生活化物理实验考查及应对策略①——以2020年中考题为例

钱士庄

(江苏省扬州市江都区仙城中学,江苏 扬州 225200)

1 引言

《义务教育物理课程标准(2011年版)》指出：实验探究既是物理学习的重要内容,也是物理学习的重要方法。[1]纵观近年全国各地的中考物理试题,实验探究的考查成为必选,其中生活化物理实验的考查正成为一种新趋势。生活化物理实验源自于学生的实际生活，与课程标准倡导的“从生活走向物理,从物理走向社会”的课程理念高度契合。

笔者对近年来中考生活化物理实验题做了深入研究，现以2020年中考题为例,从核心素养角度探讨生活化物理实验的考查及应对策略。

2 典型例题及分析

初中物理学科核心素养包括概括理解、实验探究、实践应用和求实创新四个方面,[2]中考命题者常以生活中常见物品为载体，从上述四个方面命制生活化物理实验考查题,贴近学生实际生活,符合学生的认知规律,非常接地气。

2.1 从概括理解的视角分析生活化物理实验试题

例1(2020年扬州)：如图1所示，将一块有机玻璃板架在两本书之间,用干燥的丝绸在有机玻璃板上摩擦后,看到有机玻璃板下方的小纸屑上下飞舞。有机玻璃板由于摩擦带上,具有的性质。

图1

分析：该题以有机玻璃板、丝绸和小纸屑等生活中常见物品设计实验,涉及的知识点是静电现象,从核心素养考查中的概括理解角度切入,主要考查观察与建模、概括与推理能力。本题对观察与建模的考查要求较低,即能对简单的物理现象进行描述,并从中获取一些信息；对概括与推理的考查要求也较低，能发现事物的一些特征,了解相关的概念和规律,会进行简单的推理。要求学生能够关注到小纸屑上下飞舞的现象,从中推理出静电的存在,进而得出带电体具有吸引轻小物体的性质。

2.2 从实验探究的视角分析生活化物理实验试题

例2(2020年南通)：如图2所示，裤架上的两个夹子分别夹住一条毛巾。以下方法能使裤架在水平位置平衡的是( )。

图2

A. 右边夹子向左移动

B. 左边夹子向左移动

C. 右边毛巾的下角夹在左边夹子上

D. 左边毛巾的下角夹在右边夹子上

分析：该题以裤架、毛巾和夹子为素材,以裤架挂晒衣物这一生活中常见情景命题。该题从核心素养中的实验探究视角命题,对实验探究中设计与操作的考查要求为中等水平，要求能围绕猜想和假设,运用物理知识设计简单的实验方案;能利用实验器材进行实验操作。首先要明确裤架是一个杠杆,杠杆左低右高,可根据杠杆平衡原理进行调节。从力臂角度考虑:可以减小左端的力臂,即将左边的夹子向右移;也可以增大右端的力臂,即将右边的夹子向右移。从力的角度考虑,减小左端的力或增大右端的力,即可以将左边的毛巾的下角夹在右边夹子上。

2.3 从实践应用视角分析生活化物理实验试题

例3(2020年南通)：在综合实践活动中,小明制作了一只长12cm、宽5cm的小纸船,如图3所示，图4是按图3中箭头方向观察到的船的主视图。现让纸船漂浮在水面上,向船内轻轻放入目前我们常用的一元硬币,估测纸船最多能承载的硬币数目最接近( )。

图3

图4

A.15枚 B. 35枚 C. 55枚 D. 75枚

分析：该题以学生手工制作的纸船为载体命制生活化物理实验题,从核心素养的实践应用角度进行考查,对于思想与方法考查要求为中等水平，针对一般情境的问题,能应用控制变量法、转换法、等效替代法等科学方法,明确思路,初步解决问题;能运用图像、方程等数学工具,简单处理信息,得出初步结论。该题主要涉及阿基米德原理、质量估测等物理知识。根据图4,以纸船长度为标准估算出纸船的高度,进而估算出纸船的体积。当纸船承载的硬币数量最多时,根据阿基米德原理估算出纸船所受最大浮力。由二力平衡可知：放入船中硬币所受的总重力与纸船所受的最大浮力大小相等,结合对一枚一元硬币质量的估算,即可得出硬币的数量。

2.4 从求实创新视角分析生活化物理实验试题

例4(2020年苏州)：Phyphox是一款功能强大的物理实验手机软件。其中的Acoustic Stopwatch功能能够自动记录下所接受到的两次响声之间的时间间隔:当手机接收到第一次响声时便自动计时,当再次接收到响声时计时自动停止(类似于使用秒表时的启动和停止)，由于对声音的响应非常灵敏,计时可精确到0.001s。

甲、乙两人使用手机在空旷安静的广场上测量声音的传播速度。他们分别站于间距测量值为s的A、B两处,打开手机软件做好计时准备,如图5所示。甲先在手机边击掌一次,乙听到击掌声之后,也在手机边击掌一次,查看甲、乙两手机均有效记录下了两次掌声的时间间隔,分别为t甲、t乙。

图5

(1) 若已知空气中的声速为340m/s,0.001s内声音的传播距离为m;

(2) 本实验中两手机所记录的时间大小关系是t甲t乙;

