提升學科核心素養(yǎng),鏈接中考熱點題型

羅鎮(zhèn)姬

摘? ?要：物理圖像可形象、直觀地描述物理狀態(tài)、物理過程或物理規(guī)律，它既是物理學習的重要內容，也是物理研究的基本工具。加強對物理圖像“繪圖、識圖、用圖”能力的教學，可以提升學生的物理學科核心素養(yǎng)。而圖像類試題不僅是近年各地、市的中考熱點，也是廣大考生拉開差距的主要題型?，F(xiàn)以中考真題為例進行歸納、分析，希望有助于提升考生用物理圖像解決實際問題的能力。

關鍵詞：學科素養(yǎng);中考;物理圖像;教學

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2020）11-0036-5

物理圖像是指直角坐標系中反映兩個相關物理量之間函數(shù)關系的圖像，是基于數(shù)形結合思想的物理信息的載體，可形象、直觀地描述物理狀態(tài)、物理過程或物理規(guī)律?！读x務教育物理課程標準（ 2011）》在課程分目標的“知識與技能”中明確提出：知道簡單的數(shù)據(jù)記錄和處理方法，會用簡單圖表等描述實驗結果，會寫簡單的實驗報告。由此可見，物理圖像既是物理學習的重要內容，也是物理研究的基本工具。日常教學中，加強對物理圖像的繪制、圖像的含義、圖像的應用的教學，不僅有利于培養(yǎng)學生使用科學證據(jù)對物理問題進行描述、解釋的求實科學態(tài)度，還有利于提升學生利用數(shù)形結合的方法進行科學推理、找出規(guī)律的科學思維能力，對學生物理學科核心素養(yǎng)的形成大有裨益。而物理圖像作為一種試題類型，既能考查學生對物理基礎知識的掌握程度，又能考查學生從圖像中獲取信息進行分析、推理、歸納的邏輯思維能力。所以，該類試題不僅是近年各地、市的中考熱點，也是廣大考生拉開差距的主要題型。因此，在學生的中考復習過程中，以中考真題為例進行分析、歸納，進行“繪圖、識圖、用圖”教學，可以提升考生的應試技能和方法。本文將對日常教學及中考復習兩階段的物理圖像教學進行探討。

1? ? 加強初中物理圖像教學的實踐

1.1? ? 從圖像的繪制進行教學

在實驗教學中，教師應將基本圖像的繪制技能設定為教學目標，重視實驗數(shù)據(jù)的采集及圖像的繪制，通過圖像得出物理規(guī)律。如初中物理課程中，晶體（非晶體）熔化和凝固時溫度與時間的關系、水沸騰時溫度與時間的關系、同種物質的質量與體積的關系、重力與質量的關系、定值電阻電流與電壓的關系等都涉及繪制物理圖像來描述物理規(guī)律。教學可以分四步：建立坐標系—確定標度—描繪數(shù)據(jù)點—擬合曲線，由淺入深、循序漸進地實施教學，讓學生逐步掌握建立坐標系、繪制物理圖像的方法和技能。

由于物理圖像的橫、縱坐標是兩個相關的物理量，因此在教學的過程中應指導學生選擇合適的物理量，并在其后標注單位。為了使圖像能在坐標系中合理分布，客觀地反映出物理量的變化規(guī)律，坐標的起點及標度的確立也應在教學過程中給予學生指導。圖1和圖2為人教版教材八年級上冊兩個待完成的坐標系，從圖1“海波熔化時溫度隨時間變化的圖像”到圖2“同種物質的質量與體積的關系圖像”，是學生單獨建立橫坐標到同時建立橫、縱坐標的過渡，也是學生理解坐標的起點不一定是零點的契機。建立合適的坐標系后，應引導學生根據(jù)測量結果如實記錄實驗數(shù)據(jù)，用描點法繪制圖像，從中找出物理規(guī)律。以此培養(yǎng)學生實事求是的科學態(tài)度，形成物理基本觀念，從而發(fā)展學生的物理學科核心素養(yǎng)。

1.2? ? 從圖像的含義進行教學

物理圖像是通過數(shù)形結合的方式來反映兩個物理量之間的關系，因此課堂教學中應借助實驗數(shù)據(jù)所繪制的圖像或習題中呈現(xiàn)的圖像，讓學生了解物理圖像五方面——坐標軸、點、線、斜率、面積的含義，培養(yǎng)學生多角度觀察、分析圖像的能力。以下列3個物理圖像為例（源自2019年中考試題），教師可以在施教過程中向學生闡明物理圖像的含義。

1.2.1? ? 坐標軸

識別橫、縱坐標軸所代表的物理量是認識圖像的前提，是了解圖像所反映的兩個物理量之間變化關系的基礎。如圖3、圖4、圖5，通過坐標軸可知，三個圖像分別反映了路程與時間的關系、溫度與時間的關系以及電功率與時間的關系。

