指向物理實(shí)踐應(yīng)用能力的中考評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)

許幫正

(無(wú)錫市教育科學(xué)研究院，江蘇 無(wú)錫 214001)

物理實(shí)踐應(yīng)用能力指運(yùn)用物理知識(shí)和科學(xué)方法解決實(shí)際問(wèn)題的表現(xiàn),具體包括:分析問(wèn)題的能力和解釋現(xiàn)象的能力;應(yīng)用思想方法和數(shù)學(xué)方法的能力;反思與評(píng)價(jià)的能力[1]．是初中物理學(xué)習(xí)的關(guān)鍵能力．對(duì)實(shí)踐應(yīng)用能力的評(píng)價(jià)不僅有知識(shí)遷移的考查,還有認(rèn)知方式的考查,知識(shí)遷移會(huì)受到具體學(xué)段的限制,而認(rèn)知方式則是實(shí)現(xiàn)持續(xù)學(xué)習(xí)的保障．

為體現(xiàn)物理學(xué)科價(jià)值及持續(xù)學(xué)習(xí)的路徑,凸顯從物理走向社會(huì)的課程理念．中考評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)應(yīng)注重考查學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力,強(qiáng)調(diào)知識(shí)的遷移應(yīng)用和認(rèn)知思維方式的培養(yǎng),并依此促進(jìn)物理的課堂教學(xué)改進(jìn)．接下來(lái),筆者結(jié)合近2年來(lái)無(wú)錫市物理中考試題的設(shè)計(jì)和思考談幾點(diǎn)想法,供同行探討．

1 結(jié)合實(shí)用工具的使用,評(píng)價(jià)學(xué)生分析與解釋的能力

物理學(xué)的發(fā)展源于人類(lèi)對(duì)未知世界的探索,其價(jià)值體現(xiàn)之一是能夠用探索所得的物理規(guī)律解決實(shí)際問(wèn)題,生產(chǎn)、生活中的許多實(shí)用工具不僅是能工巧匠的杰作,更是對(duì)物理原理的一種完美闡釋?zhuān)x務(wù)教育階段的物理學(xué)習(xí),我們不僅要培養(yǎng)面向星空的人,更需要培養(yǎng)具有物理思維的未來(lái)“大國(guó)工匠”．選擇實(shí)用工具可以較好地評(píng)價(jià)學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力．下面筆者舉一例說(shuō)明．

例題1.在更換家用轎車(chē)的輪胎時(shí),剪式千斤頂是一種常用工具.圖1(甲)是某型號(hào)剪式千斤頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)示意圖.使用時(shí),將底部支撐臺(tái)置于水平地面,保持千斤頂豎直,將頂升置于汽車(chē)車(chē)身下,用手搖動(dòng)扳手使扳手繞O點(diǎn)不斷旋轉(zhuǎn),帶動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng),通過(guò)絲桿水平拉動(dòng)左端鉸鏈,使支架向內(nèi)收縮,頂升升高,從而將汽車(chē)車(chē)身頂起.絲桿上刻有梯形扣,圖1(乙)是梯形扣的實(shí)物圖.

圖1

(1) 該型號(hào)的剪式千斤頂是由一些簡(jiǎn)單機(jī)械組合而成的.在頂起車(chē)身的過(guò)程中,絲桿上的梯形扣屬于下列哪一種簡(jiǎn)單機(jī)械?.

(A) 滑輪. (B) 滑輪組.

(C) 杠桿. (D) 斜面.

(2) 現(xiàn)使用該剪式千斤頂更換輪胎,頂起汽車(chē)車(chē)身后,若頂升受到車(chē)身豎直向下的壓力大小始終為10000 N,且等于頂升對(duì)車(chē)身的支持力,千斤頂自身重量忽略不計(jì).

① 若底部支撐臺(tái)與地面接觸面積為0.04 m2,頂起汽車(chē)車(chē)身后手不再用力,則千斤頂對(duì)地面產(chǎn)生的壓強(qiáng)是多大?

