA（The Programme for International Student Assessment）是由經(jīng)濟合作與發(fā)展組織（OECD）創(chuàng)立的一項國際學生學習質(zhì)量比較評估項目，其主要評量的是十五歲學生分別在閱讀、數(shù)學、科學領(lǐng)域的素養(yǎng)。PISA每三年舉行一次，每次側(cè)重考查其中一個素養(yǎng)，最近一次PISA2015側(cè)重于科學素養(yǎng)的評價。而在PISA2015中，北京、上海、江蘇、廣東組成的中國部分地區(qū)聯(lián)合體位居總分第十，引起了教育界的廣泛關(guān)注。

PISA2015對科學素養(yǎng)的測評是從背景、知識、能力和態(tài)度四個相互關(guān)聯(lián)的方面構(gòu)建框架，通過一套系統(tǒng)而完備的評價體系，考查學生運用已學知識技能去解決不同情境中問題的能力。而就物理學科而言，學生的解決問題能力很大程度上需要通過習題的練習來培養(yǎng)，所以選擇適當?shù)奈锢砹曨}就尤為重要。以下筆者借鑒PISA的測評理念，從四個方面談?wù)勥x擇物理習題的原則。

一、 選擇情境與實際生活結(jié)合的習題

PISA啟示我們，物理教學的根本目的是為了讓學生具有一定的科學素養(yǎng)，在以后的生活中能夠運用所學知識解決實際問題。所以在習題教學中，我們可以充分挖掘物理知識在真實生活中的相關(guān)應(yīng)用，選取一些建立在真實情境下的物理題。情境越真實或接近真實，就越能有效地評估出學生發(fā)現(xiàn)和處理真實情境中的問題的能力，也就越能準確地評價出學生是否從學習中獲得了“真實的知識”。

例1 小明家里的廚房有很多刀具。如圖所示，在斬切肉類的時候選用A型刀具，利用其質(zhì)量較大的特點通過增大 來增大對肉類的壓強；而切黃瓜、蘿卜等蔬菜時選用B型刀具，其刀面上的孔洞可以避免因 的作用而使蔬菜片沾在刀面上；在切割魚類時使用C型刀具，其刀刃上的鋸齒能夠通過增大 來增大刀刃和魚身之間的摩擦力。

啟示：本題通過三把刀考查了壓強、大氣壓以及摩擦力相關(guān)知識的實際應(yīng)用，其情境設(shè)置不拘泥于課本，避免了學生生搬硬套答案。筆者認為習題選擇的一個原則就是看情境的設(shè)置是否與生活貼近，是否能體現(xiàn)知識在現(xiàn)實中的應(yīng)用價值，是否能考查出學生對知識的理解程度。至于情境的選擇范圍，筆者認為最好不要局限于學生所熟悉的課本中的材料，當然如果改變熟悉情境中的一些條件也是可以的。

二、 選擇考查程序性知識和認知性知識的習題

PISA2015將知識細分為三類：內(nèi)容性知識、程序性知識和認知性知識。內(nèi)容性知識是人類已有的學科知識，程序性知識是探究獲得學科知識時所運用的科學方法，而認知性知識是對為何這樣運用科學方法的理解。

PISA測評對知識的劃分啟示我們：雖然學生通過學習主要獲取的是人類已有的學科知識，但是對程序性知識和認知性知識的掌握更能讓學生加深對知識的理解，掌握相應(yīng)的科學方法，形成一定的科學能力。而這兩類知識是蘊含在科學探究過程中的，包括考查實驗的原理、設(shè)計方案、器材的選擇和使用、科學方法的運用、數(shù)據(jù)的處理和分析、根據(jù)實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)得出結(jié)論。因此我們在選取習題時要充分挖掘科學探究中蘊含的方法，體現(xiàn)學生對探究過程的理解和對程序性、認知性知識的運用。

