素养解构视角下物理选考实验题评价与建议——以浙江省2019年4月选考实验题为例

严云佳 赵惠松 梁 旭

(1. 桐乡凤鸣高级中学,浙江 桐乡 314500; 2. 浙江省教研室,浙江 杭州 310000)

1 素养解构的基本内涵

教学评价是教育教学的指挥棒，它直接决定教师学科教学的方向和内容.考什么、评什么、教什么，是让物理核心素养落地最直接也是最重要的保障.只有建立以物理核心素养为导向的评价体系，物理学科核心素养才能真正落地.[1]新的课标建立了基于核心素养的学业质量标准，更是明确提出了学生在学完某学科或者某模块后应该具备的核心素养以及在这些素养上应该达到的具体水平.因此，素养解构就显得很重要.

解构，或称为“结构分解”，是后结构主义提出的一种分析问题的方法，意思为“分解、拆解、揭示”等.素养解构是指从物理核心素养的物理观念、科学思维、科学探究和科学态和责任4个具体表述，以及每个表述下的5个层次水平去分析解构某个问题所需要的素养以及水平.通过解构来评价进而了解学生所处的水平层次，反过来改进和引导我们的教学.

素养解构分3步，首先要清晰呈现解题的思维过程，然后根据求解表达内容与物理学科素养的水平划分之间的联系确定素养内容和水平，难以分辨的内容，需要依据素养层级进行分析逐级确定.[2]本文就以2019年4月浙江省选考实验题为例，解释如何对实验题进行解构，同时通过解构，让同行们了解实验题对素养的要求层次，进而改进和引导我们的课堂教学.

2 2019年4月浙江选考实验题素养解构

2019年4月物理选考第21题原题如下.在“探究电磁感应的产生条件”实验中，实验连线后如图1所示，感应线圈组的内外线圈的绕线方向如图2粗线所示.

图1

图2

(1) 接通电源，闭合开关，G表指针会有大的偏转，几秒后G表指针停在中间不动.将滑动变阻器的触头迅速向右滑动时，G表指针(“不动”、“右偏”、“左偏”、“不停振动”)；迅速抽出铁芯时，G表指针(“不动”、“右偏”、“左偏”、“不停振动”).

(2) 断开开关和电源，将铁芯重新插入内线圈中，把直流输出改为交流输出，其他均不变.接通电源，闭合开关，G表指针(“不动”、“右偏”、“左偏”、“不停振动”).

(3) 仅用一根导线，如何判断G表内部线圈是否断了？

2.1 第(1)问第一空素养解构

本问属于课本实验的改编，但是又不拘泥于课本.我们首先根据闭合电路欧姆定律和电路规律得知当滑动变阻器的触头向右滑动时,滑动变阻器连入电路的电阻减小,从B端流入的电流增大,导致内线圈磁场增强.再根据电磁感应和楞次定律的规律可知外线圈感应出的电流磁场和内线圈的原磁场相反.然后根据图2和楞次定律,电流应从A端流入G表,G表指针左偏.根据以上解题的思维过程确定的素养解构如表1.

表1 第(1)问第一空素养解构

从以上素养解构可看出，此空对物理观念的考查是2和3的水平，但是对科学推理和科学探究的考查属于3和4的水平，特别是要从内外线圈的绕行方向推理出电流的流向问题属于科学推理和科学探究的难点，也是能区分学生有没有达到这个素养水平，非常好的一空.

2.2 第(1)问第二空素养解构

第二空和第一空有衔接性.迅速抽出铁芯时,磁场变弱,G表指针偏转应与之前相反.这一空看似简单，但是这个推理成立的前提是前面已经有了具体案例作为基础，而且脑中有磁能量变化情况相反，电流方向相反这个观点支撑.也就是第一空内线圈磁场增强，G左偏，那么这一空磁场变弱,G右偏.根据以上解题的思维过程确定的素养解构如表2.

