譚 程

(廣東省陽(yáng)山縣陽(yáng)山中學(xué)，廣東 清遠(yuǎn) 513100)

1 引言

高中物理課程旨在進(jìn)一步提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)，其中科學(xué)思維是核心素養(yǎng)的重要方面。科學(xué)思維主要包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證和質(zhì)疑創(chuàng)新等要素?！镀胀ǜ咧形锢碚n程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)課標(biāo))提出科學(xué)思維是物理學(xué)科核心素養(yǎng)的核心，并研制了相應(yīng)的學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。筆者從科學(xué)思維的視角，分析2019年全國(guó)Ⅲ卷的電學(xué)實(shí)驗(yàn)題，提出了培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力、落實(shí)學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的教學(xué)策略。

2 電學(xué)實(shí)驗(yàn)題對(duì)科學(xué)思維能力考查的分析

2.1 原題呈現(xiàn)

某同學(xué)欲將內(nèi)阻為98.5Ω、量程為100μA的電流表改裝成歐姆表并進(jìn)行刻度和校準(zhǔn)，要求改裝后歐姆表的15kΩ刻度正好對(duì)應(yīng)電流表表盤(pán)的50μA刻度?？蛇x用的器材還有：定值電阻R0(阻值14kΩ)，滑動(dòng)變阻器R1(最大阻值1500Ω)，滑動(dòng)變阻器R2(最大阻值500Ω)，電阻箱(0～99999.9Ω)，干電池(E=1.5V，r=1.5Ω)，紅、黑表筆和導(dǎo)線若干。

圖1

(1) 歐姆表設(shè)計(jì)：將圖1中的實(shí)物連線組成歐姆表。歐姆表改裝好后，滑動(dòng)變阻器R接入電路的電阻應(yīng)為Ω：滑動(dòng)變阻器選(填“R1”或“R2”)。

(2) 刻度歐姆表表盤(pán)：通過(guò)計(jì)算，對(duì)整個(gè)表盤(pán)進(jìn)行電阻刻度，如圖2所示。表盤(pán)上a、b處的電流刻度分別為25和75，則a、b處的電阻刻度分別為、。

圖2

圖3

(3) 校準(zhǔn)：紅、黑表筆短接，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使歐姆表指針指向kΩ處；將紅、黑表筆與電阻箱連接，記錄多組電阻箱接入電路的電阻值及歐姆表上對(duì)應(yīng)的測(cè)量值，完成校準(zhǔn)數(shù)據(jù)測(cè)量。若校準(zhǔn)某刻度時(shí)，電阻箱旋鈕位置如圖3所示，則電阻箱接入的阻值為Ω。

2.2 試題分析

從科學(xué)思維能力考查的視角，筆者認(rèn)為該題具有以下特點(diǎn)。

(1) 凸顯物理模型建構(gòu)

郭玉英教授指出：“在科學(xué)領(lǐng)域中，模型被視為對(duì)真實(shí)世界的一種表征，建模是建構(gòu)或修改模型的動(dòng)態(tài)過(guò)程，即從復(fù)雜的現(xiàn)象中，抽取出能描繪該現(xiàn)象的元素或參數(shù)，并找出這些元素或參數(shù)之間的正確關(guān)系，建構(gòu)足以正確描述、解釋該現(xiàn)象的模型的過(guò)程?！笨梢?jiàn)物理模型是溝通已知世界和未知世界的橋梁，是解決物理問(wèn)題的重要手段。所以,培養(yǎng)學(xué)生的物理模型建構(gòu)能力成了物理教學(xué)的重要目標(biāo)，課標(biāo)將物理模型建構(gòu)能力的學(xué)業(yè)質(zhì)量劃分為5級(jí)水平(圖4)。

