基于物理核心素養(yǎng)的試題解構(gòu)及教學(xué)啟示
——以“新冠”疫情為情境的試題解構(gòu)

李建鋒 熊 華 陳耿炎 潘 威

(1. 廣東省深圳市龍崗區(qū)龍城天成學(xué)校,廣東 深圳 518172;2. 廣東省深圳市龍崗區(qū)教師發(fā)展中心,廣東 深圳 518172;3. 廣東省深圳市龍崗區(qū)華南師范大學(xué)附屬平湖學(xué)校,廣東 深圳 518115)

1 引言

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年)版》(以下簡稱“新課標(biāo)”)提出物理學(xué)業(yè)水平考試的內(nèi)容要側(cè)重考核物理學(xué)科核心素養(yǎng)，試題情境要符合學(xué)生心理水平和認(rèn)知規(guī)律，體現(xiàn)物理學(xué)科本質(zhì)，密切聯(lián)系社會、經(jīng)濟(jì)、科技、生產(chǎn)生活實際。[1]

在2020年爆發(fā)了新型冠狀病毒肺炎疫情，“新冠”成了全民關(guān)注的熱點事件，“新冠”疫情的防控涉及大量物理知識，以“新冠”情境考查學(xué)生的核心素養(yǎng)，可以培養(yǎng)學(xué)生的人文精神和社會責(zé)任感。教學(xué)評價是物理學(xué)科核心素養(yǎng)落地的重要途徑，新課標(biāo)提出了學(xué)業(yè)質(zhì)量水平標(biāo)準(zhǔn)，因此，基于物理學(xué)科核心素養(yǎng)解構(gòu)試題就顯得尤其必要。筆者改編了以“新冠”疫情為情境的初中物理試題，參考新課標(biāo)學(xué)業(yè)質(zhì)量水平等級，從題目求解過程、核心素養(yǎng)要素、核心素養(yǎng)類型、學(xué)業(yè)質(zhì)量水平四方面解構(gòu)試題，并提出基于核心素養(yǎng)的教學(xué)建議。

2 以“新冠”疫情為情境的初中物理試題解構(gòu)及教學(xué)啟示

2.1 選擇題

試題1：2020年初新型冠狀病毒肺炎期間，部分社區(qū)實施居家隔離，為了保證居民的正常生活需求，社區(qū)組織無人機(jī)在空中進(jìn)行非接觸式物品配送。如圖1所示，一架無人機(jī)沿斜向上做勻速直線運(yùn)動，空氣對無人機(jī)和物品作用力的方向為( )。

圖1

A. 與無人機(jī)運(yùn)動方向相同

B. 與無人機(jī)運(yùn)動方向相反

C. 豎直向上

D. 豎直向下

2.1.1 試題解構(gòu)

本題關(guān)注物理觀念中的運(yùn)動與相互作用觀念，重點考查二力平衡、重力方向、力與運(yùn)動的關(guān)系及其應(yīng)用，評價學(xué)生利用物理觀念分析問題、推理論證、解決問題的能力(表 1)。

表1

2.1.2 教學(xué)啟示

從以上物理學(xué)科核心素養(yǎng)的解構(gòu)可以看出，此題對科學(xué)思維的考查等級是水平2，對物理觀念的考查等級達(dá)到了水平3。在培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)中，物理觀念是基礎(chǔ)，教師要引導(dǎo)學(xué)生形成物理觀念，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)。[2]在解答此題時，學(xué)生必須具備“力與運(yùn)動”的物理觀念，明確無人機(jī)處于平衡狀態(tài)，才能根據(jù)重力方向分析推理出空氣對無人機(jī)的作用力方向。此題的典型錯誤之一是選A，此類學(xué)生認(rèn)為，無人機(jī)在運(yùn)動過程中要受到與運(yùn)動方向相同的力，究其原因是學(xué)生的頭腦中存在“力是維持物體運(yùn)動的原因”這個根深蒂固的“迷思概念”。因此，教師要設(shè)置與“迷思概念”相矛盾的情境，引發(fā)思維沖突，再結(jié)合“斜面小車實驗”促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)，糾正“迷思概念”，最后創(chuàng)設(shè)多種生活情境，讓學(xué)生運(yùn)用物理觀念解決問題，培養(yǎng)他們的科學(xué)思維能力。

