基于核心素養發展科學思維

周瑩

[摘要]物理課堂教學應著力于培養學生的物理核心素養，引導學生深度分析、加工、理解知識，進而實現有意義的深度學習。本文從中考物理的命題角度出發，分析了對課堂教學有指導意義的中考試題是如何基于核心素養，發展科學思維，指向深度學習，還指出了當下物理教學中存在的普遍現象和問題，以及中考試題對教學的深刻啟示。

[關鍵詞]試題賞析；科學思維；深度學習；教學啟示

物理學科核心素養主要由“物理觀念”“科學思維”“科學探究”和“科學態度與責任”四個方面構成，是學生在接受物理教育過程中逐步形成、適應個人終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力。

課程改革以來，課堂教學發生了深刻變化，朝著培養學生物理核心素養的方向不斷調整。然而，淺層次的學習狀態依然存在。淺層次學習基于簡單記憶和重復訓練來傳遞知識，學生往往“只知其然，而不知其所以然”。這種單一的學習方式難以促進學生深入思考，不利于培養其科學思維的深刻性和獨創性。要想發展學生的科學思維，提升其物理核心素養，就必須引導學生對知識進行深度分析、加工、理解，實現有意義的深度學習。

對此，對課堂教學有指導意義的中考試題做出了有益的嘗試。筆者對試題中幾個區分度較高的問題進行了分析，旨在了解命題者如何基于核心素養，發展科學思維，指向深度學習。

一、浮力專題

例1（2020年江西省中考物理第9題）：如圖所示，A、B兩個物塊以不同方式組合，分別靜止在甲、乙兩種液體中，由此可判斷ρ甲_______ρ乙；若A物塊在兩種液體中受到的浮力分別為F甲、F乙，則F甲________F乙。（均選填“>”“<”或“=”）

（一）命題立意

本題著眼于物理觀念的構建和科學思維的滲透，著重考查了建模的思想。要求學生理解和掌握物理概念，抓住問題的主要方面，從不同角度思考問題，具有創新意識。同時要求學生具備一定的讀圖能力，能找出圖中隱藏的信息，從中獲得重要的解題線索，培養學生科學思維的深刻性和獨創性，形成良好的思維習慣。

（二）試題亮點

由于圖中物塊A在甲、乙兩種液體中均處于浸沒狀態，受定式思維的影響，考生容易想當然地認為此時的A是懸浮的，從而得出ρ甲=ρA=ρ乙的錯誤結論。其實，本題可以有多種解法。解法一：將A、B看作一個整體，該整體在甲液體中處于漂浮狀態，F浮甲=G總，在乙液體中處于懸浮狀態，F浮乙=G總，由于G總不變，所以F浮甲=F浮乙。由圖可知V排甲F乙。解法二：將A、B整體看作一支密度計，根據密度計刻度上小下大的特點，能立即得出ρ甲>ρ乙的結論。

（三）折射問題

一是很大一部分學生在課堂上單一地接受碎片化的知識，只知簡單、機械地記憶、復制這些知識，并不理解，不懂運用。例如，學生只知道物體漂浮時一部分露出水面，懸浮時全部浸沒在水中，卻不知這種現象是在浮力和重力的同時作用下才成立，或只是接受了大量的機械式訓練，學會了一些解題的套路，一旦題目出現不曾見過的變化，便束手無策，難以作答。中考試題本著原創的要求，很多設問都有較新的立意，靠刷題等機械、重復的訓練是無效的。二是學生對物理概念和規律的理解不深，存在一定的思維斷層，建模能力弱，遷移能力不足，如學生對密度計的認識十分僵化，未能意識到其實際上是一個帶有刻度的漂浮物，換言之，任何帶有刻度的漂浮物都可看作密度計。

