核心素養導向情境化試題命制策略探究

摘 要：以命制“熱力學第一定律”試題為例，多角度探究以物理核心素養為導向的情境化試題命制策略，以期命制出契合學校特色、滿足高考要求、培養學生物理核心素養的情境化試題。

關鍵詞：熱力學第一定律；物理核心素養；情境化試題；學習進階理論

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2024）10-0054-4

收稿日期：2024-01-11

作者簡介：卓博洋（1996-），男，中小學二級教師，主要從事高中物理教學工作。

《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》指出：“學科核心素養是學科育人價值的集中體現，是學生通過學科學習而逐步形成的正確的價值觀念、必備品格和關鍵能力，物理學科核心素養主要由‘物理觀念’‘科學思維’‘科學探究’‘科學態度與責任’四個方面構成”［1］。同時，在新課標、新教材、新高考的“三新”背景下，全國各地物理高考試題亦發生了較大的變化：增加了反映物理學科本質，密切聯系社會、經濟、科技、生產生活實際的試題；試題的命制理念從“知識立意”“能力立意”向“價值引領、素養導向、能力為重、知識為基”轉變，而承載這些變化的載體就是指向核心ROqFoir6fCGMoG8PdmmTnQ==素養的情境化試題［2］。所謂“情境化試題”，是指考試時給出具體的試題材料背景，這些材料背景構成了試題情境，試題情境給考生完成思維任務或操作活動提供一個統一的平臺，所有考生在這個平臺上展示自己分析問題、解決問題的能力，這類包含情境的試題習慣上被稱為“情境化試題”［3］。

1 熱力學第一定律

在新高考背景下，普通高中物理教科書（人教版2019年版）選擇性必修三第三章第2節“熱力學第一定律”［4］是高考相關內容，而此內容在相關試卷中，素養指向準確的情境化試題較少。本文根據“熱力學第一定律”的學習目標和素養指向進行試題命制。

物理觀念：知道做功與傳熱在改變系統內能上是等價的；知道熱力學第一定律及表達式；明確熱力學第一定律中三個物理量（△U、W、Q）正、負符號的物理含義，能夠從系統分析的角度來確定其正、負符號。

科學思維：能從熱力學的視角，正確描述和解釋生活中的熱現象；能運用熱力學第一定律解釋和計算能量的轉化、轉移問題。

科學探究：能以系統為研究對象，用綜合分析的方法推導出熱力學第一定律；能將真實問題進行提煉和簡化，并運用熱力學第一定律分析和計算。

科學態度與責任：通過熱力學第一定律的應用，養成與他人合作探究的習慣，體驗科學家探究規律的艱辛與執著；通過熱力學第一定律知識應用的實例，感受物理中科學技術與社會的緊密聯系，體會科學知識的應用價值，進一步增強學生的學習動力和科學意識。

2 情境化試題命制策略

《中國高考評價體系》要求試題命制滿足“一核”“四層”“四翼”，注重試題的基礎性、綜合性、應用性與創新性，同時滲透對物理思想與方法的考査［5］。在此標準下，情境化試題命制的過程中應該做到：試題難度系數適中，滿足高考要求，既要考查基礎性知識，也要達到高考選才標準，同時符合中學生的思維水平；試題難度梯度合理，能夠由易到難促進學生思維發展，做到既有基礎，又有綜合，體現創新；試題形式新穎，符合高考命題趨勢，更多采用情境化試題，應用性強；試題內容呈現上，以必備知識作為載體，體現核心價值，培養學生的物理核心素養，形成關鍵能力，最終引導教學；試題來源豐富，多方面、多角度，包括但不限于典型題型、教材例題、真題改編、情境化原創。以上述要求作為總導，以“熱力學第一定律”試題命制為例，總結出以物理核心素養為導向的情境化試題命制的策略（圖1）。

2.1 設計難度分層，體現試題進階性

在情境化試題命制的整個過程中，試題的編排整體應該從易到難，從基礎性知識的掌握到方法的應用，從簡單情境到復雜情境，從物理觀念的形成到科學思維的發展，從科學探究的入門升華到科學態度與責任，從低層次的學業水平到高層次的學業水平。在“熱力學第一定律”的試題命制中，試題從熱力學第一定律的理解出發，再到該定律的簡單應用，最后到綜合性應用，同時試題的情境也從理想情境過渡到真實情境。學生在完成本套試題的過程中會不自覺地掌握本節課的必備知識，并能夠熟練使用熱力學第一定律來分析解決生活中遇到的相關問題。

