评价物理关键能力的试题设计策略

许帮正

摘   要：基于命题实践，文章提出了评价物理关键能力的试题设计策略：构建科学的物理模型，评价学生的知识结构和实践应用能力;抓住实验探究中的真问题，评价学生的实验技能和探究思维;基于物理综合实践活动，评价学生的设计与分析论证能力。

关键词：物理模型;实验探究;综合实践活动

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2021）12-0034-4

关键能力是指学习者在面对生活实践或学习探索问题情境时，具备在正确的思想价值观念指导下，高质量地认识问题、分析问题、解决问题的能力。就物理学科的学习而言，认识问题需要具备结构化的物理知识体系;分析问题需要具备物理模型的建构和识别能力;解决问题需要具备实验技能以及理论思维和数学方法应用能力。物理课程内容结构由物理内容、实验探究和综合实践三大类一级主题构成。为评价学生的物理学科关键能力，需关注学生的学习经历，遵循课程的内容结构。

1    構建科学的物理模型，评价学生的知识结构和实践应用能力

“从生活走向物理，从物理走向社会”是物理课程的基本理念。实践应用能力是学生在面对生活实际问题情境时进行知识应用的过程。为评价学生的实践应用能力，我们需要联系生活实际，选择合适的素材构建科学的物理模型。

2020年疫情期间，学生外出机会减少，乘坐公共交通的机会也减少，为体现物理学科的实践应用价值，贴近学生生活，笔者选用了“家用小汽车”作为命题素材。作为交通工具，汽车的安全性是首要考虑的问题。为了保障行驶安全，汽车的后风窗都装有加热除霜电路，图1是该电路的工作原理图，其中的控制器电路原理如图2所示。这个加热除霜电路是如何工作的？加热的功率为多大？如何合理设计和改进？这些都是实际问题。通过对这些问题的考查，可以很好地引导学生将知识迁移到新的情境，并运用物理的思想与方法解决新问题。于是，笔者走访了专业人员，对汽车后风窗玻璃质量、电路中原件的规格做了进一步的了解，再对汽车后风窗加热电路进行合理建模，设计了如下试题。

例题1 （无锡·2020年中考试题）冬季，汽车后风窗玻璃上常会形成一层薄霜，导致驾驶员无法准确观察后方情况。为保障行车安全，后风窗玻璃装有加热除霜电路。如图3甲所示，是某同学设计的模拟汽车后风窗玻璃加热电路，它由控制电路和受控电路组成。控制电路中S接“手动”时，电磁铁A通电吸引衔铁，使触点D、E接触，受控电路中电热丝R2工作，对玻璃均匀加热。S接“自动”时，加热过程中，玻璃温度升高至45 ℃时，触点D、E恰好脱开，此时控制电路中通过的电流为0.02 A。电路中U1=6 V，U2=12 V，R0=150 Ω，R2=0.8 Ω，R1为固定在玻璃内的热敏电阻，其温度始终与玻璃温度相同，阻值随温度升高而增大。若电热丝R2所产生的热量完全被玻璃吸收，玻璃质量为9 kg，玻璃比热容为0.8×103 J/（kg·℃）。电磁铁A线圈的电阻忽略不计。

（1）开关S接“手动”：

①电磁铁A通电时具有磁性，此现象称为电流的___________效应，A的上端是___________极。

②将玻璃从-5 ℃加热至45 ℃，所需的时间是多少？

（2）开关S接“自动”。玻璃的温度为15 ℃和45 ℃时，控制电路的功率相差了0.03 W，则15 ℃时热敏电阻R1的阻值为___________Ω。

（3）汽车后风窗玻璃上的电热丝R2是通过丝网印刷的方式将专用的导电银浆印刷到玻璃的表面烧结制成，如图3乙所示。在电压U2不变的情况下，为增大电热丝R2的加热功率，请从银浆线的厚度、条数、粗细等方面，提出一种改进措施___________。