从以上素养解构发现，要解决这一空，科学推理的水平反而只有2，但是对物理观念中的看法与观点的考查反而到了4的标准.

2.3 第(2)问素养解构

第二问是紧随第一问而设计的，刚刚第一问中内线圈磁场增大G左偏，磁场减弱G右偏.根据交流电的变化特点，改为交流输出后,磁场在不停发生变化,根据楞次定律,感应电流的磁场也在不停变化,G表指针不停振动.根据以上解题的思维过程确定的素养解构如表3.

表3 第(2)问素养解构

从以上素养解构发现，有了第一问的思考，此问的科学推理的水平只有3，物理观念中的规律考查也只有2.

2.4 第(3)问素养解构

从第(3)问的设问：仅用一根导线，如何判断G表内部线圈是否断了？可以看出，此问要学生用自己寻找证据和线索来证明G表内部线圈是否断了，从解决问题的关键环节—寻找证据可以得出，此问一定涉及到科学思维中的科学论证素养.根据以上解题的思维过程确定的素养解构如表4.

表4 第(3)问素养解构

实验题中出现科学论证的考查绝非偶然.所谓科学论证，逻辑学指引用论据来证明论题的真实性的论述过程，是由论据推出论题时所使用的推理形式.平时我们做了那么多的实验，目的就是让学生在观察、实验的基础上通过科学推理和科学论证等得到结论，由此培养学生的科学思维.这一问的设计彰显选考实验加大了对科学论证素养的考查.

3 浙江选考实验解构对实验教学的启示

从以上例题分析和结合近几年浙江选考实验可看出，浙江的选考实验对物理观念的考查是其次的，更多的是考查学生们的科学思维素养和科学探究素养，科学思维素养里面更多的是考查科学推理和科学论证，而科学探究素养里面更多的是考查证据和解释素养.可见实验对于落实核心素养太关键了.笔者结合刚刚做的“力的合成”学生实验提出3点实验教学的建议，谈谈在平时的实验教学中如何落实核心素养.

(1) 关注实验细节，善于发现实验的教育价值.

伽利略开创了用实验去研究物理问题的先河，可见实验对于研究物理问题是至关重要的.但是现在在课堂上学生做实验也好，教师演示实验也好，最关心的可能是实验的结论，忽视了实验过程中一些有价值的细节.笔者认为，我们设计实验和分析实验，都要善于发现有价值的细节.这些细节对于结论可能没有影响，但是对于学生的素养提升影响很大.

比如笔者在上“力的合成”学生实验时，有些实验小组只放一个弹簧秤，学生就要找我还要一个弹簧秤，不然没法进行实验.笔者面对这个细节，笔者向他提出了一个问题：你们组只靠一个弹簧秤能做好实验吗？根据科学探究的问题、证据、解释和交流四要素分析发现，选择实验器材进行实验属于科学探究里的证据素养，《标准》里对证据的5个水平解读如表5.

表5 科学探究素养中证据的5个水平

学生按照笔者预设的实验方案进行实验(两个弹簧同时拉)，即使实验成功他们的证据水平也就达到了水平2—能根据已有的科学探究方案，使用基本的器材获得数据.他们虽然获得了实验结论，但是没有达到科学探究素养的层次提升.当笔者把“能否靠一个弹簧秤就能做好实验”的问题抛下去后，学生马上开动脑筋，两位组员之间重新审视实验原理，重新规划探究思路，发现可以用手等效成“假弹簧”拉，真弹簧读好数后，马上交换再拉一次，不就可以了吗？这个新奇的思想明显锻炼了学生获取证据的能力，至少达到了证据水平4—能制订科学探究方案，选用合适的器材获得数据.当然实验的价值很多(表6)，从实验的开始到最后，处处充满素养，是否善于发现，取决于教师的教育智慧.

表6 实验素养分布

(2) 善于搜集证据，培养科学论证能力.

