指向学科关键能力的物理中考命题与教学启示——以2021年苏州市物理中考试题为例

吴志明

（江苏省太仓市实验中学，江苏太仓 215400）

2019年11月《教育部关于加强初中学业水平考试命题工作的意见》中强调，要坚持正确导向，落实立德树人根本任务，依据课程标准科学命题，发挥引导教育教学作用.指向学科关键能力的中考命题，是落实上述指导思想的有效行动路径.

1 初中物理学科关键能力的要义解读

江苏省自2006年开始全面推进义务教育阶段学生的学业质量监测，专家组基于大量实证研究，形成了《江苏省义务教育学科核心素养与关键能力框架》研究成果.书中指出：学科关键能力是学科特有的，它是学生在经历相应学科学习的过程中逐步形成的，适应个人终身发展和社会发展需要所必备的能力.［1］初中物理学科关键能力包括概括理解、实验探究和实践应用.“概括理解”是指学生学习掌握物理学科知识的能力；“实验探究”是指学生进行观察、实验和科学探究的能力；“实践应用”是指学生解决实际问题和迁移创新的能力.［1］具体内容及行为表现如表1所示.

表1 初中物理学科关键能力框架

上述初中物理学科关键能力框架与《中国高考评价体系》所提出的3 大关键能力群的指向是一致的，在初中学段，学科能力水平的考查要求依据相应的《义务教育物理课程标准》.图1 表示两者之间的衔接与对应关系.

图1 学科关键能力衔接对应关系

2 中考命题对关键能力的考查分析

以2021 年苏州市物理中考试卷（以下简称“试卷”）为例，在初中物理学科关键能力框架下，选择部分代表性试题进行分析，有的试题涉及多种能力的考查，将选择比重较大的关键能力进行分析.

2.1 关于概括理解能力的考查

例1.阅读材料，回答问题：

某研究小组对“塞贝克效应”进行了初步的学习研究，塞贝克效应是指由于两种不同导体或半导体的温度差异而引起两种物质间产生电压差的热电现象，例如将两种不同金属两端连接组成回路，如果使两个接触点的温度不同，则在回路中将出现电流，金属的塞贝克效应在一定条件下是可观的.

研究小组依据上述理论，制作了一个“蜡烛电厂”.如图2（甲），蜡烛电厂分为蜡烛、装置和用电器3个部分，其中装置部分有铁丝A（中间接入了灯泡和电流表）、铜丝B、水冷装置C，铁丝、铜丝的两端紧密相连，点燃蜡烛，小量程电流表指针偏转.他们对蜡烛电厂的发电效率进行了研究，蜡烛、装置、用电器3部分的效率分别为η1、η2、η3，并且重点研究了输出功率与两端的温度差、接入电路的用电器的电阻这两个因素的关系，根据实验数据绘制出如图2（乙）所示图像.

图2 “蜡烛工厂”实验

问题：

（1）此蜡烛电厂的电能是由蜡烛的_________能转化而来的；

（2）根据3部分的效率，可知此蜡烛电厂的发电总效率________；

（3）根据图像可以看出：温差一定时，输出功率随电阻的增大而_________；温差因素对输出功率的影响规律________；

（4）根据塞贝克效应，选择合适的两种金属和电流表组成电路，可通过电流的大小来监测____.

解析：本题文字较多，阅读量大，信息量大，首先考查学生概括理解能力中的第1 个维度：观察与建模能力，要求学生通过阅读文字和图像，认识物理现象，在物理表象的基础上，识别、筛选、提取有用信息，抓住关键因素，构建相应的物理模型，建立起简单电路示意图模型，其中电源模型是关键.其次，考查概括理解能力中的第2 个维度：概括与推理能力，在对已有物理事实和信息加工分析的基础上，形成对物理过程的本质认识.认识蜡烛电厂工作过程中的能量转化关系；理解发电总效率由构成蜡烛电厂3 部分的效率所决定，依次打折；借助图像信息的分析与处理，概括出输出功率随电阻的变化规律.最后考查概括理解能力中的第3个维度：辨析与梳理能力，梳理已有的零碎知识，辨析与强化对塞贝克效应本质特征的认识，在大脑中形成较完整的知识结构网络，综合分析解答题设问题.

参考答案：（1）化学；（2）η1η2η3；（3）先增大后减小；电阻一定时，温差越大，输出功率越大；（4）温差.

2.2 关于实验探究能力的考查

例2.纯电动汽车是一种采用蓄电池作为唯一动力源的汽车，电池的安全性主要体现在对其温度的控制上，当某组电池温度过高时，立即启动制冷系统进行降温，图3（甲）是小明设计的模拟控温装置示意图，电磁继电器与热敏电阻Rt、滑动变阻器Rp串联接在电压为6 V 的电源两端.当电磁铁线圈（电阻不计）中的电流I大于或等于25 mA时，衔铁被吸合，热敏电阻置于温度监测区域，其阻值Rt，与温度t的关系如图3（乙）所示，滑动变阻器的最大阻值为200Ω.

（1）图3（甲）中应将b端与_________端相连；

图3 模拟控温装置及实验

（2）当开关S闭合时，电磁铁上端为____极；

（3）若设置电池温度为60 ℃时启动制冷系统，则滑动变阻器阻值应为_________Ω；

（4）该电路可设置启动制冷系统的最高温度是_________℃；

（5）现利用一只电阻箱在室温条件下对上述电路进行调试.使电路能在60 ℃时启动制冷系统.为此，先将电阻箱调为70Ω，然后还需要经过3个关键的调试步骤才能完成调试.

