基于PISA淺談初中物理習(xí)題的選擇

摘 要：2014年教育部明確提出了中國(guó)學(xué)生發(fā)展的核心素養(yǎng)體系，對(duì)于物理學(xué)科而言，提高學(xué)生的核心素養(yǎng)就是在教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題解決能力。PISA是目前世界上最有影響力的國(guó)際學(xué)生學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)項(xiàng)目之一，它通過(guò)先進(jìn)的評(píng)價(jià)理念考查學(xué)生解決問(wèn)題的能力。本文以PISA的視角對(duì)初中物理習(xí)題的選擇進(jìn)行探討，從四個(gè)方面提出了習(xí)題選擇的原則，希望能促進(jìn)物理課程改革的不斷發(fā)展和完善。

關(guān)鍵詞：PISA；物理習(xí)題；問(wèn)題解決能力

PISA（The Programme for International Student Assessment）是由經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織（OECD）創(chuàng)立的一項(xiàng)國(guó)際學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量比較評(píng)估項(xiàng)目，其主要評(píng)量的是十五歲學(xué)生分別在閱讀、數(shù)學(xué)、科學(xué)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(gè)素養(yǎng)，最近一次PISA2015側(cè)重于科學(xué)素養(yǎng)的評(píng)價(jià)。而在PISA2015中，北京、上海、江蘇、廣東組成的中國(guó)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(duì)科學(xué)素養(yǎng)的測(cè)評(píng)是從背景、知識(shí)、能力和態(tài)度四個(gè)相互關(guān)聯(lián)的方面構(gòu)建框架，通過(guò)一套系統(tǒng)而完備的評(píng)價(jià)體系，考查學(xué)生運(yùn)用已學(xué)知識(shí)技能去解決不同情境中問(wèn)題的能力。而就物理學(xué)科而言，學(xué)生的解決問(wèn)題能力很大程度上需要通過(guò)習(xí)題的練習(xí)來(lái)培養(yǎng)，所以選擇適當(dāng)?shù)奈锢砹?xí)題就尤為重要。以下筆者借鑒PISA的測(cè)評(píng)理念，從四個(gè)方面談?wù)勥x擇物理習(xí)題的原則。

一、 選擇情境與實(shí)際生活結(jié)合的習(xí)題

PISA啟示我們，物理教學(xué)的根本目的是為了讓學(xué)生具有一定的科學(xué)素養(yǎng)，在以后的生活中能夠運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題。所以在習(xí)題教學(xué)中，我們可以充分挖掘物理知識(shí)在真實(shí)生活中的相關(guān)應(yīng)用，選取一些建立在真實(shí)情境下的物理題。情境越真實(shí)或接近真實(shí)，就越能有效地評(píng)估出學(xué)生發(fā)現(xiàn)和處理真實(shí)情境中的問(wèn)題的能力，也就越能準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)出學(xué)生是否從學(xué)習(xí)中獲得了“真實(shí)的知識(shí)”。

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(shí)候選用A型刀具，利用其質(zhì)量較大的特點(diǎn)通過(guò)增大 來(lái)增大對(duì)肉類的壓強(qiáng)；而切黃瓜、蘿卜等蔬菜時(shí)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(yú)類時(shí)使用C型刀具，其刀刃上的鋸齒能夠通過(guò)增大 來(lái)增大刀刃和魚(yú)身之間的摩擦力。

啟示：本題通過(guò)三把刀考查了壓強(qiáng)、大氣壓以及摩擦力相關(guān)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用，其情境設(shè)置不拘泥于課本，避免了學(xué)生生搬硬套答案。筆者認(rèn)為習(xí)題選擇的一個(gè)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(shí)在現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用價(jià)值，是否能考查出學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解程度。至于情境的選擇范圍，筆者認(rèn)為最好不要局限于學(xué)生所熟悉的課本中的材料，當(dāng)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(shí)和認(rèn)知性知識(shí)的習(xí)題

