基于物理核心素养的试题解构及教学启示——以“新冠”疫情为情境的试题解构

李建锋 熊 华 陈耿炎 潘 威

(1. 广东省深圳市龙岗区龙城天成学校,广东 深圳 518172;2. 广东省深圳市龙岗区教师发展中心,广东 深圳 518172;3. 广东省深圳市龙岗区华南师范大学附属平湖学校,广东 深圳 518115)

1 引言

《普通高中物理课程标准(2017年)版》(以下简称“新课标”)提出物理学业水平考试的内容要侧重考核物理学科核心素养，试题情境要符合学生心理水平和认知规律，体现物理学科本质，密切联系社会、经济、科技、生产生活实际。[1]

在2020年爆发了新型冠状病毒肺炎疫情，“新冠”成了全民关注的热点事件，“新冠”疫情的防控涉及大量物理知识，以“新冠”情境考查学生的核心素养，可以培养学生的人文精神和社会责任感。教学评价是物理学科核心素养落地的重要途径，新课标提出了学业质量水平标准，因此，基于物理学科核心素养解构试题就显得尤其必要。笔者改编了以“新冠”疫情为情境的初中物理试题，参考新课标学业质量水平等级，从题目求解过程、核心素养要素、核心素养类型、学业质量水平四方面解构试题，并提出基于核心素养的教学建议。

2 以“新冠”疫情为情境的初中物理试题解构及教学启示

2.1 选择题

试题1：2020年初新型冠状病毒肺炎期间，部分社区实施居家隔离，为了保证居民的正常生活需求，社区组织无人机在空中进行非接触式物品配送。如图1所示，一架无人机沿斜向上做匀速直线运动，空气对无人机和物品作用力的方向为( )。

图1

A. 与无人机运动方向相同

B. 与无人机运动方向相反

C. 竖直向上

D. 竖直向下

2.1.1 试题解构

本题关注物理观念中的运动与相互作用观念，重点考查二力平衡、重力方向、力与运动的关系及其应用，评价学生利用物理观念分析问题、推理论证、解决问题的能力(表 1)。

表1

2.1.2 教学启示

从以上物理学科核心素养的解构可以看出，此题对科学思维的考查等级是水平2，对物理观念的考查等级达到了水平3。在培养学生的核心素养中，物理观念是基础，教师要引导学生形成物理观念，促进学生科学思维的培养。[2]在解答此题时，学生必须具备“力与运动”的物理观念，明确无人机处于平衡状态，才能根据重力方向分析推理出空气对无人机的作用力方向。此题的典型错误之一是选A，此类学生认为，无人机在运动过程中要受到与运动方向相同的力，究其原因是学生的头脑中存在“力是维持物体运动的原因”这个根深蒂固的“迷思概念”。因此，教师要设置与“迷思概念”相矛盾的情境，引发思维冲突，再结合“斜面小车实验”促进学生深度学习，纠正“迷思概念”，最后创设多种生活情境，让学生运用物理观念解决问题，培养他们的科学思维能力。

2.2 设计题

试题2：在新冠疫情期间许多商家提供了机器人配送和自动售货等形式的非接触式服务。某自动售货机，它可通过手机扫码使开关S1闭合，也可通过投币使开关S2闭合，启动电动机完成自动售货。在光线较暗时光控开关S3自动闭合，接通灯泡照明。请按照要求设计电路。

2.2.1 试题解构

本题主要从“科学思维”中的模型建构、科学推理两个要素出发，考查并联电路的特点、电路的连接方法等电路设计的知识，从而考查学生提取信息、分析推理、模型建构等要素(表2)。

表2

2.2.2 教学启示

从以上的物理学科核心素养解构中可以发现，要设计出符合要求的电路，对科学思维的考查等级达到了水平4，对物理观念的考查等级为水平3。学生在解题时，根据条件推论出开关S1、S2并联后与电动机串联，光控开关S3与灯泡串联，电动机与灯泡能独立工作，建立两用电器并联的电路模型。新课标指出：科学思维是基于经验事实建构物理模型的抽象概括过程；是分析综合、推理论证等方法在科学领域的具体运用。[1]物理模型建构和科学推理不仅要运用物理概念和规律，还要在生活、社会情境中运用分析综合、推理论证等方法。教师在教学中，要将物理观念联系生活实际，创设真实的生活情境，让学生在解决问题的过程中，分析问题，建构物理模型，发展学生的科学思维。

