(南京師范大學(xué)附屬中學(xué)新城初中怡康街分校，江蘇 南京 210000)

核心素養(yǎng)是指學(xué)生應(yīng)具備的、能夠適應(yīng)終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力。中學(xué)物理核心素養(yǎng)主要由物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和科學(xué)態(tài)度與責(zé)任四個(gè)方面的要素構(gòu)成?？茖W(xué)思維的內(nèi)涵是從物理學(xué)視角對(duì)客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認(rèn)識(shí)方式，是基于經(jīng)驗(yàn)事實(shí)建構(gòu)理想模型的抽象概括過(guò)程，是分析綜合、推理論證等方法的內(nèi)化，是基于事實(shí)證據(jù)和科學(xué)推理對(duì)不同觀點(diǎn)和結(jié)論提出質(zhì)疑、批判、檢驗(yàn)和修正，進(jìn)而提出創(chuàng)造性見(jiàn)解的能力與品質(zhì)。

南京市2018年中考物理的最后一道壓軸題綜合性比較強(qiáng)，是一道體現(xiàn)學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)要求的好題，對(duì)學(xué)生的科學(xué)思維能力要求較高，以下與大家一起賞析。

1 原題呈現(xiàn)

如圖1所示，在綜合實(shí)踐活動(dòng)中，科技小組設(shè)計(jì)了一個(gè)能反映水平風(fēng)力大小的裝置。電源電壓恒為16V，R0為定值電阻，L為額定電壓是2.5V的小燈泡，其I-U關(guān)系的部分?jǐn)?shù)據(jù)如圖2所示，AB為長(zhǎng)14cm、阻值60Ω粗細(xì)均勻的電阻絲(電阻絲的阻值與長(zhǎng)度成正比)，OP為質(zhì)量、電阻均不計(jì)的金屬細(xì)桿，下端連接一個(gè)重2N的圓球P。閉合開(kāi)關(guān)S，無(wú)風(fēng)時(shí)，OP下垂并與A端接觸，此時(shí)電流表示數(shù)為0.2A；有風(fēng)時(shí)，圓球P受風(fēng)力作用，使OP繞懸掛點(diǎn)O偏轉(zhuǎn)，風(fēng)對(duì)球的作用力F方向始終水平向右。已知OA為10cm，OP始終與AB接觸良好且無(wú)摩擦。求：

(1) 電流表示數(shù)為0.2A時(shí)燈泡的電阻。

(2) 無(wú)風(fēng)時(shí)R0消耗的電功率。

(3) 為保護(hù)電路，允許風(fēng)對(duì)球施加的最大作用力。

圖1

圖2

2 試題分析

該試題考查了學(xué)生三個(gè)方面的能力。

2.1 圖文結(jié)合，考查學(xué)生的文本閱讀能力

在布魯姆的教育目標(biāo)分類中，將閱讀分為三級(jí)水平：第一級(jí)水平，要求學(xué)生把材料分解成各個(gè)組成部分，鑒別、交流內(nèi)容的各個(gè)要素或?qū)λ鼈冞M(jìn)行分類，即要素分析；第二級(jí)水平，要求學(xué)生弄清各要素之間的相互關(guān)系，確定它們的相互聯(lián)結(jié)和相互作用，即關(guān)系分析；第三級(jí)水平則要求學(xué)生識(shí)別把交流內(nèi)容組合成一個(gè)整體的那些組織原則、排列和結(jié)構(gòu)，即組織原理分析。

這道壓軸題分別從以上三個(gè)等級(jí)考查了學(xué)生的閱讀能力：首先，學(xué)生要結(jié)合電路圖和圖像將文本描述的內(nèi)容轉(zhuǎn)化為物理語(yǔ)言，找到不同時(shí)刻小燈泡L、定值電阻R0和變化電阻RAB對(duì)應(yīng)的物理量，即要素分析；其次，學(xué)生要根據(jù)串聯(lián)電路的電流特點(diǎn)、歐姆定律、電功率，將已有的物理量建立起聯(lián)系，即關(guān)系分析，從而解決試題的前兩問(wèn)；最后，學(xué)生要從文本和電路圖中找到關(guān)鍵信息“風(fēng)施加給球的力最大時(shí)，電阻RAB接入電路的阻值最小，電路中的電流最大”，從而找到解決第三問(wèn)的突破口，即組織原理分析。

