培养学生关键能力群的物理教学策略——以2022年1月浙江省物理选考卷为例

季超群

（衢州市教育局教研室，浙江衢州 324000）

教育部考试中心发布的《中国高考评价体系》一书中提出了“价值引领、素养导向、能力为重、知识为基”高考综合评价体系.其中能力是学科核心素养中的关键能力，它是指：“对即将进入高等学校的学习者在面对与学科相关的生活实践或学习探索问题情境时，高质量地认识问题、分析问题、解决问题所必须具备的能力.高考评价体系确立了符合考试评价规律的3 个方面的关键能力群：第1方面是以认识世界为核心的知识获取能力群；第2方面是以解决实际问题为核心的实践操作能力群；第3 方面是涵盖了各种关键思维能力的思维认知能力群.”［1］根据高考的特征，高考评价体系将这3个方面关键能力的发展水平作为主要考查内容，以区分学生综合能力水平的高低，引导基础教育对学生综合能力的培养.

1 关键能力与情境

1.1 知识获取能力群

“知识获取能力”是指学习者在面对与学科相关的生活实践或学习探索问题情境时，在客观描述世界、科学解释世界的过程中表现出的稳定的个性心理特征，是个体认识世界、学会学习所必须具备的关键能力.主要包括：语言解码能力、符号理解能力、阅读理解能力、信息搜索能力、信息整理能力等等.

1.2 实践操作能力群

“实践操作能力”是指学习者在面对生活实践或学习探索问题情境时，进行学以致用的学科认知操作和行动操作的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.主要包括：实验设计能力、数据处理能力、信息转化能力、动手操作能力、应用写作能力、语言表达能力等等.

1.3 思维认知能力群

“思维认知能力”是指学习者在面对生活实践或学习探索问题情境时，进行学科认知加工的过程中表现出的稳定的个性心理特征；是学习者在秉持科学态度，运用严谨的理性思维和丰富的感性思维，发现新问题、运用新方法、解决新问题、获得新结论的过程中表现出来的思维能力；是激发个体好奇心、想象力、塑造创新人格所必须具备的能力基础.主要包括：形象思维能力、抽象思维能力、归纳概括能力、演绎推理能力、批判性思维能力、辩证思维能力等等.［2］

1.4 情境

高考评价体系中所指的“情境”即“问题情境”，指的是真实的问题背景，是以问题或任务为中心构成的活动场域.“情境活动”是指人们在情境中所进行的解决问题或完成任务的活动.根据目前高考的考查方式，高考内容的问题情境是通过以文字与符号描述的方式，即纸笔形式进行建构的，而情境活动也同样是通过以文字与符号描述的形式进行的.［3］

2 教学策略

针对高考评价体系中“知识获取能力，实践操作能力，思维认知能力”的能力群，2022年1月浙江省物理选考卷很好地落实了这3方面能力群考查.通过对其中2道物理选考题考查的诠释，提出教学策略如图1所示.

图1

解构化策略是指对真实情境试题的结构和内容等通过阅读题设，将关键文字、符号、表格、图像（表）等信息进行提取并分解剖析的策略，通过强化解构化策略来提升知识获取能力的目的；程序化策略是指对真实情境试题按一定顺序将关联内容进行有序科学实验设计、数据处理、信息转化、语言表达的策略.通过规范程序化策略来达到提升操作实践能力的目的；逻辑化策略是指对真实情境试题通过模型构建、推理论证、质疑创新等思维活动进行认知的策略，通过强化逻辑化策略来达到提升思维认知能力的目的.解构化策略是关联问题的前提，逻辑化策略是分析问题的核心，程序化策略是梳理问题的关键，三者不可分割.

3 典型试题剖析

例1.小明同学根据图1 的电路连接器材来“探究导体电阻与其影响因素的定量关系”.实验时多次改变合金丝甲接入电路的长度l来调节滑动变阻器的阻值，使电流表的读数I达到某一相同值时记录电压表的示数U，从而得到多个的值，作出图像，如图4所示.

图4

（1）在实验中使用的是__________（选填“0～20Ω”或“0～200Ω”）的滑动变阻器.

（2）在某次测量时，电压表的指针位置如图3所示，则读数U=_________V.

图3

（3）已知合金丝甲的横截面积为7.0×10-8m2，则合金丝甲的电阻率为_________Ω·m（结果保留2位有效数字）.