② 頂起汽車(chē)車(chē)身后,為了方便更換輪胎,需要繼續(xù)搖動(dòng)扳手,使頂升繼續(xù)升高一段距離.若人搖動(dòng)扳手使頂升在1 min內(nèi)升高12 cm,用千斤頂頂起車(chē)身時(shí)的機(jī)械效率為80%,則人做功的功率是多大?

試題的背景是更換家用轎車(chē)的輪胎．如今,小轎車(chē)已經(jīng)進(jìn)入普通家庭,“剪式千斤頂”是家用小轎車(chē)的標(biāo)配．用剪式千斤頂維修輪胎的過(guò)程,本身就是一個(gè)具體的實(shí)踐應(yīng)用的案例．

題設(shè)中提到的“梯形扣、絲桿”等均是專(zhuān)業(yè)名詞,對(duì)學(xué)生而言較為陌生．解答第(1)問(wèn),學(xué)生首先需要結(jié)合題意分析出千斤頂使用時(shí)包涵的相互作用過(guò)程．人首先對(duì)扳手施加力,扳手使絲桿轉(zhuǎn)動(dòng),絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)梯形扣對(duì)支架施加力,支架對(duì)頂升施力,頂升頂起汽車(chē)車(chē)身．接下來(lái),能依據(jù)物理知識(shí)解釋梯形扣省力的原因．手柄旋轉(zhuǎn)一周,梯形扣前進(jìn)一個(gè)螺紋距,將人對(duì)板手做功轉(zhuǎn)移為梯形扣對(duì)支架做功,根據(jù)功的原理,梯形扣能對(duì)支架產(chǎn)生一個(gè)更大的力,實(shí)質(zhì)是利用斜面達(dá)到省力的目的．解答第(2)小問(wèn)中的②,需要學(xué)生對(duì)機(jī)械的本質(zhì)有科學(xué)的認(rèn)識(shí),解析機(jī)械的重要原理是功的原理,即使用任何機(jī)械都不省功,使用千斤頂頂起車(chē)身的過(guò)程,是人對(duì)機(jī)械做的功轉(zhuǎn)移為機(jī)械提升汽車(chē)車(chē)身所做的功．

試題通過(guò)對(duì)真實(shí)問(wèn)題的物理建模,評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)簡(jiǎn)單機(jī)械的認(rèn)識(shí)、對(duì)壓強(qiáng)的理解、對(duì)功率和機(jī)械效率的認(rèn)識(shí)．同時(shí),試題滲透的一種重要的物理觀念是“機(jī)械可以省力,但不能省功”,即“功的原理”．初中物理教學(xué)中要重視實(shí)踐應(yīng)用能力的培養(yǎng),培養(yǎng)的基本模式之一是結(jié)合具體的實(shí)用工具,在解決實(shí)際問(wèn)題中分析工具的構(gòu)造,解釋其中蘊(yùn)含的物理原理．

2 滲透項(xiàng)目設(shè)計(jì)的思想,評(píng)價(jià)學(xué)生思想方法和數(shù)學(xué)方法的應(yīng)用能力

無(wú)錫市初中物理學(xué)習(xí)使用的是劉炳昇教授主編的蘇科版初中物理教材,該教材設(shè)置了9個(gè)綜合實(shí)踐活動(dòng),其中有4個(gè)屬于項(xiàng)目設(shè)計(jì)類(lèi),如:“制作一個(gè)醫(yī)用冷藏盒”“制作簡(jiǎn)易的密度計(jì)”“設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單電路”“設(shè)計(jì)和制作一個(gè)模擬的調(diào)光燈”．這些項(xiàng)目設(shè)計(jì)的一般做法是提出具體要求,提供系列器材,給予必要的步驟指導(dǎo),要求學(xué)生結(jié)合所學(xué)的單元知識(shí)體系,合理運(yùn)用知識(shí)、采用科學(xué)的方法,完成作品的設(shè)計(jì)．滲透項(xiàng)目設(shè)計(jì)的思想,評(píng)價(jià)學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力,對(duì)學(xué)生的知識(shí)體系和認(rèn)知方式均是一種很好的考查模式．下面筆者舉一例說(shuō)明．

