學(xué)科核心素養(yǎng)考查及其對物理教學(xué)的啟示

石劍軍　錢皓琳　張喜榮　康建平

摘要：物理核心素養(yǎng)研究是課堂教學(xué)改革的熱點，也是近年來中考考查的熱點，如何在學(xué)科測試中體現(xiàn)核心素養(yǎng)，是每門學(xué)科迫切需要解決的問題.綜合近年來各地中考物理試題命題導(dǎo)向，通過思維導(dǎo)圖建構(gòu)、歸納和演繹融合、科學(xué)問題解決過程等，全面考查了物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究以及科學(xué)態(tài)度與責(zé)任應(yīng)用效果，引導(dǎo)初中物理教學(xué)關(guān)注學(xué)科核心素養(yǎng)，凝練并升華三維目標(biāo)，凸顯物理學(xué)科的育人價值.

關(guān)鍵詞：中考命題;核心素養(yǎng);啟示

文章編號：1008-4134（2019）20-0048中圖分類號：G633.7文獻標(biāo)識碼：B

作者簡介：石劍軍（1974-），男，天津?qū)氎嫒?，本科，中學(xué)高級教師，研究方向：中學(xué)物理教學(xué)研究.

錢皓琳（1974-），女，河北唐山人，本科，中學(xué)高級教師，研究方向：中學(xué)物理教學(xué)研究.

張喜榮（1963-），女，河北保定人，碩士，教授，研究方向：物理課程與教學(xué)論研究.

康建平（1970-），男，河北石家莊人，本科，中學(xué)高級教師，研究方向：中學(xué)物理教學(xué)研究.

德國著名物理學(xué)家、諾貝爾獎獲得者馮·勞厄就曾說過：“教育給予人們的，無非是當(dāng)一切已學(xué)過的東西都忘記后所剩下來的東西.”可見，物理學(xué)科在培養(yǎng)人方面的真正價值并非那些具體的物理概念和物理規(guī)律，而是在建構(gòu)物理概念、歸納物理規(guī)律過程中所使用的科學(xué)思維和科學(xué)探究方法以及深入骨髓的科學(xué)態(tài)度及價值觀，這也正是本輪課標(biāo)修訂所秉持的物理學(xué)科核心素養(yǎng).

1利用思維導(dǎo)圖建構(gòu)物理觀念

研究表明：學(xué)困生頭腦中的知識是零散的和孤立的，而學(xué)優(yōu)生頭腦中的知識是有組織和系統(tǒng)的，并且知識點之間有內(nèi)在聯(lián)系，呈現(xiàn)出一個層次網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu).

為此，在中考試題中考查了如何將碎片化的知識準(zhǔn)確歸屬于物理觀念的基本認(rèn)識，準(zhǔn)確建構(gòu)模型，科學(xué)推理邏輯嚴(yán)謹(jǐn)，形成系統(tǒng)的知識結(jié)構(gòu).

案例1（2018金華）小科在實驗室發(fā)現(xiàn)一枚鋼

針，為能快速利用小磁針判斷：①鋼針是否有磁性，②若有磁性則磁極如何分布，小科畫出思維導(dǎo)圖（如圖1所示）.請補充完整.

【參考答案】

（1）相互排斥（2）鋼針沒有磁性.

【分析與啟示】

從答卷情況看學(xué)生推理能力和分析能力欠缺，導(dǎo)致答案存在欠缺;從命題角度看試題逐漸由補充完整的思維導(dǎo)圖過渡到學(xué)生自己繪制思維導(dǎo)圖.

從命題的角度來看，將單純的知識記憶內(nèi)化為知識的應(yīng)用，通過分析與推理考查了知識銜接是否有斷層的現(xiàn)象，知識的結(jié)構(gòu)形成是否系統(tǒng)，知識分類邏輯是否嚴(yán)密，積累的知識是否轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)習(xí)活動載體.是否將知識“灌輸”轉(zhuǎn)變?yōu)橛幸饬x的知識建構(gòu)過程.

物理觀念的形成需要學(xué)生借助物理研究問題的方法探索自然，圍繞核心概念統(tǒng)領(lǐng)教學(xué)，領(lǐng)悟認(rèn)知的方法，將碎片化的知識點連成線、結(jié)成網(wǎng)，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng).

2利用歸納和演繹融合發(fā)展科學(xué)思維

有人說：“科學(xué)的發(fā)展史就是一部思維的發(fā)展史”“思維科學(xué)是培養(yǎng)人才的科學(xué)”.要培養(yǎng)人才，很重要的一個因素在于思維，在于科學(xué)思維.

中考試題中通過對分析與綜合、歸納與演繹、推理與論證相互融合的考查，加大對學(xué)生的科學(xué)思維考查的過程.

