基于核心素養(yǎng)發(fā)展科學(xué)思維

周瑩

[摘要]物理課堂教學(xué)應(yīng)著力于培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)，引導(dǎo)學(xué)生深度分析、加工、理解知識，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)有意義的深度學(xué)習(xí)。本文從中考物理的命題角度出發(fā)，分析了對課堂教學(xué)有指導(dǎo)意義的中考試題是如何基于核心素養(yǎng)，發(fā)展科學(xué)思維，指向深度學(xué)習(xí)，還指出了當(dāng)下物理教學(xué)中存在的普遍現(xiàn)象和問題，以及中考試題對教學(xué)的深刻啟示。

[關(guān)鍵詞]試題賞析；科學(xué)思維；深度學(xué)習(xí)；教學(xué)啟示

物理學(xué)科核心素養(yǎng)主要由“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”和“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”四個方面構(gòu)成，是學(xué)生在接受物理教育過程中逐步形成、適應(yīng)個人終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力。

課程改革以來，課堂教學(xué)發(fā)生了深刻變化，朝著培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的方向不斷調(diào)整。然而，淺層次的學(xué)習(xí)狀態(tài)依然存在。淺層次學(xué)習(xí)基于簡單記憶和重復(fù)訓(xùn)練來傳遞知識，學(xué)生往往“只知其然，而不知其所以然”。這種單一的學(xué)習(xí)方式難以促進(jìn)學(xué)生深入思考，不利于培養(yǎng)其科學(xué)思維的深刻性和獨(dú)創(chuàng)性。要想發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維，提升其物理核心素養(yǎng)，就必須引導(dǎo)學(xué)生對知識進(jìn)行深度分析、加工、理解，實(shí)現(xiàn)有意義的深度學(xué)習(xí)。

對此，對課堂教學(xué)有指導(dǎo)意義的中考試題做出了有益的嘗試。筆者對試題中幾個區(qū)分度較高的問題進(jìn)行了分析，旨在了解命題者如何基于核心素養(yǎng)，發(fā)展科學(xué)思維，指向深度學(xué)習(xí)。

一、浮力專題

例1（2020年江西省中考物理第9題）：如圖所示，A、B兩個物塊以不同方式組合，分別靜止在甲、乙兩種液體中，由此可判斷ρ甲_______ρ乙；若A物塊在兩種液體中受到的浮力分別為F甲、F乙，則F甲________F乙。（均選填“>”“<”或“=”）

（一）命題立意

本題著眼于物理觀念的構(gòu)建和科學(xué)思維的滲透，著重考查了建模的思想。要求學(xué)生理解和掌握物理概念，抓住問題的主要方面，從不同角度思考問題，具有創(chuàng)新意識。同時要求學(xué)生具備一定的讀圖能力，能找出圖中隱藏的信息，從中獲得重要的解題線索，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的深刻性和獨(dú)創(chuàng)性，形成良好的思維習(xí)慣。

（二）試題亮點(diǎn)

由于圖中物塊A在甲、乙兩種液體中均處于浸沒狀態(tài)，受定式思維的影響，考生容易想當(dāng)然地認(rèn)為此時的A是懸浮的，從而得出ρ甲=ρA=ρ乙的錯誤結(jié)論。其實(shí)，本題可以有多種解法。解法一：將A、B看作一個整體，該整體在甲液體中處于漂浮狀態(tài)，F(xiàn)浮甲=G總，在乙液體中處于懸浮狀態(tài)，F(xiàn)浮乙=G總，由于G總不變，所以F浮甲=F浮乙。由圖可知V排甲F乙。解法二：將A、B整體看作一支密度計，根據(jù)密度計刻度上小下大的特點(diǎn)，能立即得出ρ甲>ρ乙的結(jié)論。

