許幫正

(無錫市教育科學研究院，江蘇 無錫 214001)

物理實踐應(yīng)用能力指運用物理知識和科學方法解決實際問題的表現(xiàn),具體包括:分析問題的能力和解釋現(xiàn)象的能力;應(yīng)用思想方法和數(shù)學方法的能力;反思與評價的能力[1]．是初中物理學習的關(guān)鍵能力．對實踐應(yīng)用能力的評價不僅有知識遷移的考查,還有認知方式的考查,知識遷移會受到具體學段的限制,而認知方式則是實現(xiàn)持續(xù)學習的保障．

為體現(xiàn)物理學科價值及持續(xù)學習的路徑,凸顯從物理走向社會的課程理念．中考評價設(shè)計應(yīng)注重考查學生的實踐應(yīng)用能力,強調(diào)知識的遷移應(yīng)用和認知思維方式的培養(yǎng),并依此促進物理的課堂教學改進．接下來,筆者結(jié)合近2年來無錫市物理中考試題的設(shè)計和思考談幾點想法,供同行探討．

1 結(jié)合實用工具的使用,評價學生分析與解釋的能力

物理學的發(fā)展源于人類對未知世界的探索,其價值體現(xiàn)之一是能夠用探索所得的物理規(guī)律解決實際問題,生產(chǎn)、生活中的許多實用工具不僅是能工巧匠的杰作,更是對物理原理的一種完美闡釋．義務(wù)教育階段的物理學習,我們不僅要培養(yǎng)面向星空的人,更需要培養(yǎng)具有物理思維的未來“大國工匠”．選擇實用工具可以較好地評價學生的實踐應(yīng)用能力．下面筆者舉一例說明．

例題1.在更換家用轎車的輪胎時,剪式千斤頂是一種常用工具.圖1(甲)是某型號剪式千斤頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)示意圖.使用時,將底部支撐臺置于水平地面,保持千斤頂豎直,將頂升置于汽車車身下,用手搖動扳手使扳手繞O點不斷旋轉(zhuǎn),帶動絲桿轉(zhuǎn)動,通過絲桿水平拉動左端鉸鏈,使支架向內(nèi)收縮,頂升升高,從而將汽車車身頂起.絲桿上刻有梯形扣,圖1(乙)是梯形扣的實物圖.

圖1

(1) 該型號的剪式千斤頂是由一些簡單機械組合而成的.在頂起車身的過程中,絲桿上的梯形扣屬于下列哪一種簡單機械?.

(A) 滑輪. (B) 滑輪組.

(C) 杠桿. (D) 斜面.

(2) 現(xiàn)使用該剪式千斤頂更換輪胎,頂起汽車車身后,若頂升受到車身豎直向下的壓力大小始終為10000 N,且等于頂升對車身的支持力,千斤頂自身重量忽略不計.

① 若底部支撐臺與地面接觸面積為0.04 m2,頂起汽車車身后手不再用力,則千斤頂對地面產(chǎn)生的壓強是多大?

② 頂起汽車車身后,為了方便更換輪胎,需要繼續(xù)搖動扳手,使頂升繼續(xù)升高一段距離.若人搖動扳手使頂升在1 min內(nèi)升高12 cm,用千斤頂頂起車身時的機械效率為80%,則人做功的功率是多大?

試題的背景是更換家用轎車的輪胎．如今,小轎車已經(jīng)進入普通家庭,“剪式千斤頂”是家用小轎車的標配．用剪式千斤頂維修輪胎的過程,本身就是一個具體的實踐應(yīng)用的案例．

題設(shè)中提到的“梯形扣、絲桿”等均是專業(yè)名詞,對學生而言較為陌生．解答第(1)問,學生首先需要結(jié)合題意分析出千斤頂使用時包涵的相互作用過程．人首先對扳手施加力,扳手使絲桿轉(zhuǎn)動,絲桿轉(zhuǎn)動時梯形扣對支架施加力,支架對頂升施力,頂升頂起汽車車身．接下來,能依據(jù)物理知識解釋梯形扣省力的原因．手柄旋轉(zhuǎn)一周,梯形扣前進一個螺紋距,將人對板手做功轉(zhuǎn)移為梯形扣對支架做功,根據(jù)功的原理,梯形扣能對支架產(chǎn)生一個更大的力,實質(zhì)是利用斜面達到省力的目的．解答第(2)小問中的②,需要學生對機械的本質(zhì)有科學的認識,解析機械的重要原理是功的原理,即使用任何機械都不省功,使用千斤頂頂起車身的過程,是人對機械做的功轉(zhuǎn)移為機械提升汽車車身所做的功．

試題通過對真實問題的物理建模,評價學生對簡單機械的認識、對壓強的理解、對功率和機械效率的認識．同時,試題滲透的一種重要的物理觀念是“機械可以省力,但不能省功”,即“功的原理”．初中物理教學中要重視實踐應(yīng)用能力的培養(yǎng),培養(yǎng)的基本模式之一是結(jié)合具體的實用工具,在解決實際問題中分析工具的構(gòu)造,解釋其中蘊含的物理原理．

