嚴(yán)云佳 趙惠松 梁 旭

(1. 桐鄉(xiāng)鳳鳴高級中學(xué),浙江 桐鄉(xiāng) 314500; 2. 浙江省教研室,浙江 杭州 310000)

1 素養(yǎng)解構(gòu)的基本內(nèi)涵

教學(xué)評價是教育教學(xué)的指揮棒，它直接決定教師學(xué)科教學(xué)的方向和內(nèi)容.考什么、評什么、教什么，是讓物理核心素養(yǎng)落地最直接也是最重要的保障.只有建立以物理核心素養(yǎng)為導(dǎo)向的評價體系，物理學(xué)科核心素養(yǎng)才能真正落地.[1]新的課標(biāo)建立了基于核心素養(yǎng)的學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，更是明確提出了學(xué)生在學(xué)完某學(xué)科或者某模塊后應(yīng)該具備的核心素養(yǎng)以及在這些素養(yǎng)上應(yīng)該達(dá)到的具體水平.因此，素養(yǎng)解構(gòu)就顯得很重要.

解構(gòu)，或稱為“結(jié)構(gòu)分解”，是后結(jié)構(gòu)主義提出的一種分析問題的方法，意思為“分解、拆解、揭示”等.素養(yǎng)解構(gòu)是指從物理核心素養(yǎng)的物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和科學(xué)態(tài)和責(zé)任4個具體表述，以及每個表述下的5個層次水平去分析解構(gòu)某個問題所需要的素養(yǎng)以及水平.通過解構(gòu)來評價進(jìn)而了解學(xué)生所處的水平層次，反過來改進(jìn)和引導(dǎo)我們的教學(xué).

素養(yǎng)解構(gòu)分3步，首先要清晰呈現(xiàn)解題的思維過程，然后根據(jù)求解表達(dá)內(nèi)容與物理學(xué)科素養(yǎng)的水平劃分之間的聯(lián)系確定素養(yǎng)內(nèi)容和水平，難以分辨的內(nèi)容，需要依據(jù)素養(yǎng)層級進(jìn)行分析逐級確定.[2]本文就以2019年4月浙江省選考實驗題為例，解釋如何對實驗題進(jìn)行解構(gòu)，同時通過解構(gòu)，讓同行們了解實驗題對素養(yǎng)的要求層次，進(jìn)而改進(jìn)和引導(dǎo)我們的課堂教學(xué).

2 2019年4月浙江選考實驗題素養(yǎng)解構(gòu)

2019年4月物理選考第21題原題如下.在“探究電磁感應(yīng)的產(chǎn)生條件”實驗中，實驗連線后如圖1所示，感應(yīng)線圈組的內(nèi)外線圈的繞線方向如圖2粗線所示.

圖1

圖2

(1) 接通電源，閉合開關(guān)，G表指針會有大的偏轉(zhuǎn)，幾秒后G表指針停在中間不動.將滑動變阻器的觸頭迅速向右滑動時，G表指針(“不動”、“右偏”、“左偏”、“不停振動”)；迅速抽出鐵芯時，G表指針(“不動”、“右偏”、“左偏”、“不停振動”).

(2) 斷開開關(guān)和電源，將鐵芯重新插入內(nèi)線圈中，把直流輸出改為交流輸出，其他均不變.接通電源，閉合開關(guān)，G表指針(“不動”、“右偏”、“左偏”、“不停振動”).

(3) 僅用一根導(dǎo)線，如何判斷G表內(nèi)部線圈是否斷了？

2.1 第(1)問第一空素養(yǎng)解構(gòu)

本問屬于課本實驗的改編，但是又不拘泥于課本.我們首先根據(jù)閉合電路歐姆定律和電路規(guī)律得知當(dāng)滑動變阻器的觸頭向右滑動時,滑動變阻器連入電路的電阻減小,從B端流入的電流增大,導(dǎo)致內(nèi)線圈磁場增強(qiáng).再根據(jù)電磁感應(yīng)和楞次定律的規(guī)律可知外線圈感應(yīng)出的電流磁場和內(nèi)線圈的原磁場相反.然后根據(jù)圖2和楞次定律,電流應(yīng)從A端流入G表,G表指針左偏.根據(jù)以上解題的思維過程確定的素養(yǎng)解構(gòu)如表1.