试题考查的知识点包括：电流的磁效应、影响电阻大小的因素、热量、焦耳定律、欧姆定律、电功率;知识的水平层次包括了解、认识、理解。试题的任务指向体现学科问题的解决过程，驱动学生去辨别、分析、综合、建构、决策。试题通过设置层次性任务，从不同角度、高度来考查学生的思维能力、思维品质和策略应用水平，包涵着对学生物理知识结构的评价，包涵着对物理模型的分析和解释、解决问题时所用的思想和方法、基于实际应用的反思与评价的考查。

2     抓住实验探究中的真问题，评价学生的实验技能和探究思维

义务教育阶段的物理课程是一门以实验为基础的自然科学课程，探究是融合了观察、实验、理论思维和数学方法应用的科学教学法。在实验探究中，教师切忌让学生“按方抓药”，而应让学生切实经历探究过程，才能发现真实的问题。

笔者曾听多位教师讲授“测量定值电阻的阻值”，教师提供给学生的主要器材有：两节新干电池，阻值为5 Ω或10 Ω的待测电阻，电压表、电流表，滑动变阻器。一般的教学流程是：给出测量原理“欧姆定律”—按照原理连接电路—多次测量取平均值。接下来，提出假设，如果电流表（或电压表）损坏，如何测量？这种教学方式下，学生看似经历了探究过程，但是实质是重复实验操作，并非真实的学习。

准确测量出定值电阻的阻值是实验目的，这里就包括小电阻和较大电阻的测量。教学中，如果做以下两种情形的改进，则可以培养学生真实的实验技能和探究思维。一是，如果我们给学生1 Ω或2 Ω的电阻，实际测量时，学生碰到的第一个问题就是电流表到底选择哪个量程？同时要注意，这时电流会超过1 A，属于大电流，在此情形下，如何减小测量误差？二是，选取家用电器中实际使用的色环电阻（200 Ω左右）让学生测量，电流表示数小于最小分度值0.02 A，此时就只能考虑选用其他测量方案，也就排除了电表损坏的人为假设。其他测量方案例如可以采用如图5所示的方式，利用电阻箱和待测电阻串联，将电压表接在电阻箱两端，改变电阻箱的阻值，读出电压表示数，利用数学关系，准确测量出待测电阻的阻值。基于上述电阻测量中需要解决的实际问题，笔者设计了如下的中考试题。

例题2 （无锡·2020年中考试题）小明和小华在进行“测量定值电阻的阻值”实验，器材有：干电池两节，开关、电压表、电流表、滑动变阻器（20 Ω  1.5 A）、电阻箱（0～9999 Ω  5 A）各一个，待测电阻R1、R2，导线若干。

（1）连接电路前，小明发现电流表指针如图6甲所示，于是他将电流表指针调至______________________。

（2）①图6乙是他们连接的测量R1阻值的部分电路。请用笔画线代替导线，将电路连接完整。

②闭合开关前，应将滑动变阻器的滑片P置于最______________________（选填“左”“右”）端。

③在正确完成上述操作后，闭合开关，移动滑片P，当电流表示数为0.2 A时，电压表示数如图6丙所示，则电阻两端的电压为___________V。多次实验所测量的结果如表1所示，则R1的阻值为___________Ω。

④测量R1阻值的过程中，老师提醒他们要尽量缩短通电时间，并用较小的电流来测量，这样做的理由是：______________________。

试题第（1）问设计的最初设想是考查电流表的量程，考虑到试题设问的递进性，后来改为“电流表校零”的技能考查。第（2）问的①②③小问考查学生在电阻测量中的电路连接、读数及数据处理技能，属于实验技能考查。

实验探究能力应是学生在面对实际问题情境时，进行的学以致用的认知操作和行动操作过程中表现出的稳定的个性心理特征，是理论联系实际所必须具备的能力基础。此能力包括实验设计、动手操作、数据处理和信息转化能力。试题设计应根据真实的问题情境，才能较好地评价学生的实验技能和形式逻辑思维。