2.2 設(shè)計題

試題2：在新冠疫情期間許多商家提供了機(jī)器人配送和自動售貨等形式的非接觸式服務(wù)。某自動售貨機(jī)，它可通過手機(jī)掃碼使開關(guān)S1閉合，也可通過投幣使開關(guān)S2閉合，啟動電動機(jī)完成自動售貨。在光線較暗時光控開關(guān)S3自動閉合，接通燈泡照明。請按照要求設(shè)計電路。

2.2.1 試題解構(gòu)

本題主要從“科學(xué)思維”中的模型建構(gòu)、科學(xué)推理兩個要素出發(fā)，考查并聯(lián)電路的特點、電路的連接方法等電路設(shè)計的知識，從而考查學(xué)生提取信息、分析推理、模型建構(gòu)等要素(表2)。

表2

2.2.2 教學(xué)啟示

從以上的物理學(xué)科核心素養(yǎng)解構(gòu)中可以發(fā)現(xiàn)，要設(shè)計出符合要求的電路，對科學(xué)思維的考查等級達(dá)到了水平4，對物理觀念的考查等級為水平3。學(xué)生在解題時，根據(jù)條件推論出開關(guān)S1、S2并聯(lián)后與電動機(jī)串聯(lián)，光控開關(guān)S3與燈泡串聯(lián)，電動機(jī)與燈泡能獨立工作，建立兩用電器并聯(lián)的電路模型。新課標(biāo)指出：科學(xué)思維是基于經(jīng)驗事實建構(gòu)物理模型的抽象概括過程；是分析綜合、推理論證等方法在科學(xué)領(lǐng)域的具體運(yùn)用。[1]物理模型建構(gòu)和科學(xué)推理不僅要運(yùn)用物理概念和規(guī)律，還要在生活、社會情境中運(yùn)用分析綜合、推理論證等方法。教師在教學(xué)中，要將物理觀念聯(lián)系生活實際，創(chuàng)設(shè)真實的生活情境，讓學(xué)生在解決問題的過程中，分析問題，建構(gòu)物理模型，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維。

2.3 實驗題

試題3：新冠疫情期間，某物理興趣小組購入了一支電子體溫計，探究熱敏電阻RT的阻值與溫度的關(guān)系。

(1) 為了讓實驗效果更明顯，圖2甲的燒瓶應(yīng)該加入的液體是(填“水”或“煤油”)，原因是，熱敏電阻產(chǎn)生熱量的多少是通過反映。

(2) 依次改變控溫容器中液體的溫度，同時調(diào)節(jié)滑動變阻器，使電流表的示數(shù)保持不變(圖2乙)，讀出電流表示數(shù)為A；通過實驗，記錄數(shù)據(jù)如表3所示。當(dāng)溫度為37 ℃時，熱敏電阻的功率為W；從實驗數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)，在一定溫度范圍內(nèi)，該熱敏電阻的阻值與溫度的關(guān)系是。

表3

(3) 興趣小組用該熱敏電阻和電壓表制成了一支指針式溫度計(圖2丙)，可直接在電壓表刻度盤上讀出相應(yīng)溫度。若電壓表的示數(shù)隨溫度的升高而增大，則應(yīng)在(填“R”或“RT”)兩端接入電壓表。

圖2

2.3.1 試題解構(gòu)

本題通過創(chuàng)設(shè)新的物理情景，重點考查比熱容、歐姆定律、電流表的讀數(shù)、電功率的計算、影響電阻大小的因素和串聯(lián)電路的特點等知識，考查了基于證據(jù)得出結(jié)論并作出解釋的能力(表4 )。

