摘 要：為科學(xué)評價(jià)初中學(xué)生的物理學(xué)業(yè)水平，需基于課程標(biāo)準(zhǔn)，基于關(guān)鍵能力框架進(jìn)行試題設(shè)計(jì).本文結(jié)合中考試題，說明設(shè)計(jì)的幾項(xiàng)策略：建構(gòu)物理模型，評價(jià)學(xué)生對概念和規(guī)律的理解;依托真實(shí)的問題，評價(jià)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和探究思維;關(guān)注科技實(shí)例，評價(jià)學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)和科學(xué)思維.

關(guān)鍵詞：概括理解;實(shí)驗(yàn)探究;實(shí)踐應(yīng)用

中圖分類號：G633.7???? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B???? 文章編號：1008-4134（2021）14-0062-04

基金項(xiàng)目：江蘇省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃課題“指向物理核心素養(yǎng)的單元設(shè)計(jì)”（項(xiàng)目編號：R-c/2016/07）.

作者簡介：許幫正（1971-），男，安徽桐城人，碩士，中學(xué)正高級教師，江蘇省特級教師，研究方向：中學(xué)物理課堂教學(xué)、單元設(shè)計(jì).

自2017年起，筆者作為江蘇省義務(wù)教育學(xué)生學(xué)業(yè)質(zhì)量監(jiān)測專家組成員，一直參與初中物理監(jiān)測工具的研制.依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)，基于大規(guī)模監(jiān)測的實(shí)踐研究，專家組給出的初中物理關(guān)鍵能力框架結(jié)構(gòu)，包括概括理解、實(shí)驗(yàn)探究、實(shí)踐應(yīng)用，這與高考評價(jià)體系所要求的三項(xiàng)關(guān)鍵能力群相一致，對應(yīng)關(guān)系如圖1所示.

“概括理解”是學(xué)生在進(jìn)行物理知識學(xué)習(xí)過程中表現(xiàn)出的能力，包括“觀察與建?！薄案爬ㄅc推理”“辨析與梳理”等能力;“實(shí)驗(yàn)探究”是指學(xué)生在觀察、實(shí)驗(yàn)和科學(xué)探究過程中表現(xiàn)出的能力，包括“問題與猜想”“設(shè)計(jì)與操作”“證據(jù)與論證”等能力;“實(shí)踐應(yīng)用”是指學(xué)生在應(yīng)用物理知識解釋自然現(xiàn)象和解決實(shí)際問題時(shí)表現(xiàn)出的能力，包括“分析與解釋”“思想與方法”“反思與評價(jià)”等能力.

物理中考，作為初中學(xué)生學(xué)業(yè)水平評價(jià)的重要組成部分，需要基于課程標(biāo)準(zhǔn)，基于關(guān)鍵能力框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行試題設(shè)計(jì)，筆者結(jié)合中考試題進(jìn)行分析交流.

1 概括理解：建構(gòu)物理模型，評價(jià)學(xué)生對概念和規(guī)律的理解

教師首先需要明確物理究竟講什么？以此來確定學(xué)生該怎樣學(xué)習(xí)物理.愛因斯坦在他的著作《物理學(xué)的進(jìn)化》中給出的觀點(diǎn)是：物理是在概念世界和現(xiàn)象世界之間建立關(guān)聯(lián).人類自從有了思想，便一直試圖解開這世界的終極之謎，直到300年前，才開始找到解開這謎題所用的語言，這就是“物理概念”.我們可以這樣理解，物理的研究過程源自于理解自然的設(shè)計(jì)，基于觀察，提出問題，進(jìn)行猜想，用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行論證，建立物理模型，并用物理概念來描述物理模型.

所以，從學(xué)生學(xué)習(xí)的角度，對物理知識的獲取能力，首先體現(xiàn)在能夠閱讀和理解物理學(xué)科的文本、符號，理解物理概念.其次是能夠從具體情境中提取有效信息，用物理概念和規(guī)律或者原理去解釋現(xiàn)象，依托概念建立起對學(xué)科基本知識的結(jié)構(gòu)化理解.從評價(jià)的角度講，我們就得采用“反芻”的方式，建構(gòu)出物理模型，以評價(jià)學(xué)生對物理概念和規(guī)律的理解.如下題所示.