（四）教學啟示

科學思維是物理核心素養的重要要素，包括模型建構、科學推理、科學論證和質疑創新。物理教學要培養學生的科學思維，對客觀事物能夠抽象概括，構建出反映事物本質或共同屬性的物理模型和概念。在日常教學活動中，教師要讓學生主動形成應用物理知識的觀念、方法，先認識事物，再處理問題，養成科學思維的習慣。例如，在浮沉條件的教學中，教師可以先展示物體在水中漂浮的情形，再展示兩個物體組合在一起后漂浮于水面的情形。從受力角度引導學生分析兩種情形的相同點和不同點，挖掘漂浮和懸浮的本質。再通過組合物與密度計的對比，引導學生發散思維，通過比較，發現該組合物本質上就是密度計，為如何建模做出了示范。之后，進一步分析拓展。將組合物分開，與之前相比，是否有區別。在可逆、轉化思想的基礎上滲透整體法，不斷加深學生對物理概念、規律的理解，訓練思維的系統性、靈活性、多面性，促進物理方法的滲透。

二、滑輪專題

例2（2020年江西省中考物理第18題）：如圖所示，將重6 N的物體勻速拉高20 cm，在此過程中，不計滑輪裝置自重、繩重和摩擦，以下說法正確的是（）。

A.繩子自由端被拉下1.2 m

B.繩子對地面的拉力為1 N

C.對物體所做的功為1.2 J

D.橫梁受到的拉力為9 N

（一）命題立意

本題從示意圖的角度打破常規，制造認知沖突，引起學生對常見解題思路的質疑，增強學生的批判思維能力。題目源于實際，將生活中的實物轉化為課本上的模型，建立科學思維的基礎。通過題目的變化創新，訓練學生的發散思維，引導學生在已有的認知基礎上，觀察、發現、琢磨問題，再進行思維加工，打通知識間的屏障，完善自身的知識框架。通過對比、關聯類似問題，經歷、探索科學方法，引導學生發現科學方法的關鍵和要素，領悟科學的奧妙。

（二）試題亮點

首先，滑輪組的示意圖新穎獨特，符合生活實際。與實驗室或課本上常見的滑輪簡化圖不同，對學生的空間感提出了一定的要求。其次，繩子兩端位置的設計也很精巧。幾乎在所有滑輪組問題中，繩子的一端系在滑輪的掛鉤上，另一端系在手上或測力計上，由此引出關于承重繩股數“偶定奇動”的說法。但本題中，繩子的一端在手上，另一端卻固定在地面上，讓只會按圖索驥的考生傻眼。此時，學生若對示意圖的變化視而不見，依舊強行套用解題模板，則會使解題方向出現偏差，離正確選項漸行漸遠。

（三）折射問題

滑輪組的相關計算，學生早已駕輕就熟，對F=G/n和s=nh兩個關系式爛熟于心。由于平時大量重復解題，形成了條件反射，看到求力就代入F=G/n計算，看到求距離就代入s=nh計算。可見學生解題時往往跟著感覺走，依賴過去的經驗，沒有系統、科學的解題思路和思維方法，只會生搬硬套公式，忽略了公式的來源和適用條件。同時，理論聯系實際的能力較為匱乏，學生只認識課本上、實驗室中的滑輪模型，對生活中的滑輪卻知之甚少。當碰到與實際生活相關的問題時，往往抓不住主要因素，無法透過現象看本質，分析和解決實際問題的能力較弱。

（四）教學啟示

滑輪組相關計算題的關鍵是對承重繩上拉力大小的判定，本質在于正確地選擇研究對象，進行受力分析。只要學生能摒除干擾因素，抓住問題本質，問題就能迎刃而解。在分析承重繩上拉力大小時，選動滑輪為研究對象；分析掛鉤上的拉力時，改選定滑輪為研究對象，這也是F=G/n的來源。弄清了來源，胡亂套用公式的情形就會大大減少。本題還有另一種解法，即把滑輪組裝置和重物看作一個整體，對整體進行受力分析，從而更快、更簡便地得到答案。可見，一道習題往往存在多種關系，甚至有多種解法。解題過程是學生擴大知識面，學習科學方法的重要途徑。教師應幫助學生明確概念，掌握公式的使用條件，進行變式訓練，將問題引入真實生活情境，讓學生在解決實際問題的過程中，學會抓住核心要素，將具體情境抽象成物理問題，逐步掌握解決問題的方法。在此基礎上，根據已有的事實、條件，遷移相關知識與方法，對新問題進行推理和論證，提升學生的科學思維水平。