1.2.2? ? 點

圖像上不同的點所代表的含義往往不同，如圖像與坐標軸的交點、不同圖像的交點、圖像上的極值點或拐點等都有其特定的含義。如圖3所示，甲、乙與縱坐標軸的交點表示甲、乙在起始時刻的路程分別為20 m、0 m ;甲、乙的圖像在第2 s相交，表示二者在這一時刻的路程相同，均為20 m。如圖4所示，圖像A在第2 min、第6 min出現(xiàn)拐點，根據(jù)晶體熔化時溫度變化的特點可判斷A為晶體，熔點為0 ℃，且熔化過程是從第2 min至第6 min。

1.2.3? ? 線

圖像上的線反映某一物理量隨另一物理量變化的關系，描述了某一物理狀態(tài)、過程或物理規(guī)律。這些線可能是直線或曲線。與某一坐標軸平行的直線說明另一坐標軸上的物理量不會隨該坐標軸物理量的變化而變化。如圖3所示，甲的圖像為一條水平線，說明甲的路程不會隨時間而變化，即甲處于靜止狀態(tài)。過原點的直線則反映某一物理量與另一物理量的正比關系，如圖3所示，乙的圖像為過原點的直線，則乙的路程與時間成正比，即乙在做勻速直線運動。如圖4所示，圖像B是一條平滑的曲線，反映溫度隨時間逐漸升高的規(guī)律，由此判斷B為非晶體。

1.2.4? ? 斜率

斜率是指一條直線（或曲線的切線）關于橫坐標軸的傾斜程度，表示某一物理量的變化率或者某一特定的物理量。如圖3所示，圖像的斜率反映了路程隨時間變化的快慢，即速度的大小，斜率越大，速度越大;圖像甲的斜率為零，速度為零，即甲處于靜止狀態(tài)。如圖4所示，圖像A在0～2 min與6～10 min的斜率就反映了溫度隨時間變化的快慢;由圖像可以看出前階段（冰）升溫快，后階段（水）升溫慢;在物理學中，該現(xiàn)象實質上是物質比熱容與物態(tài)有關的體現(xiàn)，圖像反映了冰的比熱容比水小的物質屬性。

1.2.5? ? 面積

從圖像上的某一點作出的分別與橫、縱坐標軸平行的直線與兩軸之間所圍成的面積為橫、縱坐標兩物理量的乘積。如圖5所示，圖像在某段時間內與橫坐標軸圍成的面積是電流所做的功，也就是所消耗的電能，該面積所對應的計算公式為W=Pt。

1.3? ? 從圖像的應用進行教學

在以上教學基礎上，可進一步深入拓展，進行物理圖像的應用教學。通過圖像中多元信息的收集、處理等教學工作，培養(yǎng)學生從圖像中獲取信息、整合知識的綜合能力，鍛煉學生分析、判斷、推理、歸納等科學思維能力，從而提升學生的學科核心素養(yǎng)。

例如，圖6甲所示的電路圖中，閉合開關，滑動變阻器滑片從一端移動到另一端，記錄電壓表與電流表示數(shù)并繪成圖像，如圖6乙所示。該圖像看似簡單，卻隱含著多個信息：第一是極小值點，滑動變阻器接最大阻值端（右端）時，電流表和電壓表的示數(shù)最小;第二是極大值點，滑動變阻器接最小阻值端（左端）時，電流表和電壓表的示數(shù)最大，此時電壓表的示數(shù)即為電源電壓，電壓與電流之比（斜率）為定值電阻的阻值。

再如，圖7所示為物體受到的拉力F與其下表面浸入液體中的深度h之間的關系圖像。由極大值15 N、極小值6 N，可分別判斷出物體的重力以及完全沒入水中時彈簧測力計的示數(shù)，并由拐點（10 cm，6 N）得知此時物體剛沒入水中。應用圖像的這些信息，還可以求出物體所受的浮力、物體的密度等相關物理量。

2? ? 提升考生運用圖像解決問題的能力

縱觀近年來各地、市的中考物理試題，圖像類試題逐年成了命題的熱點，但考生的答題情況卻不容樂觀。2019年江西省中考某市57 369名考生關于三道物理圖像類試題及全卷的得分統(tǒng)計情況見表1。

根據(jù)上述統(tǒng)計不難看出，圖像類試題是中考物理試卷中失分率較高的試題。為迎戰(zhàn)以后的中考，我們在復習教學中應做到有的放矢，進行“繪圖、識圖、用圖”教學，以提升考生靈活運用物理圖像解決問題的能力。下文將以2019年中考試題為例進行闡述。