第1步：断开开关，_______；

第2步：闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，直到继电器的衔铁被吸合；

第3步：断开开关，_________，完成电路调试.

解析：本题探究的是教材之外、基于真实情境的实际问题，着重考查学生实验探究能力维度中设计与操作能力、证据与论证能力.一是要求学生对模拟温控实验装置电路图进行分析，理解实验的设计原理，进而完成控制电路与工作电路之间正确连接的操作步骤；二是对实验收集的图像信息进行读取与分析，找出热敏电阻阻值与实验监测温度之间的关键数据，依据物理原理进行分析处理，以获取相关证据；三是对得到的证据进行分析论证，本题涉及运用欧姆定律计算串联电路总电阻，以及等效电阻计算、滑动变阻器最大阻值200Ω 边际条件的限制等，要求学生运用科学思维方法进行充分地分析和归纳，这样得出结论才具有普遍意义；四是在物理情境中发现新问题，提出了更高的能力考查目标，要求学生在原有实验装置基础上，设计新的实验方案，规划相应实验步骤，突出考查学生实验探究的迁移与创新能力，以及等效替代的科学思想方法.

参考答案：（1）c；（2）N；（3）170；（4）90；（5）用电阻箱替换热敏电阻；用热敏电阻替换电阻箱.

2.3 关于实践应用能力的考查

例3.光速的测定在物理学中有多种方法，迈克耳逊曾用类似于下述方法在地球上较精确测定了光速.将激光发射器和接收装置按图4 所示位置固定，装置（a）是4个侧面均镀有高反光涂层的正方体，可绕固定的中心轴转动（图示为俯视图），当正方体转动到图示位置静止时，激光束恰能以45°角照射到某侧面中心P点处，反射到相距几十千米外的一个山顶上，经此处的光反射器（内部结构未画出，不计光在其中的传播时间）反射后，平行于原光线射到正方体另一侧面中心Q点处，最终被接收装置接收到.

图4 光速的测定实验

（1）若光速为3×105k m／s，正方体到光反射器之间的距离为30 k m，则光从P点射出到射回Q点所用的时间为_________s；

（2）正方体快速转动一周，光反射器能接收到_________次激光的照射；

（3）当正方体的转速为n圈／s时，接收装置可接收到激光，正方体与对面山顶光反射器间距离用d（单位：m）表示，则测得的光速可能为_________m／s.（填写选项符号）

（A）8nd. （B）12nd. （C）16nd. （D）20nd.

解析：本题是一道综合性试题，问题情境比较复杂，要求学生综合运用学科知识及物理思想与方法解决“测定光速”这一实际问题，突出考查学生的实践应用能力.首先，在分析与解释的能力维度上，学生需对一大段题干文字仔细阅读分析，结合对题图的观察与思考，合理解释物理现象，厘清测定光速的物理原理、过程和方法，构建起合理的物理模型.其次，在思想与方法的能力维度上，需应用理想实验法、图形图像法等科学思想和方法，对物理模型进行转化，建立与物理规律之间的相应联系，考查了学生抽象思维能力、演绎推理能力和归纳概括能力.最后，在反思与评价的能力维度上，解答题设第3问时需要学生在高阶思维层面上，对自己的运算结果进行检讨性的再思考，分析反思、客观评价自己解题的思路方法和最终结论，从科学性和合理性的角度进行判断与评价.

参考答案：（1）2×10－4；（2）4；（3）A.

3 对物理教学的启示

中考命题对物理教学具有重要引导作用，指向学科关键能力的物理中考命题，提示我们日常物理教学要立足学科素养，采取有效策略，落实学科关键能力的培养.

3.1 创设问题情境，转变学生学习方式

“学科关键能力”不是教师能够通过“教”直接传授给学生的，而是要在真实、有意义的问题情境中，引导学生去发现、提出和分析问题，在思考和解决问题的过程逐渐培育和发展起来的.日常教学中，教师要依据学生的学习认知规律，创设合适的问题情境，激发学生的认知矛盾和认知冲突，在体验和感悟中发现有价值的、有挑战性的物理问题，通过内在强烈的学习动机去积极思考和探索；这一过程中，教师要运用灵活多样的教学方式，整合有效课程资源，及时提供帮助和指导，引导学生开展自主、探究、合作学习，实现物理学习方式的根本转变，培养学生终身学习的意识和能力.

3.2 基于问题解决，提升学生思维品质

思维的发展过程就是一个不断发现和解决问题的过程.实施基于问题解决的物理教学，就是立足学科核心素养，将有意义有价值的问题引入到学生的学习活动中去，以问题为学习任务的载体，以解决问题为学习的驱动力，伴随着问题的提出、分析、执行与解决过程，引导和推动持续性的学科学习活动.［3］问题的设计要紧扣学习目标，紧扣核心概念，问题要具有可及性、层次性和逻辑性，适当增加劣构性问题、开放性问题的占比，学生通过解决实际问题来学习蕴含其中的物理学科思想与方法，逐步提高解决问题的能力和水平，不断提升思维品质.

3.3 优化作业设计，强化学生应用能力

学科关键能力最终将落实在对相关实际问题的解决上，体现在学生面对实际问题时，进行知识加工、能力转化和创新思维的过程之中.物理作业作为重要的教学常规环节，要进行针对性、整体性优化设计，摒弃那些简单重复、机械划一的低阶思维水平问题.作业内容要关注生活生产实际问题，关注科技前沿问题，关注社会热点问题，遵循从物理走向社会的基本课程理念；作业形式要多样化、多元化，增加观察与实验方面的实践类作业，精心设计开放性、发散性思维要求的实践应用性作业，以此不断强化学生解决实际问题的应用能力.