2 滲透項目設(shè)計的思想,評價學生思想方法和數(shù)學方法的應(yīng)用能力

無錫市初中物理學習使用的是劉炳昇教授主編的蘇科版初中物理教材,該教材設(shè)置了9個綜合實踐活動,其中有4個屬于項目設(shè)計類,如:“制作一個醫(yī)用冷藏盒”“制作簡易的密度計”“設(shè)計簡單電路”“設(shè)計和制作一個模擬的調(diào)光燈”．這些項目設(shè)計的一般做法是提出具體要求,提供系列器材,給予必要的步驟指導,要求學生結(jié)合所學的單元知識體系,合理運用知識、采用科學的方法,完成作品的設(shè)計．滲透項目設(shè)計的思想,評價學生的實踐應(yīng)用能力,對學生的知識體系和認知方式均是一種很好的考查模式．下面筆者舉一例說明．

例題2.小紅家有一支電子體溫計,查閱說明書得知,電子體溫計的探測器是熱敏電阻,其阻值隨著溫度的變化而變化.小紅買來一個熱敏電阻,準備設(shè)計和制作一支模擬電子體溫計.她計劃先測出此熱敏電阻在不同溫度時的阻值,按照圖2(甲)所示連接了實驗電路.RT為熱敏電阻,實驗時,RT置于溫控箱(圖中虛線區(qū)域)中.電源電壓保持不變,R1為定值電阻,R2為電阻箱(0～9999 Ω),S2為單刀雙擲開關(guān),開關(guān)S1和S2閉合前,小紅將電阻箱R2的阻值調(diào)到最大.

圖2

(1) 小紅首先調(diào)節(jié)溫控箱的溫度,使RT溫度為42.0 ℃,閉合S1,將S2接2,讀出電壓表的示數(shù)為3 V.

① 為測量此時RT的阻值,接下來的操作是:將S2接(選填“1”或“2”),調(diào)節(jié)電阻箱R2的阻值,使電壓表示數(shù)為V,讀出此時R2的阻值即為42.0 ℃時RT的阻值.

② 逐漸降低溫控箱的溫度,根據(jù)上述方法測量出RT在不同溫度時的阻值.若依據(jù)小紅所測數(shù)據(jù)畫出的RT阻值隨溫度變化的圖像如圖2(乙)所示,且當RT的溫度降至32.0 ℃時,閉合S1,將S2接2,電壓表示數(shù)為2.4 V.求電阻R1的阻值.

(2) 在獲得如圖2(乙)所示的RT阻值隨溫度變化的關(guān)系后,為了自制模擬電子體溫計,小紅將S2始終接2,閉合S1后,通過電壓表的示數(shù)大小來顯示溫度高低.如果將RT用絕緣薄膜包好后置于正常人腋窩中央,保持腋窩合攏,閉合S1,當電壓表示數(shù)穩(wěn)定后,電壓表示數(shù)最接近.

(A) 2.25 V. (B) 2.45 V.

(C) 2.65 V. (D) 2.85 V.

試題情境源自生活中常用的電子體溫計,目的是利用熱敏電阻制作一個模擬電子體溫計并測量人體體溫,項目設(shè)計蘊含從現(xiàn)實情境到物理建模再到實際應(yīng)用的過程．

圖3

從學科核心素養(yǎng)的角度而言,試題在評價中涉及到的物理觀念包括“對溫度的認識,對歐姆定律的理解”,科學探究能力包括“電阻的測量”及等效替代的思想,科學思維包括物理建模和物理圖像分析以及數(shù)學計算能力,科學態(tài)度的培養(yǎng)上則滲透了物理學科的實踐應(yīng)用價值．

3 再現(xiàn)實驗探究過程,評價學生的反思與評價的能力

初中物理教學注重把實驗和探究活動作為“構(gòu)建物理基本知識結(jié)構(gòu)、提高學生科學素養(yǎng)、體現(xiàn)課程理念”的主線[2]．與此對應(yīng),中考評價應(yīng)重視實驗和科學探究的試題命制,這不僅可以真實反映學生的學習經(jīng)歷,同時能較好地評價學生的實踐應(yīng)用能力．下面筆者舉一例說明．

例題3.某小組同學準備探究“通過導體的電流與電壓、電阻的關(guān)系”．實驗器材有:干電池2節(jié).滑動變阻器(20 Ω，1 A)、電流表、電壓表、開關(guān)各一個,不同阻值的定值電阻及導線若干,圖4(甲)是他們連接的實驗電路．

(1) 閉合開關(guān)前,應(yīng)將滑動變阻器的滑片P移到(選填“A”或“B”)端．

(2) 閉合開關(guān)后,他們移動滑動變阻器的滑片至某一位置,電壓表示數(shù)為0.7 V,電流表示數(shù)如圖乙所示．接著繼續(xù)探究,把所測數(shù)據(jù)填入表1.

