評(píng)價(jià)物理關(guān)鍵能力的試題設(shè)計(jì)策略

許幫正

摘? ?要：基于命題實(shí)踐，文章提出了評(píng)價(jià)物理關(guān)鍵能力的試題設(shè)計(jì)策略：構(gòu)建科學(xué)的物理模型，評(píng)價(jià)學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)和實(shí)踐應(yīng)用能力;抓住實(shí)驗(yàn)探究中的真問題，評(píng)價(jià)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和探究思維;基于物理綜合實(shí)踐活動(dòng)，評(píng)價(jià)學(xué)生的設(shè)計(jì)與分析論證能力。

關(guān)鍵詞：物理模型;實(shí)驗(yàn)探究;綜合實(shí)踐活動(dòng)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-6148（2021）12-0034-4

關(guān)鍵能力是指學(xué)習(xí)者在面對(duì)生活實(shí)踐或?qū)W習(xí)探索問題情境時(shí)，具備在正確的思想價(jià)值觀念指導(dǎo)下，高質(zhì)量地認(rèn)識(shí)問題、分析問題、解決問題的能力。就物理學(xué)科的學(xué)習(xí)而言，認(rèn)識(shí)問題需要具備結(jié)構(gòu)化的物理知識(shí)體系;分析問題需要具備物理模型的建構(gòu)和識(shí)別能力;解決問題需要具備實(shí)驗(yàn)技能以及理論思維和數(shù)學(xué)方法應(yīng)用能力。物理課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)由物理內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)探究和綜合實(shí)踐三大類一級(jí)主題構(gòu)成。為評(píng)價(jià)學(xué)生的物理學(xué)科關(guān)鍵能力，需關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)經(jīng)歷，遵循課程的內(nèi)容結(jié)構(gòu)。

1? ? 構(gòu)建科學(xué)的物理模型，評(píng)價(jià)學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)和實(shí)踐應(yīng)用能力

“從生活走向物理，從物理走向社會(huì)”是物理課程的基本理念。實(shí)踐應(yīng)用能力是學(xué)生在面對(duì)生活實(shí)際問題情境時(shí)進(jìn)行知識(shí)應(yīng)用的過程。為評(píng)價(jià)學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力，我們需要聯(lián)系生活實(shí)際，選擇合適的素材構(gòu)建科學(xué)的物理模型。

2020年疫情期間，學(xué)生外出機(jī)會(huì)減少，乘坐公共交通的機(jī)會(huì)也減少，為體現(xiàn)物理學(xué)科的實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值，貼近學(xué)生生活，筆者選用了“家用小汽車”作為命題素材。作為交通工具，汽車的安全性是首要考慮的問題。為了保障行駛安全，汽車的后風(fēng)窗都裝有加熱除霜電路，圖1是該電路的工作原理圖，其中的控制器電路原理如圖2所示。這個(gè)加熱除霜電路是如何工作的？加熱的功率為多大？如何合理設(shè)計(jì)和改進(jìn)？這些都是實(shí)際問題。通過對(duì)這些問題的考查，可以很好地引導(dǎo)學(xué)生將知識(shí)遷移到新的情境，并運(yùn)用物理的思想與方法解決新問題。于是，筆者走訪了專業(yè)人員，對(duì)汽車后風(fēng)窗玻璃質(zhì)量、電路中原件的規(guī)格做了進(jìn)一步的了解，再對(duì)汽車后風(fēng)窗加熱電路進(jìn)行合理建模，設(shè)計(jì)了如下試題。

例題1 （無錫·2020年中考試題）冬季，汽車后風(fēng)窗玻璃上常會(huì)形成一層薄霜，導(dǎo)致駕駛員無法準(zhǔn)確觀察后方情況。為保障行車安全，后風(fēng)窗玻璃裝有加熱除霜電路。如圖3甲所示，是某同學(xué)設(shè)計(jì)的模擬汽車后風(fēng)窗玻璃加熱電路，它由控制電路和受控電路組成?？刂齐娐分蠸接“手動(dòng)”時(shí)，電磁鐵A通電吸引銜鐵，使觸點(diǎn)D、E接觸，受控電路中電熱絲R2工作，對(duì)玻璃均勻加熱。S接“自動(dòng)”時(shí)，加熱過程中，玻璃溫度升高至45 ℃時(shí)，觸點(diǎn)D、E恰好脫開，此時(shí)控制電路中通過的電流為0.02 A。電路中U1=6 V，U2=12 V，R0=150 Ω，R2=0.8 Ω，R1為固定在玻璃內(nèi)的熱敏電阻，其溫度始終與玻璃溫度相同，阻值隨溫度升高而增大。若電熱絲R2所產(chǎn)生的熱量完全被玻璃吸收，玻璃質(zhì)量為9 kg，玻璃比熱容為0.8×103 J/（kg·℃）。電磁鐵A線圈的電阻忽略不計(jì)。