例題1 閱讀短文，回答文后問題.

地基沉降

建在地面的房屋往往會(huì)面臨地基沉降問題，意大利的比薩斜塔就是因?yàn)榈鼗两挡痪鶆蚨鴥A斜的.房屋下方的地層通常包括土層和巖石層.巖石風(fēng)化、脫落形成的細(xì)小顆粒稱為土粒.土粒很堅(jiān)硬，很難被壓縮，但土粒之間有很多孔隙.如圖2a所示，土由土粒和土粒間的孔隙構(gòu)成.土中孔隙的總體積和土粒的總體積之比稱為土的孔隙比.與堅(jiān)固的巖石層不同，外加壓力時(shí)，土粒會(huì)發(fā)生移動(dòng)，重新排列、靠緊，土的體積就變小了.如圖2b所示，房屋對下方地層的壓力很大，土層被壓縮，就造成了房屋的地基沉降.因此在建造房屋之前要勘測地層，預(yù)估地基的沉降量.

（1）從土的構(gòu)成看，土被壓縮的體積可以認(rèn)為等于?? 減小的體積.

（2）在一次建造房屋前的地層勘測中，從土層中取一些土作為樣本，烘干后測得密度為1.8×103kg/m3.已知土粒的密度為2.7×103kg/m3，則土的孔隙比為?? .

（3）對上述樣本土進(jìn)行壓縮試驗(yàn)，得到孔隙比和所加壓強(qiáng)的數(shù)據(jù)見表1.請?jiān)谧鴺?biāo)圖中畫出e-p關(guān)系圖像（如圖3所示）.

（4）若該房屋的重力為1×107N，地基面積為40m2，下方土層厚度為6m.請根據(jù)以上數(shù)據(jù)，預(yù)估地基的沉降量為?? m.

從課程標(biāo)準(zhǔn)的角度分析，試題考查的知識點(diǎn)為“壓強(qiáng)、密度”， 知識的水平層次為“理解”.從關(guān)鍵能力框架來看，試題考查的關(guān)鍵能力為“概括理解”能力.

試題素材選擇具有實(shí)際意義，給出一段關(guān)于“地基沉降”原因的短文，題干中“孔隙比”解釋清晰，學(xué)生需要從閱讀中找到地基沉降的原因是房屋對土層的壓強(qiáng)導(dǎo)致土中孔隙的減小，理解圖2，并能形成如圖4所示的土層模型.

對照模型，第（1）問的答案為“孔隙”;第（2）問利用密度公式，可以設(shè)質(zhì)量為m的土，寫出土的體積和土粒體積的表達(dá)式，計(jì)算出孔隙比為0.5（如圖4a所示），這里有一個(gè)易錯(cuò)之處，如果信息提取不到位，學(xué)生會(huì)誤將土的體積和土粒體積混淆.第（3）問，利用數(shù)據(jù)畫出孔隙比和壓強(qiáng)的圖像，如圖5所示;第（4）問計(jì)算出壓強(qiáng)后，借助圖像計(jì)算出孔隙比約為0.41（如圖4b所示），因?yàn)橥翆雍穸仍瓰?m，土粒厚度不變，為4m，圖4a中孔隙厚度為2m，圖4b中孔隙厚度為1.64m，所以地基的沉降量約為0.26m.解答此題，學(xué)生經(jīng)歷了“提取信息—明確概念—建立模型—選用公式”的過程，評價(jià)學(xué)生“觀察與建模”“概括與推理”和“辨析與梳理”等能力.

2 實(shí)驗(yàn)探究：依托真實(shí)的問題，評價(jià)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和探究思維

實(shí)驗(yàn)探究能力應(yīng)是學(xué)生在面對學(xué)習(xí)探索問題情境時(shí)，進(jìn)行認(rèn)知操作和行動(dòng)操作過程中表現(xiàn)出的穩(wěn)定的個(gè)性心理特征，是理論聯(lián)系實(shí)際所必須具備的能力基礎(chǔ).包括實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、動(dòng)手操作、數(shù)據(jù)處理和信息轉(zhuǎn)化能力.試題設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)真實(shí)的問題情境，評價(jià)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和形式邏輯思維.

