指向?qū)W科關(guān)鍵能力的物理中考命題與教學(xué)啟示
——以2021年蘇州市物理中考試題為例

吳志明

（江蘇省太倉市實驗中學(xué)，江蘇太倉 215400）

2019年11月《教育部關(guān)于加強初中學(xué)業(yè)水平考試命題工作的意見》中強調(diào)，要堅持正確導(dǎo)向，落實立德樹人根本任務(wù)，依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)科學(xué)命題，發(fā)揮引導(dǎo)教育教學(xué)作用.指向?qū)W科關(guān)鍵能力的中考命題，是落實上述指導(dǎo)思想的有效行動路徑.

1 初中物理學(xué)科關(guān)鍵能力的要義解讀

江蘇省自2006年開始全面推進義務(wù)教育階段學(xué)生的學(xué)業(yè)質(zhì)量監(jiān)測，專家組基于大量實證研究，形成了《江蘇省義務(wù)教育學(xué)科核心素養(yǎng)與關(guān)鍵能力框架》研究成果.書中指出：學(xué)科關(guān)鍵能力是學(xué)科特有的，它是學(xué)生在經(jīng)歷相應(yīng)學(xué)科學(xué)習(xí)的過程中逐步形成的，適應(yīng)個人終身發(fā)展和社會發(fā)展需要所必備的能力.［1］初中物理學(xué)科關(guān)鍵能力包括概括理解、實驗探究和實踐應(yīng)用.“概括理解”是指學(xué)生學(xué)習(xí)掌握物理學(xué)科知識的能力；“實驗探究”是指學(xué)生進行觀察、實驗和科學(xué)探究的能力；“實踐應(yīng)用”是指學(xué)生解決實際問題和遷移創(chuàng)新的能力.［1］具體內(nèi)容及行為表現(xiàn)如表1所示.

表1 初中物理學(xué)科關(guān)鍵能力框架

上述初中物理學(xué)科關(guān)鍵能力框架與《中國高考評價體系》所提出的3 大關(guān)鍵能力群的指向是一致的，在初中學(xué)段，學(xué)科能力水平的考查要求依據(jù)相應(yīng)的《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)》.圖1 表示兩者之間的銜接與對應(yīng)關(guān)系.

圖1 學(xué)科關(guān)鍵能力銜接對應(yīng)關(guān)系

2 中考命題對關(guān)鍵能力的考查分析

以2021 年蘇州市物理中考試卷（以下簡稱“試卷”）為例，在初中物理學(xué)科關(guān)鍵能力框架下，選擇部分代表性試題進行分析，有的試題涉及多種能力的考查，將選擇比重較大的關(guān)鍵能力進行分析.

2.1 關(guān)于概括理解能力的考查

例1.閱讀材料，回答問題：

某研究小組對“塞貝克效應(yīng)”進行了初步的學(xué)習(xí)研究，塞貝克效應(yīng)是指由于兩種不同導(dǎo)體或半導(dǎo)體的溫度差異而引起兩種物質(zhì)間產(chǎn)生電壓差的熱電現(xiàn)象，例如將兩種不同金屬兩端連接組成回路，如果使兩個接觸點的溫度不同，則在回路中將出現(xiàn)電流，金屬的塞貝克效應(yīng)在一定條件下是可觀的.

研究小組依據(jù)上述理論，制作了一個“蠟燭電廠”.如圖2（甲），蠟燭電廠分為蠟燭、裝置和用電器3個部分，其中裝置部分有鐵絲A（中間接入了燈泡和電流表）、銅絲B、水冷裝置C，鐵絲、銅絲的兩端緊密相連，點燃蠟燭，小量程電流表指針偏轉(zhuǎn).他們對蠟燭電廠的發(fā)電效率進行了研究，蠟燭、裝置、用電器3部分的效率分別為η1、η2、η3，并且重點研究了輸出功率與兩端的溫度差、接入電路的用電器的電阻這兩個因素的關(guān)系，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪制出如圖2（乙）所示圖像.

圖2 “蠟燭工廠”實驗

問題：

（1）此蠟燭電廠的電能是由蠟燭的_________能轉(zhuǎn)化而來的；

（2）根據(jù)3部分的效率，可知此蠟燭電廠的發(fā)電總效率________；

（3）根據(jù)圖像可以看出：溫差一定時，輸出功率隨電阻的增大而_________；溫差因素對輸出功率的影響規(guī)律________；

（4）根據(jù)塞貝克效應(yīng)，選擇合適的兩種金屬和電流表組成電路，可通過電流的大小來監(jiān)測____.