2.2 鏈接高校標準，體現試題前瞻性

試題命制以及使用除了應提高學生的思維水平，培養核心素養，也要讓學生在高考中能夠達到高校選材的標準。針對這一點，在試題命制的過程中，教師需熟悉高校教材對于該知識點的分析與要求，并且能夠將其體現在試題之中。比如，在2023年6月份的浙江高考物理試卷中，試卷的第19題體現了高校教材中的畢奧-薩伐爾定律。在“熱力學第一定律”試題命制過程中，挑選了李椿教授的《熱學（第二版）》中一道思考題，“有人說：‘任何沒有體積變化的過程就一定不對外做功’。對嗎？”將其改編成例1的D選項。這一改編，將高校教材中的思考題改成判斷題，作為一個選擇題的選項，同時變得更加貼近“熱力學第一定律”這一主題，完美地將高校考查的思想整合進高中知識體系中。

例1 關于熱力學第一定律，下列說法正確的是（ ）

A.一定量氣體吸收熱量，其內能一定增大

B.外界對物體做功，同時物體放熱，物體的內能可能減小

C.做功和熱傳遞改變物體內能的實質是相同的

D.氣體體積沒有變化的過程一定不對外做功

這道試題主要培養學生物理核心素養中的物理觀念和科學思維，要求對于所學的物理概念、規律及其相互關系有所了解，能夠對一般物理知識點進行考查。同時，要求能夠分析、推理較為簡單的物理現象或情境，能夠得到結論，并且能夠進行簡單的解釋。

2.3 挑選經典習題，體現試題價值性

經典的題目是一代又一代物理教師的智慧結晶，往往具有典型性和針對性。其所采用的情境具有挑戰性和多變性，具有很大的探究空間，能通過一個問題延伸和拓展到很多物理問題。學生在完成典型題的過程中能夠以點代面、觸類旁通，利用最少的時間掌握和鞏固物理概念和規律，發展科學思維，提升解決問題的能力，培養物理學科核心素養。教師也能夠根據典型題添加最新的情境或者前沿科技，改編出一道高質量的習題。在“熱力學第一定律”試題命制的過程中，挑選例2這一典型題，該題將經典習題與科幻電影結合，考查學生對于壓強本質的理解。

例2 科幻電影中經常出現飛船漏氣的情況，某同學將漏氣過程簡化為圖2所示的模型，絕熱容器中間用隔板隔開，左側裝有氣體，右側為真空，先將隔板抽掉，讓左側氣體自由膨脹到右側直到平衡，在此過程中（ ）

A.氣體對外界做功，溫度降低，內能減小

B.氣體對外界做功，溫度不變，內能不變

C.氣體不做功，溫度不變，內能不變

D.氣體不做功，溫度不變，內能減少

本試題主要培養學生的物理觀念與科學思維，能夠應用物理知識來解決實際問題。同時，能夠分析及推理常見的物理現象或者物理情境，且能夠獲得結論并作出解釋。

2.4 捕捉生活瞬間，體現試題真實性

中國高考評價體系創造性地提出高考試題要以情境為載體，要求創設更具開放性和創新性的試題，綜合考查學生運用已學知識解決實際問題的能力。該評價體系要求科學設置問題情境，學生能夠在復雜、新穎的試題情境下綜合運用所學知識和技能處理問題。由于試題命制聯系生活實際，使學生切身感受到物理能解決生活中的各類問題，了解更多的自然現象，開闊學生視野，增強學生對物理學習的興趣。情境化試題的命制，可以從日常教學、創新性實驗、前沿物理、生活偶得等方式來獲得相關情境。在“熱力學第一定律”試題命制過程中，以日常生活中偶然看到的氣球直升機作為情境，編制例3。這類蘊含核心素養的生活小瞬間，是我們命題的好素材。