表1 第(1)問第一空素養(yǎng)解構(gòu)

從以上素養(yǎng)解構(gòu)可看出，此空對物理觀念的考查是2和3的水平，但是對科學(xué)推理和科學(xué)探究的考查屬于3和4的水平，特別是要從內(nèi)外線圈的繞行方向推理出電流的流向問題屬于科學(xué)推理和科學(xué)探究的難點，也是能區(qū)分學(xué)生有沒有達(dá)到這個素養(yǎng)水平，非常好的一空.

2.2 第(1)問第二空素養(yǎng)解構(gòu)

第二空和第一空有銜接性.迅速抽出鐵芯時,磁場變?nèi)?G表指針偏轉(zhuǎn)應(yīng)與之前相反.這一空看似簡單，但是這個推理成立的前提是前面已經(jīng)有了具體案例作為基礎(chǔ)，而且腦中有磁能量變化情況相反，電流方向相反這個觀點支撐.也就是第一空內(nèi)線圈磁場增強(qiáng)，G左偏，那么這一空磁場變?nèi)?G右偏.根據(jù)以上解題的思維過程確定的素養(yǎng)解構(gòu)如表2.

從以上素養(yǎng)解構(gòu)發(fā)現(xiàn)，要解決這一空，科學(xué)推理的水平反而只有2，但是對物理觀念中的看法與觀點的考查反而到了4的標(biāo)準(zhǔn).

2.3 第(2)問素養(yǎng)解構(gòu)

第二問是緊隨第一問而設(shè)計的，剛剛第一問中內(nèi)線圈磁場增大G左偏，磁場減弱G右偏.根據(jù)交流電的變化特點，改為交流輸出后,磁場在不停發(fā)生變化,根據(jù)楞次定律,感應(yīng)電流的磁場也在不停變化,G表指針不停振動.根據(jù)以上解題的思維過程確定的素養(yǎng)解構(gòu)如表3.

表3 第(2)問素養(yǎng)解構(gòu)

從以上素養(yǎng)解構(gòu)發(fā)現(xiàn)，有了第一問的思考，此問的科學(xué)推理的水平只有3，物理觀念中的規(guī)律考查也只有2.

2.4 第(3)問素養(yǎng)解構(gòu)

從第(3)問的設(shè)問：僅用一根導(dǎo)線，如何判斷G表內(nèi)部線圈是否斷了？可以看出，此問要學(xué)生用自己尋找證據(jù)和線索來證明G表內(nèi)部線圈是否斷了，從解決問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)—尋找證據(jù)可以得出，此問一定涉及到科學(xué)思維中的科學(xué)論證素養(yǎng).根據(jù)以上解題的思維過程確定的素養(yǎng)解構(gòu)如表4.

表4 第(3)問素養(yǎng)解構(gòu)

實驗題中出現(xiàn)科學(xué)論證的考查絕非偶然.所謂科學(xué)論證，邏輯學(xué)指引用論據(jù)來證明論題的真實性的論述過程，是由論據(jù)推出論題時所使用的推理形式.平時我們做了那么多的實驗，目的就是讓學(xué)生在觀察、實驗的基礎(chǔ)上通過科學(xué)推理和科學(xué)論證等得到結(jié)論，由此培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維.這一問的設(shè)計彰顯選考實驗加大了對科學(xué)論證素養(yǎng)的考查.

3 浙江選考實驗解構(gòu)對實驗教學(xué)的啟示

從以上例題分析和結(jié)合近幾年浙江選考實驗可看出，浙江的選考實驗對物理觀念的考查是其次的，更多的是考查學(xué)生們的科學(xué)思維素養(yǎng)和科學(xué)探究素養(yǎng)，科學(xué)思維素養(yǎng)里面更多的是考查科學(xué)推理和科學(xué)論證，而科學(xué)探究素養(yǎng)里面更多的是考查證據(jù)和解釋素養(yǎng).可見實驗對于落實核心素養(yǎng)太關(guān)鍵了.筆者結(jié)合剛剛做的“力的合成”學(xué)生實驗提出3點實驗教學(xué)的建議，談?wù)勗谄綍r的實驗教學(xué)中如何落實核心素養(yǎng).