例題2.小紅家有一支電子體溫計(jì),查閱說(shuō)明書(shū)得知,電子體溫計(jì)的探測(cè)器是熱敏電阻,其阻值隨著溫度的變化而變化.小紅買(mǎi)來(lái)一個(gè)熱敏電阻,準(zhǔn)備設(shè)計(jì)和制作一支模擬電子體溫計(jì).她計(jì)劃先測(cè)出此熱敏電阻在不同溫度時(shí)的阻值,按照?qǐng)D2(甲)所示連接了實(shí)驗(yàn)電路.RT為熱敏電阻,實(shí)驗(yàn)時(shí),RT置于溫控箱(圖中虛線區(qū)域)中.電源電壓保持不變,R1為定值電阻,R2為電阻箱(0～9999 Ω),S2為單刀雙擲開(kāi)關(guān),開(kāi)關(guān)S1和S2閉合前,小紅將電阻箱R2的阻值調(diào)到最大.

圖2

(1) 小紅首先調(diào)節(jié)溫控箱的溫度,使RT溫度為42.0 ℃,閉合S1,將S2接2,讀出電壓表的示數(shù)為3 V.

① 為測(cè)量此時(shí)RT的阻值,接下來(lái)的操作是:將S2接(選填“1”或“2”),調(diào)節(jié)電阻箱R2的阻值,使電壓表示數(shù)為V,讀出此時(shí)R2的阻值即為42.0 ℃時(shí)RT的阻值.

② 逐漸降低溫控箱的溫度,根據(jù)上述方法測(cè)量出RT在不同溫度時(shí)的阻值.若依據(jù)小紅所測(cè)數(shù)據(jù)畫(huà)出的RT阻值隨溫度變化的圖像如圖2(乙)所示,且當(dāng)RT的溫度降至32.0 ℃時(shí),閉合S1,將S2接2,電壓表示數(shù)為2.4 V.求電阻R1的阻值.

(2) 在獲得如圖2(乙)所示的RT阻值隨溫度變化的關(guān)系后,為了自制模擬電子體溫計(jì),小紅將S2始終接2,閉合S1后,通過(guò)電壓表的示數(shù)大小來(lái)顯示溫度高低.如果將RT用絕緣薄膜包好后置于正常人腋窩中央,保持腋窩合攏,閉合S1,當(dāng)電壓表示數(shù)穩(wěn)定后,電壓表示數(shù)最接近.

(A) 2.25 V. (B) 2.45 V.

(C) 2.65 V. (D) 2.85 V.

試題情境源自生活中常用的電子體溫計(jì),目的是利用熱敏電阻制作一個(gè)模擬電子體溫計(jì)并測(cè)量人體體溫,項(xiàng)目設(shè)計(jì)蘊(yùn)含從現(xiàn)實(shí)情境到物理建模再到實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程．

圖3

從學(xué)科核心素養(yǎng)的角度而言,試題在評(píng)價(jià)中涉及到的物理觀念包括“對(duì)溫度的認(rèn)識(shí),對(duì)歐姆定律的理解”,科學(xué)探究能力包括“電阻的測(cè)量”及等效替代的思想,科學(xué)思維包括物理建模和物理圖像分析以及數(shù)學(xué)計(jì)算能力,科學(xué)態(tài)度的培養(yǎng)上則滲透了物理學(xué)科的實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值．

3 再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程,評(píng)價(jià)學(xué)生的反思與評(píng)價(jià)的能力