真實(shí)的學(xué)習(xí)才能解決真實(shí)的問題，在實(shí)驗(yàn)探究中，我們切忌讓學(xué)生“按方抓藥”，應(yīng)讓學(xué)生切實(shí)經(jīng)歷探究過程，才能產(chǎn)生真實(shí)的問題.筆者曾聽多位教師執(zhí)教“測量定值電阻的阻值”，教師提供給學(xué)生的主要器材有：兩節(jié)新干電池，阻值為5Ω或者10Ω的待測電阻，電壓表、電流表，滑動(dòng)變阻器.一般流程是：給出歐姆定律—按照原理連接電路—多次測量取平均值.接下來，提出假設(shè)，如果電流表（或電壓表）損壞，如何測量？在這種教學(xué)方式下，學(xué)生看似經(jīng)歷了探究過程，但是實(shí)質(zhì)是重復(fù)實(shí)驗(yàn)操作，并非真實(shí)的學(xué)習(xí).

準(zhǔn)確測量出定值電阻的阻值是實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，這里包括小電阻和較大電阻的測量.教師在教學(xué)中，如果做以下兩種情形的改進(jìn)，則可以反映學(xué)生真實(shí)的實(shí)驗(yàn)技能和探究思維.第一種改進(jìn)：如果給學(xué)生2Ω的電阻.實(shí)際測量時(shí)，學(xué)生碰到的第一個(gè)問題是電流表到底是選擇哪個(gè)量程？同時(shí)也必須要考慮，電流會(huì)超過1A，屬于大電流，在此情形下，如何減小測量誤差？第二種改進(jìn)：選取家用電器中實(shí)際使用的色環(huán)電阻（200Ω左右），讓學(xué)生測量，必然出現(xiàn)電流表示數(shù)小于最小分度值0.02A，此時(shí)就只能考慮選用其他測量方案，也就排除了電表損壞的假設(shè).必然需要重新設(shè)計(jì)電路，例如可以采用如圖6所示的方式，利用電阻箱和待測電阻串聯(lián)，改變電阻箱的阻值，讀出電壓表示數(shù)，利用數(shù)學(xué)關(guān)系，準(zhǔn)確測量出電阻的阻值.基于上述電阻測量中需要解決的實(shí)際問題，筆者設(shè)計(jì)了如下的中考試題.

例題2 小明和小華在進(jìn)行“測量定值電阻的阻值”實(shí)驗(yàn)，器材有：干電池兩節(jié)，開關(guān)、電壓表、電流表、滑動(dòng)變阻器（20Ω 1.5A）、電阻箱（0～9999Ω 5A）各一個(gè)，待測電阻R1、R2，導(dǎo)線若干.

（1）連接電路前，小明發(fā)現(xiàn)電流表指針如圖7甲所示，于是他將電流表指針調(diào)至?? .

（2）①圖7乙是他們連接的測量R1阻值的部分電路.請用筆畫線代替導(dǎo)線，將電路連接完整.

②閉合開關(guān)前，應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的滑片P置于最?? （選填“左、右”）端.

③在正確完成上述操作后，閉合開關(guān)，移動(dòng)滑片P，當(dāng)電流表示數(shù)為0.2A時(shí)，電壓表示數(shù)如圖7丙所示，則電阻兩端的電壓為? ?V.多次實(shí)驗(yàn)所測量的結(jié)果見表2，則R1的阻值為?? Ω.

④測量R1阻值過程中，老師提醒他們要盡量縮短通電時(shí)間，并用較小的電流來測量，這樣做的理由是：?? .

（3）為測量電阻R2的阻值，他們在已連接好的圖7乙的電路中，用R2替換R1接入電路.

測量過程中，發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)始終小于分度值.于是，他們按照如圖8甲所示的電路圖，重新連接了電路，閉合開關(guān)后，改變電阻箱接入的阻值進(jìn)行多次測量.記錄下電阻箱的阻值R及對應(yīng)的電壓表示數(shù)U，并根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)繪制出1U-1R圖像，如圖8乙所示，則所測電阻R2的阻值為?? Ω.