表4

2.3.2 教學(xué)啟示

從以上物理核心素養(yǎng)的解構(gòu)可以發(fā)現(xiàn)，學(xué)生要解答此題，物理觀念的學(xué)業(yè)等級需要達(dá)到水平4，科學(xué)思維的學(xué)業(yè)等級需要達(dá)到水平3，科學(xué)探究的學(xué)業(yè)等級需要達(dá)到水平3。學(xué)生需要理解比熱容的概念，運(yùn)用科學(xué)探究中的轉(zhuǎn)換法，會讀出電表示數(shù)，知道電功率與電流、電阻的關(guān)系，會根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)特點，得出結(jié)論，能根據(jù)電路特點解決實際問題?？茖W(xué)探究是物理教學(xué)的方式，也是學(xué)生學(xué)習(xí)的方法，教師在教學(xué)中要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究，從中形成物理觀念，發(fā)展科學(xué)思維。[2]教師在課堂中要給學(xué)生創(chuàng)設(shè)自主探究的實驗情境，讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究的過程，通過科學(xué)探究的方式生成智慧。當(dāng)然在科學(xué)探究的過程中也要關(guān)注科學(xué)方法的滲透，比如控制變量法、轉(zhuǎn)換法、等效替代法、比值定義法、理想實驗法等，讓學(xué)生形成科學(xué)的思維習(xí)慣。同時，教師可以結(jié)合實際和學(xué)生的情況設(shè)計小課題，或讓學(xué)生自己擬定課題，使學(xué)生在課題探究中發(fā)展核心素養(yǎng)。[1]

2.4 計算題

試題4：在疫情期間，馬老師自制了一個高拍儀解決了“空中課堂”板書的難題。高拍儀由一部智能手機(jī)(參數(shù)見表5)、一個柱狀盒子的底座、一個質(zhì)量為320 g的長方體石塊組成(圖3)。具體使用方法為：將手機(jī)攝像頭端伸出底座，另一端用長方體石塊壓在手機(jī)末端，固定手機(jī)，開啟攝像頭后，可全程直播教師的板書過程。

表5

圖3

(1) 上課前馬老師將手機(jī)充滿電，在充電過程中，電能主要轉(zhuǎn)化為能和能。

(2) 為了擴(kuò)大拍攝范圍，請你幫馬老師估算一下，手機(jī)允許伸出的最大長度約為多少？

(3) 一節(jié)課結(jié)束后，馬老師發(fā)現(xiàn)手機(jī)上顯示的電量只剩下75%，遠(yuǎn)比平時耗電快，手機(jī)在這樣“重度”使用下，實際電功率是多大？

2.4.1 試題解構(gòu)

本題考查了能量轉(zhuǎn)化、電功率的知識，考查學(xué)生抽象出杠桿模型的能力，同時也考查了學(xué)生的信息獲取能力。

表6

2.4.2 教學(xué)啟示

從以上物理核心素養(yǎng)的解構(gòu)可看出，此題對科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的考查等級是水平1，對物理觀念的考查等級是水平3，對科學(xué)思維的考查等級達(dá)到了水平4。解答本題的關(guān)鍵是要建構(gòu)杠桿模型，并從表格中獲取有效信息。模型建構(gòu)和獲取、處理信息是重要的物理學(xué)習(xí)能力，在問題解決過程中，往往要綜合兩者的關(guān)系，這是解決問題的關(guān)鍵點。因此，教師要創(chuàng)設(shè)真實的情境，培養(yǎng)學(xué)生的物理建模能力。由于真實生活情境較復(fù)雜，學(xué)生容易受干擾因素影響，不能很好地建構(gòu)模型，因此教師要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會從情境中提取關(guān)鍵信息，分析研究對象、物理特征，抓住核心要素，從問題情境中抽象出物理模型，提升科學(xué)思維能力。

3 結(jié)語

教學(xué)評價是教學(xué)活動的重要組成部分，也是落實物理學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)的重要保障，應(yīng)以課程目標(biāo)、課程內(nèi)容和學(xué)業(yè)質(zhì)量為依據(jù)，創(chuàng)設(shè)與學(xué)生生活、社會和科技發(fā)展息息相關(guān)的問題情境，重點評價學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的具體表現(xiàn)，同時要關(guān)注物理學(xué)科核心素養(yǎng)的整體性和綜合性。因此，教師在教學(xué)過程中要落實物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)任務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生正確的價值觀、必備品格和關(guān)鍵能力。