摘" 要：本文對(duì)寧波市2023年初中學(xué)業(yè)水平考試科學(xué)第33題進(jìn)行分析，就試題如何體現(xiàn)《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》學(xué)科核心概念的學(xué)業(yè)要求，以及如何凸顯核心素養(yǎng)的評(píng)價(jià)做深入的評(píng)析。本文以該試題為例，分享相關(guān)問(wèn)題的多種解法，體現(xiàn)了不同的思維方式，并對(duì)學(xué)生的錯(cuò)解進(jìn)行了分析，指出其素養(yǎng)的缺失。在此基礎(chǔ)上為項(xiàng)目化教學(xué)、學(xué)科核心概念的融合教學(xué)、探究實(shí)踐教學(xué)給出教學(xué)啟示。

關(guān)鍵詞：學(xué)科核心概念；核心素養(yǎng)；試題評(píng)析；教學(xué)啟示

基金項(xiàng)目：本文系浙江省教育科學(xué)規(guī)劃2023年度一般規(guī)劃課題“初中科學(xué)差異化探究教學(xué)的策略研究”（課題編號(hào)：2023SC184）及2023年寧波市基礎(chǔ)教育教研課題“初中科學(xué)探究實(shí)踐作業(yè)設(shè)計(jì)與實(shí)施的策略研究”（課題編號(hào)：LX2023140）的研究成果之一。

1" 試題呈現(xiàn)

學(xué)習(xí)了項(xiàng)目化課程后，小寧自制一支能測(cè)液體密度的儀器。如圖1甲所示，取一根兩端開(kāi)口、粗細(xì)厚薄均勻的勻質(zhì)塑料管MN，N端用合金塊封口，再通過(guò)計(jì)算在塑料管外壁標(biāo)上刻度線和刻度值，儀器就制作完成。如圖1乙所示，當(dāng)儀器豎直漂浮在待測(cè)液體中時(shí)，液面所對(duì)應(yīng)的刻度值就是待測(cè)液體的密度大小。已知塑料管長(zhǎng)l1＝30 cm，質(zhì)量m1＝3 g，塑料管橫截面的外圓面積S＝1.2 cm2；合金塊高l2＝2 cm，質(zhì)量m2＝18 g。請(qǐng)計(jì)算：

（1）該儀器的重力。

（2）該儀器豎直漂浮在水中，受到的浮力大小及浸入水中的深度。

（3）該儀器豎直漂浮在水中，水對(duì)該儀器底部的壓強(qiáng)大小。

（4）為了找出該儀器的重心，小寧用細(xì)線將它懸掛起來(lái)，使其水平平衡，如圖1丙所示。重心О點(diǎn)離N端的距離d為""" cm。

（5）物體浮力作用點(diǎn)位于物體浸入液體部分的幾何中心。該儀器的浮力作用點(diǎn)位于重心及以下時(shí)，將會(huì)在液體中傾倒，難以測(cè)量。從理論上分析，該儀器豎直漂浮在某種液體中時(shí)，如果浮力作用點(diǎn)恰好與該儀器重心重合，則該液體的密度為""" g/cm3。（計(jì)算結(jié)果精確到0.1 g/cm3）

圖1

2" 試題解答

2.1" 第（1）問(wèn)解析

該儀器的質(zhì)量為

m總＝m1＋m2＝3 g＋18 g＝21 g＝0.021 kg，故該儀器的重力為

G總＝m總g＝0.021 kg×10 N/kg＝0.21 N。

2.2" 第（2）問(wèn)解析

該儀器正常工作時(shí)處于漂浮狀態(tài)，則所受浮力

F浮＝G總＝0.21 N。

【解法一】

由F?。溅阉甮V排，得V排＝F浮ρ水g＝0.21 N1.0×103 kg/m3×10 N/kg＝2.1×10－5 m3，則該儀器浸入水中的深度為

h浸＝V排S＝2.1×10－5 m31.2×10－4 m2＝0.175 m。

【解法二】

該儀器在水中可以受到的最大浮力為

F?。溅阉甮V排＝1.0×103 kg/m3×10 N/kg×1.2×10－4 m2×0.3 m＝0.36 N，實(shí)際該儀器在水中漂浮時(shí)受到的浮力為0.21 N，由兩次浮力之比等于浸入深度之比，得