初中物理教學(xué)注重把實(shí)驗(yàn)和探究活動(dòng)作為“構(gòu)建物理基本知識(shí)結(jié)構(gòu)、提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)、體現(xiàn)課程理念”的主線[2]．與此對(duì)應(yīng),中考評(píng)價(jià)應(yīng)重視實(shí)驗(yàn)和科學(xué)探究的試題命制,這不僅可以真實(shí)反映學(xué)生的學(xué)習(xí)經(jīng)歷,同時(shí)能較好地評(píng)價(jià)學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力．下面筆者舉一例說(shuō)明．

例題3.某小組同學(xué)準(zhǔn)備探究“通過(guò)導(dǎo)體的電流與電壓、電阻的關(guān)系”．實(shí)驗(yàn)器材有:干電池2節(jié).滑動(dòng)變阻器(20 Ω，1 A)、電流表、電壓表、開(kāi)關(guān)各一個(gè),不同阻值的定值電阻及導(dǎo)線若干,圖4(甲)是他們連接的實(shí)驗(yàn)電路．

(1) 閉合開(kāi)關(guān)前,應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的滑片P移到(選填“A”或“B”)端．

(2) 閉合開(kāi)關(guān)后,他們移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片至某一位置,電壓表示數(shù)為0.7 V,電流表示數(shù)如圖乙所示．接著繼續(xù)探究,把所測(cè)數(shù)據(jù)填入表1.

圖4

表1

① 圖4(乙)中電流表示數(shù)為A;

② 圖4(丙)是以電流I為縱坐標(biāo)、電壓U為橫坐標(biāo)建立的平面直角坐標(biāo)系．請(qǐng)根據(jù)他們所測(cè)數(shù)據(jù),在坐標(biāo)系中描點(diǎn),畫(huà)出I-U圖像,并標(biāo)記為a．

(3) 圖(丙)中b、c、d3條I-U圖像,是其他組學(xué)生選擇5 Ω、10 Ω和20 Ω的定值電阻,按圖(甲)電路測(cè)量數(shù)據(jù)所畫(huà)．

① 單獨(dú)分析圖(丙)中每條I-U圖像,可以得到的結(jié)論;

② 該小組學(xué)生發(fā)現(xiàn),分析圖(丙)中的I-U圖像,還能得到:“當(dāng)導(dǎo)體兩端電壓一定時(shí),導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體的電阻成反比”這一規(guī)律．請(qǐng)寫(xiě)出分析方法:．

③ 為驗(yàn)證②中的規(guī)律,該小組的學(xué)生選擇了5 Ω、10 Ω、20 Ω的定值電阻,準(zhǔn)備分別接入圖(甲)電路,測(cè)量電流進(jìn)行探究．有學(xué)生提議:既然探究時(shí)需要保持電阻兩端電壓不變,圖(甲)中可以不用連接滑動(dòng)變阻器和電壓表．他們按照提議分別將3只電阻由小到大接入電路,閉合開(kāi)關(guān)后,讀出電流表示數(shù)分別為0.42 A,0.24 A,0.13 A,發(fā)現(xiàn)無(wú)法驗(yàn)證②中的規(guī)律．于是,他們計(jì)劃仍按圖(甲)進(jìn)行探究,分析測(cè)量數(shù)據(jù)后,選定準(zhǔn)備加在電阻兩端的電壓值U．為確保完成驗(yàn)證,則這個(gè)電壓值U的范圍為

(A) 1.5 V≤U≤3 V.

(B) 1.3 V

(C) 1.3 V

(D) 2.1 V≤U≤2.6 V.