（1）開關(guān)S接“手動(dòng)”：

①電磁鐵A通電時(shí)具有磁性，此現(xiàn)象稱為電流的___________效應(yīng)，A的上端是___________極。

②將玻璃從-5 ℃加熱至45 ℃，所需的時(shí)間是多少？

（2）開關(guān)S接“自動(dòng)”。玻璃的溫度為15 ℃和45 ℃時(shí)，控制電路的功率相差了0.03 W，則15 ℃時(shí)熱敏電阻R1的阻值為___________Ω。

（3）汽車后風(fēng)窗玻璃上的電熱絲R2是通過絲網(wǎng)印刷的方式將專用的導(dǎo)電銀漿印刷到玻璃的表面燒結(jié)制成，如圖3乙所示。在電壓U2不變的情況下，為增大電熱絲R2的加熱功率，請(qǐng)從銀漿線的厚度、條數(shù)、粗細(xì)等方面，提出一種改進(jìn)措施___________。

試題考查的知識(shí)點(diǎn)包括：電流的磁效應(yīng)、影響電阻大小的因素、熱量、焦耳定律、歐姆定律、電功率;知識(shí)的水平層次包括了解、認(rèn)識(shí)、理解。試題的任務(wù)指向體現(xiàn)學(xué)科問題的解決過程，驅(qū)動(dòng)學(xué)生去辨別、分析、綜合、建構(gòu)、決策。試題通過設(shè)置層次性任務(wù)，從不同角度、高度來考查學(xué)生的思維能力、思維品質(zhì)和策略應(yīng)用水平，包涵著對(duì)學(xué)生物理知識(shí)結(jié)構(gòu)的評(píng)價(jià)，包涵著對(duì)物理模型的分析和解釋、解決問題時(shí)所用的思想和方法、基于實(shí)際應(yīng)用的反思與評(píng)價(jià)的考查。

2? ? ?抓住實(shí)驗(yàn)探究中的真問題，評(píng)價(jià)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和探究思維

義務(wù)教育階段的物理課程是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)課程，探究是融合了觀察、實(shí)驗(yàn)、理論思維和數(shù)學(xué)方法應(yīng)用的科學(xué)教學(xué)法。在實(shí)驗(yàn)探究中，教師切忌讓學(xué)生“按方抓藥”，而應(yīng)讓學(xué)生切實(shí)經(jīng)歷探究過程，才能發(fā)現(xiàn)真實(shí)的問題。

筆者曾聽多位教師講授“測(cè)量定值電阻的阻值”，教師提供給學(xué)生的主要器材有：兩節(jié)新干電池，阻值為5 Ω或10 Ω的待測(cè)電阻，電壓表、電流表，滑動(dòng)變阻器。一般的教學(xué)流程是：給出測(cè)量原理“歐姆定律”—按照原理連接電路—多次測(cè)量取平均值。接下來，提出假設(shè)，如果電流表（或電壓表）損壞，如何測(cè)量？這種教學(xué)方式下，學(xué)生看似經(jīng)歷了探究過程，但是實(shí)質(zhì)是重復(fù)實(shí)驗(yàn)操作，并非真實(shí)的學(xué)習(xí)。

