核心素養導向下的中考物理試題改革研究*

黨 越

(遵義市教育科學研究院 貴州 遵義 563000)

2019年以來,中共中央、國務院、教育部先后印發《關于加強初中學業水平考試命題工作的意見》《深化新時代教育評價改革總體方案》等若干文件,要求全國各地區要深化基礎教育評價改革,提高育人水平.為貫徹落實文件精神,遵義市教育科學研究院從2021年開始對中考物理試題進行改革.兩年來,遵義中考物理試題命制以“立德樹人”為核心思想,以考查物理核心素養為導向,以情境為載體,緊緊依照課程標準的目標、內容及要求,對學生的物理學業水平進行考查.試題力圖充分發揮教學“指揮棒”作用,引導地區物理教學改革,為評價本地區學校的物理教學質量,提供科學的依據.

1 試題改革的特點

1.1 聯系體育運動 促進學生關注運動中的物理觀念

【例1】(2022年中考物理試題)出色的足球運動員常會利用“香蕉球”破門得分.“香蕉球”可以在空中劃出一道優美的弧線,如圖1所示.下列相關說法正確的是( )

圖1 例1題圖

A.足球在飛行過程中,沒有受到力的作用

B.足球在飛行過程中受慣性作用不斷向內側偏轉

C.足球向內側偏轉是因為內側空氣流速小,外側流速大

D.足球向內側偏轉是因為內側空氣流速大,外側流速小

評析:在試題中用體育運動作為情境,能夠較好地考查學生的物理觀念.有利于激發學生對體育運動的熱愛,引導學生積極參加體育運動,增強身體綜合素質.

1.2 重視實驗探究 加強學生科學探究能力的考查

科學探究是物理核心素養的重要組成部分,也是培養物理核心素養的主要途徑.近兩年,遵義中考試卷的科學探究類試題分數占比高達22%左右,是所有題型占比最大的一類試題.該類探究性實驗試題的情境素材有的是利用實驗數據創設真實有效、貼近日常生活和認知的探究情境,旨在考查學生的實驗設計能力、數據處理能力、信息轉化能力以及歸納總結能力.

【例2】(2021年中考物理試題)汽車工程師探究單個輪胎滾動阻力與行駛速度、輪胎氣壓、輪胎品牌的關系.根據收集到的數據,繪制了如圖2所示的圖像:

圖2 例2題圖

(1)工程師在探究單個輪胎滾動阻力與輪胎氣壓的關系時,應控制的變量有______.

(2)工程師在探究單個輪胎滾動阻力與行駛速度的關系時,輪胎克服最小阻力做功的功率大小為______W.

(3)實踐證明,當汽車輪胎氣壓增大到一定值后,汽車的安全性會隨之降低.請綜合考慮汽車安全性,結合以上試驗數據,提出能有效減小汽車能耗的建議:______.

評析:本題依托實驗室的真實數據,借助圖表,創設一個來源于生活實踐的探究情境,是一道以填空題的形式,考查學生科學探究能力和科學思維能力的題目.該題涉及控制變量、數據分析、模型建構、概括表達能力等.試題期望引導教學增強對學生探究能力的培養.

【例3】(2022年中考物理試題)遵義是我國重要的茶產地,水溫對茶葉的沖泡效果有很大影響.某物理興趣小組對紫砂壺、瓷質蓋碗、玻璃杯3種常用茶具的保溫性能進行實驗研究.

(1)在進行實驗時,同學們用到紫砂壺、瓷質蓋碗、玻璃杯、電熱水壺、鐵架臺、量筒、硬紙板、細線、秒表,為完成實驗,他們還需要哪種測量儀器______;

(2) 表1是同學們通過實驗采集到的數據,通過分析表1中的數據得到表2,請幫他們將表2中空缺的數據補充完整;

表1 不同材質茶具內水的溫度

表2 不同材質茶具內水溫變化快慢

(3)請分析表格中的數據,幫同學們總結實驗結論(至少寫出兩條).

評析:本題結合地方特色,以探究3種常用茶具保溫性能為素材,創設真實的科學研究情境.考查對實驗原理的理解、儀器的選擇,對實驗數據的處理分析,得出實驗結論的能力.該題實驗數據真實有效,讓學生經歷真實的科學探究情境,以獲取新知識、領悟科學研究方法,考查學生真實的科學探究能力.該題有利于引導教學關注學生真實的科學探究能力的培養,也有利于學生形成熱愛家鄉的情感,培養學生服務家鄉的意識,厚植家國情懷.