（三）折射問題

一是很大一部分學(xué)生在課堂上單一地接受碎片化的知識，只知簡單、機(jī)械地記憶、復(fù)制這些知識，并不理解，不懂運(yùn)用。例如，學(xué)生只知道物體漂浮時一部分露出水面，懸浮時全部浸沒在水中，卻不知這種現(xiàn)象是在浮力和重力的同時作用下才成立，或只是接受了大量的機(jī)械式訓(xùn)練，學(xué)會了一些解題的套路，一旦題目出現(xiàn)不曾見過的變化，便束手無策，難以作答。中考試題本著原創(chuàng)的要求，很多設(shè)問都有較新的立意，靠刷題等機(jī)械、重復(fù)的訓(xùn)練是無效的。二是學(xué)生對物理概念和規(guī)律的理解不深，存在一定的思維斷層，建模能力弱，遷移能力不足，如學(xué)生對密度計的認(rèn)識十分僵化，未能意識到其實(shí)際上是一個帶有刻度的漂浮物，換言之，任何帶有刻度的漂浮物都可看作密度計。

（四）教學(xué)啟示

科學(xué)思維是物理核心素養(yǎng)的重要要素，包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證和質(zhì)疑創(chuàng)新。物理教學(xué)要培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，對客觀事物能夠抽象概括，構(gòu)建出反映事物本質(zhì)或共同屬性的物理模型和概念。在日常教學(xué)活動中，教師要讓學(xué)生主動形成應(yīng)用物理知識的觀念、方法，先認(rèn)識事物，再處理問題，養(yǎng)成科學(xué)思維的習(xí)慣。例如，在浮沉條件的教學(xué)中，教師可以先展示物體在水中漂浮的情形，再展示兩個物體組合在一起后漂浮于水面的情形。從受力角度引導(dǎo)學(xué)生分析兩種情形的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)，挖掘漂浮和懸浮的本質(zhì)。再通過組合物與密度計的對比，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)散思維，通過比較，發(fā)現(xiàn)該組合物本質(zhì)上就是密度計，為如何建模做出了示范。之后，進(jìn)一步分析拓展。將組合物分開，與之前相比，是否有區(qū)別。在可逆、轉(zhuǎn)化思想的基礎(chǔ)上滲透整體法，不斷加深學(xué)生對物理概念、規(guī)律的理解，訓(xùn)練思維的系統(tǒng)性、靈活性、多面性，促進(jìn)物理方法的滲透。

二、滑輪專題

例2（2020年江西省中考物理第18題）：如圖所示，將重6 N的物體勻速拉高20 cm，在此過程中，不計滑輪裝置自重、繩重和摩擦，以下說法正確的是（）。

A.繩子自由端被拉下1.2 m

B.繩子對地面的拉力為1 N

C.對物體所做的功為1.2 J

D.橫梁受到的拉力為9 N

（一）命題立意

本題從示意圖的角度打破常規(guī)，制造認(rèn)知沖突，引起學(xué)生對常見解題思路的質(zhì)疑，增強(qiáng)學(xué)生的批判思維能力。題目源于實(shí)際，將生活中的實(shí)物轉(zhuǎn)化為課本上的模型，建立科學(xué)思維的基礎(chǔ)。通過題目的變化創(chuàng)新，訓(xùn)練學(xué)生的發(fā)散思維，引導(dǎo)學(xué)生在已有的認(rèn)知基礎(chǔ)上，觀察、發(fā)現(xiàn)、琢磨問題，再進(jìn)行思維加工，打通知識間的屏障，完善自身的知識框架。通過對比、關(guān)聯(lián)類似問題，經(jīng)歷、探索科學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)科學(xué)方法的關(guān)鍵和要素，領(lǐng)悟科學(xué)的奧妙。

（二）試題亮點(diǎn)

首先，滑輪組的示意圖新穎獨(dú)特，符合生活實(shí)際。與實(shí)驗(yàn)室或課本上常見的滑輪簡化圖不同，對學(xué)生的空間感提出了一定的要求。其次，繩子兩端位置的設(shè)計也很精巧。幾乎在所有滑輪組問題中，繩子的一端系在滑輪的掛鉤上，另一端系在手上或測力計上，由此引出關(guān)于承重繩股數(shù)“偶定奇動”的說法。但本題中，繩子的一端在手上，另一端卻固定在地面上，讓只會按圖索驥的考生傻眼。此時，學(xué)生若對示意圖的變化視而不見，依舊強(qiáng)行套用解題模板，則會使解題方向出現(xiàn)偏差，離正確選項(xiàng)漸行漸遠(yuǎn)。