圖4

表1

① 圖4(乙)中電流表示數(shù)為A;

② 圖4(丙)是以電流I為縱坐標、電壓U為橫坐標建立的平面直角坐標系．請根據(jù)他們所測數(shù)據(jù),在坐標系中描點,畫出I-U圖像,并標記為a．

(3) 圖(丙)中b、c、d3條I-U圖像,是其他組學生選擇5 Ω、10 Ω和20 Ω的定值電阻,按圖(甲)電路測量數(shù)據(jù)所畫．

① 單獨分析圖(丙)中每條I-U圖像,可以得到的結(jié)論;

② 該小組學生發(fā)現(xiàn),分析圖(丙)中的I-U圖像,還能得到:“當導體兩端電壓一定時,導體中的電流與導體的電阻成反比”這一規(guī)律．請寫出分析方法:．

③ 為驗證②中的規(guī)律,該小組的學生選擇了5 Ω、10 Ω、20 Ω的定值電阻,準備分別接入圖(甲)電路,測量電流進行探究．有學生提議:既然探究時需要保持電阻兩端電壓不變,圖(甲)中可以不用連接滑動變阻器和電壓表．他們按照提議分別將3只電阻由小到大接入電路,閉合開關(guān)后,讀出電流表示數(shù)分別為0.42 A,0.24 A,0.13 A,發(fā)現(xiàn)無法驗證②中的規(guī)律．于是,他們計劃仍按圖(甲)進行探究,分析測量數(shù)據(jù)后,選定準備加在電阻兩端的電壓值U．為確保完成驗證,則這個電壓值U的范圍為

(A) 1.5 V≤U≤3 V.

(B) 1.3 V

(C) 1.3 V

(D) 2.1 V≤U≤2.6 V.

試題的背景是課程標準規(guī)定的學生必做實驗:探究通過導體的電流與電壓、電阻的關(guān)系．題設(shè)采用真實的圖景、真實的數(shù)據(jù)進行真實問題的考查．第(1)問考查實驗操作,強調(diào)實驗操作的規(guī)范性．第(2)問考查電流表讀數(shù)并要求依據(jù)數(shù)據(jù)用描點法做出電阻的I-U圖像,當學生發(fā)現(xiàn)所描出的點不在同一直線上時,要懂得采用擬合的方法處理,讓點均勻分布在直線兩側(cè),強調(diào)科學方法的重要性．其中的第(3)問則重在評價學生的反思與評價能力．

第(3)問中的①小問是要求學生能依據(jù)圖像分析得出實驗結(jié)論,②小問是給出結(jié)論說明分析方法,將圖像分析法和控制變量法進行了融合,可以評價學生在進行歐姆定律的探究時,是否經(jīng)歷了基于證據(jù)進行歸納、歸理結(jié)論進行評估的過程．解答第③小問,首先需要依據(jù)題設(shè),做出同學提議的探究電路原理圖,如圖5所示．依據(jù)所給數(shù)據(jù),分析得出“用干電池做電源,電阻越大,電阻兩端所分得的電壓越大”．接下來,學生需要應(yīng)用所獲得的結(jié)論進行實際探究時電壓預(yù)設(shè)值的計算,電路原理圖如圖6所示．為確保完成驗證,當電壓預(yù)設(shè)值最小時,此時滑動變阻器的阻值取最大值20 Ω,R取20 Ω,此時電路總電阻為40 Ω,則電路兩端電壓大于2.6 V,所以電壓預(yù)設(shè)值需大于1.3 V;當電壓預(yù)設(shè)值最大時,滑動變阻器的阻值取0 Ω,R取5 Ω,此時電阻兩端電壓為2.1 V,答案選擇(B)．

反思與評價能力,是指能對自己或他人的思維結(jié)果進行檢討性再思考的行為能力,能夠依據(jù)新的情境實現(xiàn)知識遷移的能力．歐姆定律本就是基于數(shù)據(jù)歸納的定律,第(3)小問中的③先給出數(shù)據(jù),評價學生能否反思探究數(shù)據(jù),得到新的規(guī)律;能否依據(jù)所得規(guī)律,應(yīng)用歐姆定律進行實驗設(shè)計．在日常的科學探究中,經(jīng)歷同樣的學習過程,勤與反思、勇于反思、善于反思的學生收獲更多,更易于走向成功．

圖5

中考評價是對義務(wù)教育階段學生學習物理后是否達成課程目標、獲得實際發(fā)展水平進行的評價,遵循的原則應(yīng)該是基于課程標準、關(guān)注學習過程、評價關(guān)鍵能力．對實踐應(yīng)用能力進行評價既可以考查學生的知識水平,也可以考查學生的認知能力．綜上所述,我們可以結(jié)合實用工具評價分析與解釋的能力,采用項目設(shè)計評價思想方法和數(shù)學方法的應(yīng)用能力,在實驗探究中評價學生的反思與評價的能力．此類評價方式也在啟示我們,在教學設(shè)計和教學實施過程中要重視情境的創(chuàng)設(shè),重視科學探究能力的培養(yǎng),通過問題解決促進物理學科核心素養(yǎng)的達成[3]．