（4）图4中图线b是另一根长度相同、材料相同的合金丝乙与合金丝甲并联后采用同样的方法获得的_l图像，由图4可知合金丝甲的横截面积________（选填“大于”“等于”或“小于”）合金丝乙的横截面积.

解构化策略.由题设解构如下：（1）图2实验方案为伏安法测电阻，安培表内接；（2）图3 中l图像物理含义是什么？（3）由题设和图3可知，以电阻为桥梁建立各物理量的关系为→R←.

图2

逻辑化策略.提出质疑：（1）通常伏安法测金属丝电阻采用安培表外接法，因为金属丝电阻比较小，可与安培表的电阻相比较，既然这样此题为何还采用安培表内接法呢？（2）测得金属丝的电阻率理论值与其真实值是否不同呢？（3）安培表的电阻究竟是否可以求出呢？（4）若用安培表外接法，测得金属丝的电阻率理论值与其真实值是否不同呢？

图5

若选用安培表外接，测出金属丝电阻率的理论值与真实值是否相同呢？（答案不相同）读者可自行分析.

通过上述分析，学生不仅知其然，而且还知其所以然，学生的认知思维得到提升.

例2.如图6为研究光电效应的装置示意图，该装置可用于分析光子的信息.在xOy平面（纸面）内，垂直纸面的金属薄板M、N 与y轴平行放置，板N 中间有一小孔O.有一由x轴、y轴和以O为圆心、圆心角为90°的半径不同的两条圆弧所围的区域Ⅰ，整个区域Ⅰ内存在大小可调、方向垂直纸面向里的匀强电场和磁感应强度大小恒为B1、磁感线与圆弧平行且逆时针方向的磁场.区域Ⅰ右侧还有一左边界与y轴平行且相距为l、下边界与x轴重合的匀强磁场区域Ⅱ，其宽度为a，长度足够长，其中的磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度大小可调.光电子从板M 逸出后经极板间电压U加速（板间电场视为匀强电场），调节区域Ⅰ的电场强度和区域Ⅱ的磁感应强度，使电子恰好打在坐标为（a+2l，0）的点上，被置于该处的探测器接收.已知电子质量为m、电荷量为e、逸出功为W0，普朗克常量为h.忽略电子的重力及电子间的作用力.当频率为ν的光照射板M 时有光电子逸出.

图6 光电效应装置示意图

（1）求逸出光电子的最大初动能Ekm，并求光电子从O点射入区域Ⅰ时速度v0的大小范围；

（3）为了使从O点以各种大小和方向的速度射向区域Ⅰ的电子都能被探测到，需要调节区域Ⅰ的电场强度E和区域Ⅱ的磁感应强度B2，求E的最大值和B2的最大值.

解构化策略.由题设解构如下：（1）金属薄板M 因光电效应逸出电子；（2）电子在金属薄板M、N之间的电场中运动；（3）电子在两条圆弧所围的电磁场Ⅰ区域运动；（4）电子在有界磁场Ⅱ区域运动；（5）电子在几个无电场无磁场的区域运动.

运动涉及光电效应规律、带电粒子在电场中运动规律、带电粒子在电磁场中运动规律、带电粒子在磁场中运动规律、无电场无磁场中直线运动规律等知识.

逻辑化策略.提出质疑：（1）因光电效应现象，电子从M 板逸出时运动状态（位置和速度）如何呢？（2）具备什么条件的电子可能经电场加速偏转后，从O点射入第一象限内呢？（3）电子进入Ⅰ区域将如何运动？（4）满足什么条件，Ⅰ区域中电场强度E和Ⅱ区域中磁感应强度B2最大呢？

图7

若从B点逸出的电子速度大小也为vm，只有电子速度方向与竖直方向成某一角度时，有可能经O点射入第一象限内；若从O1点逸出电子的速度大小也为vm，只能沿x轴方向，有电场加速沿x轴正方向运动.

同理，如图8 所示，若逸出电子的速度大小v1＜vm时，电子逸出的位置在O1A范围内有可能经O点射入第一象限内.也就是说，只有在O1A范围内的逸出的电子才有可能经O点射入第一象限内.