（三）折射問題

滑輪組的相關(guān)計算，學(xué)生早已駕輕就熟，對F=G/n和s=nh兩個關(guān)系式爛熟于心。由于平時大量重復(fù)解題，形成了條件反射，看到求力就代入F=G/n計算，看到求距離就代入s=nh計算。可見學(xué)生解題時往往跟著感覺走，依賴過去的經(jīng)驗(yàn)，沒有系統(tǒng)、科學(xué)的解題思路和思維方法，只會生搬硬套公式，忽略了公式的來源和適用條件。同時，理論聯(lián)系實(shí)際的能力較為匱乏，學(xué)生只認(rèn)識課本上、實(shí)驗(yàn)室中的滑輪模型，對生活中的滑輪卻知之甚少。當(dāng)碰到與實(shí)際生活相關(guān)的問題時，往往抓不住主要因素，無法透過現(xiàn)象看本質(zhì)，分析和解決實(shí)際問題的能力較弱。

（四）教學(xué)啟示

滑輪組相關(guān)計算題的關(guān)鍵是對承重繩上拉力大小的判定，本質(zhì)在于正確地選擇研究對象，進(jìn)行受力分析。只要學(xué)生能摒除干擾因素，抓住問題本質(zhì)，問題就能迎刃而解。在分析承重繩上拉力大小時，選動滑輪為研究對象；分析掛鉤上的拉力時，改選定滑輪為研究對象，這也是F=G/n的來源。弄清了來源，胡亂套用公式的情形就會大大減少。本題還有另一種解法，即把滑輪組裝置和重物看作一個整體，對整體進(jìn)行受力分析，從而更快、更簡便地得到答案。可見，一道習(xí)題往往存在多種關(guān)系，甚至有多種解法。解題過程是學(xué)生擴(kuò)大知識面，學(xué)習(xí)科學(xué)方法的重要途徑。教師應(yīng)幫助學(xué)生明確概念，掌握公式的使用條件，進(jìn)行變式訓(xùn)練，將問題引入真實(shí)生活情境，讓學(xué)生在解決實(shí)際問題的過程中，學(xué)會抓住核心要素，將具體情境抽象成物理問題，逐步掌握解決問題的方法。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)已有的事實(shí)、條件，遷移相關(guān)知識與方法，對新問題進(jìn)行推理和論證，提升學(xué)生的科學(xué)思維水平。

三、實(shí)驗(yàn)專題

例3（2020年江西省中考物理第26題）：左圖甲、乙是某學(xué)校科技節(jié)上展示的兩件作品，小明對此做了以下解說。

（1）甲是簡易的溫度計，它的工作原理是利用__________的性質(zhì)而制成的。它的測溫效果與小玻璃瓶的容積和玻璃管的_________有關(guān)；所用的測溫物質(zhì)是煤油而不是水，這是因?yàn)槊河偷腳_______較小，吸收（或放出）相同的熱量時，玻璃管內(nèi)液柱變化更為明顯。

（2）乙是簡易的氣壓計，當(dāng)外界氣壓減小時，玻璃管內(nèi)液柱的液面會________。

[提出問題]小華發(fā)現(xiàn)甲、乙的構(gòu)造非常相似，提出乙是否也能做溫度計使用？

[設(shè)計實(shí)驗(yàn)和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)]把兩個裝置中的小玻璃瓶同時浸入同一溫度的熱水中，觀察到乙裝置中玻璃管內(nèi)液柱上升更明顯，這是由于瓶內(nèi)的______________受熱膨脹更顯著，故乙也能做溫度計使用。

[拓展]查閱相關(guān)資料，了解到人們很早就發(fā)明了如圖所示的氣體溫度計——丙，當(dāng)外界環(huán)境氣溫升高時，該溫度計中的管內(nèi)液面會______。但由于受外界___________、季節(jié)等環(huán)境因素變化的影響，所以這種溫度計測量誤差較大。

（一）命題立意

本題從實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識角度，考查了溫度計、氣壓計的原理，是一道課外拓展實(shí)驗(yàn)題。試題提煉的物理知識層層遞進(jìn)，從簡單的基礎(chǔ)概念到復(fù)雜的現(xiàn)象分析，讓學(xué)生在做題的同時學(xué)到了新知識。通過觀察、對比，引發(fā)思考，對問題提出看法，引導(dǎo)學(xué)生判斷和把握問題的關(guān)鍵要素，在新情境中實(shí)現(xiàn)知識的遷移。

