肖永琴

摘 要：基于PISA 2015科學素養(yǎng)評估框架和義務教育物理課程標準對學生科學探究能力的要求，指出提升學生科學地解釋數(shù)據(jù)的能力是培育學生科學素養(yǎng)的三種能力之一，以五種類型的圖像問題試題的命制研究為例，闡明了試題評價、學科教學與學生核心素養(yǎng)發(fā)展之間的關系。

關鍵詞：圖像法；解釋數(shù)據(jù)能力；中考物理；試題命制

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2018）5-0008-4

PISA 2015科學素養(yǎng)評估框架提出學生應具有的科學素養(yǎng)需要三種能力，其中之一是科學地解釋數(shù)據(jù)和證據(jù)，即能分析并評估以各種形式呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)、標準、參數(shù)和論點，并得出合理的科學結(jié)論。義務教育課程標準在“知識與技能”“過程與方法”的目標中對實驗結(jié)果描述和信息處理提出了一些明確要求。圖像法作為物理研究中處理數(shù)據(jù)很重要的方法，也是初高中銜接教學重要的方式，在物理研究和教學中發(fā)揮了重要作用。筆者曾主持福建省基礎教育課程改革課題“中考試題對‘過程與方法目標考查的實踐研究”，總結(jié)了命制圖像類試題的五種類型。下面結(jié)合筆者親歷多年的中考命題經(jīng)驗，以福州市中考物理和市質(zhì)檢原創(chuàng)試題命制為例，闡述依據(jù)課程標準要求，如何利用圖像法考查學生處理數(shù)據(jù)的能力，培養(yǎng)學生運用數(shù)學工具解決物理問題的能力，落實學生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

1 認識圖像的能力

1.1 命題思路

此類試題主要針對課程標準要求中的“會用簡單圖表等描述實驗結(jié)果，對信息的有效性、客觀性做出判斷的意識”。試題的切入點在于會識別圖像，從中獲取信息并做出基本的判斷，此類試題也屬于圖像問題的基本要求。

1.2 典型試題命制

（1）能讀懂圖像獲取相關信息

例1 如圖1所示是某物質(zhì)凝固時溫度隨時間變化的圖像，由圖像可知該物質(zhì)（ ）

A.是非晶體 B.在AB段處于固態(tài)

C.在BC段放熱，溫度不變

D.凝固過程持續(xù)了5 min

（2）會根據(jù)圖像判斷物理量之間的關系

例2 電動車在勻速直線上坡的過程中，各物理量隨時間的變化關系如下圖所示，其中正確的是（ ）

命題溯源：我們在教學時發(fā)現(xiàn)，學生對圖像的“點”“線”“斜率”“面”等方面體現(xiàn)的物理意義不是很清晰，導致對物理過程的理解也很混亂，故圖像識別分析也是中考?？嫉膯栴}。如在溫度隨時間變化的圖像中，學生對于“點”對應的是物質(zhì)的狀態(tài)、“拐點”是不同狀態(tài)的分界點、“線段”表示的是某一物態(tài)變化過程的理解不夠，還經(jīng)常將加熱時間與熔化、凝固過程的時間混淆。所以，我們經(jīng)常針對學生對圖像理解的易錯點進行選項設置，讓他們學會分析圖像，獲取正確的信息并做出判斷，對物理量之間關系的描述更加清晰。

在教學時應引導學生理解：物理圖像上的一個“點”對應一個物理狀態(tài)，包含著該物理狀態(tài)的特征和特性；“拐點”通常反映出物理過程在該點發(fā)生突變；圖像斜率代表兩個物理量之比值，其大小往往代表另一物理量的值；“線段”表示的是某一狀態(tài)變化的過程，圖線的變化規(guī)律反映了橫縱坐標表示的兩物理量之間的變化關系；“面”指圖線與橫縱坐標所圍面積表示的物理意義，其大小常代表另一物理量的大小。通過對圖像的深刻理解突出了物理的本質(zhì)，加深了對物理規(guī)律的理解，也為高中物理教學打下堅實的基礎。