图8

如图9所示，从O点射入的电子，进入Ⅰ区域，有的电子将偏离纸面所在平面向内（或外）运动（图中未画出），偏离纸面的电子不可能打在坐标为（a+2l，0）点上；有的电子做匀速直线运动，这些电子受到电场力和洛伦兹力的大小相等、方向相反，该速度大小的电子经磁场B2后离开Ⅱ区域右边界，再做匀速直线运动，到达x轴的不同位置，只有射入B2磁场的电子速度方向与x轴正方向的夹角和射出B2磁场的电子速度方向与x负方向的夹角相等的电子方能打在坐标为（a+2l，0）点上，被探测器接收（沿x方向运动的电子除外）.

图9

改变Ⅰ区域中电场强度E可以选出速率不同的电子，改变Ⅱ区域中磁感应强度B2大小可以选出某一特定方向的电子.

电子在Ⅰ区域做匀速直线运动，所以满足速度选择器的要求Ee=ev0B1.若电子要打在坐标（a+2l，0）点，则从O点射入的电子速度大小和方向需确定，故从金属薄板M 逸出的电子位置和速度也就确定了.

综合上述：金属板M、N 之间的电场使电子做匀变速运动，只有满足在一定范围内和一定速度的电子能从O点进入第一象限；在Ⅰ区域构建匀速直线运动模型；在Ⅱ区域构建匀速圆周运动模型，只有满足一定角度的电子通过Ⅱ区域才会打在坐标为（a+2l，0）的点上.

图10

由上述分析可知：通过构建模型、推理论证、质疑创新等思维认知过程，建立知识之间的逻辑关系，提升思维认知能力.

程序化策略.过程程序化：光电效应→匀变速运动、动能定理→匀速运动、速度选择器→Ⅱ区域匀速圆周运动、几何关系确定角度→临界条件确定.

4 教学思考

在教学中，面对真实情境试题，需对选取的情境进行有效地识别，解构问题结构和内容；通过推理、论证、质疑、解释等逻辑加工建立关系；驱动执行方程、计算、图形等方式表达解决问题过程.

4.1 有效获取与解构信息

教学中面对一个情境问题，我们不仅从静态角度获取关键文字、符号、图像（表）等显性信息，更要从动态角度、逻辑关联角度去获取与解构有效的隐性信息.如例3中，M、N 之间的加速电场，Ⅰ区域有界电磁场，Ⅱ区域有界磁场，及Ⅱ区域边界与O和探测点的距离等信息为静态信息；电子在电场中做匀变速运动，在Ⅱ区域磁场中做匀速圆周运动，而两区域中电子的运动等信息为动态信息；Ⅱ区域边界与O和探测点的距离对称性信息为逻辑关联信息.教师在日常教学中，要有意识地引导和有目的地训练学生从静态角度、动态角度、逻辑关联角度等去获取与解构信息.

4.2 科学提问与释疑问题

对于复杂的情境问题，学生分析问题时会遇到障碍，思维会有缺陷.为了对问题刨根问底，需进行有效地质疑、批判性地思考.如例1、例2都提出4个问题，围绕4个问题层层分析，各个击破，使学生不仅明其理，而且悟其道.学生思维得到发展，能力得到提高.

4.3 正确操作与表达过程

复杂的情境问题往往涉及多个物理过程.如例2是一道带电粒子在电磁场中运动的新颖综合题，为了能较好地操作与表达物理过程：首先梳理涉及的每一物理过程，如光电效应→加速电场（匀变速运动、动能定理）→速度选择器（匀速运动）→有界磁场（匀速圆周运动、几何关系确定角度、临界确定）等，其次根据实际采用不同的方式进行有序表达.既可从顺向思路表达，也可逆向思路表达，例2中，求板M 逸出的电子速度vM的大小及其与x轴的夹角β就用逆向思路并表达；也可从已知量和未知量向中间量表达.根据实际问题做到有的放矢.

总之，能力培养没有固定的模式，且不能一蹴而就，遇到疑难问题需慢慢想，细细品，才能悟出其道.教学中应多方面、多角度、多层次综合思考问题；也需要从简单到复杂，从特殊到一般反复地训练，达到固化思维品质；也需要系统分析解决问题，并批判性，创造性地进行思考.当然培养能力也基于一定的基础，所以要重视基本知识、基本技能、基本方法，否则基础不牢，地动山摇，能力培养无从谈起.同时关键能力培养基于学科核心素养的凝练，在关键能力培养同时，要提炼物理观念、科学思维、科学探究、科学责任与态度等素养，两者要相互融合，方能行稳致远.