1. 考查探究過程中科學方法的運用

例2 2012年5月27日，“長征三號乙”運輸火箭一級殘骸落到湖南綏寧縣砸壞了民宅。這引起了某?？萍夹〗M的關(guān)注：豎直下落的物體與地面碰撞時對地面的作用力大小與哪些因素有關(guān)呢？某同學猜想與物質(zhì)的質(zhì)量、開始下落時離地面的高度有關(guān)。

（1）該同學為驗證他的猜想，設(shè)計了如下的實驗方案：在水平地面上平鋪一些報紙，將涂滿紅色顏料的同一籃球從不同高度由靜止釋放，籃球會在報紙上留下大小不同的圓形紅色印跡，通過比較紅色印跡的大小即可比較籃球?qū)Φ孛孀饔昧Φ拇笮?。在以上的實驗方案中用到的一種物理研究方法的語句下劃線，并舉出一個與此研究方法相同的例子： 。

（2）另一同學將留有紅色印跡的報紙放在電子測力計上，再將籃球放在印跡中央，用力下壓籃球，當籃球恰好將 覆蓋時，此時測力計示數(shù)即為籃球留下該印跡時對地面作用力的大小。

啟示：本題在考查科學方法時要求學生指出運用研究方法的操作以及聯(lián)想運用此方法的其他實驗。這種考查方式既能檢測學生對科學方法本質(zhì)的理解，又能培養(yǎng)學生的物理語言表達能力。該題啟示我們：其一，對科學方法的考查可以隱含于科學探究的過程中，因為脫離了探究過程的科學方法沒有實質(zhì)的意義。其二，考查科學方法時其名稱可以不必要求寫出，理解比識記更為重要。其三，對科學方法的考查設(shè)問方式需要多思考，要能反映出學生對科學方法的運用能力，讓學生理解為什么要用（認知性知識）和怎樣用（程序性知識），如本題中對操作方法劃線、舉例說明、將操作過程補充完整等設(shè)問方式都是不錯的選擇。

2. 考查數(shù)據(jù)的不同呈現(xiàn)方式

例3 閱讀短文“電動自行車是如何調(diào)速的”，回答問題：

常用電動自行車調(diào)速系統(tǒng)主要由磁鐵、霍耳傳感器、控制器和開關(guān)K四部分組成。

霍耳傳感器是將磁信號轉(zhuǎn)變成電信號的裝置，它產(chǎn)生的電壓U0隨磁場增強而增大。在轉(zhuǎn)動電動自行車手柄旋轉(zhuǎn)套時，旋轉(zhuǎn)套中磁鐵與固定在手柄中的霍耳傳感器的距離發(fā)生改變，使U0發(fā)生變化。

控制器的作用是將自身產(chǎn)生的電壓U1與霍耳傳感器的電壓U0比較后，輸出控制電壓UK，控制開關(guān)K的通斷。當U1小于U0時，UK=1V，圖甲中開關(guān)K閉合；U1大于U0時，UK=0，K斷開。endprint

（1）圖丁中折線A和直線B分別是U1和U0隨時間變化的關(guān)系圖線，在圖戊中畫出UK隨時間變化的關(guān)系圖線。

啟示：使用表格、圖形、圖表等方式呈現(xiàn)數(shù)據(jù)是PISA中重要的一項程序性知識。該題不僅考查了學生圖象的轉(zhuǎn)換能力，還對學生的提取信息和分析數(shù)據(jù)能力有一定的要求。從該題我們得到啟示：在初中物理的大多數(shù)探究實驗都要求進行數(shù)據(jù)處理和表達，而我們對學生這方面的要求往往過于單一，比如僅僅要求記錄數(shù)據(jù)或根據(jù)已有數(shù)據(jù)描點連線，所以我們的初中生在數(shù)據(jù)處理能力上比較欠缺。而要提高學生這方面的能力，就需要在考查方式上有所變化和整合，比如該題就提供了很好的整合方法：其一，可以豐富信息轉(zhuǎn)換的形式，如圖象和圖象之間、表格和表格之間、表格和圖象之間、文字和圖象之間的轉(zhuǎn)換方式；其二，可以將多種形式的數(shù)據(jù)進行綜合考查，如將表格、圖象、文字等綜合或者基于分析判斷的基礎(chǔ)上進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