0.36 N0.21 N＝30 cmh浸，即h浸＝17.5 cm。

【解法三】

該儀器漂浮在水中時(shí)水對(duì)該儀器底部的壓強(qiáng)為

p底＝F向上S＝G總S＝0.21 N1.2×10－4 m2＝1750 Pa，根據(jù)p＝ρ水gh浸，得

h浸＝pρ水g＝1750 Pa1.0×103 kg/m3×10 N/kg＝0.175 m。

故該儀器漂浮在水中受到的浮力為0.21 N，浸入水中的深度為0.175 m。

2.3" 第（3）問(wèn)解析

【解法一】

p底＝F向上S＝G總S＝0.21 N1.2×10－4 m2＝1750 Pa。

【解法二】

根據(jù)p＝ρ水gh浸＝1.0×103 kg/m3×10 N/kg×0.175 m＝1750 Pa。

2.4" 第（4）問(wèn)解析

設(shè)塑料管重力的力臂為L(zhǎng)1，合金塊重力的力臂為L(zhǎng)2。

由圖中數(shù)據(jù)，可知L1＝15 cm－d，L2＝d－1 cm，根據(jù)杠桿平衡條件F1L1＝F2L2，得G1L1＝G2L2，即m1gL1＝m2gL2，即m1L1＝m2L2，代入數(shù)據(jù)，有3g×（15 cm－d）＝18g×（d－1 cm），解得d＝3 cm。

2.5" 第（5）問(wèn)解析

【解法一】

如果浮力作用點(diǎn)恰好與該儀器重心重合，則密度計(jì)浸入液體中的深度h＝2d＝2×3 cm＝6 cm。

由于該儀器處于漂浮狀態(tài)，故有F浮＝G總，即ρ液gV排＝m總g，得ρ液＝m總V排＝21g6 cm×1.2 cm2≈2.9 g/cm3。

【解法二】

密度計(jì)在水中和在某種液體中，均處于漂浮狀態(tài)，故兩次所受浮力大小相等，則F浮水＝F浮液，即ρ水gV排水＝ρ液gV排液，得ρ液＝ρ水V排水V排液＝ρ水Sh水Sh液＝ρ水h水h液＝1 g/cm3×17.5 cm6 cm≈2.9 g/cm3。

3" 試題評(píng)析

該試題以“自制密度計(jì)”創(chuàng)設(shè)情境，聚焦部分核心概念，融合跨學(xué)科概念設(shè)置問(wèn)題，體現(xiàn)了《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《課程標(biāo)準(zhǔn)》）的學(xué)業(yè)要求，凸顯核心素養(yǎng)的評(píng)價(jià)（見(jiàn)圖2）。

3.1" 體現(xiàn)學(xué)業(yè)要求

《課程標(biāo)準(zhǔn)》指出：科學(xué)課程設(shè)置的13個(gè)學(xué)科核心概念，是所有學(xué)生在義務(wù)教育階段應(yīng)該掌握的科學(xué)課程的核心內(nèi)容。通過(guò)對(duì)學(xué)科核心概念的學(xué)習(xí)，理解物質(zhì)與能量、結(jié)構(gòu)與功能、系統(tǒng)與模型、穩(wěn)定與變化4個(gè)跨學(xué)科概念。［1］同時(shí)《課程標(biāo)準(zhǔn)》提出了各學(xué)段的13個(gè)學(xué)科核心概念和4個(gè)跨學(xué)科概念的內(nèi)容要求和學(xué)業(yè)要求。

3.1.1" 聚焦核心概念

該試題聚焦“物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)與相互作用”“能的轉(zhuǎn)化與能量守恒”“技術(shù)、工程與社會(huì)”“工程設(shè)計(jì)與物化”4個(gè)科學(xué)學(xué)科核心概念，緊緊圍繞七至九年級(jí)學(xué)段學(xué)業(yè)要求命制。［2］本文整理了試題中各個(gè)問(wèn)題考查的核心、對(duì)應(yīng)的學(xué)科核心概念及其對(duì)應(yīng)學(xué)科核心概念下的學(xué)業(yè)要求，如表1所示。

表1" 各問(wèn)題及其對(duì)應(yīng)的學(xué)科核心概念及學(xué)業(yè)要求

問(wèn)題考查的核心學(xué)科核心概念學(xué)科核心概念下的學(xué)業(yè)要求（部分）

第（1）問(wèn)根據(jù)塑料管和合金塊的總質(zhì)量，求總重力物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)與相互作用初步認(rèn)識(shí)常見(jiàn)的幾種力

第（2）問(wèn)根據(jù)物體呈漂浮狀態(tài)，分析受力，并運(yùn)用阿基米德原理進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算，求浸入的深度物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)與相互作用解決生活中簡(jiǎn)單的力學(xué)問(wèn)題