準(zhǔn)確測(cè)量出定值電阻的阻值是實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，這里就包括小電阻和較大電阻的測(cè)量。教學(xué)中，如果做以下兩種情形的改進(jìn)，則可以培養(yǎng)學(xué)生真實(shí)的實(shí)驗(yàn)技能和探究思維。一是，如果我們給學(xué)生1 Ω或2 Ω的電阻，實(shí)際測(cè)量時(shí)，學(xué)生碰到的第一個(gè)問題就是電流表到底選擇哪個(gè)量程？同時(shí)要注意，這時(shí)電流會(huì)超過1 A，屬于大電流，在此情形下，如何減小測(cè)量誤差？二是，選取家用電器中實(shí)際使用的色環(huán)電阻（200 Ω左右）讓學(xué)生測(cè)量，電流表示數(shù)小于最小分度值0.02 A，此時(shí)就只能考慮選用其他測(cè)量方案，也就排除了電表損壞的人為假設(shè)。其他測(cè)量方案例如可以采用如圖5所示的方式，利用電阻箱和待測(cè)電阻串聯(lián)，將電壓表接在電阻箱兩端，改變電阻箱的阻值，讀出電壓表示數(shù)，利用數(shù)學(xué)關(guān)系，準(zhǔn)確測(cè)量出待測(cè)電阻的阻值。基于上述電阻測(cè)量中需要解決的實(shí)際問題，筆者設(shè)計(jì)了如下的中考試題。

例題2 （無錫·2020年中考試題）小明和小華在進(jìn)行“測(cè)量定值電阻的阻值”實(shí)驗(yàn)，器材有：干電池兩節(jié)，開關(guān)、電壓表、電流表、滑動(dòng)變阻器（20 Ω? 1.5 A）、電阻箱（0～9999 Ω? 5 A）各一個(gè)，待測(cè)電阻R1、R2，導(dǎo)線若干。

（1）連接電路前，小明發(fā)現(xiàn)電流表指針如圖6甲所示，于是他將電流表指針調(diào)至______________________。

（2）①圖6乙是他們連接的測(cè)量R1阻值的部分電路。請(qǐng)用筆畫線代替導(dǎo)線，將電路連接完整。

②閉合開關(guān)前，應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的滑片P置于最______________________（選填“左”“右”）端。

③在正確完成上述操作后，閉合開關(guān)，移動(dòng)滑片P，當(dāng)電流表示數(shù)為0.2 A時(shí)，電壓表示數(shù)如圖6丙所示，則電阻兩端的電壓為___________V。多次實(shí)驗(yàn)所測(cè)量的結(jié)果如表1所示，則R1的阻值為___________Ω。

④測(cè)量R1阻值的過程中，老師提醒他們要盡量縮短通電時(shí)間，并用較小的電流來測(cè)量，這樣做的理由是：______________________。

試題第（1）問設(shè)計(jì)的最初設(shè)想是考查電流表的量程，考慮到試題設(shè)問的遞進(jìn)性，后來改為“電流表校零”的技能考查。第（2）問的①②③小問考查學(xué)生在電阻測(cè)量中的電路連接、讀數(shù)及數(shù)據(jù)處理技能，屬于實(shí)驗(yàn)技能考查。

實(shí)驗(yàn)探究能力應(yīng)是學(xué)生在面對(duì)實(shí)際問題情境時(shí)，進(jìn)行的學(xué)以致用的認(rèn)知操作和行動(dòng)操作過程中表現(xiàn)出的穩(wěn)定的個(gè)性心理特征，是理論聯(lián)系實(shí)際所必須具備的能力基礎(chǔ)。此能力包括實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、動(dòng)手操作、數(shù)據(jù)處理和信息轉(zhuǎn)化能力。試題設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)真實(shí)的問題情境，才能較好地評(píng)價(jià)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和形式邏輯思維。

3? ? 基于物理綜合實(shí)踐活動(dòng)，評(píng)價(jià)學(xué)生的設(shè)計(jì)與分析論證能力

通過組織綜合實(shí)踐活動(dòng)，可以發(fā)展學(xué)生跨學(xué)科應(yīng)用知識(shí)的能力、分析和解決問題的綜合能力、動(dòng)手實(shí)踐的操作能力;培養(yǎng)學(xué)生積極認(rèn)真的學(xué)習(xí)態(tài)度和樂于實(shí)踐、敢于創(chuàng)新的精神?；谡鎸?shí)的綜合實(shí)踐活動(dòng)進(jìn)行試題設(shè)計(jì)，可以對(duì)學(xué)生的設(shè)計(jì)與分析論證能力進(jìn)行較好的評(píng)價(jià)。

例題3 （無錫·2021年八年級(jí)學(xué)業(yè)水平測(cè)試試題）在物理綜合實(shí)踐活動(dòng)中，小紅和小華在老師的指導(dǎo)下制取干冰并做了一些有趣的探究：