試題圍繞“準(zhǔn)確測量定值電阻的阻值”這一主要問題而設(shè)計(jì)，第（2）④小問，為準(zhǔn)確測量小電阻的阻值，需要避免在測量中，由于電流過大和通電時(shí)間過長，導(dǎo)致電阻發(fā)熱阻值發(fā)生較大變化.第（3）小問在測量大電阻時(shí)，電流表示數(shù)由于太小，所以需要考慮實(shí)驗(yàn)的重新設(shè)計(jì).依據(jù)設(shè)計(jì)的電路圖（如圖8甲所示），我們可以推導(dǎo)出電壓表示數(shù)與待測電阻R2的關(guān)系：1U=1U0+R2U0·1R，其中，U0為電源電壓.解讀坐標(biāo)圖像（如圖8乙所示）中的數(shù)值，可以得出1U0=0.36，R2=160Ω.解決此題還可以直接從圖像入手，因?yàn)?U0=0.36，所以U0=259V，當(dāng)R=40Ω時(shí)，電壓表示數(shù)U=11.8V=59V，利用串聯(lián)電路的規(guī)律可以得出答案R2=160Ω，這兩種解決問題的方法是合理利用物理思維和數(shù)學(xué)工具.

從課程標(biāo)準(zhǔn)的角度分析，試題考查的知識點(diǎn)為“歐姆定律”，知識的水平層次為“理解”.從關(guān)鍵能力框架來看，試題考查的關(guān)鍵能力為“實(shí)驗(yàn)探究”能力，突出問題解決路徑，考查“設(shè)計(jì)與操作”和“證據(jù)與論證”等能力.

3 實(shí)踐應(yīng)用：關(guān)注科技實(shí)例，評價(jià)學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)和科學(xué)思維

從物理走向社會(huì)，是課程標(biāo)準(zhǔn)的基本理念，是體現(xiàn)物理學(xué)科價(jià)值的路徑.實(shí)踐應(yīng)用能力應(yīng)是學(xué)生在面對生活實(shí)際問題情境時(shí)，進(jìn)行知識應(yīng)用的過程，進(jìn)行學(xué)科知識加工的過程.為評價(jià)學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力，我們需要基于學(xué)生的實(shí)際生活，選擇合適的生活實(shí)例.

例如，在疫情期間，學(xué)生外出機(jī)會(huì)減少，乘坐公共交通的機(jī)會(huì)也減少，為體現(xiàn)物理學(xué)科的實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值，貼近學(xué)生生活，筆者選用“家用小汽車”作為命題情境.作為交通工具，首先要考慮汽車行駛的安全性，為了保障行駛安全，汽車的后風(fēng)窗都裝有如圖9所示的加熱除霜電路，該電路的工作原理圖如圖10所示.那么這個(gè)加熱除霜電路如何工作？加熱功率為多大？如何合理設(shè)計(jì)和改進(jìn)？這些都是實(shí)際問題，通過對這些問題的考查，就可以很好地引導(dǎo)學(xué)生將知識遷移到新的情境，分析模型，作出解釋，運(yùn)用物理的思想與方法解決新問題.于是，筆者在走訪專業(yè)人員后，對汽車后風(fēng)窗玻璃質(zhì)量、電路中原件的規(guī)格做了進(jìn)一步的了解，設(shè)計(jì)如下試題.

例題3 冬季，汽車后風(fēng)窗玻璃上常會(huì)形成一層薄霜，導(dǎo)致駕駛員無法準(zhǔn)確觀察后方情況.為保障行車安全，后風(fēng)窗玻璃裝有加熱除霜電路.如圖11甲所示，是某同學(xué)設(shè)計(jì)的模擬汽車后風(fēng)窗玻璃加熱電路，它由控制電路和受控電路組成.控制電路中S接“手動(dòng)”時(shí)，電磁鐵A通電吸引銜鐵，使觸點(diǎn)D、E接觸，受控電路中電熱絲R2工作，對玻璃均勻加熱.S接“自動(dòng)”時(shí)，加熱過程中，玻璃溫度升高至45℃時(shí)，觸點(diǎn)D、E恰好脫開，此時(shí)控制電路中通過的電流為0.02A.電路中U1=6V，U2=12V，R0=150Ω，R2=0.8Ω，R1為固定在玻璃內(nèi)的熱敏電阻，其溫度始終與玻璃溫度相同，阻值隨溫度升高而增大.若電熱絲R2所產(chǎn)生的熱量完全被玻璃吸收，玻璃質(zhì)量為9kg，玻璃比熱容為0.8×103J/（kg·℃）.電磁鐵A線圈的電阻忽略不計(jì).

