基于PISA浅谈初中物理习题的选择

摘 要：2014年教育部明确提出了中国学生发展的核心素养体系，对于物理学科而言，提高学生的核心素养就是在教学中培养学生的问题解决能力。PISA是目前世界上最有影响力的国际学生学习评价项目之一，它通过先进的评价理念考查学生解决问题的能力。本文以PISA的视角对初中物理习题的选择进行探讨，从四个方面提出了习题选择的原则，希望能促进物理课程改革的不断发展和完善。

关键词：PISA；物理习题；问题解决能力

PISA（The Programme for International Student Assessment）是由经济合作与发展组织（OECD）创立的一项国际学生学习质量比较评估项目，其主要评量的是十五岁学生分别在阅读、数学、科学领域的素养。PISA每三年举行一次，每次侧重考查其中一个素养，最近一次PISA2015侧重于科学素养的评价。而在PISA2015中，北京、上海、江苏、广东组成的中国部分地区联合体位居总分第十，引起了教育界的广泛关注。

PISA2015对科学素养的测评是从背景、知识、能力和态度四个相互关联的方面构建框架，通过一套系统而完备的评价体系，考查学生运用已学知识技能去解决不同情境中问题的能力。而就物理学科而言，学生的解决问题能力很大程度上需要通过习题的练习来培养，所以选择适当的物理习题就尤为重要。以下笔者借鉴PISA的测评理念，从四个方面谈谈选择物理习题的原则。

一、 选择情境与实际生活结合的习题

PISA启示我们，物理教学的根本目的是为了让学生具有一定的科学素养，在以后的生活中能够运用所学知识解决实际问题。所以在习题教学中，我们可以充分挖掘物理知识在真实生活中的相关应用，选取一些建立在真实情境下的物理题。情境越真实或接近真实，就越能有效地评估出学生发现和处理真实情境中的问题的能力，也就越能准确地评价出学生是否从学习中获得了“真实的知识”。

例1 小明家里的厨房有很多刀具。如图所示，在斩切肉类的时候选用A型刀具，利用其质量较大的特点通过增大 来增大对肉类的压强；而切黄瓜、萝卜等蔬菜时选用B型刀具，其刀面上的孔洞可以避免因 的作用而使蔬菜片沾在刀面上；在切割鱼类时使用C型刀具，其刀刃上的锯齿能够通过增大 来增大刀刃和鱼身之间的摩擦力。

启示：本题通过三把刀考查了压强、大气压以及摩擦力相关知识的实际应用，其情境设置不拘泥于课本，避免了学生生搬硬套答案。笔者认为习题选择的一个原则就是看情境的设置是否与生活贴近，是否能体现知识在现实中的应用价值，是否能考查出学生对知识的理解程度。至于情境的选择范围，笔者认为最好不要局限于学生所熟悉的课本中的材料，当然如果改变熟悉情境中的一些条件也是可以的。

二、 选择考查程序性知识和认知性知识的习题

PISA2015将知识细分为三类：内容性知识、程序性知识和认知性知识。内容性知识是人类已有的学科知识，程序性知识是探究获得学科知识时所运用的科学方法，而认知性知识是对为何这样运用科学方法的理解。

PISA测评对知识的划分启示我们：虽然学生通过学习主要获取的是人类已有的学科知识，但是对程序性知识和认知性知识的掌握更能让学生加深对知识的理解，掌握相应的科学方法，形成一定的科学能力。而这两类知识是蕴含在科学探究过程中的，包括考查实验的原理、设计方案、器材的选择和使用、科学方法的运用、数据的处理和分析、根据实验现象和数据得出结论。因此我们在选取习题时要充分挖掘科学探究中蕴含的方法，体现学生对探究过程的理解和对程序性、认知性知识的运用。

1. 考查探究过程中科学方法的运用

例2 2012年5月27日，“长征三号乙”运输火箭一级残骸落到湖南绥宁县砸坏了民宅。这引起了某校科技小组的关注：竖直下落的物体与地面碰撞时对地面的作用力大小与哪些因素有关呢？某同学猜想与物质的质量、开始下落时离地面的高度有关。

（1）该同学为验证他的猜想，设计了如下的实验方案：在水平地面上平铺一些报纸，将涂满红色颜料的同一篮球从不同高度由静止释放，篮球会在报纸上留下大小不同的圆形红色印迹，通过比较红色印迹的大小即可比较篮球对地面作用力的大小。在以上的实验方案中用到的一种物理研究方法的语句下划线，并举出一个与此研究方法相同的例子： 。

（2）另一同学将留有红色印跡的报纸放在电子测力计上，再将篮球放在印迹中央，用力下压篮球，当篮球恰好将 覆盖时，此时测力计示数即为篮球留下该印迹时对地面作用力的大小。

启示：本题在考查科学方法时要求学生指出运用研究方法的操作以及联想运用此方法的其他实验。这种考查方式既能检测学生对科学方法本质的理解，又能培养学生的物理语言表达能力。该题启示我们：其一，对科学方法的考查可以隐含于科学探究的过程中，因为脱离了探究过程的科学方法没有实质的意义。其二，考查科学方法时其名称可以不必要求写出，理解比识记更为重要。其三，对科学方法的考查设问方式需要多思考，要能反映出学生对科学方法的运用能力，让学生理解为什么要用（认知性知识）和怎样用（程序性知识），如本题中对操作方法划线、举例说明、将操作过程补充完整等设问方式都是不错的选择。

