考查思維能力 體現學科素養
——南京市2018年中考壓軸題賞析

(南京師范大學附屬中學新城初中怡康街分校，江蘇 南京 210000)

核心素養是指學生應具備的、能夠適應終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力。中學物理核心素養主要由物理觀念、科學思維、科學探究和科學態度與責任四個方面的要素構成。科學思維的內涵是從物理學視角對客觀事物的本質屬性、內在規律及相互關系的認識方式，是基于經驗事實建構理想模型的抽象概括過程，是分析綜合、推理論證等方法的內化，是基于事實證據和科學推理對不同觀點和結論提出質疑、批判、檢驗和修正，進而提出創造性見解的能力與品質。

南京市2018年中考物理的最后一道壓軸題綜合性比較強，是一道體現學科核心素養培養要求的好題，對學生的科學思維能力要求較高，以下與大家一起賞析。

1 原題呈現

如圖1所示，在綜合實踐活動中，科技小組設計了一個能反映水平風力大小的裝置。電源電壓恒為16V，R0為定值電阻，L為額定電壓是2.5V的小燈泡，其I-U關系的部分數據如圖2所示，AB為長14cm、阻值60Ω粗細均勻的電阻絲(電阻絲的阻值與長度成正比)，OP為質量、電阻均不計的金屬細桿，下端連接一個重2N的圓球P。閉合開關S，無風時，OP下垂并與A端接觸，此時電流表示數為0.2A；有風時，圓球P受風力作用，使OP繞懸掛點O偏轉，風對球的作用力F方向始終水平向右。已知OA為10cm，OP始終與AB接觸良好且無摩擦。求：

(1) 電流表示數為0.2A時燈泡的電阻。

(2) 無風時R0消耗的電功率。

(3) 為保護電路，允許風對球施加的最大作用力。

圖1

圖2

2 試題分析

該試題考查了學生三個方面的能力。

2.1 圖文結合，考查學生的文本閱讀能力

在布魯姆的教育目標分類中，將閱讀分為三級水平：第一級水平，要求學生把材料分解成各個組成部分，鑒別、交流內容的各個要素或對它們進行分類，即要素分析；第二級水平，要求學生弄清各要素之間的相互關系，確定它們的相互聯結和相互作用，即關系分析；第三級水平則要求學生識別把交流內容組合成一個整體的那些組織原則、排列和結構，即組織原理分析。

這道壓軸題分別從以上三個等級考查了學生的閱讀能力：首先，學生要結合電路圖和圖像將文本描述的內容轉化為物理語言，找到不同時刻小燈泡L、定值電阻R0和變化電阻RAB對應的物理量，即要素分析；其次，學生要根據串聯電路的電流特點、歐姆定律、電功率，將已有的物理量建立起聯系，即關系分析，從而解決試題的前兩問；最后，學生要從文本和電路圖中找到關鍵信息“風施加給球的力最大時，電阻RAB接入電路的阻值最小，電路中的電流最大”，從而找到解決第三問的突破口，即組織原理分析。

2.2 力電結合，考查學生的建模能力

試題將電學與力學的杠桿相結合，綜合性較強，要求學生能夠對客觀事物進行抽象和概括，構建反映事物本質特征共同屬性的物理模型。學生在分析的過程中要把握兩個關鍵點。

(1) 建構滑動變阻器模型，找到動態電路“動的位置”和“動的范圍”

從電學的角度分析，“有風時，OP繞懸掛點O轉動”，此時的電阻RAB和OP相當于滑動變阻器，OP相當于滑片。球受到風水平向右的作用力時，OP向右偏轉，RAB接入電路的電阻變小，這是此電路“動的位置”。當OP向右偏轉時，RAB接入電路的電阻變小，電源電壓不變，根據歐姆定律，電路中的電流就會增大。由小燈泡的I-U圖像可知，當小燈泡兩端的額定電壓為2.5V時，小燈泡的電流為0.3A，為了電路的安全，這就要求電路中的電流不能超過0.3A，所以OP又不能無限地向右偏轉，只能偏轉到電路中的電流為0.3A時，這就是此電路“動的范圍”。由此可以判斷電路中最大電流為0.3A時，球能承受的風力最大，根據歐姆定律，計算出RAB接入的電阻為30Ω。

(2) 建構杠桿模型，找到力電聯系的結點

從力學的角度分析，“OP為質量、電阻均不計的金屬細桿，有風時，OP繞懸掛點O轉動”，此時OP相當于一個輕質杠桿，O為支點，“細桿下端連接一個重2N的圓球P，風對球的作用力F方向始終水平向右”，則風對球的作用力就是使杠桿轉動的動力，圓球受到的重力就是阻礙杠桿轉動的阻力。由此構建杠桿的模型，畫出動力臂和阻力臂。如圖3所示，重力的力臂l2恰好與電阻絲AB平行，OA恰好在球受到風的作用力的力臂l1上。由“電阻絲的阻值與長度成正比”和球受到的風力最大時RAB接入的電阻為30Ω，建立杠桿與電阻絲之間的初步聯系。

2.3 數理結合，考查學生的分析綜合能力

圖3

學生在分析問題的過程中，要將數學和物理相融合，通過數學原理分析論證，再結合物理規律來解決問題，充分考查了學生的數理結合能力、對知識的綜合運用能力。

3 結語

這道壓軸題的立意較高，不僅考查了學生力學和電學知識的掌握情況，更注重考查學生對事物的本質屬性、內在規律及相互關系的認識；考查學生基于經驗事實建構理想模型的抽象概括能力；考查學生分析綜合、數理結合、推理論證的能力；將學生的思維方式顯化在分析的過程中，將學生的學科素養顯化在解題的過程中。筆者認為該題的立意對一線教師的教學具有一定的引領作用，對學生思維能力的發展和學科核心素養的培養具有一定的促進作用。