PISA2015將知識(shí)細(xì)分為三類：內(nèi)容性知識(shí)、程序性知識(shí)和認(rèn)知性知識(shí)。內(nèi)容性知識(shí)是人類已有的學(xué)科知識(shí)，程序性知識(shí)是探究獲得學(xué)科知識(shí)時(shí)所運(yùn)用的科學(xué)方法，而認(rèn)知性知識(shí)是對(duì)為何這樣運(yùn)用科學(xué)方法的理解。

PISA測(cè)評(píng)對(duì)知識(shí)的劃分啟示我們：雖然學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)主要獲取的是人類已有的學(xué)科知識(shí)，但是對(duì)程序性知識(shí)和認(rèn)知性知識(shí)的掌握更能讓學(xué)生加深對(duì)知識(shí)的理解，掌握相應(yīng)的科學(xué)方法，形成一定的科學(xué)能力。而這兩類知識(shí)是蘊(yùn)含在科學(xué)探究過(guò)程中的，包括考查實(shí)驗(yàn)的原理、設(shè)計(jì)方案、器材的選擇和使用、科學(xué)方法的運(yùn)用、數(shù)據(jù)的處理和分析、根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)得出結(jié)論。因此我們?cè)谶x取習(xí)題時(shí)要充分挖掘科學(xué)探究中蘊(yùn)含的方法，體現(xiàn)學(xué)生對(duì)探究過(guò)程的理解和對(duì)程序性、認(rèn)知性知識(shí)的運(yùn)用。

1. 考查探究過(guò)程中科學(xué)方法的運(yùn)用

例2 2012年5月27日，“長(zhǎng)征三號(hào)乙”運(yùn)輸火箭一級(jí)殘骸落到湖南綏寧縣砸壞了民宅。這引起了某校科技小組的關(guān)注：豎直下落的物體與地面碰撞時(shí)對(duì)地面的作用力大小與哪些因素有關(guān)呢？某同學(xué)猜想與物質(zhì)的質(zhì)量、開(kāi)始下落時(shí)離地面的高度有關(guān)。

（1）該同學(xué)為驗(yàn)證他的猜想，設(shè)計(jì)了如下的實(shí)驗(yàn)方案：在水平地面上平鋪一些報(bào)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(huì)在報(bào)紙上留下大小不同的圓形紅色印跡，通過(guò)比較紅色印跡的大小即可比較籃球?qū)Φ孛孀饔昧Φ拇笮　Ｔ谝陨系膶?shí)驗(yàn)方案中用到的一種物理研究方法的語(yǔ)句下劃線，并舉出一個(gè)與此研究方法相同的例子： 。

（2）另一同學(xué)將留有紅色印跡的報(bào)紙放在電子測(cè)力計(jì)上，再將籃球放在印跡中央，用力下壓籃球，當(dāng)籃球恰好將 覆蓋時(shí)，此時(shí)測(cè)力計(jì)示數(shù)即為籃球留下該印跡時(shí)對(duì)地面作用力的大小。

啟示：本題在考查科學(xué)方法時(shí)要求學(xué)生指出運(yùn)用研究方法的操作以及聯(lián)想運(yùn)用此方法的其他實(shí)驗(yàn)。這種考查方式既能檢測(cè)學(xué)生對(duì)科學(xué)方法本質(zhì)的理解，又能培養(yǎng)學(xué)生的物理語(yǔ)言表達(dá)能力。該題啟示我們：其一，對(duì)科學(xué)方法的考查可以隱含于科學(xué)探究的過(guò)程中，因?yàn)槊撾x了探究過(guò)程的科學(xué)方法沒(méi)有實(shí)質(zhì)的意義。其二，考查科學(xué)方法時(shí)其名稱可以不必要求寫出，理解比識(shí)記更為重要。其三，對(duì)科學(xué)方法的考查設(shè)問(wèn)方式需要多思考，要能反映出學(xué)生對(duì)科學(xué)方法的運(yùn)用能力，讓學(xué)生理解為什么要用（認(rèn)知性知識(shí)）和怎樣用（程序性知識(shí)），如本題中對(duì)操作方法劃線、舉例說(shuō)明、將操作過(guò)程補(bǔ)充完整等設(shè)問(wèn)方式都是不錯(cuò)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(dòng)自行車是如何調(diào)速的”，回答問(wèn)題：