2.3 实验题

试题3：新冠疫情期间，某物理兴趣小组购入了一支电子体温计，探究热敏电阻RT的阻值与温度的关系。

(1) 为了让实验效果更明显，图2甲的烧瓶应该加入的液体是(填“水”或“煤油”)，原因是，热敏电阻产生热量的多少是通过反映。

(2) 依次改变控温容器中液体的温度，同时调节滑动变阻器，使电流表的示数保持不变(图2乙)，读出电流表示数为A；通过实验，记录数据如表3所示。当温度为37 ℃时，热敏电阻的功率为W；从实验数据可发现，在一定温度范围内，该热敏电阻的阻值与温度的关系是。

表3

(3) 兴趣小组用该热敏电阻和电压表制成了一支指针式温度计(图2丙)，可直接在电压表刻度盘上读出相应温度。若电压表的示数随温度的升高而增大，则应在(填“R”或“RT”)两端接入电压表。

图2

2.3.1 试题解构

本题通过创设新的物理情景，重点考查比热容、欧姆定律、电流表的读数、电功率的计算、影响电阻大小的因素和串联电路的特点等知识，考查了基于证据得出结论并作出解释的能力(表4 )。

表4

2.3.2 教学启示

从以上物理核心素养的解构可以发现，学生要解答此题，物理观念的学业等级需要达到水平4，科学思维的学业等级需要达到水平3，科学探究的学业等级需要达到水平3。学生需要理解比热容的概念，运用科学探究中的转换法，会读出电表示数，知道电功率与电流、电阻的关系，会根据实验数据，发现特点，得出结论，能根据电路特点解决实际问题。科学探究是物理教学的方式，也是学生学习的方法，教师在教学中要引导学生进行科学探究，从中形成物理观念，发展科学思维。[2]教师在课堂中要给学生创设自主探究的实验情境，让学生经历科学探究的过程，通过科学探究的方式生成智慧。当然在科学探究的过程中也要关注科学方法的渗透，比如控制变量法、转换法、等效替代法、比值定义法、理想实验法等，让学生形成科学的思维习惯。同时，教师可以结合实际和学生的情况设计小课题，或让学生自己拟定课题，使学生在课题探究中发展核心素养。[1]

2.4 计算题

试题4：在疫情期间，马老师自制了一个高拍仪解决了“空中课堂”板书的难题。高拍仪由一部智能手机(参数见表5)、一个柱状盒子的底座、一个质量为320 g的长方体石块组成(图3)。具体使用方法为：将手机摄像头端伸出底座，另一端用长方体石块压在手机末端，固定手机，开启摄像头后，可全程直播教师的板书过程。

表5

图3

(1) 上课前马老师将手机充满电，在充电过程中，电能主要转化为能和能。

(2) 为了扩大拍摄范围，请你帮马老师估算一下，手机允许伸出的最大长度约为多少？

(3) 一节课结束后，马老师发现手机上显示的电量只剩下75%，远比平时耗电快，手机在这样“重度”使用下，实际电功率是多大？

2.4.1 试题解构

本题考查了能量转化、电功率的知识，考查学生抽象出杠杆模型的能力，同时也考查了学生的信息获取能力。

表6

2.4.2 教学启示

从以上物理核心素养的解构可看出，此题对科学态度与责任的考查等级是水平1，对物理观念的考查等级是水平3，对科学思维的考查等级达到了水平4。解答本题的关键是要建构杠杆模型，并从表格中获取有效信息。模型建构和获取、处理信息是重要的物理学习能力，在问题解决过程中，往往要综合两者的关系，这是解决问题的关键点。因此，教师要创设真实的情境，培养学生的物理建模能力。由于真实生活情境较复杂，学生容易受干扰因素影响，不能很好地建构模型，因此教师要引导学生学会从情境中提取关键信息，分析研究对象、物理特征，抓住核心要素，从问题情境中抽象出物理模型，提升科学思维能力。

3 结语

教学评价是教学活动的重要组成部分，也是落实物理学科核心素养培养目标的重要保障，应以课程目标、课程内容和学业质量为依据，创设与学生生活、社会和科技发展息息相关的问题情境，重点评价学生物理学科核心素养的具体表现，同时要关注物理学科核心素养的整体性和综合性。因此，教师在教学过程中要落实物理学科核心素养的培养任务，培养学生正确的价值观、必备品格和关键能力。