案例2（2019·黃岡中考）具有中國自主知識產(chǎn)權(quán)的、亞洲超大重型自航絞吸船“天鯤號”（如圖3甲所示），可用于挖掘水下泥土、砂石等.其長140m、寬27.8m，滿載排水量為17000t.作業(yè)時，輸送系統(tǒng)將水下挖掘的泥石等通過輸送管輸送到指定地方.已知水的密度為1.0×103kg/m3.

（1）水面下4m處的船體上受到水的壓強是多少？

（2）若“天鯤號”漂浮在水面時排開的體積為1.2×104m3，則它受到的總重力是多少？

（3）某次作業(yè)時，水下重為G的泥沙沿著輸送管勻速運動，泥沙運動的高度與時間的關(guān)系如圖3乙所示.設(shè)輸送系統(tǒng)的總功率為P，效率為η，泥沙在水平運動時受到輸送管的阻力為f.請推導(dǎo)在水平運動過程中泥沙速度的表達式.

【參考答案】

（1）受到水的壓強：Pρ水gh=1.0×103kg/m3×10N/kg×4m=4×104Pa;

（2）“天鯤號”漂浮在水面上，受到的浮力：

F浮=F浮=G=mg=8Kg×10NKg=8N;當(dāng)“天鯤號”漂浮在水面上時，受到的浮力等于“天鯤號”的總重力，即

（2）G=F浮=1.2×108N;

（3）泥沙在輸送過程中勻速運動，受平衡力作用.在上升階段，對泥沙做功：W1=Gh0，水平運動做功：W2=fv（t2-t1），則整個過程對泥沙做功：W有=W1+W2，功率P有=W有t2;由η=W有W總=P有P得：有用功率P有=ηP，則得：ηP=Gh0+fv（t2-t1）t2，解得：泥沙的速度：v=ηPt2-Gh0f（t2-t1）.

【分析與啟示】

試題通常借助原始物理問題觸及一些深層性的事實和結(jié)論.試題通過分析與綜合、歸納與演繹的基本手段，得出結(jié)論.

科學(xué)思維作為教學(xué)中的一個核心要素，它包括模型構(gòu)建、科學(xué)推理、科學(xué)論證和質(zhì)疑創(chuàng)新.它是基于科學(xué)方法之上的具體運用，通過分析與綜合、歸納與演繹、推理與論證等方法，抽象和概括過程，得出結(jié)論.

為此，科學(xué)思維自然是物理學(xué)科的核心素養(yǎng)之一.在研究和解決問題過程中，每一個概念的形成，每一個規(guī)律的建立，每一個問題的解決，都是建立在物理模型之上.這不僅需要相應(yīng)的知識，還要注重運用科學(xué)思維和科學(xué)方法來解決問題，在關(guān)鍵知識點或事實結(jié)論中延伸和拓展問題，深入淺出、循序漸進地靈活應(yīng)用科學(xué)思維和科學(xué)方法，熟練地指導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)活動.

3利用探究活動規(guī)范科學(xué)探究

研究表明：學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣主要表現(xiàn)在兩個方面：一是直覺和操作興趣;二是間接的因果認(rèn)識和概括認(rèn)識興趣.其特點是不僅對物理現(xiàn)象本身感興趣，而且對事物的深入探討更感興趣.

近年來的中考試題圍繞科學(xué)探究每個環(huán)節(jié)，包括問題、證據(jù)、解釋和交流等要素考查.其目的是規(guī)范科學(xué)探究的過程.

案例3（2017東營市）浸沒在液體中的物體受到的浮力，實質(zhì)上是由于液體對其上、下表面的壓力不同造成的.在液體中，深度越深，液體壓強越大，物體受到的壓力也越大.浸沒在液體中的物體所受到的浮力大小與浸沒在液體中的深度是否有關(guān)呢？為探究這個問題，實驗室準(zhǔn)備了彈簧測力計、天平、石塊、木塊、細線、燒杯、水等.請你根據(jù)需要選擇器材，完成以下題目：

（1）提出問題;（2）實驗器材;（3）實驗步驟;（4）分析與論證;（5）交流與合作.

與同學(xué)進行交流時，有同學(xué)提出實驗過程中未保證物體“浸沒”在水中，你認(rèn)為他能不能得到正確的結(jié)論？為什么？

【參考答案】

（1）浸沒在液體中的物體所受浮力的大小與浸沒的深度有關(guān)嗎？

（2）彈簧測力計、石塊、細線、燒杯、水.

（3）①在燒杯中加適量水;

②用細線拴好石塊，用彈簧測力計測出石塊的重力;

③將石塊浸沒在水中，記錄彈簧測力計的示數(shù);

④多次改變石塊浸沒在水中的深度，分別記錄彈簧測力計的讀數(shù).

（4）計算出石塊浸沒在水中不同深度所受的浮力，比較它們的大小.若相等，說明浸沒在液體中的物體所受浮力與浸沒深度無關(guān);若不相等，說明浸沒在液體中的物體所受浮力與浸沒深度有關(guān).