（1）如圖8甲所示，她們將一個(gè)棉布袋套在干冰滅火器口部，手按滅火器的手柄，過一會(huì)兒，棉布袋內(nèi)出現(xiàn)了干冰。在此過程中，她們觀察到裝有干冰的棉布袋外側(cè)有一層“白霜”，那是空氣中的水蒸氣遇冷? ?   ? ? （填物態(tài)變化名稱）形成的。布袋下方還有縹緲的白霧，如圖8乙所示。霧的形成是? ? ? ? ? ?現(xiàn)象（填物態(tài)變化名稱）。

（2）如圖8丙所示，她們?cè)趦芍幌嗤臒械谷塍w積和溫度相等的食用油和溫水。

①她們先將干冰放入油中，干冰沉底后，觀察到油中有大量氣泡產(chǎn)生，干冰完全消失后，燒杯中油的體積并未發(fā)生變化，這說明干冰在油中發(fā)生了___________（填物態(tài)變化名稱），用手觸摸杯底，感覺到很涼，說明___________。

②接下來，她們將干冰放入溫水中，干冰沉底后，觀察到水中有大量氣泡產(chǎn)生，杯子上方產(chǎn)生大量白霧。小紅認(rèn)為杯子中的水正在沸騰，小華則認(rèn)為要進(jìn)行判斷，給你一只溫度計(jì)，請(qǐng)你說明判斷方法：___________。水面上方的大量白霧又是如何形成的呢？請(qǐng)你給出合理的分析：___________。

③請(qǐng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)中干冰呈現(xiàn)的特性，提出一種在生活中合理使用干冰的方案___________。

在命制該試題時(shí)，我們來到了消防中隊(duì)，設(shè)計(jì)了兩組實(shí)踐項(xiàng)目：一組是自制干冰（圖8甲和乙）;一組是觀察干冰放入等溫的煤油和水中后所發(fā)生的現(xiàn)象，以此考查學(xué)生的設(shè)計(jì)和分析論證能力。之所以選擇溫油，是考慮到水與油的不兼容性，判斷干冰在此過程中是否發(fā)生液化，而判斷的方法是測(cè)量干冰消失后油的體積是否發(fā)生變化;干冰放入溫水中，會(huì)觀察到水的內(nèi)部和表面有大量氣泡產(chǎn)生，如何判斷這并不是沸騰？需要學(xué)生了解水的沸騰特點(diǎn)，同時(shí)注意此時(shí)的外界條件。在實(shí)驗(yàn)過程中，水和外界是充分接觸的，水的沸點(diǎn)應(yīng)該接近100 ℃，所以，設(shè)計(jì)了給學(xué)生一只溫度計(jì)，讓他們給出判斷方法。根據(jù)干冰升華吸熱的特性，設(shè)計(jì)了對(duì)燒杯上方的白霧成因進(jìn)行分析。經(jīng)歷探究后，請(qǐng)學(xué)生依據(jù)干冰的特性提出干冰在生活中使用的方案。試題考查了學(xué)生對(duì)物態(tài)變化及其特點(diǎn)的了解，評(píng)價(jià)了學(xué)生的分析論證及實(shí)踐應(yīng)用能力。

綜上所述，在物理的學(xué)業(yè)水平測(cè)試中，為了科學(xué)評(píng)價(jià)學(xué)生的物理關(guān)鍵能力，需要注重試題的情境素材指向物理課程的核心素養(yǎng)，具有實(shí)踐性的研究價(jià)值;需要注重知識(shí)點(diǎn)的選擇，應(yīng)遵循課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，指向物理學(xué)科的必備知識(shí);需要設(shè)計(jì)好問題，以凸顯相關(guān)能力在解決問題中的水平層次。更為關(guān)鍵的是，在具體的試題設(shè)計(jì)技術(shù)上，我們需要關(guān)照學(xué)生的學(xué)習(xí)經(jīng)歷，依據(jù)物理課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)，評(píng)價(jià)物理內(nèi)容的學(xué)習(xí)水平，評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)探究的思維層次，評(píng)價(jià)綜合實(shí)踐活動(dòng)的開展?fàn)顩r，才能切實(shí)以評(píng)價(jià)引領(lǐng)物理課程的改革。

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（欄目編輯? ? 陳? 潔）