核心素养导向情境化试题命制策略探究

摘 要：以命制“热力学第一定律”试题为例，多角度探究以物理核心素养为导向的情境化试题命制策略，以期命制出契合学校特色、满足高考要求、培养学生物理核心素养的情境化试题。

关键词：热力学第一定律；物理核心素养；情境化试题；学习进阶理论

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2024）10-0054-4

收稿日期：2024-01-11

作者简介：卓博洋（1996-），男，中小学二级教师，主要从事高中物理教学工作。

《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》指出：“学科核心素养是学科育人价值的集中体现，是学生通过学科学习而逐步形成的正确的价值观念、必备品格和关键能力，物理学科核心素养主要由‘物理观念’‘科学思维’‘科学探究’‘科学态度与责任’四个方面构成”［1］。同时，在新课标、新教材、新高考的“三新”背景下，全国各地物理高考试题亦发生了较大的变化：增加了反映物理学科本质，密切联系社会、经济、科技、生产生活实际的试题；试题的命制理念从“知识立意”“能力立意”向“价值引领、素养导向、能力为重、知识为基”转变，而承载这些变化的载体就是指向核心ROqFoir6fCGMoG8PdmmTnQ==素养的情境化试题［2］。所谓“情境化试题”，是指考试时给出具体的试题材料背景，这些材料背景构成了试题情境，试题情境给考生完成思维任务或操作活动提供一个统一的平台，所有考生在这个平台上展示自己分析问题、解决问题的能力，这类包含情境的试题习惯上被称为“情境化试题”［3］。

1 热力学第一定律

在新高考背景下，普通高中物理教科书（人教版2019年版）选择性必修三第三章第2节“热力学第一定律”［4］是高考相关内容，而此内容在相关试卷中，素养指向准确的情境化试题较少。本文根据“热力学第一定律”的学习目标和素养指向进行试题命制。

物理观念：知道做功与传热在改变系统内能上是等价的；知道热力学第一定律及表达式；明确热力学第一定律中三个物理量（△U、W、Q）正、负符号的物理含义，能够从系统分析的角度来确定其正、负符号。

科学思维：能从热力学的视角，正确描述和解释生活中的热现象；能运用热力学第一定律解释和计算能量的转化、转移问题。

科学探究：能以系统为研究对象，用综合分析的方法推导出热力学第一定律；能将真实问题进行提炼和简化，并运用热力学第一定律分析和计算。

科学态度与责任：通过热力学第一定律的应用，养成与他人合作探究的习惯，体验科学家探究规律的艰辛与执着；通过热力学第一定律知识应用的实例，感受物理中科学技术与社会的紧密联系，体会科学知识的应用价值，进一步增强学生的学习动力和科学意识。

2 情境化试题命制策略

《中国高考评价体系》要求试题命制满足“一核”“四层”“四翼”，注重试题的基础性、综合性、应用性与创新性，同时渗透对物理思想与方法的考査［5］。在此标准下，情境化试题命制的过程中应该做到：试题难度系数适中，满足高考要求，既要考查基础性知识，也要达到高考选才标准，同时符合中学生的思维水平；试题难度梯度合理，能够由易到难促进学生思维发展，做到既有基础，又有综合，体现创新；试题形式新颖，符合高考命题趋势，更多采用情境化试题，应用性强；试题内容呈现上，以必备知识作为载体，体现核心价值，培养学生的物理核心素养，形成关键能力，最终引导教学；试题来源丰富，多方面、多角度，包括但不限于典型题型、教材例题、真题改编、情境化原创。以上述要求作为总导，以“热力学第一定律”试题命制为例，总结出以物理核心素养为导向的情境化试题命制的策略（图1）。

2.1 设计难度分层，体现试题进阶性

在情境化试题命制的整个过程中，试题的编排整体应该从易到难，从基础性知识的掌握到方法的应用，从简单情境到复杂情境，从物理观念的形成到科学思维的发展，从科学探究的入门升华到科学态度与责任，从低层次的学业水平到高层次的学业水平。在“热力学第一定律”的试题命制中，试题从热力学第一定律的理解出发，再到该定律的简单应用，最后到综合性应用，同时试题的情境也从理想情境过渡到真实情境。学生在完成本套试题的过程中会不自觉地掌握本节课的必备知识，并能够熟练使用热力学第一定律来分析解决生活中遇到的相关问题。