2.1? ? 繪圖能力

正確建立坐標系是繪制物理圖像的首要前提。利用坐標紙建立坐標系首先應建立橫、縱坐標軸，并分別在坐標軸的末端標出物理量和單位;之后可以結合所選坐標紙的大小、測量數(shù)據(jù)的分布范圍及精確度來確定橫、縱坐標的分度值，最終在此基礎上標示相應的刻度。例1是2019年江西中考物理試題中得分率最低的試題，考查坐標系的建立。雖然學生在物理學習過程中掌握了圖像的相關知識與技能，但往往忽視了將其內化為自身的學科核心素養(yǎng)。通過此類題型的考查，可以促進學生規(guī)范建立坐標系，如物理量中的數(shù)據(jù)應有單位、坐標軸應均勻標度等。

例1 （多選）處理物理實驗數(shù)據(jù)時，經(jīng)常選用坐標紙建立坐標系。如圖8所示，所建立的坐標系符合物理要求的是（? ? ?）

A.質量與體積的關系? ? ? ? B.重力與質量的關系

C.電流與電壓的關系? ? ? ?D.路程與時間的關系

正確建立坐標系后，一般采用描點法進行物理圖像的繪制，即在坐標軸上標示實驗數(shù)據(jù)點，并將點連成直線或平滑曲線。用描點法繪制物理圖像時，應確保盡可能多的點落在線上，其余的點均勻分布在線的兩側;同時要注意甄別錯誤實驗數(shù)據(jù)點與特殊實驗數(shù)據(jù)點，前者應排除再進行圖像的繪制，后者卻應納入圖像的繪制。例2是常見的繪制圖像類試題。

例2 小明用圖9甲所示的裝置探究固體熔化規(guī)律，記錄的實驗數(shù)據(jù)見表2。

（1）請根據(jù)實驗數(shù)據(jù)在乙圖中作出固體熔化的圖像。

……

2.2? ? 識圖能力

物理圖像的識別是指根據(jù)已掌握的物理知識，找出物理圖像與物理狀態(tài)、物理過程或物理規(guī)律之間的對應關系。如例3的解答，要建立在對液體溫度計的工作原理、晶體熔化規(guī)律等知識的理解之上，再結合圖像整合相關知識去識別。由于液體的熱脹冷縮，溫度計接觸冰水混合物后，溫度計內液體的體積隨時間變化的情況實際上可轉化為溫度（溫度計示數(shù)）隨時間變化的關系：先降低，后保持不變，再升高達到室溫，保持不變。

例3? 在如圖10溫度計所示的恒溫環(huán)境下進行實驗。將溫度計放入一杯冰水混合物中，從溫度計放入開始計時，放入時間足夠長，下列哪幅示意圖可反映溫度計內液體的體積隨時間而變化的情況（? ? ?）

2.3? ? 用圖能力

運用物理圖像分析、解決問題不僅要求學生對物理知識有較好的理解和掌握，而且要求學生能從物理圖像有效地獲取信息。因此，物理圖像是試題信息承載的一種形式，與題干信息關聯(lián)、互補。如例4，圖像中第20 min這一時刻對應的拐點，將汽車的運動過程分解為兩個勻速直線運動過程。其中，第20 min至第50 min的路程s和時間t都可以從圖像中得出，并根據(jù)公式v=s/t計算速度。但試題所求的卻是第20 min至第40 min的速度。因此，學生能否正確理解勻速直線運動的含義成了這道題的解題關鍵，也是試題有著良好區(qū)分度的原因所在。而0～50 min汽車平均速度的求解，應直接根據(jù)平均速度的定義，利用第50 min末汽車行駛的路程除以時間進行計算，而不能生搬硬套利用圖像中兩個不同斜率求出兩個平均速度，相加再除以2得出。因此，本題的考查，可引導考生合理應用圖像解題，同時甄別違背物理概念和規(guī)律機械套用圖像解題的現(xiàn)象。

例4? 圖11是根據(jù)王爺爺駕駛汽車在某段平直高速公路上行駛時記錄的數(shù)據(jù)描繪出的s-t圖像。請你根據(jù)圖像，求：

（1）20 min～40 min時間段內汽車的速度;

（2）0～50 min時間段內汽車的平均速度。

總之，日常教學過程中，應以培養(yǎng)學生的物理學科核心素養(yǎng)來引領教學，從圖像的繪制、含義和應用等方面入手，加強初中物理圖像的教學，使學生形成良好的科學思維和求實的科學態(tài)度。中考復習階段，應以培養(yǎng)學生用圖像解決實際問題的能力來展開教學，以中考真題為依托進行歸納、分析，提升學生整合圖像與相關物理知識的能力，使學生真正具備理解知識、應用實踐和遷移創(chuàng)新的物理學科能力。

參考文獻：

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（欄目編輯? ? 陳? 潔）