基于核心素養提升的高中物理習題包設計與實踐

黃文俊

(桐鄉市茅盾中學 浙江 嘉興 314500)

物理學科核心素養是學生通過物理學習而逐漸形成的正確價值觀、必備品格和關鍵能力.其中物理科學思維是其核心素養的重要組成部分.物理科學思維是一種綜合性的能力，體現在多個維度，其中能基于經驗事實觀察概括、能基于證據意識推論預測、能基于模型構建解釋論證、能基于客觀規律探究創新等是不同解構視角中的公共要素.

北京師范大學物理學系郭玉英教授將物理學科素養總結為學習理解、應用實踐、遷移創新3個能力維度.郭老師認為物理學習的3個能力維度的二級表現指標為：(1)學習理解——觀察記憶，概括論證，關聯整合；(2)應用實踐——分析解釋，推論預測，綜合應用；(3)遷移創新——直覺聯想，遷移與質疑，構建新模型.

能力作為一種內隱的心理特質，需要通過外顯的行為來進行診斷和評估.學習過程中的習題測評是一種非常重要的能力外顯手段和途徑.而能力目標清晰的習題是準確診斷和評估學科素養的保障.

1 優化命題細目表 明確學科素養要求

指向明確且詳盡的命題細目表是編制高質量習題的保證.但在一般情況下，細目表僅用于試卷習題的編寫，而且命題細目表主要體現的是知識維度，其指向性也比較寬泛，不夠精細.另外，命題細目表對學科素養要求卻鮮有涉及，知識本位的觀念較為濃厚.試卷檢測是階段性的小結和反饋，無法反映出學生在某一知識學習過程中存在的問題和掌握的程度.在教學過程中想要對學生的學習有持續準確的測評和分析，那么在編寫習題時制定命題細目表是一條重要的途徑.當然，不是每一道習題都要有詳細的命題細目表，而是將它用于核心知識的習題測評中.在核心知識習題編寫中建立知識維度和能力維度的命題細目表，既有利于教師對學生知識掌握情況和學科素養落實情況的準確分析，也有利于學生在學習上的自我評價和后續學習行為的調整.通過下面的一個示例加以說明.

【例1】科考人員在北極乘車行進，由于地磁場的作用，汽車后輪輪軸(如圖1所示)的左、右兩端電勢高低情況是( )

圖1 例1題圖

A．從東向西運動，左端電勢較高

B．從東向西運動，右端電勢較高

C．從西向東運動，左端電勢較高

D．從西向東運動，右端電勢較高

答案:A，C.

分析:由于地磁場的存在，當地球北極附近水平面上駕駛一輛車向前行進時，由于地磁場作用，冰車兩端會有電勢差，相當于金屬棒在切割磁感線一樣．從駕駛員角度看，磁場向下由右手定則可判定冰車左端的電勢比右端的電勢高.

詳解:地球北極的磁場向下，無論汽車從東向西運動，還是從西向東運動，汽車后輪輪軸切割磁感線，由右手定則可知，從駕駛員角度看，汽車的左端電勢較高，故A,C正確，故選：A,C.

電磁感應定律和右手定則是高中物理的核心知識之一.題中對知識維度的要求較基礎，對能力維度的要求相對比較高.知識維度和能力維度之間既相對獨立又相互影響，從這兩維度制定命題細目表，如表1所示，使得知識和能力測評更加明確、更加完善，也為教師對學生學習情況的評價提供了準確的依據.知識維度中的“(3-2)4.3.B1”指的是相應知識、技能或方法對應的具體條目信息，如表2所示(選取了其中一部分).

表1 知識維度和能力維度細目表

表2 楞次定律知識細目表(部分)

2 編制主題式習題包 考查多維度能力

在同一主題知識下設計多個習題并打包，考查的知識維度相同，能力維度不同.習題包中的習題有著不同的題目情景和相互間的知識關聯度，習題的呈現有一定的代表性，學生在解題過程中應用同一知識內容和方法，但需要動用不同的學科素養去解決問題.通過主題式習題包的學習有助于強化學生的基礎知識，培養學生的學科素養.通過如表3的示例加以說明.