(3) 测得空气中声音的传播速度v声=。

分析：手机是学生非常熟悉的通信工具,以手机中计时软件为背景命制试题,考查空气中声速的测量,属于常规声速测量方案的拓展延伸,在核心素养中属于求实创新层面的考查,能将所学的思想方法应用到复杂的新情境中，去分析、解决问题;具有创新意识,能在分析、解决问题时提出某些新的方法、思路和手段,获得新的结果。测量空气中声速的常用方法是利用发令枪,测出从看到冒烟到听到枪声的时间,即为枪声传播的时间。试题在时间的测量上进行了创新,需要学生理解题目情景的描述,正确认识到甲、乙两人所测时间的差值为声音从A处传到B处、再由B处传到A处的时间,根据速度公式即可推出具体计算表达式。

3 应对策略

中考中生活化物理实验试题源自于学生的日常生活,所用器材都是常见的物品,取材方便,便于中考命题人员进行实际操作验证,符合核心素养的培养要求。应该如何应对生活化物理实验题的考查呢？

3.1 与时俱进,更新教师教育教学观念

物理学是一门以实验为基础的自然科学,实验探究伴随着物理学习的始终。随着物理课程改革的深化,物理实验探究的重要性愈发凸显。物理学科核心素养的提出,进一步明确了对实验探究的要求，物理课堂不能没有实验探究。然而,在实际教学中,重知识、轻实验的现象仍然存在。在相关课题针对生活化物理实验的问卷调查中发现：部分教师从来不组织实验教学,演示实验都很少，看似唾手可得的生活化物理实验离一些物理课堂似乎还有点远。因此,物理教师需要进一步解放思想、更新观念,从根源上认识到生活化物理实验的重要性,将生活化物理实验作为教学的“常客”,做到与时俱进。

3.2 激发兴趣,培养学生概括理解能力

生活化物理实验是激发学生学习兴趣的有效手段，以妙趣横生的生活化物理实验为载体,通过学生意想不到的现象激发学生的好奇心,在生活化物理实验探究中培养学生观察与建模、概括与推理、辨析与梳理等概括理解能力。

在苏科版初中物理教材的“引言”中就安排了多个生活化物理实验,如点燃玻璃罩中长短不一的两根蜡烛,看哪一支先灭。学生急切地希望得知结果,兴趣盎然,学生实验后会发现结果不尽相同,更能激发学生探究的欲望和兴趣。该生活化物理实验探究的关注点不在于实验结果,而是侧重于培养学生的观察和建模能力,即只要求学生能描述观察到的实验现象,进而能获取一些信息。在利用常见物品设计此类生活化实验时,教师应该引导学生尝试用语言表述观察到的现象,使得学生的概括理解能力得到锻炼和提高。

3.3 关注细节,培养学生实验探究能力

细节决定成败,实验操作的某些细节直接影响着实验的成败。在生活化物理实验操作中,要以严谨的态度关注实验的每个步骤,将学生实验探究能力的培养落到实处。

在静电现象的教学中,教师要求学生完成用吸管摩擦头发吸引小纸屑的生活化物理实验,部分同学却失败了,其实分发给学生的吸管中,部分是在水中浸泡过的。教师提醒学生注意对比实验成功与失败小组同学的吸管,不少学生很快发现了吸管的干湿有别,据此有学生提出:摩擦起电可能要在干燥的环境中才能完成,这就是通过细节促进了学生问题意识与猜想能力的提高。学生继续利用干、湿吸管做对比实验,培养了学生设计与操作能力。

3.4 善于引导,培养学生的实践应用能力

“亲其师,信其道”,物理教师应该成为学生物理学习征途上的引路人。着眼于培养学生的核心素养,教师应该实现从知识的教授者向学生能力培养的引路人的角色转换,学生在生活化物理实验中倍感困惑时为他们指引方向,促进学生分析与解释、反思与评价等实践应用能力的提高。

在用两根吸管制作喷雾器的生活化物理实验中,不少学生使出了吃奶的力气,都没有吹出水雾来。此时,教师应该引导学生注意水平管口面积大小问题,可以类比自来水水龙头打开后用手指将出水口堵住一部分时水流会变快的现象。学生自然意识到可以适当减小水平管的出气孔面积,即将水平管口与竖直管重叠部分面积,实验问题迎刃而解。生活化物理实验的改进过程实际上就是学生分析与解释、思想与方法、反思与评价等实践应用能力的培养过程。

3.5 敢于尝试,培养学生求实创新能力

“尽信书,则不如无书”,物理实验探究更应如此。进行生活化物理实验探究时,教师要提醒学生不能迷信权威、人云亦云,要实事求是、敢于尝试。对于异常实验现象或结果,要敢于质疑和求证,这样才能通过生活化物理实验，培养学生的质疑、创新等能力。

覆杯实验是一个典型的生活化物理实验,实验时一般会强调杯中要装满水。如果装满水的杯子在倒置过程中进入了空气,实验能否成功？要求学生通过实验证实。部分同学在杯中装入极少的水草草进行了实验,甚至个别同学未动手就得出了不能成功的结论，这实际就是迷信权威结论在作祟。教师要充分调动学生的积极性,提醒学生改变进入杯子中空气量的多少,多次对比实验。在大胆尝试后,学生发现当杯子中进入少量空气时,覆杯实验仍然可以完成,结果出人意料,这实际上就是求实与质疑能力的生成过程。

4 结语

物理源自生活,生活处处皆物理。生活化物理实验就是生活中常见问题或现象的呈现和探究过程,自然成为核心素养背景下中考题中的“宠儿”。物理教师应该意识到生活化物理实验探究的重要性,将其作为日常教学的常规动作。让学生通过生活化物理实验,逐步形成适应个人终身发展和社会发展所需要的必备品格和关键能力。[3]