2 根據(jù)實驗數(shù)據(jù)進行歸納概括的能力

2.1 命題思路

此類試題主要針對課程標準要求中的“經(jīng)歷從信息中分析、歸納規(guī)律的過程，嘗試解釋根據(jù)調(diào)查或?qū)嶒灁?shù)據(jù)得出的結(jié)論，有初步的分析概括能力”。試題的切入點主要是為了揭示物理規(guī)律，引導學生把實驗數(shù)據(jù)對應地描在圖像中，根據(jù)圖像所反映的數(shù)學關系進行分析、歸納，得到物理量之間的內(nèi)在規(guī)律，從而得出結(jié)論。

2.2 典型試題命制：根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作圖，并分析得出結(jié)論

例3 小佳同學利用運動鞋進一步探究“滑動摩擦力與壓力大小的定量關系”。

（1）如圖2所示，他用彈簧測力計水平拉著運動鞋在水平桌面上做勻速直線運動，其目的是______________________________________________________；此時彈簧測力計的示數(shù)為_________________N。

（2）再往鞋子里添加砝碼并均勻擺放，改變的是鞋對桌面的_________________，重復上述實驗步驟進行多次實驗，并將實驗數(shù)據(jù)記錄在表1中。

（3）請根據(jù)實驗數(shù)據(jù)在圖3中作出運動鞋受到的滑動摩擦力與壓力大小關系的圖像。

（4）分析圖像可得結(jié)論：_________________________。

命題溯源：本題是在課本要求探究滑動摩擦力與什么因素有關的定性實驗基礎上，利用運動鞋進一步探究滑動摩擦力與壓力大小的定量關系。在第（1）問考查了二力平衡條件、力和運動的關系、彈簧測力計的使用，讓學生理解實驗的原理和轉(zhuǎn)換的思想；第（2）問考查了學生對控制變量法的實質(zhì)性理解，知道實驗為什么要這么做；第（3）（4）問要求利用圖像法處理實驗數(shù)據(jù)，作出滑動摩擦力與壓力大小關系的圖像，分析畫出的圖像從而歸納得出滑動摩擦力與壓力大小成正比的定量關系。在考查學生數(shù)據(jù)處理、分析論證的能力，靈活應用控制變量法、轉(zhuǎn)換法進行探究的同時，還注重了初高中物理知識銜接的問題，實現(xiàn)了探究能力和方法的遷移。試題既源于教材，又高于教材。

3 數(shù)據(jù)描述的互譯能力

3.1 命題思路

此類試題主要針對數(shù)據(jù)描述方式的深刻理解，命制切入點在根據(jù)實驗數(shù)據(jù)所描述的實驗結(jié)果的不同方式，在文字表達、表格、圖像、數(shù)學表達式之間進行轉(zhuǎn)換。

3.2 典型試題命制

例4-1 小楊為了探究電阻大小與導體長度的關系，選擇了材料和橫截面積都相同、而長度不同的一些金屬絲，實驗數(shù)據(jù)記錄如表2所示。

請根據(jù)實驗數(shù)據(jù)在圖4中作出R-L圖像，分析圖像可得結(jié)論：______________________________。

例4-2 小楊為了探究電阻大小與導體長度的關系，選擇了材料和橫截面積都相同、而長度不同的一些金屬絲，實驗數(shù)據(jù)記錄如表3所示。請分析數(shù)據(jù)歸納出電阻大小與長度的關系式是R=_______________________。

例4-3 小楊為了探究電阻大小與導體長度的關系，選擇了材料和橫截面積都相同、而長度不同的一些金屬絲，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出的R-L圖像如圖5所示。分析圖像可知電阻大小與長度的關系式是R=____________________。（填序號）

A.（7 Ω/m）L B.（7 m/Ω）L

C.7 Ω/（m L） D.7（m /ΩL）

命題溯源：上述三題是我們在2017年福州初三質(zhì)檢試題命制過程中，對數(shù)據(jù)處理能力考查的三種考慮，旨在考查學生對數(shù)據(jù)描述的互譯能力。例4-1要求根據(jù)表格的實驗數(shù)據(jù)作出R-L圖像，分析圖像得出結(jié)論，再進行文字表述，即在表格、圖像、文字表達三種方式中互相轉(zhuǎn)換；例4-2要求分析表格數(shù)據(jù)的變化規(guī)律，歸納出R與L之間的數(shù)學關系，再寫出關系式，側(cè)重在表格和數(shù)學表達式之間互譯；例4-3側(cè)重考查圖像和數(shù)學表達式之間的互譯能力。第一種考法我們以前命制的較多，且本卷已有一個表格問題，考慮到第二種考法對學生的思維能力要求較高，單位量綱容易混亂，考慮到目前的一線教學暫未跟上，故最后采用了第三種考法，并用選擇的方式降低單位量綱對試題難度的影響，重點突出了圖像與函數(shù)關系的對應轉(zhuǎn)換。