第（3）問(wèn)課標(biāo)不要求根據(jù)p＝ρgh進(jìn)行計(jì)算，而是通過(guò)理解浮力和液體壓強(qiáng)的關(guān)系，求壓強(qiáng)大小物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)與相互作用能用壓強(qiáng)原理解釋阿基米德原理

第（4）問(wèn)找準(zhǔn)杠桿的支點(diǎn)、動(dòng)力、阻力、動(dòng)力臂、阻力臂，根據(jù)杠桿平衡條件進(jìn)行計(jì)算，尋找重心能的轉(zhuǎn)化與能量守恒解決簡(jiǎn)單機(jī)械的相關(guān)問(wèn)題

第（5）問(wèn)將物體漂浮時(shí)排開(kāi)液體的質(zhì)量等效于物體的質(zhì)量，或根據(jù)兩種液體的密度比與浸入液體深度成反比的關(guān)系，可求解該液體的密度物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)與相互作用能用等效替代的方法理解阿基米德原理

綜合密度計(jì)的原理、制作、使用、分析技術(shù)、工程與社會(huì)；工程設(shè)計(jì)與物化能制作把科學(xué)原理轉(zhuǎn)化為技術(shù)產(chǎn)品的簡(jiǎn)單裝置；對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行模擬分析和預(yù)測(cè)

3.1.2" 融合跨學(xué)科概念

該試題融合“系統(tǒng)與模型”“穩(wěn)定與變化”兩個(gè)跨學(xué)科概念進(jìn)行整體設(shè)計(jì)?！懊芏扔?jì)模型”貫穿試題始終，“杠桿模型”創(chuàng)設(shè)出該試題的難點(diǎn)，兩個(gè)模型的原理、使用、分析是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。當(dāng)學(xué)生獨(dú)立分析第（4）問(wèn)時(shí)，圖丙所示就是一個(gè)系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)內(nèi)杠桿的支點(diǎn)、動(dòng)力、阻力、動(dòng)力臂、阻力臂都會(huì)影響杠桿的平衡。在分析儀器和液體時(shí)，儀器和液體組成的整體就是一個(gè)系統(tǒng)。系統(tǒng)內(nèi)液體的密度、儀器的質(zhì)量、橫截面積等因素會(huì)影響儀器的狀態(tài)。該試題存在“橫向”和“縱向”的穩(wěn)定，例如在尋找重心時(shí)，運(yùn)用了杠桿的水平平衡，這是“橫向”穩(wěn)定；而在測(cè)量液體的密度時(shí)，運(yùn)用了儀器在豎直方向上的受力平衡，這是“縱向”穩(wěn)定。該試題在穩(wěn)定中又存在變化，例如將水換成另一種液體時(shí)，儀器浸入的深度就會(huì)發(fā)生變化。教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生在穩(wěn)定中找到規(guī)律，如漂浮狀態(tài)下的二力平衡、杠桿平衡；在變化中發(fā)現(xiàn)不變，如在不同的液體中儀器都處于漂浮狀態(tài)，受力相同。

3.2" 凸顯素養(yǎng)評(píng)價(jià)

《課程標(biāo)準(zhǔn)》提出，科學(xué)課程要培養(yǎng)的學(xué)生核心素養(yǎng)包括科學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實(shí)踐、態(tài)度責(zé)任等方面。［3］同時(shí)，《課程標(biāo)準(zhǔn)》在學(xué)業(yè)水平考試命題原則中又提出了強(qiáng)化育人導(dǎo)向，注重考試命題的素養(yǎng)立意，全面考查學(xué)生的科學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實(shí)踐和態(tài)度責(zé)任。［4］

3.2.1" 重視科學(xué)觀念的評(píng)價(jià)

科學(xué)觀念是在理解科學(xué)概念、規(guī)律、原理的基礎(chǔ)上形成的對(duì)客觀事物的總體認(rèn)識(shí)。［5］科學(xué)觀念既包括對(duì)科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)，如概念、規(guī)律、原理的理解；也包括科學(xué)、技術(shù)與工程領(lǐng)域的一些具體觀念，如物質(zhì)觀、能量觀、變化觀；還包括解釋自然現(xiàn)象、解決實(shí)際問(wèn)題的意識(shí)與能力。該試題涉及的科學(xué)概念有質(zhì)量、重力、重心、力的作用點(diǎn)、杠桿、密度等；科學(xué)規(guī)律有杠桿平衡條件；科學(xué)原理有浮力的成因、密度計(jì)的測(cè)量原理、阿基米德原理。因此，該試題極其重視對(duì)學(xué)生科學(xué)概念、規(guī)律、原理理解的評(píng)價(jià)。［6］