三、 選擇考查科學探究能力的習題

PISA認為相對于考查抽象的科學知識和復(fù)雜的解題技巧，培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)更為重要。PISA 2015的測試框架中直接將科學素養(yǎng)定義為三方面的能力：科學地解釋現(xiàn)象、評估并設(shè)計科學探究；科學地解釋數(shù)據(jù)及證據(jù)。那么我們?nèi)绾蝸砼囵B(yǎng)學生的科學能力呢？眾所周知，能力的培養(yǎng)不能一蹴而就，所以教師除了在物理課堂教學中要注重能力的滲透，在選擇習題時也要有意識地考查這三方面的能力。

1. 考查對實驗方案的評估或改進

例4 用如圖甲所示的裝置探究二力平衡的條件。

（1）卡片的重力可能對實驗造成了影響。如果這個卡片無法更換，我們可以把這個卡片剪得小一點以減小重力，或者通過 的方法來減小卡片重力對實驗的影響。

（2）小明進行實驗時，在左右支架上裝配兩個滑輪時沒有安裝成相同高度（如圖丙所示），你認為能不能用小明的裝置進行實驗？答： 。

2. 考查由證據(jù)到結(jié)論的推理

例5 利用如圖所示的電路可以驗證電功與電流的關(guān)系。

（1）小明正確操作，驗證了實驗的結(jié)論.支持該結(jié)論的實驗現(xiàn)象是 。

啟示：例4和例5的探究實驗都來自于教材，但這兩題的設(shè)問方式和角度都有變化。例4著重考查在實驗條件變化的情況下，學生對知識的遷移能力和應(yīng)變水平。例5考查科學論斷是如何由科學數(shù)據(jù)和推理支持的，不同于以往考查實驗結(jié)論的題目，這種考查方式需要學生對實驗的操作和原理理解后才能作答，靠死記硬背是無法應(yīng)付的。所以我們可以挑選一些改變實驗方法或者改變設(shè)問方式的探究題，以提高學生的應(yīng)變能力，讓學生不僅知其然，更能知其所以然。

四、 選擇開放式題型的習題

PISA科學測評非常注意題型對學生展示科學素養(yǎng)水平的影響。PISA試題包括多種形式，有選擇題、封閉性問答題和開放性問答題。選擇題包括單項選擇題和多項選擇題；封閉性問答題要求學生在非常具體的限制條件下給出回答，往往要求僅使用一個詞語或短語作答；開放性問答題要求運用復(fù)雜的和抽象的思維在特定任務(wù)情境中進行推理和計劃。因為開放性問答題通常沒有唯一途徑或答案，所以更能培養(yǎng)學生的發(fā)散性思維和科學語言表達能力。所以筆者認為在平時的練習中要適當選取一些開放式問題的習題，有利于提高學生的物理思維能力。

例6 請利用礦泉水瓶設(shè)計兩個實驗，并說明其物理原理。

啟示：本題答案是不固定的，所以學生需要聯(lián)系學習過的各種物理知識，進行發(fā)散性的思考才能解答。而且在解答過程中還需要學生將語言組織得有條理有邏輯，對物理語言的表達也是一種鍛煉。

參考文獻：

[1]OECD.Pisa 2015 Draft Science Framework. Pairs：OECD，2013.

[2]陸璟.PISA 測評的理論和實踐[M].上海：華東師范大學出版社，2013.

[3]陳怡，陸建隆.基于PISA的高考物理江蘇卷實驗題例析與應(yīng)對[J].物理教師，2016，37（3）：79-84.

作者簡介：徐祖梅，江蘇省南京市，南京市棲霞區(qū)實驗初級中學。endprint