2.2 链接高校标准，体现试题前瞻性

试题命制以及使用除了应提高学生的思维水平，培养核心素养，也要让学生在高考中能够达到高校选材的标准。针对这一点，在试题命制的过程中，教师需熟悉高校教材对于该知识点的分析与要求，并且能够将其体现在试题之中。比如，在2023年6月份的浙江高考物理试卷中，试卷的第19题体现了高校教材中的毕奥-萨伐尔定律。在“热力学第一定律”试题命制过程中，挑选了李椿教授的《热学（第二版）》中一道思考题，“有人说：‘任何没有体积变化的过程就一定不对外做功’。对吗？”将其改编成例1的D选项。这一改编，将高校教材中的思考题改成判断题，作为一个选择题的选项，同时变得更加贴近“热力学第一定律”这一主题，完美地将高校考查的思想整合进高中知识体系中。

例1 关于热力学第一定律，下列说法正确的是（ ）

A.一定量气体吸收热量，其内能一定增大

B.外界对物体做功，同时物体放热，物体的内能可能减小

C.做功和热传递改变物体内能的实质是相同的

D.气体体积没有变化的过程一定不对外做功

这道试题主要培养学生物理核心素养中的物理观念和科学思维，要求对于所学的物理概念、规律及其相互关系有所了解，能够对一般物理知识点进行考查。同时，要求能够分析、推理较为简单的物理现象或情境，能够得到结论，并且能够进行简单的解释。

2.3 挑选经典习题，体现试题价值性

经典的题目是一代又一代物理教师的智慧结晶，往往具有典型性和针对性。其所采用的情境具有挑战性和多变性，具有很大的探究空间，能通过一个问题延伸和拓展到很多物理问题。学生在完成典型题的过程中能够以点代面、触类旁通，利用最少的时间掌握和巩固物理概念和规律，发展科学思维，提升解决问题的能力，培养物理学科核心素养。教师也能够根据典型题添加最新的情境或者前沿科技，改编出一道高质量的习题。在“热力学第一定律”试题命制的过程中，挑选例2这一典型题，该题将经典习题与科幻电影结合，考查学生对于压强本质的理解。

例2 科幻电影中经常出现飞船漏气的情况，某同学将漏气过程简化为图2所示的模型，绝热容器中间用隔板隔开，左侧装有气体，右侧为真空，先将隔板抽掉，让左侧气体自由膨胀到右侧直到平衡，在此过程中（ ）

A.气体对外界做功，温度降低，内能减小

B.气体对外界做功，温度不变，内能不变

C.气体不做功，温度不变，内能不变

D.气体不做功，温度不变，内能减少

本试题主要培养学生的物理观念与科学思维，能够应用物理知识来解决实际问题。同时，能够分析及推理常见的物理现象或者物理情境，且能够获得结论并作出解释。

2.4 捕捉生活瞬间，体现试题真实性

中国高考评价体系创造性地提出高考试题要以情境为载体，要求创设更具开放性和创新性的试题，综合考查学生运用已学知识解决实际问题的能力。该评价体系要求科学设置问题情境，学生能够在复杂、新颖的试题情境下综合运用所学知识和技能处理问题。由于试题命制联系生活实际，使学生切身感受到物理能解决生活中的各类问题，了解更多的自然现象，开阔学生视野，增强学生对物理学习的兴趣。情境化试题的命制，可以从日常教学、创新性实验、前沿物理、生活偶得等方式来获得相关情境。在“热力学第一定律”试题命制过程中，以日常生活中偶然看到的气球直升机作为情境，编制例3。这类蕴含核心素养的生活小瞬间，是我们命题的好素材。