通過(guò)教師閱卷后的統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，有同學(xué)在第（1）問(wèn)中混淆了質(zhì)量和重力的概念，對(duì)根據(jù)物體質(zhì)量計(jì)算重力的方法掌握不清晰，未達(dá)到學(xué)業(yè)水平考試中的“初步認(rèn)識(shí)常見(jiàn)的幾種力”的要求。有同學(xué)在第（5）問(wèn)中沒(méi)有理清題中給出的重心和浮力作用點(diǎn)的關(guān)系，無(wú)法準(zhǔn)確地求得儀器浸入液體的深度，錯(cuò)失解決問(wèn)題的關(guān)鍵點(diǎn)。有同學(xué)在第（4）問(wèn)中難以找準(zhǔn)動(dòng)力臂和阻力臂，產(chǎn)生錯(cuò)解。［7］有同學(xué)在第（2）、（3）問(wèn)中，對(duì)密度計(jì)的測(cè)量原理、阿基米德原理的理解不深刻，對(duì)浮力的成因認(rèn)識(shí)模糊，造成錯(cuò)解。

學(xué)業(yè)水平考試中要求的“用等效替代的方法理解阿基米德原理”在第（5）問(wèn)體現(xiàn)得尤為清晰，對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)具有一定的難度。該試題也重視平衡觀和變化觀的應(yīng)用，如根據(jù)漂浮狀態(tài)，運(yùn)用平衡觀得出此時(shí)浮力與重力的大小相等，運(yùn)用平衡法尋找儀器的重心；儀器在水中和某種液體中都處于漂浮狀態(tài)，液體密度變化，儀器所受浮力不變，但浸入液體的深度變化，需用平衡觀和變化觀找到解題的路徑。該試題還重視評(píng)價(jià)學(xué)生運(yùn)用科學(xué)觀念解決實(shí)際問(wèn)題的能力，從常規(guī)的考查密度計(jì)的應(yīng)用轉(zhuǎn)向考查密度計(jì)與杠桿的結(jié)合，另辟蹊徑，增強(qiáng)對(duì)學(xué)生科學(xué)觀念素養(yǎng)的培養(yǎng)。

3.2.2" 注重科學(xué)思維的評(píng)價(jià)

科學(xué)思維是從科學(xué)的視角對(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，主要包括模型建構(gòu)、推理論證、創(chuàng)新思維等。［8］該試題評(píng)價(jià)了學(xué)生對(duì)密度計(jì)模型原理的理解和應(yīng)用，以及描述整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、關(guān)系和變化過(guò)程的認(rèn)識(shí)程度；評(píng)價(jià)了杠桿模型的分析能力；評(píng)價(jià)了由重心推理得到V排的能力；以及從不同角度分析、解決問(wèn)題的創(chuàng)新思維能力。

有同學(xué)在第（2）問(wèn)中先計(jì)算塑料管的體積，由此數(shù)據(jù)直接計(jì)算塑料管在水中產(chǎn)生的最大浮力，將此作為儀器漂浮在水中受到的浮力。這種思路顯然是錯(cuò)誤的，反映出部分同學(xué)對(duì)密度計(jì)模型原理認(rèn)識(shí)的不足，模型建構(gòu)不達(dá)標(biāo)。在第（2）問(wèn)求儀器浸入水中的深度時(shí)，有同學(xué)無(wú)法根據(jù)F浮計(jì)算出V排，進(jìn)而求得h浸，反映出他們對(duì)密度計(jì)和液體整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部F浮、ρ液、V排、h浸、S之間的關(guān)系不清晰，邏輯思維欠缺。

對(duì)于第（4）問(wèn)中的杠桿系統(tǒng)，有同學(xué)對(duì)該系統(tǒng)內(nèi)杠桿的五個(gè)要素O、F1、F2、L1、L2分析時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤，陷入解題誤區(qū)，顯示出對(duì)杠桿本質(zhì)屬性認(rèn)識(shí)的不足。第（5）問(wèn)中求解V排是學(xué)生思維的主要障礙點(diǎn)，反映出由第（4）問(wèn)結(jié)合第（5）問(wèn)試題中給出的重心和浮力作用點(diǎn)重合，推理得到h浸、V排的能力不足。

該試題還為學(xué)生創(chuàng)新思維的呈現(xiàn)提供了很好的平臺(tái)，如試題解答中第（5）問(wèn)的解法二具有一定的創(chuàng)新性，因該儀器在水和另一種液體中均漂浮，則兩次所受的浮力的大小相等，液體密度與浸入液體的深度成反比。我們突破思維定勢(shì)，快速求解。再如第（2）問(wèn)的解法二，由物體浸沒(méi)之前浸入液體越深浮力越大可知，在該情境下儀器所受浮力與浸入的深度成正比。此解法也展現(xiàn)了學(xué)生從不同的角度解決同一問(wèn)題的創(chuàng)新思維能力。

