注重情境教學 強化關鍵能力

摘" "要：２０２３年廣州市中考物理試題以情境為導向，加強試題的綜合性和創新性。試卷第１８題是一道以“自制溫度計”為情境考查密度與浮力的綜合題，覆蓋知識面廣、研究對象復雜，涉及三個不同小球在三種不同溫度的液體中的浮沉問題，綜合考查學生的理解、模型建構、推理論證等關鍵能力，對情境化教學、強化關鍵能力和提升物理核心素養有積極的導向作用。

關鍵詞：浮沉條件；情境創設；關鍵能力；核心素養

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A " " 文章編號：1003-6148（2024）1-0041-4

２０２３年廣州市中考物理試題堅持素養立意，強調物理學科知識的內在聯系，突出了試題的綜合性。試題情境既源于真實的研究或實際的實踐過程，又密切聯系生活實際，凸顯試題的創新性。試題內容結構覆蓋廣，難度較大，題型多樣化，能較好地考查學生的關鍵能力，促進學生核心素養的達成。其中，第１８題是一道密度與浮力的綜合題，在考查內容上覆蓋密度、二力平衡、阿基米德原理、物體浮沉條件等多個知識模塊。試題情境源自真實的科學探究實踐情境——“自制溫度計”，以文字、圖片、圖像等多種表征進行呈現，通過作圖、計算、選擇等多種方式進行設問，問題與情境高度融合，綜合考查學生理解、模型建構、推理論證等關鍵能力［１］，指向物理觀念、科學思維等核心素養的達成。

１" " 原題呈現

（２０２３年廣州市中考物理試卷第１８題）小明自制的“溫度計”中有密度隨溫度升高而變小的液體。如圖１，當該液體溫度為１９ ℃時，質量為４×１０-３ ｋｇ的小球ｂ懸浮，ｂ標記“１９ ℃”；另外兩個小球分別標記“１５ ℃”“２３ ℃”，當小球懸浮時，它標記的溫度與液體溫度相等。圖１、圖２、圖３中小球ａ，ｂ，ｃ均靜止，忽略小球體積變化，ｇ取１０ Ｎ／ｋｇ。

（１）圖１中ｂ懸浮，

①在圖４方框中畫出ｂ的受力示意圖（用“·”表示ｂ）；

②求此時ｂ受到的浮力；

③此時液體密度為０．８×１０３ ｋｇ／ｍ３，求ｂ排開液體的體積。

（２）圖２中ｂ漂浮，

①此時ｂ所受浮力______圖１中ｂ所受浮力（選填“大于”“等于”“小于”）；

②此時液體溫度______１９ ℃（選填“高于”“等于”“低于”）；

③小球ｃ對應標記______（選填“１５ ℃”“２３ ℃”）。

（３）圖３中液體溫度的范圍可能是______。

Ａ．１４ ℃以下" " " " " "Ｂ．１６ ℃～１８ ℃

Ｃ．２０ ℃～２２ ℃" " " " "Ｄ．２４ ℃以上

（４）液體溫度在１５ ℃～２３ ℃范圍內，ｂ在液體中靜止時所受浮力與液體溫度關系的圖像可能正確的是（ｂ不接觸其他小球）______。

２" " 試題評析

２．１" " 試題情境

彩球溫度計是一種精美的居家裝飾品，其通過彩色玻璃球的浮沉情況來體現環境的冷熱程度，可以粗略地測量環境溫度，實物圖如圖5（ａ）所示，簡化示意圖如圖5（ｂ）所示。每個彩球都標注有特定的溫度，當彩球在玻璃管中靜止不再運動時，上浮彩球中最下方一個彩球標注的溫度為所測的環境溫度。從圖5（ｂ）可以看出，上浮小球中最下方的彩球ｇ除了受到重力、浮力之外，還受到彩球ｅ， ｆ對其的壓力，受力復雜且不屬于懸浮狀態。

對于“上浮彩球中最下方一個彩球標注的溫度為所測環境溫度”的定標規則，學生雖然能即時學習并應用，但對定標的原理仍不理解。若以此原始真實生活情境直接設計試題，對初中學生模型建構、推理論證的能力要求過高，無法面向全體參考學生。