1.3 時代感強 關注國家科技發展前沿

試題圍繞立德樹人核心思想,在STSE教育理念下,構建試題情境,關注科學、技術、社會和環境之間的關系,強調科技在社會發展、國防科技中的應用價值.例如在2021年科學閱讀題中以甘肅敦煌建成的我國首批國家光熱示范項目——熔鹽式光熱電站為背景考查光的反射、物態變化,在2022年的科學閱讀題中介紹我國制造的全球最大的LNG(液化天然氣)雙燃料動力船“達飛雅克薩德號”為背景考查熱值、牛頓第三定律等.該類試題展現了我國在科技領域的巨大成就,有利于增強學生的民族自豪感,激發他們銳意進取、振興祖國的使命感和責任感.試題旨在提高學生的環保意識和社會責任感,促進知識在生產、生活中融會貫通,培養學生成為全面發展的新型公民.

1.4 滲透德育要素 強化現育人導向

【例4】(2022年中考物理試題)《天工開物》是我國古代的科學著作,書中記載著大量的古代農業機械.其中這樣寫道:“凡河濱有制筒車者,堰陂障流繞于車下,激輪使轉,挽水入筒,一 一頃于枧內,流入畝中,晝夜不息,百畝無憂.”該段文字描述了筒車這樣一種以水流作動力,用來取水的機械,如圖3所示.若接水槽離取水處高4 m,水輪上有12個取水筒,一個取水筒每次可取水4 kg,筒車旋轉一周所用時間為60 s.(g取10 N/kg)

(a)

(1)請從能量轉化的角度,簡要分析筒車的工作原理;

(2)求該筒車旋轉一周對進入接水槽的水所做的功;

(3)若水流沖擊筒車的功率為40 W,求筒車旋轉一周取水的機械效率.

評析：在我國五千年的歷史長河中,有著豐富多彩的歷史文化遺跡,《天工開物》便是我國明代宋應星所著的科技著作.該題能很好地引導學生關注我國古代科技文化的發展,深化學生對物理知識在人類科學技術進步中的作用的認識.有利于學生了解中華民族傳統文化,認識我國古人的聰明才智,增強學生的民族自豪感,培養學生的文化自信.

該題通過筒車旋轉取水情境的設置,針對學生的物理觀念---能量觀進行考查.該試題有利于引導師生在日常教學中關注我國優秀的傳統文化,注重對其中所蘊含的物理原理知識進行分析.該題具有濃厚的人文價值,有利于學生形成正確的價值觀.

1.5 關注真實課堂 考查學生科學態度

真實的物理課堂往往會出現一些與教師的教學設計不同的地方,當課堂師生活動出現課前教學環節設計之外的情境時,大多數教師會選擇視而不見,僅有少部分教師選擇直面學生的問題,從分析問題的產生,培養學生正確的科學態度,提升學生的核心素養.

【例5】(2022年中考物理試題)在探究聲音的傳播條件時,老師利用如圖4所示的裝置進行實驗.抽氣泵將玻璃罩內空氣逐漸抽出,同學們聽到鬧鈴的聲音逐漸減小,但始終可以聽見聲音.請你分析始終可以聽見聲音的原因.

圖4 例5題圖

評析:該實驗是在許多公開課中,教師經常使用的探究實驗.由于聲音可以在固體介質中傳聲,在氣泵抽氣完畢后,學生還可以隱約聽見鬧鈴的聲音.大多數教師會直接告訴學生聲音無法聽見,從而得出真空無法傳聲的實驗結論.但是,學生此時卻能聽見聲音,這就使學生產生認知沖突.若教師不關注該問題,學生僅僅就是記住真空無法傳聲的實驗結論,實際上并沒有真正掌握該實驗的本質.長此以往,不利于學生形成實事求是的科學態度、敢于質疑真理的科學精神.此題,有利于引導教學關注課堂中的真實問題,以問題為出發點,培養學生正確的科學態度,提升學生的物理核心素養.