解析：本題文字較多，閱讀量大，信息量大，首先考查學(xué)生概括理解能力中的第1 個維度：觀察與建模能力，要求學(xué)生通過閱讀文字和圖像，認識物理現(xiàn)象，在物理表象的基礎(chǔ)上，識別、篩選、提取有用信息，抓住關(guān)鍵因素，構(gòu)建相應(yīng)的物理模型，建立起簡單電路示意圖模型，其中電源模型是關(guān)鍵.其次，考查概括理解能力中的第2 個維度：概括與推理能力，在對已有物理事實和信息加工分析的基礎(chǔ)上，形成對物理過程的本質(zhì)認識.認識蠟燭電廠工作過程中的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系；理解發(fā)電總效率由構(gòu)成蠟燭電廠3 部分的效率所決定，依次打折；借助圖像信息的分析與處理，概括出輸出功率隨電阻的變化規(guī)律.最后考查概括理解能力中的第3個維度：辨析與梳理能力，梳理已有的零碎知識，辨析與強化對塞貝克效應(yīng)本質(zhì)特征的認識，在大腦中形成較完整的知識結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，綜合分析解答題設(shè)問題.

參考答案：（1）化學(xué)；（2）η1η2η3；（3）先增大后減小；電阻一定時，溫差越大，輸出功率越大；（4）溫差.

2.2 關(guān)于實驗探究能力的考查

例2.純電動汽車是一種采用蓄電池作為唯一動力源的汽車，電池的安全性主要體現(xiàn)在對其溫度的控制上，當(dāng)某組電池溫度過高時，立即啟動制冷系統(tǒng)進行降溫，圖3（甲）是小明設(shè)計的模擬控溫裝置示意圖，電磁繼電器與熱敏電阻Rt、滑動變阻器Rp串聯(lián)接在電壓為6 V 的電源兩端.當(dāng)電磁鐵線圈（電阻不計）中的電流I大于或等于25 mA時，銜鐵被吸合，熱敏電阻置于溫度監(jiān)測區(qū)域，其阻值Rt，與溫度t的關(guān)系如圖3（乙）所示，滑動變阻器的最大阻值為200Ω.

（1）圖3（甲）中應(yīng)將b端與_________端相連；

圖3 模擬控溫裝置及實驗

（2）當(dāng)開關(guān)S閉合時，電磁鐵上端為____極；

（3）若設(shè)置電池溫度為60 ℃時啟動制冷系統(tǒng)，則滑動變阻器阻值應(yīng)為_________Ω；

（4）該電路可設(shè)置啟動制冷系統(tǒng)的最高溫度是_________℃；

（5）現(xiàn)利用一只電阻箱在室溫條件下對上述電路進行調(diào)試.使電路能在60 ℃時啟動制冷系統(tǒng).為此，先將電阻箱調(diào)為70Ω，然后還需要經(jīng)過3個關(guān)鍵的調(diào)試步驟才能完成調(diào)試.

第1步：斷開開關(guān)，_______；

第2步：閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，直到繼電器的銜鐵被吸合；

第3步：斷開開關(guān)，_________，完成電路調(diào)試.

解析：本題探究的是教材之外、基于真實情境的實際問題，著重考查學(xué)生實驗探究能力維度中設(shè)計與操作能力、證據(jù)與論證能力.一是要求學(xué)生對模擬溫控實驗裝置電路圖進行分析，理解實驗的設(shè)計原理，進而完成控制電路與工作電路之間正確連接的操作步驟；二是對實驗收集的圖像信息進行讀取與分析，找出熱敏電阻阻值與實驗監(jiān)測溫度之間的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，依據(jù)物理原理進行分析處理，以獲取相關(guān)證據(jù)；三是對得到的證據(jù)進行分析論證，本題涉及運用歐姆定律計算串聯(lián)電路總電阻，以及等效電阻計算、滑動變阻器最大阻值200Ω 邊際條件的限制等，要求學(xué)生運用科學(xué)思維方法進行充分地分析和歸納，這樣得出結(jié)論才具有普遍意義；四是在物理情境中發(fā)現(xiàn)新問題，提出了更高的能力考查目標(biāo)，要求學(xué)生在原有實驗裝置基礎(chǔ)上，設(shè)計新的實驗方案，規(guī)劃相應(yīng)實驗步驟，突出考查學(xué)生實驗探究的遷移與創(chuàng)新能力，以及等效替代的科學(xué)思想方法.

參考答案：（1）c；（2）N；（3）170；（4）90；（5）用電阻箱替換熱敏電阻；用熱敏電阻替換電阻箱.

2.3 關(guān)于實踐應(yīng)用能力的考查

例3.光速的測定在物理學(xué)中有多種方法，邁克耳遜曾用類似于下述方法在地球上較精確測定了光速.將激光發(fā)射器和接收裝置按圖4 所示位置固定，裝置（a）是4個側(cè)面均鍍有高反光涂層的正方體，可繞固定的中心軸轉(zhuǎn)動（圖示為俯視圖），當(dāng)正方體轉(zhuǎn)動到圖示位置靜止時，激光束恰能以45°角照射到某側(cè)面中心P點處，反射到相距幾十千米外的一個山頂上，經(jīng)此處的光反射器（內(nèi)部結(jié)構(gòu)未畫出，不計光在其中的傳播時間）反射后，平行于原光線射到正方體另一側(cè)面中心Q點處，最終被接收裝置接收到.