三、實驗專題

例3（2020年江西省中考物理第26題）：左圖甲、乙是某學校科技節上展示的兩件作品，小明對此做了以下解說。

（1）甲是簡易的溫度計，它的工作原理是利用__________的性質而制成的。它的測溫效果與小玻璃瓶的容積和玻璃管的_________有關；所用的測溫物質是煤油而不是水，這是因為煤油的________較小，吸收（或放出）相同的熱量時，玻璃管內液柱變化更為明顯。

（2）乙是簡易的氣壓計，當外界氣壓減小時，玻璃管內液柱的液面會________。

[提出問題]小華發現甲、乙的構造非常相似，提出乙是否也能做溫度計使用？

[設計實驗和進行實驗]把兩個裝置中的小玻璃瓶同時浸入同一溫度的熱水中，觀察到乙裝置中玻璃管內液柱上升更明顯，這是由于瓶內的______________受熱膨脹更顯著，故乙也能做溫度計使用。

[拓展]查閱相關資料，了解到人們很早就發明了如圖所示的氣體溫度計——丙，當外界環境氣溫升高時，該溫度計中的管內液面會______。但由于受外界___________、季節等環境因素變化的影響，所以這種溫度計測量誤差較大。

（一）命題立意

本題從實踐能力和創新意識角度，考查了溫度計、氣壓計的原理，是一道課外拓展實驗題。試題提煉的物理知識層層遞進，從簡單的基礎概念到復雜的現象分析，讓學生在做題的同時學到了新知識。通過觀察、對比，引發思考，對問題提出看法，引導學生判斷和把握問題的關鍵要素，在新情境中實現知識的遷移。

（二）試題亮點

從題目的設計上來看，題目難度適中，梯度合理，由淺入深，為學生搭建好臺階。雖然考查的實驗并非出自課本，但沒有脫離初中物理教學的實際。簡易液體溫度計和氣壓計都在課本上出現過，所以學生有一定的知識基礎，入手不難。精彩之處在于考查完常規知識后，筆鋒一轉，大膽設問。兩個裝置由于結構極為相似，課堂上很多教師會特意將其放在一起對比，讓學生觀察二者的不同之處，從而對其進行區分。本題卻偏偏反其道而行，就二者的相似之處提出疑問：該氣壓計是否可以當作溫度計使用？這可能是很多學生內心的困惑，只是學生養成了教師怎么教就怎么記的習慣，即便產生了這樣的困惑，也不會深入思考和探究。緊隨其后的是關于歷史上氣體溫度計的介紹，過渡自然，引導學生不知不覺地進入相關物理學史的發展歷程當中。

（三）折射問題

課外拓展實驗的考查對課堂教學既是挑戰，又是啟發。就目前而言，絕大多數教師認為課外拓展實驗范圍太廣，無法預測。與其花費時間和精力在一個不確定的未知領域，不如緊扣課標中確定的幾個必做實驗，反復講解、練習。殊不知這依舊是“分數本位”思想在主導教學。對學生而言，平時的實驗考題都有跡可循，中考碰到原創的課外探究，就只能“聽天由命”了。

（四）教學啟示

中考試題關于課外拓展實驗的考查為物理教學提供了意義重大的指向，能夠檢驗課堂教學是否朝著培養學生物理核心素養的方向發展。教師的落腳點不應是“我今天講的這個實驗中考會不會考”而應是“這個實驗是否從學生現有知識水平出發，經過了適當的拓展延伸，能否訓練學生綜合運用知識解決問題的能力，培養他們的創新思維”。我們在備課時，可以取自教材，因為即便是課外拓展，也不能脫離學生的認知水平，教材是我們選取拓展素材的寶庫。在此基礎上，對素材進行改造、拓展、創新，引導學生在解決問題的過程中，滲透科學的思維和方法，為學生的后續發展打下良好的基礎。

著名科普作家高士其曾說：“科學的發展史就是一部思維的發展史。”實踐核心素養要注重學生思維能力的培養，要求教師通過教學方法、手段的相互配合，引導學生掌握科學方法，親歷探究過程，自主構建知識結構，落實深度學習。從2020年江西省中考物理試卷這幾個區分度較高的試題中，我們能夠感受到試題在傳統中創新，力求緊扣核心素養，發展科學思維，充分發揮了對未來物理教學的導向作用。

參考文獻

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