2. 考查数据的不同呈现方式

例3 阅读短文“电动自行车是如何调速的”，回答问题：

常用电动自行车调速系统主要由磁铁、霍耳传感器、控制器和开关K四部分组成。

霍耳传感器是将磁信号转变成电信号的装置，它产生的电压U0随磁场增强而增大。在转动电动自行车手柄旋转套时，旋转套中磁铁与固定在手柄中的霍耳传感器的距离发生改变，使U0发生变化。

控制器的作用是将自身产生的电压U1与霍耳传感器的电压U0比较后，输出控制电压UK，控制开关K的通断。当U1小于U0时，UK=1V，图甲中开关K闭合；U1大于U0时，UK=0，K断开。endprint

（1）图丁中折线A和直线B分别是U1和U0随时间变化的关系图线，在图戊中画出UK随时间变化的关系图线。

启示：使用表格、图形、图表等方式呈现数据是PISA中重要的一项程序性知识。该题不仅考查了学生图象的转换能力，还对学生的提取信息和分析数据能力有一定的要求。从该题我们得到启示：在初中物理的大多数探究实验都要求进行数据处理和表达，而我们对学生这方面的要求往往过于单一，比如仅仅要求记录数据或根据已有数据描点连线，所以我们的初中生在数据处理能力上比较欠缺。而要提高学生这方面的能力，就需要在考查方式上有所变化和整合，比如该题就提供了很好的整合方法：其一，可以丰富信息转换的形式，如图象和图象之间、表格和表格之间、表格和图象之间、文字和图象之间的转换方式；其二，可以将多种形式的数据进行综合考查，如将表格、图象、文字等综合或者基于分析判断的基础上进行数据转换。

三、 选择考查科学探究能力的习题

PISA认为相对于考查抽象的科学知识和复杂的解题技巧，培养学生科学素养更为重要。PISA 2015的测试框架中直接将科学素养定义为三方面的能力：科学地解释现象、评估并设计科学探究；科学地解释数据及证据。那么我们如何来培养学生的科学能力呢？众所周知，能力的培养不能一蹴而就，所以教师除了在物理课堂教学中要注重能力的渗透，在选择习题时也要有意识地考查这三方面的能力。

1. 考查对实验方案的评估或改进

例4 用如图甲所示的装置探究二力平衡的条件。

（1）卡片的重力可能对实验造成了影响。如果这个卡片无法更换，我们可以把这个卡片剪得小一点以减小重力，或者通过 的方法来减小卡片重力对实验的影响。

（2）小明进行实验时，在左右支架上装配两个滑轮时没有安装成相同高度（如图丙所示），你认为能不能用小明的装置进行实验？答： 。

2. 考查由证据到结论的推理

例5 利用如图所示的电路可以验证电功与电流的关系。

（1）小明正确操作，验证了实验的结论.支持该结论的实验现象是 。

启示：例4和例5的探究实验都来自于教材，但这两题的设问方式和角度都有变化。例4着重考查在实验条件变化的情况下，学生对知识的迁移能力和应变水平。例5考查科学论断是如何由科学数据和推理支持的，不同于以往考查实验结论的题目，这种考查方式需要学生对实验的操作和原理理解后才能作答，靠死记硬背是无法应付的。所以我们可以挑选一些改变实验方法或者改变设问方式的探究题，以提高学生的应变能力，让学生不仅知其然，更能知其所以然。

四、 选择开放式题型的习题

PISA科学测评非常注意题型对学生展示科学素养水平的影响。PISA试题包括多种形式，有选择题、封闭性问答题和开放性问答题。选择题包括单项选择题和多项选择题；封闭性问答题要求学生在非常具体的限制条件下给出回答，往往要求仅使用一个词语或短语作答；开放性问答题要求运用复杂的和抽象的思维在特定任务情境中进行推理和计划。因為开放性问答题通常没有唯一途径或答案，所以更能培养学生的发散性思维和科学语言表达能力。所以笔者认为在平时的练习中要适当选取一些开放式问题的习题，有利于提高学生的物理思维能力。

例6 请利用矿泉水瓶设计两个实验，并说明其物理原理。

启示：本题答案是不固定的，所以学生需要联系学习过的各种物理知识，进行发散性的思考才能解答。而且在解答过程中还需要学生将语言组织得有条理有逻辑，对物理语言的表达也是一种锻炼。

参考文献：

[1]OECD.Pisa 2015 Draft Science Framework. Pairs：OECD，2013.

[2]陆璟.PISA 测评的理论和实践[M].上海：华东师范大学出版社，2013.

[3]陈怡，陆建隆.基于PISA的高考物理江苏卷实验题例析与应对[J].物理教师，2016，37（3）：79-84.

作者简介：徐祖梅，江苏省南京市，南京市栖霞区实验初级中学。endprint