圖4

2019年全國(guó)Ⅲ卷電學(xué)實(shí)驗(yàn)題通過(guò)改裝歐姆表，考查了學(xué)生建構(gòu)物理模型、解決實(shí)際問(wèn)題的能力。本實(shí)驗(yàn)與教材實(shí)驗(yàn)相比，多了一個(gè)定值電阻R0。學(xué)生若理解了教材模型中的滑動(dòng)變阻器在實(shí)驗(yàn)中可能會(huì)滑到最下端(圖5)，自然會(huì)想到R0在電路中起保護(hù)作用，并建立如圖6所示的物理模型，本題考查的是物理模型建構(gòu)的學(xué)業(yè)質(zhì)量水平4：“能將實(shí)際問(wèn)題中的對(duì)象和過(guò)程轉(zhuǎn)換成物理模型”。

圖5

圖6

(2) 注重科學(xué)推理

物理學(xué)基于觀察與實(shí)驗(yàn)，建構(gòu)物理模型，應(yīng)用數(shù)學(xué)等工具，通過(guò)科學(xué)推理和論證，形成系統(tǒng)的研究方法和理論體系，可見(jiàn)科學(xué)推理是科學(xué)思維的核心，科學(xué)推理一般分為4個(gè)步驟：

① 從情景中提取信息(情景信息化)；

② 建構(gòu)物理模型(信息直觀化)；

③ 將所提取的信息與相關(guān)物理定律建立聯(lián)系(信息內(nèi)涵化)；

④ 結(jié)合問(wèn)題甄選信息，在不同信息之間建立關(guān)聯(lián)并進(jìn)行推理(信息整合化)。課標(biāo)將科學(xué)推理的學(xué)業(yè)質(zhì)量劃分為5級(jí)水平(圖7)。

圖7

2019年全國(guó)Ⅲ卷電學(xué)實(shí)驗(yàn)題對(duì)科學(xué)推理的考查體現(xiàn)如下：

① 提取信息：歐姆表改裝與校準(zhǔn)、表盤(pán)刻度確定、滑動(dòng)變阻器選取和電阻箱讀數(shù)；

② 信息直觀化：建立如圖6所示的模型；

該題要求考生從真實(shí)情境中，能對(duì)常見(jiàn)的物理現(xiàn)象進(jìn)行分析和推理，獲得結(jié)論并作出解釋?zhuān)w現(xiàn)了科學(xué)推理學(xué)業(yè)質(zhì)量水平4的要求。

(3) 彰顯科學(xué)論證

世界各國(guó)教育都將培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)論證能力置于前所未有的高度，我國(guó)于2017年首次將科學(xué)論證寫(xiě)入課標(biāo)，并劃分了科學(xué)論證的學(xué)業(yè)質(zhì)量5級(jí)水平(圖8)。2019年全國(guó)Ⅲ卷電學(xué)實(shí)驗(yàn)題對(duì)科學(xué)論證的考查體現(xiàn)了課標(biāo)的要求，具有以下特點(diǎn)。

圖8

① 突出“基于證據(jù)、得出結(jié)論”的基本素養(yǎng)

以上論證體現(xiàn)了“基于證據(jù)、得出結(jié)論”的基本素養(yǎng)，落實(shí)了“能恰當(dāng)使用證據(jù)證明物理結(jié)論”的要求，體現(xiàn)了科學(xué)論證的學(xué)業(yè)質(zhì)量水平4的要求。

中國(guó)特色社會(huì)主義進(jìn)入新時(shí)代，我國(guó)高等教育的地位作用、發(fā)展階段、資源條件、支撐環(huán)境發(fā)生了重大變化，高等教育發(fā)展的基本矛盾發(fā)生了深刻轉(zhuǎn)化。滿足新時(shí)代對(duì)高等教育的迫切需求，要以習(xí)近平新時(shí)代中國(guó)特色社會(huì)主義思想為指導(dǎo)，精準(zhǔn)對(duì)標(biāo)教育強(qiáng)國(guó)建設(shè)和“雙一流”建設(shè)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)涵式發(fā)展，建成選擇性更多、競(jìng)爭(zhēng)力更強(qiáng)、特色更鮮明、公平度更高、對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展引領(lǐng)支撐作用更大的高等教育。黨的建設(shè)的基本規(guī)律指明，新時(shí)代高等教育的發(fā)展迫切需要把黨的政治建設(shè)擺在首位，堅(jiān)持和完善黨對(duì)高校的全面領(lǐng)導(dǎo)，為辦好人民滿意大學(xué)和建設(shè)教育強(qiáng)國(guó)提供堅(jiān)強(qiáng)的政治思想保證和組織保證。