(1) 關(guān)注實驗細(xì)節(jié)，善于發(fā)現(xiàn)實驗的教育價值.

伽利略開創(chuàng)了用實驗去研究物理問題的先河，可見實驗對于研究物理問題是至關(guān)重要的.但是現(xiàn)在在課堂上學(xué)生做實驗也好，教師演示實驗也好，最關(guān)心的可能是實驗的結(jié)論，忽視了實驗過程中一些有價值的細(xì)節(jié).筆者認(rèn)為，我們設(shè)計實驗和分析實驗，都要善于發(fā)現(xiàn)有價值的細(xì)節(jié).這些細(xì)節(jié)對于結(jié)論可能沒有影響，但是對于學(xué)生的素養(yǎng)提升影響很大.

比如筆者在上“力的合成”學(xué)生實驗時，有些實驗小組只放一個彈簧秤，學(xué)生就要找我還要一個彈簧秤，不然沒法進(jìn)行實驗.筆者面對這個細(xì)節(jié)，筆者向他提出了一個問題：你們組只靠一個彈簧秤能做好實驗嗎？根據(jù)科學(xué)探究的問題、證據(jù)、解釋和交流四要素分析發(fā)現(xiàn)，選擇實驗器材進(jìn)行實驗屬于科學(xué)探究里的證據(jù)素養(yǎng)，《標(biāo)準(zhǔn)》里對證據(jù)的5個水平解讀如表5.

表5 科學(xué)探究素養(yǎng)中證據(jù)的5個水平

學(xué)生按照筆者預(yù)設(shè)的實驗方案進(jìn)行實驗(兩個彈簧同時拉)，即使實驗成功他們的證據(jù)水平也就達(dá)到了水平2—能根據(jù)已有的科學(xué)探究方案，使用基本的器材獲得數(shù)據(jù).他們雖然獲得了實驗結(jié)論，但是沒有達(dá)到科學(xué)探究素養(yǎng)的層次提升.當(dāng)筆者把“能否靠一個彈簧秤就能做好實驗”的問題拋下去后，學(xué)生馬上開動腦筋，兩位組員之間重新審視實驗原理，重新規(guī)劃探究思路，發(fā)現(xiàn)可以用手等效成“假彈簧”拉，真彈簧讀好數(shù)后，馬上交換再拉一次，不就可以了嗎？這個新奇的思想明顯鍛煉了學(xué)生獲取證據(jù)的能力，至少達(dá)到了證據(jù)水平4—能制訂科學(xué)探究方案，選用合適的器材獲得數(shù)據(jù).當(dāng)然實驗的價值很多(表6)，從實驗的開始到最后，處處充滿素養(yǎng)，是否善于發(fā)現(xiàn)，取決于教師的教育智慧.

表6 實驗素養(yǎng)分布

(2) 善于搜集證據(jù)，培養(yǎng)科學(xué)論證能力.

科學(xué)論證是解釋證據(jù)與結(jié)論之間的關(guān)系,是確定科學(xué)結(jié)論所需要的證據(jù)和尋找證據(jù)的途徑.提升學(xué)生的證據(jù)意識，培養(yǎng)證據(jù)的搜集和解釋，是提升科學(xué)論證能力的關(guān)鍵.

牛頓在推導(dǎo)萬有引力過程就經(jīng)歷了科學(xué)求證的過程.他首先推導(dǎo)：F∝m/r2，根據(jù)牛頓第三定律：F∝M/r2，最后推廣：“萬有”.但他并不馬上下結(jié)論.“偉大”的蘋果點醒了他，他仰望星空，進(jìn)行月地檢驗，統(tǒng)一了天上和地下的力.最后又用自己的結(jié)論證明了他筆下的行星運(yùn)動和哈雷彗星的預(yù)言和被后世觀測.同樣伽利略在研究落體快慢和輕重有無關(guān)系的時候，也經(jīng)歷了科學(xué)求證.科學(xué)家如此，我們平時實驗教學(xué)也應(yīng)該如此.