圖4 光速的測定實驗

（1）若光速為3×105k m／s，正方體到光反射器之間的距離為30 k m，則光從P點射出到射回Q點所用的時間為_________s；

（2）正方體快速轉(zhuǎn)動一周，光反射器能接收到_________次激光的照射；

（3）當(dāng)正方體的轉(zhuǎn)速為n圈／s時，接收裝置可接收到激光，正方體與對面山頂光反射器間距離用d（單位：m）表示，則測得的光速可能為_________m／s.（填寫選項符號）

（A）8nd. （B）12nd. （C）16nd. （D）20nd.

解析：本題是一道綜合性試題，問題情境比較復(fù)雜，要求學(xué)生綜合運用學(xué)科知識及物理思想與方法解決“測定光速”這一實際問題，突出考查學(xué)生的實踐應(yīng)用能力.首先，在分析與解釋的能力維度上，學(xué)生需對一大段題干文字仔細閱讀分析，結(jié)合對題圖的觀察與思考，合理解釋物理現(xiàn)象，厘清測定光速的物理原理、過程和方法，構(gòu)建起合理的物理模型.其次，在思想與方法的能力維度上，需應(yīng)用理想實驗法、圖形圖像法等科學(xué)思想和方法，對物理模型進行轉(zhuǎn)化，建立與物理規(guī)律之間的相應(yīng)聯(lián)系，考查了學(xué)生抽象思維能力、演繹推理能力和歸納概括能力.最后，在反思與評價的能力維度上，解答題設(shè)第3問時需要學(xué)生在高階思維層面上，對自己的運算結(jié)果進行檢討性的再思考，分析反思、客觀評價自己解題的思路方法和最終結(jié)論，從科學(xué)性和合理性的角度進行判斷與評價.

參考答案：（1）2×10－4；（2）4；（3）A.

3 對物理教學(xué)的啟示

中考命題對物理教學(xué)具有重要引導(dǎo)作用，指向?qū)W科關(guān)鍵能力的物理中考命題，提示我們?nèi)粘Ｎ锢斫虒W(xué)要立足學(xué)科素養(yǎng)，采取有效策略，落實學(xué)科關(guān)鍵能力的培養(yǎng).

3.1 創(chuàng)設(shè)問題情境，轉(zhuǎn)變學(xué)生學(xué)習(xí)方式

“學(xué)科關(guān)鍵能力”不是教師能夠通過“教”直接傳授給學(xué)生的，而是要在真實、有意義的問題情境中，引導(dǎo)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)、提出和分析問題，在思考和解決問題的過程逐漸培育和發(fā)展起來的.日常教學(xué)中，教師要依據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)認知規(guī)律，創(chuàng)設(shè)合適的問題情境，激發(fā)學(xué)生的認知矛盾和認知沖突，在體驗和感悟中發(fā)現(xiàn)有價值的、有挑戰(zhàn)性的物理問題，通過內(nèi)在強烈的學(xué)習(xí)動機去積極思考和探索；這一過程中，教師要運用靈活多樣的教學(xué)方式，整合有效課程資源，及時提供幫助和指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生開展自主、探究、合作學(xué)習(xí)，實現(xiàn)物理學(xué)習(xí)方式的根本轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)學(xué)生終身學(xué)習(xí)的意識和能力.

3.2 基于問題解決，提升學(xué)生思維品質(zhì)

思維的發(fā)展過程就是一個不斷發(fā)現(xiàn)和解決問題的過程.實施基于問題解決的物理教學(xué)，就是立足學(xué)科核心素養(yǎng)，將有意義有價值的問題引入到學(xué)生的學(xué)習(xí)活動中去，以問題為學(xué)習(xí)任務(wù)的載體，以解決問題為學(xué)習(xí)的驅(qū)動力，伴隨著問題的提出、分析、執(zhí)行與解決過程，引導(dǎo)和推動持續(xù)性的學(xué)科學(xué)習(xí)活動.［3］問題的設(shè)計要緊扣學(xué)習(xí)目標(biāo)，緊扣核心概念，問題要具有可及性、層次性和邏輯性，適當(dāng)增加劣構(gòu)性問題、開放性問題的占比，學(xué)生通過解決實際問題來學(xué)習(xí)蘊含其中的物理學(xué)科思想與方法，逐步提高解決問題的能力和水平，不斷提升思維品質(zhì).

3.3 優(yōu)化作業(yè)設(shè)計，強化學(xué)生應(yīng)用能力

學(xué)科關(guān)鍵能力最終將落實在對相關(guān)實際問題的解決上，體現(xiàn)在學(xué)生面對實際問題時，進行知識加工、能力轉(zhuǎn)化和創(chuàng)新思維的過程之中.物理作業(yè)作為重要的教學(xué)常規(guī)環(huán)節(jié)，要進行針對性、整體性優(yōu)化設(shè)計，摒棄那些簡單重復(fù)、機械劃一的低階思維水平問題.作業(yè)內(nèi)容要關(guān)注生活生產(chǎn)實際問題，關(guān)注科技前沿問題，關(guān)注社會熱點問題，遵循從物理走向社會的基本課程理念；作業(yè)形式要多樣化、多元化，增加觀察與實驗方面的實踐類作業(yè)，精心設(shè)計開放性、發(fā)散性思維要求的實踐應(yīng)用性作業(yè)，以此不斷強化學(xué)生解決實際問題的應(yīng)用能力.