例3 图3所示为气球直升机，当释放气球时，气球里面的气体通过气嘴慢慢释放，同时带动接口让螺旋桨旋转起来。若将气球内的气体视为理想气体，且气球内气体的温度不变，则在气球直升机上升的过程中（ ）

A.气球对外界做功，所做功全部转化为直升机动能，气球内气体内能变小

B.气球对外界做功，所做功全部转化为直升机动能，气球内气体内能不变

C.气球对外界做功，所做功部分转化为直升机动能，气球内气体内能变小

D.气球对外界做功，所做功部分转化为直升机动能，气球内气体内能不变

本题目标为培养学生物理核心素养中的物理观念、科学思维以及科学态度与责任，学生能够应用物理知识来解决实际问题，并且能够分析和推理常见的物理现象或者物理情境，且能够获得结论并作出解释。

2.5 立足教材素材，体现试题创造性

在新教材、新高考的背景下，高考内容往往会体现新教材中新的内容以及方法。教材是课程标准的主要载体，是教学的出发点和落脚点。新教材中所收录的经典例题、插图，经过了反复论证和推敲，明确指向核心素养。教师在编制情境化试题的过程中，除了直接套用或者简单改编教材例题外，还可以提取例题所想要培养的物理思想，根据这一思想来编制情境化试题，如例4。本题为一道原创题，但是其中所蕴含的等效替代的思想来源于2019年人教版高中物理教科书选择性必修三第三章第2节的例题。教材在此例题中用一个恒力来等效替代变力做功，本题也采用同样的方式。在本试题的命制过程中，先通过积分计算出在等温情况下变力所做的功（以此保证数据的正确性），再等效替代成恒力做功，通过这种等效替代来培养学生的科学思维。

例4 某探究小组根据空气炮的原理设计了一个空气炮的模型，其原理如图4所示。在水平面上放置的圆柱形容器内用模截面积S=4 cm2、质量m=20 g的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞能无摩擦滑动。开始时活塞与容器底的距离L=0.5 m，在外力F的作用下活塞缓慢压缩气体，在某段时间内移动的距离为l=0.4 m，这段时间作用在活塞上的外力逐渐增大，其做功相当于40 N的恒力使活塞移动相同距离所做的功，如图5所示。在压缩过程中气体的温度保持不变，取大气压强p0=1×105 Pa，忽略活塞厚度，求：

（1）压缩过程中气体内能的改变量ΔU1。

（2）压缩过程中气体与外界的传递热量Q1是吸热还是放热？

（3）撤去外力F，活塞在高压气体作用下被弹出容器，弹出过程可以看作是绝热过程，当活塞在容器口处时，气体的内能改变了U2=-25 J，问此时活塞的速度为多少？

本试题全方面培养学生的物理核心素养。学生在完成这道试题的过程中能够应用物理知识来解决实际问题、分析和推理常见的物理现象或者物理情境，且能够获得结论并作出解释。同时，学生能够用等效替代的思维将变力做功转化为恒力做功，借助分析相关事实或者结论，从而提出可探究的物理问题，进而得到有依据的猜想与假设。

3 结 语

一道高质量的试题，既具有典型性和针对性，同时还能联系生活实践，渗透物理学史，具有丰富的情境，学生在完成试题过程中培养物理核心素养。本文以课堂作业情境化试题命制为研究主题，以命制“热力学第一定律”试题为实践，探究情境化试题的命题策略，以期命制出契合学校特色、满足高考要求、培养学生核心素养的情境化试题。

参考文献：

［1］中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）［S］.北京：人民教育出版社，2020.

［2］教育部考试中心.中国高考评价体系说明［M］.北京： 人民教育出版社，2019.

［3］尹庆丰.“情境化试题”对高中物理教学的启示［J］.物理教师，2019，40（9）：31-35.

［4］彭前程，黄恕伯.普通高中教科书物理选择性必修第三册（第一版）［M］.北京：人民教育出版社，2019.

［5］王理想.真实情境为载体的试题命制分析与教学启示［J］.物理通报，2023（10）：35-38.

（栏目编辑 陈 洁）