3    基于物理综合实践活动，评价学生的设计与分析论证能力

通过组织综合实践活动，可以发展学生跨学科应用知识的能力、分析和解决问题的综合能力、动手实践的操作能力;培养学生积极认真的学习态度和乐于实践、敢于创新的精神。基于真实的综合实践活动进行试题设计，可以对学生的设计与分析论证能力进行较好的评价。

例题3 （无锡·2021年八年级学业水平测试试题）在物理综合实践活动中，小红和小华在老师的指导下制取干冰并做了一些有趣的探究：

（1）如图8甲所示，她们将一个棉布袋套在干冰灭火器口部，手按灭火器的手柄，过一会儿，棉布袋内出现了干冰。在此过程中，她们观察到装有干冰的棉布袋外侧有一层“白霜”，那是空气中的水蒸气遇冷          （填物态变化名称）形成的。布袋下方还有缥缈的白雾，如图8乙所示。雾的形成是           现象（填物态变化名称）。

（2）如图8丙所示，她们在两只相同的烧杯中倒入体积和温度相等的食用油和温水。

①她们先将干冰放入油中，干冰沉底后，观察到油中有大量气泡产生，干冰完全消失后，烧杯中油的体积并未发生变化，这说明干冰在油中发生了___________（填物态变化名称），用手触摸杯底，感觉到很凉，说明___________。

②接下来，她们将干冰放入温水中，干冰沉底后，观察到水中有大量气泡产生，杯子上方产生大量白雾。小红认为杯子中的水正在沸腾，小华则认为要进行判断，给你一只温度计，请你说明判断方法：___________。水面上方的大量白雾又是如何形成的呢？请你给出合理的分析：___________。

③请根据实验中干冰呈现的特性，提出一种在生活中合理使用干冰的方案___________。

在命制该试题时，我们来到了消防中队，设计了两组实践项目：一组是自制干冰（图8甲和乙）;一组是观察干冰放入等温的煤油和水中后所发生的现象，以此考查学生的设计和分析论证能力。之所以选择温油，是考虑到水与油的不兼容性，判断干冰在此过程中是否发生液化，而判断的方法是测量干冰消失后油的体积是否发生变化;干冰放入温水中，会观察到水的内部和表面有大量气泡产生，如何判断这并不是沸腾？需要学生了解水的沸腾特点，同时注意此时的外界条件。在实验过程中，水和外界是充分接触的，水的沸点应该接近100 ℃，所以，设计了给学生一只温度计，让他们给出判断方法。根据干冰升华吸热的特性，设计了对烧杯上方的白雾成因进行分析。经历探究后，请学生依据干冰的特性提出干冰在生活中使用的方案。试题考查了学生对物态变化及其特点的了解，评价了学生的分析论证及实践应用能力。

综上所述，在物理的学业水平测试中，为了科学评价学生的物理關键能力，需要注重试题的情境素材指向物理课程的核心素养，具有实践性的研究价值;需要注重知识点的选择，应遵循课程标准的要求，指向物理学科的必备知识;需要设计好问题，以凸显相关能力在解决问题中的水平层次。更为关键的是，在具体的试题设计技术上，我们需要关照学生的学习经历，依据物理课程内容结构，评价物理内容的学习水平，评价实验探究的思维层次，评价综合实践活动的开展状况，才能切实以评价引领物理课程的改革。

参考文献：

[1]教育部考试中心.中国高考评价体系[S].北京：人民教育出版社，2019：14.

[2]义务教育学科核心素养与关键能力研究项目组.义务教育学科核心素养·关键能力：测评与教学（初中物理）[M]. 南京：江苏凤凰科学技术出版社，2018：9-11.

[3]程柱建.物理观念的教学与评价[J].物理教师，2019，40（08）：4-9.

（栏目编辑    陈  洁）