（二）試題亮點(diǎn)

從題目的設(shè)計上來看，題目難度適中，梯度合理，由淺入深，為學(xué)生搭建好臺階。雖然考查的實(shí)驗(yàn)并非出自課本，但沒有脫離初中物理教學(xué)的實(shí)際。簡易液體溫度計和氣壓計都在課本上出現(xiàn)過，所以學(xué)生有一定的知識基礎(chǔ)，入手不難。精彩之處在于考查完常規(guī)知識后，筆鋒一轉(zhuǎn)，大膽設(shè)問。兩個裝置由于結(jié)構(gòu)極為相似，課堂上很多教師會特意將其放在一起對比，讓學(xué)生觀察二者的不同之處，從而對其進(jìn)行區(qū)分。本題卻偏偏反其道而行，就二者的相似之處提出疑問：該氣壓計是否可以當(dāng)作溫度計使用？這可能是很多學(xué)生內(nèi)心的困惑，只是學(xué)生養(yǎng)成了教師怎么教就怎么記的習(xí)慣，即便產(chǎn)生了這樣的困惑，也不會深入思考和探究。緊隨其后的是關(guān)于歷史上氣體溫度計的介紹，過渡自然，引導(dǎo)學(xué)生不知不覺地進(jìn)入相關(guān)物理學(xué)史的發(fā)展歷程當(dāng)中。

（三）折射問題

課外拓展實(shí)驗(yàn)的考查對課堂教學(xué)既是挑戰(zhàn)，又是啟發(fā)。就目前而言，絕大多數(shù)教師認(rèn)為課外拓展實(shí)驗(yàn)范圍太廣，無法預(yù)測。與其花費(fèi)時間和精力在一個不確定的未知領(lǐng)域，不如緊扣課標(biāo)中確定的幾個必做實(shí)驗(yàn)，反復(fù)講解、練習(xí)。殊不知這依舊是“分?jǐn)?shù)本位”思想在主導(dǎo)教學(xué)。對學(xué)生而言，平時的實(shí)驗(yàn)考題都有跡可循，中考碰到原創(chuàng)的課外探究，就只能“聽天由命”了。

（四）教學(xué)啟示

中考試題關(guān)于課外拓展實(shí)驗(yàn)的考查為物理教學(xué)提供了意義重大的指向，能夠檢驗(yàn)課堂教學(xué)是否朝著培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的方向發(fā)展。教師的落腳點(diǎn)不應(yīng)是“我今天講的這個實(shí)驗(yàn)中考會不會考”而應(yīng)是“這個實(shí)驗(yàn)是否從學(xué)生現(xiàn)有知識水平出發(fā)，經(jīng)過了適當(dāng)?shù)耐卣寡由欤芊裼?xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用知識解決問題的能力，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維”。我們在備課時，可以取自教材，因?yàn)榧幢闶钦n外拓展，也不能脫離學(xué)生的認(rèn)知水平，教材是我們選取拓展素材的寶庫。在此基礎(chǔ)上，對素材進(jìn)行改造、拓展、創(chuàng)新，引導(dǎo)學(xué)生在解決問題的過程中，滲透科學(xué)的思維和方法，為學(xué)生的后續(xù)發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)。

著名科普作家高士其曾說：“科學(xué)的發(fā)展史就是一部思維的發(fā)展史。”實(shí)踐核心素養(yǎng)要注重學(xué)生思維能力的培養(yǎng)，要求教師通過教學(xué)方法、手段的相互配合，引導(dǎo)學(xué)生掌握科學(xué)方法，親歷探究過程，自主構(gòu)建知識結(jié)構(gòu)，落實(shí)深度學(xué)習(xí)。從2020年江西省中考物理試卷這幾個區(qū)分度較高的試題中，我們能夠感受到試題在傳統(tǒng)中創(chuàng)新，力求緊扣核心素養(yǎng)，發(fā)展科學(xué)思維，充分發(fā)揮了對未來物理教學(xué)的導(dǎo)向作用。

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