科学论证是解释证据与结论之间的关系,是确定科学结论所需要的证据和寻找证据的途径.提升学生的证据意识，培养证据的搜集和解释，是提升科学论证能力的关键.

牛顿在推导万有引力过程就经历了科学求证的过程.他首先推导：F∝m/r2，根据牛顿第三定律：F∝M/r2，最后推广：“万有”.但他并不马上下结论.“伟大”的苹果点醒了他，他仰望星空，进行月地检验，统一了天上和地下的力.最后又用自己的结论证明了他笔下的行星运动和哈雷彗星的预言和被后世观测.同样伽利略在研究落体快慢和轻重有无关系的时候，也经历了科学求证.科学家如此，我们平时实验教学也应该如此.

图3

还是以“力的合成”学生实验为例，通过力的图示得到3个力的关系后(如图3)，教师不要急于得出结论，因为这只是一次实验，是否真的和结论一样，那也得进行猜想，进而进行科学求证，不能一蹴而就.

小组1猜想：分力和合力满足勾股定理的关系，即两个分力大小的平方和等于合力大小的平方.

其他组论证：不同意.因为其他大部分组实验数据按照勾股定理拟合，差别太大.两个分力相互垂直的小组除外.因此两个分力相互垂直时才满足勾股定理的关系.不具有普遍性.

小组2猜想：我们组将其中一个分力平移过去，发现3个力刚好形成一个三角形.可能三角形3边尚未完全闭合，可以认为是实验误差引起的(如图4).

其他组论证：平移其中一个分力之后，大部分小组均同意小组2的观点.

(这是不是就是我们探求的规律呢？是否还有其他观点？)

小组3猜想：连接分力的箭头，好像两个分力也能组成一个三角形(平时有奇特想法的学生提出来的，如图5)教师表扬该学生，猜想非常好.

图4

图5

图6

小组4猜想：我们以两个分力F1和F2作为两条边，构成一个四边形，这个四边形长的有点像平行四边形(图6).

其他组论证：添加辅助线，构成四边形后，大部分小组均同意小组4的观点.

教师质疑：你怎么能证明这个四边形就是平行四边形呢？

生：推平行线.通过验证，果然基本能重合.

师：从4个小组的猜想与全体同学的验证当中，我们排除了分力与合力的关系为勾股定理的关系.然而构建三角形和构建平行四边形似乎都行.那么到底哪种是我们所要找寻的规律呢？

经前人多次、细致的实验，最后确认，两力合成时，以表示这两个力的线段为邻边作平行四边形.这两个邻边之间的对角线就代表合力的大小和方向.这个法则叫平行四边形定则.三角形其实就是平行四边形的一条边平移后得到的，本质相同.平行四边形定则适用所有的矢量的合成.

点评：学生通过对实验数据的分析和实验规律的猜测，并在全班学生共同“证伪”和“ 证实”的情况下，基本能找到求合力的方法.虽然这里占用了一定的时间，但是学生在参与、体验、探究、合作过程感受到的科学研究方法和品尝到的学习乐趣却是无穷的.这个过程也就是学生搜集证据，培养科学论证素养的最佳时机.

(3) 要做真实验，不要放实验，不要讲实验.

由于课时紧张，很多教师喜欢用实验微课进行放实验，或者直接PPT讲实验.这样根本没有发挥出实验的教学价值.就拿“力的合成”实验来说，虽然看上去简单，而且结论的话学生也很好理解，但是实验过程中的很多好的思想不通过做实验是绝对体会不了的.

普通高中物理课程标准指出，实验手册上安排的实验，每个学生都要亲自去做好，不管是否做的出，经历了实验的过程，这就是价值.为什么学考和选考的实验试题，有些看上去也就2和3的水平，但是学生做题时错误很多，归根结底就是学生根本没有做过这些实验，稍微变换了形式就不会了.笔者的意思是，实验要真做，哪怕简单的实验，也要去实验室做.