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

霍耳傳感器是將磁信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)的裝置，它產(chǎn)生的電壓U0隨磁場(chǎng)增強(qiáng)而增大。在轉(zhuǎn)動(dòng)電動(dòng)自行車手柄旋轉(zhuǎn)套時(shí)，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(kāi)關(guān)K的通斷。當(dāng)U1小于U0時(shí)，UK=1V，圖甲中開(kāi)關(guān)K閉合；U1大于U0時(shí)，UK=0，K斷開(kāi)。endprint

（1）圖丁中折線A和直線B分別是U1和U0隨時(shí)間變化的關(guān)系圖線，在圖戊中畫出UK隨時(shí)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(xiàng)程序性知識(shí)。該題不僅考查了學(xué)生圖象的轉(zhuǎn)換能力，還對(duì)學(xué)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(shí)驗(yàn)都要求進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和表達(dá)，而我們對(duì)學(xué)生這方面的要求往往過(guò)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(diǎn)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(xué)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(jìn)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(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

三、 選擇考查科學(xué)探究能力的習(xí)題

PISA認(rèn)為相對(duì)于考查抽象的科學(xué)知識(shí)和復(fù)雜的解題技巧，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)更為重要。PISA 2015的測(cè)試框架中直接將科學(xué)素養(yǎng)定義為三方面的能力：科學(xué)地解釋現(xiàn)象、評(píng)估并設(shè)計(jì)科學(xué)探究；科學(xué)地解釋數(shù)據(jù)及證據(jù)。那么我們?nèi)绾蝸?lái)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)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(xué)中要注重能力的滲透，在選擇習(xí)題時(shí)也要有意識(shí)地考查這三方面的能力。

1. 考查對(duì)實(shí)驗(yàn)方案的評(píng)估或改進(jìn)

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(duì)實(shí)驗(yàn)造成了影響。如果這個(gè)卡片無(wú)法更換，我們可以把這個(gè)卡片剪得小一點(diǎn)以減小重力，或者通過(guò) 的方法來(lái)減小卡片重力對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響。

（2）小明進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，在左右支架上裝配兩個(gè)滑輪時(shí)沒(méi)有安裝成相同高度（如圖丙所示），你認(rèn)為能不能用小明的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)？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(yàn)證電功與電流的關(guān)系。

（1）小明正確操作，驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)的結(jié)論.支持該結(jié)論的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是 。

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

四、 選擇開(kāi)放式題型的習(xí)題

PISA科學(xué)測(cè)評(píng)非常注意題型對(duì)學(xué)生展示科學(xué)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(wèn)答題和開(kāi)放性問(wèn)答題。選擇題包括單項(xiàng)選擇題和多項(xiàng)選擇題；封閉性問(wèn)答題要求學(xué)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(gè)詞語(yǔ)或短語(yǔ)作答；開(kāi)放性問(wèn)答題要求運(yùn)用復(fù)雜的和抽象的思維在特定任務(wù)情境中進(jìn)行推理和計(jì)劃。因?yàn)殚_(kāi)放性問(wèn)答題通常沒(méi)有唯一途徑或答案，所以更能培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維和科學(xué)語(yǔ)言表達(dá)能力。所以筆者認(rèn)為在平時(shí)的練習(xí)中要適當(dāng)選取一些開(kāi)放式問(wèn)題的習(xí)題，有利于提高學(xué)生的物理思維能力。

例6 請(qǐng)利用礦泉水瓶設(shè)計(jì)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，并說(shuō)明其物理原理。

啟示：本題答案是不固定的，所以學(xué)生需要聯(lián)系學(xué)習(xí)過(guò)的各種物理知識(shí)，進(jìn)行發(fā)散性的思考才能解答。而且在解答過(guò)程中還需要學(xué)生將語(yǔ)言組織得有條理有邏輯，對(duì)物理語(yǔ)言的表達(dá)也是一種鍛煉。

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作者簡(jiǎn)介：徐祖梅，江蘇省南京市，南京市棲霞區(qū)實(shí)驗(yàn)初級(jí)中學(xué)。endprint