（1）開關(guān)S接“手動(dòng)”：

①電磁鐵A通電時(shí)具有磁性，此現(xiàn)象稱為電流的?? 效應(yīng)，A的上端是?? 極.

②將玻璃從-5℃加熱至45℃，所需的時(shí)間是多少？

（2）開關(guān)S接“自動(dòng)”.玻璃的溫度為15℃和45℃時(shí)，控制電路的功率相差了0.03W，則15℃時(shí)熱敏電阻R1的阻值為?? Ω.

（3）汽車后風(fēng)窗玻璃上的電熱絲R2是通過絲網(wǎng)印刷的方式將專用的導(dǎo)電銀漿印刷到玻璃的表面燒結(jié)制成，如圖11乙所示.在電壓U2不變的情況下，為增大電熱絲R2的加熱功率，請從銀漿線的厚度、條數(shù)、粗細(xì)等方面，提出一種改進(jìn)措施 ??.

從課程標(biāo)準(zhǔn)的角度分析，試題考查的知識點(diǎn)包括：電流的磁效應(yīng)、影響電阻大小的因素、 熱量、焦耳定律、歐姆定律、電功率.知識的水平層次包括：了解、認(rèn)識、理解.試題考查的關(guān)鍵能力為“實(shí)踐應(yīng)用”.

試題選擇家用汽車后風(fēng)窗加熱電路并進(jìn)行合理建模.解答第（1）問要能看懂電路結(jié)構(gòu)，明確控制電路的動(dòng)態(tài)控制過程，評價(jià)學(xué)生的“分析與解釋”能力;試題的第（2）小問則是對動(dòng)態(tài)電路和電功率的考查.解答時(shí)，先應(yīng)明晰基本電路，如圖12所示.依據(jù)題意，當(dāng)玻璃溫度為45℃時(shí)，此時(shí)控制電路的電流為0.02A，電功率為0.12W，當(dāng)玻璃溫度為15℃，R1的阻值減小，所以電路的電功率增大，為0.15W，依據(jù)R=U21P=（36V）20.15W=240Ω.

因此R1的阻值為90Ω，是對物理“思想和方法”的評價(jià).第（3）小問則評價(jià)學(xué)生的反思與改進(jìn)能力.

綜上所述，關(guān)鍵能力是指學(xué)習(xí)者在面對生活實(shí)踐或?qū)W習(xí)探索問題情境時(shí)，能夠在正確的思想價(jià)值觀念指導(dǎo)下，高質(zhì)量地認(rèn)識問題、分析問題、解決問題的能力.在大規(guī)模的紙筆測試中，評價(jià)需要遵循課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，為了科學(xué)評價(jià)學(xué)生的物理關(guān)鍵能力，需要注重試題的情境素材指向物理學(xué)科的核心素養(yǎng)，具有實(shí)際價(jià)值;需要注重知識點(diǎn)的選擇，應(yīng)指向物理學(xué)科的必備知識;需要設(shè)計(jì)好問題，以凸顯相關(guān)能力在解決問題中的水平層次.

參考文獻(xiàn)：

[1]阿爾伯特·愛因斯坦，利奧波德·英費(fèi)爾德著.張卜天譯.物理學(xué)的進(jìn)化[M].南京：江蘇鳳凰科學(xué)技術(shù)出版社，2019.

[2]劉念.轉(zhuǎn)換研究視角 評析中考試題[J].中學(xué)物理，2021，39（04）：53-56.

[3]劉漢朋.基于原始物理問題的中考試題設(shè)計(jì)[J].物理教師，2021，42（01）：49-50+54.

[4]王登建.情境激活思維 探究彰顯素養(yǎng)——一道源于課本的中考試題的評析與啟示[J].中學(xué)物理，2020，38（08）：39-40.

[5]顧鑫，陸建隆.以“情境系數(shù)”描繪試題情境質(zhì)量——以2019年江蘇中考物理試卷為例[J].物理教師，2021，42（03）：49-53.

（收稿日期：2021-03-07）