② 彰顯“循序漸進(jìn)、深入推理”的特征

“滑動(dòng)變阻器選取”的論證回歸教材，指針讀數(shù)實(shí)際是回路中的電流，需由已知電流值求出對(duì)應(yīng)刻度的電阻值，體現(xiàn)了科學(xué)論證的學(xué)業(yè)質(zhì)量水平5的要求，彰顯了“循序漸進(jìn)、深入推理”的特征。

(4) 引導(dǎo)質(zhì)疑創(chuàng)新

學(xué)貴有疑，疑之所以貴，因?yàn)橐梢?jīng)過(guò)思考，是思維的新產(chǎn)物，很多科學(xué)家都具有可貴的質(zhì)疑精神。課標(biāo)明確指出：“使學(xué)生具有一定的質(zhì)疑能力是新課程的重要目標(biāo)”，將質(zhì)疑創(chuàng)新的學(xué)業(yè)質(zhì)量劃分為5級(jí)水平(圖9)。

圖9

2019年全國(guó)Ⅲ卷電學(xué)實(shí)驗(yàn)題對(duì)質(zhì)疑創(chuàng)新能力的考查體現(xiàn)在歐姆表的校準(zhǔn)上，提出質(zhì)疑：歐姆表改裝達(dá)標(biāo)嗎？解疑途徑：用改裝后的歐姆表去測(cè)量多組電阻箱接入電路的電阻值，完成校準(zhǔn)工作。體現(xiàn)了水平4的要求。

3 培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力的教學(xué)策略

(1) 以物理模型建構(gòu)為抓手，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力

建構(gòu)物理模型要從分析的物理問(wèn)題中抽象出“事和物”的關(guān)鍵特征，再將需分析的“事和物”概括成可解讀的物理信息。該過(guò)程運(yùn)用了比較、分析、抽象和概括等思維方法，同時(shí)伴隨猜想、推理、論證等探究環(huán)節(jié)。為培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力，應(yīng)以物理模型建構(gòu)為抓手，引領(lǐng)學(xué)生的科學(xué)思維向縱深發(fā)展，使他們的問(wèn)題解決能力不斷提升。

(2) 以科學(xué)探究為導(dǎo)向，強(qiáng)化科學(xué)思維能力的培養(yǎng)

科學(xué)探究是學(xué)生主動(dòng)獲取知識(shí)的實(shí)踐活動(dòng)，目的是讓學(xué)生親歷與科學(xué)家探究時(shí)的相似過(guò)程，體驗(yàn)探究樂(lè)趣。在物理教學(xué)中要落實(shí)課標(biāo)的要求：“在探究教學(xué)過(guò)程中要注重培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，將學(xué)生的思維發(fā)展與科學(xué)探究緊密聯(lián)系起來(lái)”。學(xué)生在體驗(yàn)科學(xué)探究的過(guò)程中，運(yùn)用科學(xué)思維方法解決問(wèn)題，從而不斷地促進(jìn)科學(xué)思維能力的發(fā)展。

(3) 倡導(dǎo)高質(zhì)量的質(zhì)疑，促進(jìn)發(fā)散思維能力的提升

傳統(tǒng)教學(xué)中提問(wèn)是教師的事，學(xué)生只管回答，無(wú)需提問(wèn)，學(xué)生的“思”和“疑”由教師替代了，這種“包辦式”教學(xué)難以培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑能力?！皢?wèn)渠那得清如許，為有源頭活水來(lái)”，要使質(zhì)疑能真正促使學(xué)生的思維發(fā)散，應(yīng)倡導(dǎo)“高質(zhì)量質(zhì)疑”。若學(xué)生發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題與自己已有認(rèn)知發(fā)生沖突，而對(duì)現(xiàn)有認(rèn)知提出質(zhì)疑，這是高質(zhì)量質(zhì)疑，這種質(zhì)疑能發(fā)散學(xué)生的思維。