中考呈現的試題沒有直接以彩球溫度計原始的真實情境進行考查，而是基于彩球溫度計進行情境的模型化和條件的簡化，以“自制溫度計”為試題情境，設計三個標記不同溫度的玻璃小球在三種溫度不同的液體中的浮沉問題，并且將定標規則調整為“小球懸浮時，它標記的溫度與液體溫度相等”，符合學生的認知結構和理解水平。試題通過自制溫度計的真實科學探究實踐情境考查學生建構及應用浮沉條件的能力，屬于典型的“學習探索情境”［２］試題；并且以文字、圖片、圖像等多種表征形式進行呈現，通過作圖、計算、選擇等多種方式進行設問，綜合性強，屬于情境與知識高度融合的“融合式情境”［３］試題。

２．２" " 試題解析

第（１）問，圖１小球ｂ受重力和浮力，處于懸浮狀態，由二力平衡條件可得浮力大小等于重力，由阿基米德原理可得小球ｂ排開液體的體積。

第（２）問，令ρa，ρb，ρc分別為小球ａ、小球ｂ、小球ｃ的平均密度，ρ1，ρ2，ρ3分別為圖１、圖２、圖３情境中液體的密度。由圖1可知，小球a漂浮，小球b懸浮，小球c沉底，則 ρａlt;ρb=ρ1lt;ρc；圖２中小球ａ和小球ｂ漂浮，小球ｃ沉底，則ρａlt;ρblt;ρ2lt;ρc；圖３中三個小球均沉底，同理可得ρ3lt;ρa，綜上可知ρ3lt;ρalt;ρb=ρ1lt;ρ2lt;ρc。根據“液體密度隨溫度的升高而變小”“小球懸浮時標記的溫度與液體溫度相同”，推理得 T3gt;Tagt;Tb=T1gt;T2gt;Tc（Ta，Tb，Tc分別表示小球ａ、小球ｂ、小球ｃ標記的液體溫度；T1，T2，T3分別表示圖１、圖２、圖３情境中液體溫度）。結合題意可得，小球ａ標記的溫度為“２３ ℃”，小球ｃ標記的溫度為“１５ ℃”，圖３液體的溫度高于小球ａ標記的溫度“２３ ℃”，圖２液體的溫度低于圖１液體的溫度“１９ ℃”。

第（4）問，小球ｂ在溫度小于１９ ℃的液體中漂浮，浮力等于重力；在溫度為１９ ℃的液體中懸浮，浮力等于重力；在溫度大于１９ ℃的液體中沉底，浮力小于重力，即在１５ ℃～２３ ℃范圍內，小球ｂ的浮力先不變后變小。

２．３" " 能力素養

基于以上試題分析得到該試題考查的關鍵能力，如圖６所示。在理解能力上，既考查學生對如密度、浮力、阿基米德原理、二力平衡和物體浮沉條件等已學知識的理解和應用，又考查學生對“密度隨溫度升高而變小的液體”“當小球懸浮時，它標記的溫度與液體溫度相等”等情境新給信息的有效獲取和即時理解應用。在模型建構能力上，試題情境中“自制溫度計”在不同溫度下小球的浮沉情況不同，而小球浮沉的本質原因是小球平均密度與液體密度的大小關系不同，考查學生對溫度計的本質為密度計的“去情境化”識別，以及對不同小球在不同液體中浮沉的模型建構。而在推理論證能力上，試題既考查學生對漂浮、懸浮和沉底三種狀態下浮力和重力、物體密度和液體密度的大小關系的推理判斷；又考查學生根據浮沉條件和圖１、圖２、圖３的浮沉情況進一步對三個小球和三種液體的密度大小關系的分析綜合；還考查學生對不同密度大小對應不同溫度的信息加工和在不同溫度中的浮力大小動態變化的圖像處理。由此可見，該試題強化了學生的理解、模型建構、推理論證等關鍵能力，同時也促進了物理觀念的深化以及科學思維的提升。

３" " 教學啟示

該試題根據學生的認知結構和思維水平，對原始真實情境進行適當的模型化和簡化處理，創設讓典型問題與生產生活實踐緊密關聯的新情境，側重考查學生理解、模型建構、推理論證等關鍵能力，對情境化教學和強化學生關鍵能力有積極的導向作用。