（5）未保證物體“浸沒”在水中，則不能得到正確的結(jié)論，因為只有“浸沒”才能保證物體排開液體的體積不變.

【分析與啟示】

試題考查學(xué)生能否規(guī)范有效地提出一個有價值的問題，是科學(xué)探究的重要環(huán)節(jié)，能否準(zhǔn)確選擇器材，條理清晰地表達實驗步驟，他們的批判性思維能力、交流和合作能力等綜合能力的形成是形成其他物理核心素養(yǎng)的主要途徑.

為此，試題將知識、方法和思維融于學(xué)生的情境之中，以問題為出發(fā)點，以現(xiàn)象為導(dǎo)向，以探究為載體，通過體驗尋找樂趣，養(yǎng)成樂于探究、敢于質(zhì)疑、勇于創(chuàng)新的科學(xué)探究能力，不斷反思，并提出改進的具體建議，積累探究的方法，體驗到探究活動的樂趣和學(xué)習(xí)成功的喜悅.總結(jié)提煉規(guī)律的能力，提升學(xué)生的物理核心素養(yǎng).

4利用現(xiàn)實評判彰顯責(zé)任態(tài)度

科學(xué)態(tài)度和責(zé)任是物理新課標(biāo)學(xué)科素養(yǎng)中的重要內(nèi)容，且中學(xué)生正處于世界觀、價值觀和人生觀形成的關(guān)鍵時期.中考試題中浸潤式體現(xiàn)了科學(xué)態(tài)度與責(zé)任，其過程并非是生硬的，而是“潤物細無聲”漸進式的滾動發(fā)展過程.

案例4（2017·揚州）閱讀短文，回答問題

無人機作為空中平臺，以高分辨率高速攝像機、輕型光學(xué)相機、激光掃描儀等設(shè)備獲取信息，用計算機對圖像信息進行處理，并按照一定精度要求制作成圖像.無人機航拍影像具有高清晰、高現(xiàn)實性的優(yōu)點.表1是某小型無人機的部分參數(shù).

表1

參數(shù)名稱最大飛行半徑/km最大巡航速度/km·h-l電池電壓/V電池容量/mAh電動機額定功率/W拍攝速度/幀·秒-1

數(shù)據(jù)550342502011000

（電池容量=放電電流×放電時間，例如，1mAh是指以1mA的電流能連續(xù)工作1h.幀·秒-1是指每秒拍攝的畫面數(shù)）

（1）人們是利用遙控器通過傳輸信息操控?zé)o人機的，其有效操控距離至少為km.

（2）小轎車在高速公路上限速120km/h.如圖4甲所示，交警部門利用無人機進行高速公路通行情況的實時監(jiān)測.一輛小轎車在通行0.5m的過程中，高速攝像機拍攝幀數(shù)為110幀，據(jù)此判斷小轎車是否超速？（是/否）.

（3）如圖4乙，是無人機豎直向上運動的v-t圖像，由圖像可知，在0～5s內(nèi)，無人機受到的升力（>/=/<）重力.

（4）電動機是控制無人機飛行狀態(tài)的關(guān)鍵動力設(shè)備，當(dāng)它正常工作時，12s內(nèi)消耗的電能是J.已知電動機消耗的功率是電源總功率的50%，則無人機在空中以額定功率飛行的時間不能超過h.

（5）為增大小型無人機的巡航時間，請從研制方面，提出一條合理化建議.

【參考答案】

（1）電磁波，5;（2）是;（3）>;（4）240，1.5;（5）采用更大容量且質(zhì)量較小的電池（采用密度更小而硬度足夠大的材料）

【分析與啟示】

試題關(guān)注社會熱點，貼近學(xué)生的實際生活，滲透物理文化、傳統(tǒng)文化和文化自信等文化元素，強調(diào)物理學(xué)科的重點知識在真實任務(wù)情景中的應(yīng)用.突出了對創(chuàng)新能力和實踐意識的考查.有利于學(xué)生形成正確的世界觀、價值觀和社會責(zé)任感.

科學(xué)態(tài)度與責(zé)任課堂教學(xué)過程中滲透在每一個環(huán)節(jié)，是一個潛移默化、循序漸進過程，學(xué)生獲得的是知識，體驗的是科學(xué)探究的樂趣，感悟的是思想和方法在研究問題中的價值，更重要的是形成了良好的尊重事實、實事求是的科學(xué)研究態(tài)度.

總之，近年各地中考物理試題在凸顯物理觀念、物理思維、科學(xué)探究以及創(chuàng)新設(shè)計、綠色環(huán)保和滲透熱愛科學(xué)的情感態(tài)度價值觀等方面尤為典型，對物理課堂教學(xué)有著重要的指導(dǎo)意義.

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（收稿日期：2019-07-04）