表3 主題式習題包

3 轉變題型外顯思維過程 促進學科素養“落地”

“科學思維”是核心素養的要素之一，是學生學習和運用物理知識和方法的過程中必備的能力.科學思維的培養是從認識方式和過程的角度對學生關鍵能力的培養.學生的思維過程通過教師的針對性干預能明確指向學科素養的落實.思維過程看不見，因此在教學中主要采用發言和練習兩種活動方式來展示學生的思維過程.

學生在課堂上的發言、與教師的交流，都是一種思維的表達，關注學生的語言就是關注學生的思維.但學生的發言是否能真正反映和表達他的思維？答案是不一定的.這里原因很多，其一是語言表達能力受限，特別是學生在用科學的物理語言表達時會存在困難.比如在解釋離心運動現象時，學生生活中都經歷過這種運動，所以認識這種運動并不困難，困難的是如何用科學的概念和術語解釋離心運動現象.學生用生活語言分析離心現象時會出現把慣性當成受力進行分析解釋.其二是受環境因素限制(群體壓力)，個體在一個群體中發言在心理上會承受一定的壓力.這種壓力會導致學生不回答問題，或者沒有足夠的信心組織語言表達觀點.其三是課堂發言的方式受眾面較小，無法讓更多的學生充分展現自己的思維.因此，通過課堂發言展示思維過程有一定的局限性.

練習提供了另一種將思維方式，學生的思維過程通過習題解答呈現.這種方式受眾面大，每位學生都能得到展示.但日常習題的類型設計大部分情況下關注的是終結性評價，缺少能充分記錄學生思維過程的習題.將客觀題轉換成主觀題的習題類型變化，用“解釋原因”“比較分析”“作圖說明”等問答形式充分展示學生解題的思維過程，有利于教師做出正確的評價，促使物理學科素養真正落地.通過以下例題說明.

【例2】摩天大樓中一部直通高層的客運電梯，行程超過百米．電梯的簡化模型如圖2(a)所示．考慮安全、舒適、省時等因素，電梯的加速度a是隨時間t變化的，已知電梯在t=0時由靜止開始上升，a-t圖像如圖2(b)所示．電梯總質量m=2.0×103kg．忽略一切阻力，重力加速度g取10 m/s2．以下說法正確的是( )

圖2 例2題圖

A．前10 s內電梯先勻加速再勻速運動

B．20 s末電梯受到的拉力為零

C．2 s末電梯的速度大小為1.5 m/s

D．32 s末拉力的功率為1.7×104W

各選項解題過程中與物理學科素養相對應的思維過程分析如表4所示.

表4 解題過程中與物理學科素養相對應的思維過程

大部分學生能對選項A,B做出正確的分析和判斷.選項C,D的思維障礙是相同的，如果沒有將相關方法遷移到問題中，不明白圖像面積的意義，則思維活動無法進行下去.但由于選項A,B容易分析，所以學生偶然答對的概率也比較高，作為練習題明顯干擾了教師對學生個體思維過程的診斷.

若是用該題作為評估學生相關學科素養的練習題，可以將題型改為解答題.

(1)描述電梯的運動過程？

(2)在電梯上升過程中，拉力的最大值和最小值？

(3)電梯在第1 s末的速度大小？求解的依據？

(4)32 s末拉力的功率？

將選擇題的選項改成問答形式，把學生的思維過程通過書面的形式展現出來，有助于教師診斷每位學生的思維過程和學科素養.通過總結聯想，將解決相似問題的物理方法和思想提煉出來，培養學生關聯整合能力和創新能力.

教師要從過多關注學習的結果，轉變為更多關注學生的學習過程.好的過程未必有好的結果，但好結果一定有好過程作支撐.從物理學科的知識維度和能力維度出發，圍繞核心概念和重要概念設計習題.讓每道習題具有明確的知識指向和能力指向，能準確地反映學生的學科知識和學科素養水平.從實踐效果看，優化習題設計能明顯提升課堂教學和學生學習的有效性，在一定程度上促進了學生物理學科素養的提升.