例3 圖3所示為氣球直升機，當釋放氣球時，氣球里面的氣體通過氣嘴慢慢釋放，同時帶動接口讓螺旋槳旋轉起來。若將氣球內的氣體視為理想氣體，且氣球內氣體的溫度不變，則在氣球直升機上升的過程中（ ）

A.氣球對外界做功，所做功全部轉化為直升機動能，氣球內氣體內能變小

B.氣球對外界做功，所做功全部轉化為直升機動能，氣球內氣體內能不變

C.氣球對外界做功，所做功部分轉化為直升機動能，氣球內氣體內能變小

D.氣球對外界做功，所做功部分轉化為直升機動能，氣球內氣體內能不變

本題目標為培養學生物理核心素養中的物理觀念、科學思維以及科學態度與責任，學生能夠應用物理知識來解決實際問題，并且能夠分析和推理常見的物理現象或者物理情境，且能夠獲得結論并作出解釋。

2.5 立足教材素材，體現試題創造性

在新教材、新高考的背景下，高考內容往往會體現新教材中新的內容以及方法。教材是課程標準的主要載體，是教學的出發點和落腳點。新教材中所收錄的經典例題、插圖，經過了反復論證和推敲，明確指向核心素養。教師在編制情境化試題的過程中，除了直接套用或者簡單改編教材例題外，還可以提取例題所想要培養的物理思想，根據這一思想來編制情境化試題，如例4。本題為一道原創題，但是其中所蘊含的等效替代的思想來源于2019年人教版高中物理教科書選擇性必修三第三章第2節的例題。教材在此例題中用一個恒力來等效替代變力做功，本題也采用同樣的方式。在本試題的命制過程中，先通過積分計算出在等溫情況下變力所做的功（以此保證數據的正確性），再等效替代成恒力做功，通過這種等效替代來培養學生的科學思維。

例4 某探究小組根據空氣炮的原理設計了一個空氣炮的模型，其原理如圖4所示。在水平面上放置的圓柱形容器內用模截面積S=4 cm2、質量m=20 g的活塞封閉一定質量的理想氣體，活塞能無摩擦滑動。開始時活塞與容器底的距離L=0.5 m，在外力F的作用下活塞緩慢壓縮氣體，在某段時間內移動的距離為l=0.4 m，這段時間作用在活塞上的外力逐漸增大，其做功相當于40 N的恒力使活塞移動相同距離所做的功，如圖5所示。在壓縮過程中氣體的溫度保持不變，取大氣壓強p0=1×105 Pa，忽略活塞厚度，求：

（1）壓縮過程中氣體內能的改變量ΔU1。

（2）壓縮過程中氣體與外界的傳遞熱量Q1是吸熱還是放熱？

（3）撤去外力F，活塞在高壓氣體作用下被彈出容器，彈出過程可以看作是絕熱過程，當活塞在容器口處時，氣體的內能改變了U2=-25 J，問此時活塞的速度為多少？

本試題全方面培養學生的物理核心素養。學生在完成這道試題的過程中能夠應用物理知識來解決實際問題、分析和推理常見的物理現象或者物理情境，且能夠獲得結論并作出解釋。同時，學生能夠用等效替代的思維將變力做功轉化為恒力做功，借助分析相關事實或者結論，從而提出可探究的物理問題，進而得到有依據的猜想與假設。

3 結 語

一道高質量的試題，既具有典型性和針對性，同時還能聯系生活實踐，滲透物理學史，具有豐富的情境，學生在完成試題過程中培養物理核心素養。本文以課堂作業情境化試題命制為研究主題，以命制“熱力學第一定律”試題為實踐，探究情境化試題的命題策略，以期命制出契合學校特色、滿足高考要求、培養學生核心素養的情境化試題。

參考文獻：

［1］中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）［S］.北京：人民教育出版社，2020.

［2］教育部考試中心.中國高考評價體系說明［M］.北京： 人民教育出版社，2019.

［3］尹慶豐.“情境化試題”對高中物理教學的啟示［J］.物理教師，2019，40（9）：31-35.

［4］彭前程，黃恕伯.普通高中教科書物理選擇性必修第三冊（第一版）［M］.北京：人民教育出版社，2019.

［5］王理想.真實情境為載體的試題命制分析與教學啟示［J］.物理通報，2023（10）：35-38.

（欄目編輯 陳 潔）