３．１" " 聯系生產生活，注重情境教學

在傳統教學，尤其是發展學生科學思維的習題課中，教師傾向于用教材中的典型問題創設情境，是高度模型化和簡化的典型問題情境，既沒有與生活情境相互聯系，又沒有指向生產科技的應用，只能不斷強化學生的基礎知識，無法全面發展學生的關鍵能力和核心素養。教師可以根據學生的認知結構和思維方式，基于教材的典型問題聯系生產生活、科學前沿等素材創設情境進行情境化教學（圖7），如在物體浮沉條件的教學中可以創設鹽水選種、硫酸銅溶液測血液密度、彩球溫度計測溫等情境，讓學生對物理研究對象的認知不再是小球，而是種子、血液、裝有不同液體的玻璃球等；對密度的認知不再是抽象的密度不同的甲、乙、丙液體，而是濃度不同的鹽水、密度不同的硫酸銅溶液、溫度不同的液體等，促進學生主動將所學知識與生產生活聯系，體會物理學對社會發展的推動作用。

３．２" " 識別本質科學建構，強化關鍵能力

情境化教學除了通過情境引導學生將物理知識與社會發展聯系之外，還注重對學生“去情境化”［４］這一關鍵能力的強化，即識別情境本質，建構物理模型。以廣州市中考第１８題為例，試題以自制溫度計為情境，學生如果不能對情境條件進行加工和分析綜合，識別出該自制溫度計的本質是密度計，則無法從構建的漂浮、懸浮和沉底模型中進行密度大小的比較，更無法從密度大小關系中推理得出溫度的大小關系。所以，教師在創設情境進行教學之后，要引導學生運用已學知識，加工情境關鍵信息“去情境化”，構建自制溫度計情境下的小球浮沉的本質模型，運用核心知識進行邏輯推理和分析綜合，在解決情境問題的同時強化理解、模型建構、邏輯推理、分析綜合和信息加工等能力。

３．３" " 設計探究實踐，提升核心素養

要進一步促進學生的科學探究和科學態度與責任等素養的養成，更好地形成“情境化—去情境化—再情境化”的教學，還可以設計學習探索情境下的課后實踐作業，要求學生根據對情境的認識和體會，聯系生產生活，運用所學核心知識進行相應的項目化實踐。如在學習完硫酸銅溶液測血液密度之后，設計制作球式密度計的項目式作業：以若干體積為１０ ｃｍ３的可注入液體的輕質空心小球、細繩、帶刻度的注射器、三種不同密度的填充液體Ａ，Ｂ，Ｃ（密度分別為１ ｇ／ｃｍ３，１．５ ｇ／ｃｍ３，２．５ ｇ／ｃｍ３）等材料設計符合表１評價標準的球式密度計。

通過開放式的項目化實踐，促進學生將浮沉條件等核心知識與生產生活再聯系，實現“情境化—去情境化—再情境化”的閉環，同時培養學生科學探究、質疑創新等關鍵能力，進一步促進學生科學探究和科學態度與責任等核心素養的養成。

參考文獻：

［１］董耀，朱行建，孫偉軍．加強關鍵能力考查" 促進科學思維培養——２０２０年鎮江中考力學﹑電磁學綜合試題評析［Ｊ］．物理教學探討，２０２２，４０（２）：３６－３９，４４．

［２］戴驛歡，鄧磊，蔣敏．新高考評價體系下５省物理試題考查載體的評價［Ｊ］．物理教師，２０２２，４３（９）：７９－８３．

［３］胡生青．基于高考評價體系的高中物理試題情境化策略［Ｊ］．物理教師，２０２１，４２（５）：８０－８１，８３．

［４］張江寧．例談物理問題的“去情境化”與“再情境化”——以２０１９年高考全國卷Ⅰ第２１題為例［Ｊ］．物理教學，２０１９，４１（１１）：７０－７１，５７．

（欄目編輯" " 陳" 潔）

收稿日期：2023-10-11

基金項目：深圳市教育科學“十四五”規劃2021年度一般資助課題“初中物理教學中的通識教育研究”（ybzz21032）。

作者簡介：陳玉潔（1996-），女，中學二級教師，主要從事物理課程與教學論研究。