基于物理核心素養的試題解構及教學啟示
——以“新冠”疫情為情境的試題解構

李建鋒 熊 華 陳耿炎 潘 威

(1. 廣東省深圳市龍崗區龍城天成學校,廣東 深圳 518172;2. 廣東省深圳市龍崗區教師發展中心,廣東 深圳 518172;3. 廣東省深圳市龍崗區華南師范大學附屬平湖學校,廣東 深圳 518115)

1 引言

《普通高中物理課程標準(2017年)版》(以下簡稱“新課標”)提出物理學業水平考試的內容要側重考核物理學科核心素養，試題情境要符合學生心理水平和認知規律，體現物理學科本質，密切聯系社會、經濟、科技、生產生活實際。[1]

在2020年爆發了新型冠狀病毒肺炎疫情，“新冠”成了全民關注的熱點事件，“新冠”疫情的防控涉及大量物理知識，以“新冠”情境考查學生的核心素養，可以培養學生的人文精神和社會責任感。教學評價是物理學科核心素養落地的重要途徑，新課標提出了學業質量水平標準，因此，基于物理學科核心素養解構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，參考新課標學業質量水平等級，從題目求解過程、核心素養要素、核心素養類型、學業質量水平四方面解構試題，并提出基于核心素養的教學建議。

2 以“新冠”疫情為情境的初中物理試題解構及教學啟示

2.1 選擇題

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

圖1

A. 與無人機運動方向相同

B. 與無人機運動方向相反

C. 豎直向上

D. 豎直向下

2.1.1 試題解構

本題關注物理觀念中的運動與相互作用觀念，重點考查二力平衡、重力方向、力與運動的關系及其應用，評價學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 教學啟示

從以上物理學科核心素養的解構可以看出，此題對科學思維的考查等級是水平2，對物理觀念的考查等級達到了水平3。在培養學生的核心素養中，物理觀念是基礎，教師要引導學生形成物理觀念，促進學生科學思維的培養。[2]在解答此題時，學生必須具備“力與運動”的物理觀念，明確無人機處于平衡狀態，才能根據重力方向分析推理出空氣對無人機的作用力方向。此題的典型錯誤之一是選A，此類學生認為，無人機在運動過程中要受到與運動方向相同的力，究其原因是學生的頭腦中存在“力是維持物體運動的原因”這個根深蒂固的“迷思概念”。因此，教師要設置與“迷思概念”相矛盾的情境，引發思維沖突，再結合“斜面小車實驗”促進學生深度學習，糾正“迷思概念”，最后創設多種生活情境，讓學生運用物理觀念解決問題，培養他們的科學思維能力。

2.2 設計題

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

2.2.1 試題解構

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

表2

2.2.2 教學啟示

從以上的物理學科核心素養解構中可以發現，要設計出符合要求的電路，對科學思維的考查等級達到了水平4，對物理觀念的考查等級為水平3。學生在解題時，根據條件推論出開關S1、S2并聯后與電動機串聯，光控開關S3與燈泡串聯，電動機與燈泡能獨立工作，建立兩用電器并聯的電路模型。新課標指出：科學思維是基于經驗事實建構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領域的具體運用。[1]物理模型建構和科學推理不僅要運用物理概念和規律，還要在生活、社會情境中運用分析綜合、推理論證等方法。教師在教學中，要將物理觀念聯系生活實際，創設真實的生活情境，讓學生在解決問題的過程中，分析問題，建構物理模型，發展學生的科學思維。

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的阻值與溫度的關系。

(1) 為了讓實驗效果更明顯，圖2甲的燒瓶應該加入的液體是(填“水”或“煤油”)，原因是，熱敏電阻產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，同時調節滑動變阻器，使電流表的示數保持不變(圖2乙)，讀出電流表示數為A；通過實驗，記錄數據如表3所示。當溫度為37 ℃時，熱敏電阻的功率為W；從實驗數據可發現，在一定溫度范圍內，該熱敏電阻的阻值與溫度的關系是。

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溫度。若電壓表的示數隨溫度的升高而增大，則應在(填“R”或“RT”)兩端接入電壓表。

圖2

2.3.1 試題解構

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

表4

2.3.2 教學啟示

從以上物理核心素養的解構可以發現，學生要解答此題，物理觀念的學業等級需要達到水平4，科學思維的學業等級需要達到水平3，科學探究的學業等級需要達到水平3。學生需要理解比熱容的概念，運用科學探究中的轉換法，會讀出電表示數，知道電功率與電流、電阻的關系，會根據實驗數據，發現特點，得出結論，能根據電路特點解決實際問題。科學探究是物理教學的方式，也是學生學習的方法，教師在教學中要引導學生進行科學探究，從中形成物理觀念，發展科學思維。[2]教師在課堂中要給學生創設自主探究的實驗情境，讓學生經歷科學探究的過程，通過科學探究的方式生成智慧。當然在科學探究的過程中也要關注科學方法的滲透，比如控制變量法、轉換法、等效替代法、比值定義法、理想實驗法等，讓學生形成科學的思維習慣。同時，教師可以結合實際和學生的情況設計小課題，或讓學生自己擬定課題，使學生在課題探究中發展核心素養。[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(參數見表5)、一個柱狀盒子的底座、一個質量為320 g的長方體石塊組成(圖3)。具體使用方法為：將手機攝像頭端伸出底座，另一端用長方體石塊壓在手機末端，固定手機，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充滿電，在充電過程中，電能主要轉化為能和能。

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

(3) 一節課結束后，馬老師發現手機上顯示的電量只剩下75%，遠比平時耗電快，手機在這樣“重度”使用下，實際電功率是多大？

2.4.1 試題解構

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

表6

2.4.2 教學啟示

從以上物理核心素養的解構可看出，此題對科學態度與責任的考查等級是水平1，對物理觀念的考查等級是水平3，對科學思維的考查等級達到了水平4。解答本題的關鍵是要建構杠桿模型，并從表格中獲取有效信息。模型建構和獲取、處理信息是重要的物理學習能力，在問題解決過程中，往往要綜合兩者的關系，這是解決問題的關鍵點。因此，教師要創設真實的情境，培養學生的物理建模能力。由于真實生活情境較復雜，學生容易受干擾因素影響，不能很好地建構模型，因此教師要引導學生學會從情境中提取關鍵信息，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，提升科學思維能力。

3 結語

教學評價是教學活動的重要組成部分，也是落實物理學科核心素養培養目標的重要保障，應以課程目標、課程內容和學業質量為依據，創設與學生生活、社會和科技發展息息相關的問題情境，重點評價學生物理學科核心素養的具體表現，同時要關注物理學科核心素養的整體性和綜合性。因此，教師在教學過程中要落實物理學科核心素養的培養任務，培養學生正確的價值觀、必備品格和關鍵能力。