2.2 力電結(jié)合，考查學(xué)生的建模能力

試題將電學(xué)與力學(xué)的杠桿相結(jié)合，綜合性較強(qiáng)，要求學(xué)生能夠?qū)陀^事物進(jìn)行抽象和概括，構(gòu)建反映事物本質(zhì)特征共同屬性的物理模型。學(xué)生在分析的過(guò)程中要把握兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。

(1) 建構(gòu)滑動(dòng)變阻器模型，找到動(dòng)態(tài)電路“動(dòng)的位置”和“動(dòng)的范圍”

從電學(xué)的角度分析，“有風(fēng)時(shí)，OP繞懸掛點(diǎn)O轉(zhuǎn)動(dòng)”，此時(shí)的電阻RAB和OP相當(dāng)于滑動(dòng)變阻器，OP相當(dāng)于滑片。球受到風(fēng)水平向右的作用力時(shí)，OP向右偏轉(zhuǎn)，RAB接入電路的電阻變小，這是此電路“動(dòng)的位置”。當(dāng)OP向右偏轉(zhuǎn)時(shí)，RAB接入電路的電阻變小，電源電壓不變，根據(jù)歐姆定律，電路中的電流就會(huì)增大。由小燈泡的I-U圖像可知，當(dāng)小燈泡兩端的額定電壓為2.5V時(shí)，小燈泡的電流為0.3A，為了電路的安全，這就要求電路中的電流不能超過(guò)0.3A，所以O(shè)P又不能無(wú)限地向右偏轉(zhuǎn)，只能偏轉(zhuǎn)到電路中的電流為0.3A時(shí)，這就是此電路“動(dòng)的范圍”。由此可以判斷電路中最大電流為0.3A時(shí)，球能承受的風(fēng)力最大，根據(jù)歐姆定律，計(jì)算出RAB接入的電阻為30Ω。

(2) 建構(gòu)杠桿模型，找到力電聯(lián)系的結(jié)點(diǎn)

從力學(xué)的角度分析，“OP為質(zhì)量、電阻均不計(jì)的金屬細(xì)桿，有風(fēng)時(shí)，OP繞懸掛點(diǎn)O轉(zhuǎn)動(dòng)”，此時(shí)OP相當(dāng)于一個(gè)輕質(zhì)杠桿，O為支點(diǎn)，“細(xì)桿下端連接一個(gè)重2N的圓球P，風(fēng)對(duì)球的作用力F方向始終水平向右”，則風(fēng)對(duì)球的作用力就是使杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力，圓球受到的重力就是阻礙杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力。由此構(gòu)建杠桿的模型，畫(huà)出動(dòng)力臂和阻力臂。如圖3所示，重力的力臂l2恰好與電阻絲AB平行，OA恰好在球受到風(fēng)的作用力的力臂l1上。由“電阻絲的阻值與長(zhǎng)度成正比”和球受到的風(fēng)力最大時(shí)RAB接入的電阻為30Ω，建立杠桿與電阻絲之間的初步聯(lián)系。

2.3 數(shù)理結(jié)合，考查學(xué)生的分析綜合能力

圖3

學(xué)生在分析問(wèn)題的過(guò)程中，要將數(shù)學(xué)和物理相融合，通過(guò)數(shù)學(xué)原理分析論證，再結(jié)合物理規(guī)律來(lái)解決問(wèn)題，充分考查了學(xué)生的數(shù)理結(jié)合能力、對(duì)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力。

3 結(jié)語(yǔ)

這道壓軸題的立意較高，不僅考查了學(xué)生力學(xué)和電學(xué)知識(shí)的掌握情況，更注重考查學(xué)生對(duì)事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認(rèn)識(shí)；考查學(xué)生基于經(jīng)驗(yàn)事實(shí)建構(gòu)理想模型的抽象概括能力；考查學(xué)生分析綜合、數(shù)理結(jié)合、推理論證的能力；將學(xué)生的思維方式顯化在分析的過(guò)程中，將學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)顯化在解題的過(guò)程中。筆者認(rèn)為該題的立意對(duì)一線教師的教學(xué)具有一定的引領(lǐng)作用，對(duì)學(xué)生思維能力的發(fā)展和學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)具有一定的促進(jìn)作用。