3.2.3" 關(guān)注探究實(shí)踐的引導(dǎo)

探究實(shí)踐主要是指在了解和探索自然、獲得科學(xué)知識(shí)、解決科學(xué)問(wèn)題，以及技術(shù)與工程實(shí)踐過(guò)程中，形成的科學(xué)探究能力、技術(shù)與工程實(shí)踐能力和自主學(xué)習(xí)能力。［9］試題的命制情境是密度計(jì)的制作與使用，題中詳細(xì)地介紹了材料的選擇、參數(shù)以及制作過(guò)程，圍繞密度計(jì)自身及基本使用方法，編制了前三個(gè)較為常規(guī)的問(wèn)題。在第（4）、（5）問(wèn)中，該試題融合了新的探究實(shí)踐情境。例如，第（4）問(wèn)中試題介紹了如何利用懸掛法尋找質(zhì)量不均勻杠桿的重心，設(shè)計(jì)了根據(jù)杠桿受力平衡進(jìn)行分析、計(jì)算的問(wèn)題。該試題的難點(diǎn)不在于計(jì)算，而在于尋找重心，找準(zhǔn)動(dòng)力臂和阻力臂。第（5）問(wèn)說(shuō)明了當(dāng)儀器的浮力作用點(diǎn)位于重心及以下時(shí)，儀器將會(huì)在液體中傾倒，難以測(cè)量，明確了密度計(jì)可以使用的限制條件，體現(xiàn)了在真實(shí)情境中命制試題。因此，試題的整體探究實(shí)踐情境是多項(xiàng)目的融合，引導(dǎo)師生在探究實(shí)踐中解決真實(shí)的情境問(wèn)題。

3.2.4" 促使態(tài)度責(zé)任的形成

態(tài)度責(zé)任是在認(rèn)識(shí)科學(xué)本質(zhì)及規(guī)律，理解科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)、環(huán)境之間關(guān)系的基礎(chǔ)上，逐漸形成的科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任。［10］試題根據(jù)物體浮沉條件的應(yīng)用——密度計(jì)的制作、使用、分析展開(kāi)，抓住科學(xué)的本質(zhì)，遵循科學(xué)的規(guī)律，激發(fā)了學(xué)生的好奇心和探究的熱情。第（5）問(wèn)給出了該儀器使用的限制條件，體現(xiàn)了實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。問(wèn)題的難度層層遞進(jìn)，有利于培養(yǎng)學(xué)生善于思考的科學(xué)態(tài)度。

4" 教學(xué)啟示

科學(xué)教學(xué)目前較為提倡大單元的統(tǒng)領(lǐng)，圍繞大單元設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)進(jìn)階，圍繞大單元設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)，組織大單元的整體評(píng)價(jià)。我們從該試題的研究中發(fā)現(xiàn)，在教學(xué)中，特別是在復(fù)習(xí)教學(xué)或?qū)嵺`活動(dòng)中，教師也要注重學(xué)科核心概念的整體教學(xué)。《課程標(biāo)準(zhǔn)》提出的13個(gè)學(xué)科核心概念，每個(gè)核心概念下的教學(xué)內(nèi)容都不是只以一個(gè)單元的形式呈現(xiàn)的。［11］教師應(yīng)研究學(xué)科核心概念下的內(nèi)容要求和學(xué)業(yè)要求，注重核心概念下多內(nèi)容的結(jié)合，并關(guān)注融合跨學(xué)科概念進(jìn)行教學(xué)，提升學(xué)生解決綜合性問(wèn)題的能力。

科學(xué)教學(xué)目前也較為推崇項(xiàng)目化教學(xué)和在真實(shí)情境中解決問(wèn)題。但還廣泛存在以下現(xiàn)象：有豐富的項(xiàng)目化制作，沒(méi)有問(wèn)題或缺乏有思維含量的科學(xué)問(wèn)題；情境教學(xué)中情境不真實(shí)、單一、沒(méi)有價(jià)值，情境的深化與遷移不夠，難以生成有深度的科學(xué)問(wèn)題。情境是教學(xué)和提升學(xué)生素養(yǎng)的載體，教學(xué)要善于創(chuàng)設(shè)有價(jià)值的情境，生成有意義的問(wèn)題，才能更大程度提升學(xué)生的素養(yǎng)。

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