試題的背景是課程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的學(xué)生必做實(shí)驗(yàn):探究通過(guò)導(dǎo)體的電流與電壓、電阻的關(guān)系．題設(shè)采用真實(shí)的圖景、真實(shí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行真實(shí)問(wèn)題的考查．第(1)問(wèn)考查實(shí)驗(yàn)操作,強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性．第(2)問(wèn)考查電流表讀數(shù)并要求依據(jù)數(shù)據(jù)用描點(diǎn)法做出電阻的I-U圖像,當(dāng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)所描出的點(diǎn)不在同一直線上時(shí),要懂得采用擬合的方法處理,讓點(diǎn)均勻分布在直線兩側(cè),強(qiáng)調(diào)科學(xué)方法的重要性．其中的第(3)問(wèn)則重在評(píng)價(jià)學(xué)生的反思與評(píng)價(jià)能力．

第(3)問(wèn)中的①小問(wèn)是要求學(xué)生能依據(jù)圖像分析得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論,②小問(wèn)是給出結(jié)論說(shuō)明分析方法,將圖像分析法和控制變量法進(jìn)行了融合,可以評(píng)價(jià)學(xué)生在進(jìn)行歐姆定律的探究時(shí),是否經(jīng)歷了基于證據(jù)進(jìn)行歸納、歸理結(jié)論進(jìn)行評(píng)估的過(guò)程．解答第③小問(wèn),首先需要依據(jù)題設(shè),做出同學(xué)提議的探究電路原理圖,如圖5所示．依據(jù)所給數(shù)據(jù),分析得出“用干電池做電源,電阻越大,電阻兩端所分得的電壓越大”．接下來(lái),學(xué)生需要應(yīng)用所獲得的結(jié)論進(jìn)行實(shí)際探究時(shí)電壓預(yù)設(shè)值的計(jì)算,電路原理圖如圖6所示．為確保完成驗(yàn)證,當(dāng)電壓預(yù)設(shè)值最小時(shí),此時(shí)滑動(dòng)變阻器的阻值取最大值20 Ω,R取20 Ω,此時(shí)電路總電阻為40 Ω,則電路兩端電壓大于2.6 V,所以電壓預(yù)設(shè)值需大于1.3 V;當(dāng)電壓預(yù)設(shè)值最大時(shí),滑動(dòng)變阻器的阻值取0 Ω,R取5 Ω,此時(shí)電阻兩端電壓為2.1 V,答案選擇(B)．

反思與評(píng)價(jià)能力,是指能對(duì)自己或他人的思維結(jié)果進(jìn)行檢討性再思考的行為能力,能夠依據(jù)新的情境實(shí)現(xiàn)知識(shí)遷移的能力．歐姆定律本就是基于數(shù)據(jù)歸納的定律,第(3)小問(wèn)中的③先給出數(shù)據(jù),評(píng)價(jià)學(xué)生能否反思探究數(shù)據(jù),得到新的規(guī)律;能否依據(jù)所得規(guī)律,應(yīng)用歐姆定律進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)．在日常的科學(xué)探究中,經(jīng)歷同樣的學(xué)習(xí)過(guò)程,勤與反思、勇于反思、善于反思的學(xué)生收獲更多,更易于走向成功．

圖5

中考評(píng)價(jià)是對(duì)義務(wù)教育階段學(xué)生學(xué)習(xí)物理后是否達(dá)成課程目標(biāo)、獲得實(shí)際發(fā)展水平進(jìn)行的評(píng)價(jià),遵循的原則應(yīng)該是基于課程標(biāo)準(zhǔn)、關(guān)注學(xué)習(xí)過(guò)程、評(píng)價(jià)關(guān)鍵能力．對(duì)實(shí)踐應(yīng)用能力進(jìn)行評(píng)價(jià)既可以考查學(xué)生的知識(shí)水平,也可以考查學(xué)生的認(rèn)知能力．綜上所述,我們可以結(jié)合實(shí)用工具評(píng)價(jià)分析與解釋的能力,采用項(xiàng)目設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)思想方法和數(shù)學(xué)方法的應(yīng)用能力,在實(shí)驗(yàn)探究中評(píng)價(jià)學(xué)生的反思與評(píng)價(jià)的能力．此類(lèi)評(píng)價(jià)方式也在啟示我們,在教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)施過(guò)程中要重視情境的創(chuàng)設(shè),重視科學(xué)探究能力的培養(yǎng),通過(guò)問(wèn)題解決促進(jìn)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的達(dá)成[3]．