4 利用圖像表述物理過程的變化的能力

4.1 命題思路

此類試題主要針對物理過程變化的描述，讓學生理解應用圖像法可以直觀、形象地描述出物理過程變化的動態(tài)規(guī)律，加深對物理過程的理解。

4.2 典型試題命制

例5 如圖6所示的電路，電源電壓3 V保持不變。閉合開關S，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，選項中反映電路消耗的總功率P隨電流I變化的關系圖像是（ ）

命題溯源：這是一個經(jīng)典的串聯(lián)電路動態(tài)電路分析問題，我們在選項中設置了不同研究對象的P與I之間的對應關系。要求學生應用歐姆定律和串聯(lián)電路的特點，先分析由于滑動變阻器滑片移動后造成電路中電流、電壓的變化情況，弄清物理過程，然后再對照圖像，找到總功率P與I之間的對應關系，一旦真正理解物理過程的變化后，自然也就明白C選項對應的是R1的P-I關系圖像，D選項對應的是R2的P-I關系圖像，這也是對應用數(shù)學工具解決物理問題能力的進一步提升，也為試題的評講和學生后續(xù)的能力訓練留出了更大的空間。

5 從圖像中獲取有用信息，解決實際問題的能力

5.1 命題思路

此類試題主要考查學生是否能讀懂每個點、線的物理意義，學會從圖像中獲取有用的信息，進行比較、計算，從而解決實際問題?？疾榈念}型靈活，可以是填空、選擇、實驗探究題，也可以是計算題。

5.2 典型試題命制

例6 甲和乙兩燈的額定電壓均為6 V，如圖7是甲、乙兩燈的電流隨其兩端電壓變化的曲線。現(xiàn)將兩燈串聯(lián)后接在某一電路中，要使其中一個燈泡正常發(fā)光，并保證電路安全，電路的工作電流應為______________A，電源電壓為_______V。

命題溯源：這是一道較復雜、對學生能力要求較高的試題。題設數(shù)據(jù)只給出了兩燈額定電壓均為6 V，沒有常規(guī)的其他數(shù)據(jù)，考生需通過對兩個小燈泡的 I-U 圖像深入分析，從而獲取有用的數(shù)據(jù)。題設告知兩燈串聯(lián)后接在某一電路中，要使其中一個燈泡正常發(fā)光說明燈兩端電壓為6 V，從圖像可以看出，此種情況通過甲燈電流為1.0 A，乙燈電流為0.5 A，因為兩燈串聯(lián)，還要保證電路安全，就要滿足小電流的條件，因此，電路的工作電流只能為0.5 A，即乙燈正常工作；而對甲燈來說，分析圖像可知，當電流為0.5 A時，甲燈兩端的電壓為2 V，因此，電源電壓為8 V。此題要求學生靈活應用歐姆定律、串聯(lián)電路的電流特點、燈泡電阻的變化，同時考慮電路安全問題進行分析和計算，考查了學生思維的靈活性、全面性，有機地融合了物理知識與方法，有利于培養(yǎng)學生問題解決的能力。

從以上試題命制實例可以看到，一些看似復雜的物理問題，應用圖像法進行分析和研究，可使問題變得簡明、形象、直觀，往往能達到事半功倍的效果。物理圖像包含的物理意義是多方面的，圖像法除了可以直觀地描述物理量之間的關系、形象地表達物理規(guī)律、描述物理過程、簡化實驗分析和處理實驗數(shù)據(jù)外，還可以恰當?shù)乇硎居谜Z言難以表達的內(nèi)涵，作為物理中重要的研究方法，教師在教學中應該給予重視，并充分發(fā)揮其在培育學生核心素養(yǎng)過程中的作用。