1.6 理論聯系實踐 與生產和生活聯系緊密

【例6】(2022年中考物理試題)遵義某現代農業園內,一批名貴果樹苗急需持續澆灌,正在園區研學的某中學創客小組為園區設計了一個自動給水系統,電路如圖5(a)所示.控制電路的電源電壓U1恒為24 V,線圈電阻不計,定值電阻R0為50 Ω,R為壓敏電阻,其阻值隨所受壓力的變化圖像如圖5(b)所示;工作電路電源電壓U2恒為220 V,包括注水裝置和給水裝置兩部分(圖中未明確);圖5(c)為系統結構簡圖,壓敏電阻位于圓柱形水箱底部的受力板正下方,受力板面積S1和水箱底面積S2大小分別為0.02 m2和0.45 m2.給水裝置始終不停歇給水,當通過線圈的電流I=0.16 A時,銜鐵剛好被吸下,注水裝置停止注水,此時電流表示數I1=0.2 A;當水箱水位下降至0.5 m時,銜鐵剛好被拉回,注水裝置又開始向水箱注水,此時電流表示數I2=2.2 A(ρ水=1.0×103kg/m3,g取10 N/kg).

(1)圖5(a)中,甲、乙分別為________裝置;

A.給水、注水 B.注水、給水

(2)求當注水裝置停止注水時,水箱內水位的高度;

(3)若注水裝置每分鐘向水箱注水0.3 m3,給水裝置每分鐘給水量為0.12 m3,求注水裝置從最低水位加注至最高水位的過程中所消耗的電能.

評析：該題選擇與生產、生活聯系緊密的情景為試題載體,通過不同復雜程度的情境,設置基礎性、綜合性、應用性的問題,讓學生用所學物理知識解決實際問題,旨在考查學生運用物理知識解釋現象和解決問題的能力,有利于考查學生理解能力、分析綜合能力、信息處理能力.

2 教學中的啟示

2.1 重視情境在教學中的應用

在平時教學中,教師應主動轉變以講授法為主的傳統課堂教學模式.綜合采用項目式學習、問題探索式學習等教學模式,融合國外STEAM、HPS等教學理念,以日常生活、社會生產、科技發展、科學探究等原始物理問題為背景素材,構建真實問題的教學情境.引導學生運用物理學科知識,合理構建物理模型、分析課堂問題情境.教學要培養學生的理解能力、模型建構能力、推理論證能力、分析綜合能力等物理學科關鍵能力.使學生在情境中形成物理觀念,在體驗中培養科學思維.

2.2 落實課標理念 推進試題命制改革

各級教研機構應采用集中研討、自主研學等方式,積極組織開展與新課標相關的教研活動.一線教師應熟知新課標對知識的相關要求及其內在關系.圍繞新課標,以生活實踐類情境、科學探索類情境為載體,積極開展試題命制改革[1-2].教師應在日常生活中,有意識地積累與物理知識相關的科技、體育、生產等素材,作為試題命制的原始資料.試題命制過程中,采用情境圖、數據表格、物理方程、函數圖像等多樣的方式呈現試題情境,將物理必備知識與情境有機統一,從不同角度考查學生物理學科關鍵能力與核心素養.在過程性教學評價中,大力培養學生在情境中應用物理知識理解問題、建構物理模型、應用科學思維推理論證問題的能力.

2.3 重視實驗對學生核心素養培養的作用

重視初中物理課程標準中規定學生必做實驗,在學生核心素養培養方面的作用[3].采用問題導向式教學方法,讓學生經歷猜想與假設、設計實驗、進行實驗、實驗數據處理、反思與總結等完整的實驗探究過程.使學生在科學探究中,養成問題意識,提升學生利用各種方式獲取數據、分析數據的科學論證、解決問題的能力.根據實驗目的,創新實驗方法,布置創新性實驗任務,讓學生利用傳感器、多媒體等現代教育技術參與實驗設計,拓寬實驗問題解決的途徑.在創新過程中促使學生擺脫思維定勢,鼓勵學生獨立思考,大膽創造,培養學生發散性思維、逆向思維等創新性解決問題的思維能力.

2.4 深挖教材 活用教材

重視教材中基本概念、規律的教學.根據物理學科的具體概念、規律,聯系社會、科技、工程,深挖與教學概念相關的跨學科概念、物理思想方法.通過物理實踐活動,使學生在實踐情境中,深度理解物理概念、規律的本質.在教學中重視教材中“迷你實驗室”“信息窗”“拓展一步”“請猜想”欄目(以滬科版為例)的靈活應用,突出教材在基礎知識學習中的重要性,引導學生夯實學科基礎,構建學科知識體系,形成學科核心素養.