圖3

還是以“力的合成”學(xué)生實驗為例，通過力的圖示得到3個力的關(guān)系后(如圖3)，教師不要急于得出結(jié)論，因為這只是一次實驗，是否真的和結(jié)論一樣，那也得進(jìn)行猜想，進(jìn)而進(jìn)行科學(xué)求證，不能一蹴而就.

小組1猜想：分力和合力滿足勾股定理的關(guān)系，即兩個分力大小的平方和等于合力大小的平方.

其他組論證：不同意.因為其他大部分組實驗數(shù)據(jù)按照勾股定理擬合，差別太大.兩個分力相互垂直的小組除外.因此兩個分力相互垂直時才滿足勾股定理的關(guān)系.不具有普遍性.

小組2猜想：我們組將其中一個分力平移過去，發(fā)現(xiàn)3個力剛好形成一個三角形.可能三角形3邊尚未完全閉合，可以認(rèn)為是實驗誤差引起的(如圖4).

其他組論證：平移其中一個分力之后，大部分小組均同意小組2的觀點.

(這是不是就是我們探求的規(guī)律呢？是否還有其他觀點？)

小組3猜想：連接分力的箭頭，好像兩個分力也能組成一個三角形(平時有奇特想法的學(xué)生提出來的，如圖5)教師表揚(yáng)該學(xué)生，猜想非常好.

圖4

圖5

圖6

小組4猜想：我們以兩個分力F1和F2作為兩條邊，構(gòu)成一個四邊形，這個四邊形長的有點像平行四邊形(圖6).

其他組論證：添加輔助線，構(gòu)成四邊形后，大部分小組均同意小組4的觀點.

教師質(zhì)疑：你怎么能證明這個四邊形就是平行四邊形呢？

生：推平行線.通過驗證，果然基本能重合.

師：從4個小組的猜想與全體同學(xué)的驗證當(dāng)中，我們排除了分力與合力的關(guān)系為勾股定理的關(guān)系.然而構(gòu)建三角形和構(gòu)建平行四邊形似乎都行.那么到底哪種是我們所要找尋的規(guī)律呢？

經(jīng)前人多次、細(xì)致的實驗，最后確認(rèn)，兩力合成時，以表示這兩個力的線段為鄰邊作平行四邊形.這兩個鄰邊之間的對角線就代表合力的大小和方向.這個法則叫平行四邊形定則.三角形其實就是平行四邊形的一條邊平移后得到的，本質(zhì)相同.平行四邊形定則適用所有的矢量的合成.

點評：學(xué)生通過對實驗數(shù)據(jù)的分析和實驗規(guī)律的猜測，并在全班學(xué)生共同“證偽”和“ 證實”的情況下，基本能找到求合力的方法.雖然這里占用了一定的時間，但是學(xué)生在參與、體驗、探究、合作過程感受到的科學(xué)研究方法和品嘗到的學(xué)習(xí)樂趣卻是無窮的.這個過程也就是學(xué)生搜集證據(jù)，培養(yǎng)科學(xué)論證素養(yǎng)的最佳時機(jī).

(3) 要做真實驗，不要放實驗，不要講實驗.

由于課時緊張，很多教師喜歡用實驗微課進(jìn)行放實驗，或者直接PPT講實驗.這樣根本沒有發(fā)揮出實驗的教學(xué)價值.就拿“力的合成”實驗來說，雖然看上去簡單，而且結(jié)論的話學(xué)生也很好理解，但是實驗過程中的很多好的思想不通過做實驗是絕對體會不了的.

普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)指出，實驗手冊上安排的實驗，每個學(xué)生都要親自去做好，不管是否做的出，經(jīng)歷了實驗的過程，這就是價值.為什么學(xué)考和選考的實驗試題，有些看上去也就2和3的水平，但是學(xué)生做題時錯誤很多，歸根結(jié)底就是學(xué)生根本沒有做過這些實驗，稍微變換了形式就不會了.筆者的意思是，實驗要真做，哪怕簡單的實驗，也要去實驗室做.