素養解構視角下物理選考實驗題評價與建議
——以浙江省2019年4月選考實驗題為例

嚴云佳 趙惠松 梁 旭

(1. 桐鄉鳳鳴高級中學,浙江 桐鄉 314500; 2. 浙江省教研室,浙江 杭州 310000)

1 素養解構的基本內涵

教學評價是教育教學的指揮棒，它直接決定教師學科教學的方向和內容.考什么、評什么、教什么，是讓物理核心素養落地最直接也是最重要的保障.只有建立以物理核心素養為導向的評價體系，物理學科核心素養才能真正落地.[1]新的課標建立了基于核心素養的學業質量標準，更是明確提出了學生在學完某學科或者某模塊后應該具備的核心素養以及在這些素養上應該達到的具體水平.因此，素養解構就顯得很重要.

解構，或稱為“結構分解”，是后結構主義提出的一種分析問題的方法，意思為“分解、拆解、揭示”等.素養解構是指從物理核心素養的物理觀念、科學思維、科學探究和科學態和責任4個具體表述，以及每個表述下的5個層次水平去分析解構某個問題所需要的素養以及水平.通過解構來評價進而了解學生所處的水平層次，反過來改進和引導我們的教學.

素養解構分3步，首先要清晰呈現解題的思維過程，然后根據求解表達內容與物理學科素養的水平劃分之間的聯系確定素養內容和水平，難以分辨的內容，需要依據素養層級進行分析逐級確定.[2]本文就以2019年4月浙江省選考實驗題為例，解釋如何對實驗題進行解構，同時通過解構，讓同行們了解實驗題對素養的要求層次，進而改進和引導我們的課堂教學.

2 2019年4月浙江選考實驗題素養解構

2019年4月物理選考第21題原題如下.在“探究電磁感應的產生條件”實驗中，實驗連線后如圖1所示，感應線圈組的內外線圈的繞線方向如圖2粗線所示.

圖1

圖2

(1) 接通電源，閉合開關，G表指針會有大的偏轉，幾秒后G表指針停在中間不動.將滑動變阻器的觸頭迅速向右滑動時，G表指針(“不動”、“右偏”、“左偏”、“不停振動”)；迅速抽出鐵芯時，G表指針(“不動”、“右偏”、“左偏”、“不停振動”).

(2) 斷開開關和電源，將鐵芯重新插入內線圈中，把直流輸出改為交流輸出，其他均不變.接通電源，閉合開關，G表指針(“不動”、“右偏”、“左偏”、“不停振動”).

(3) 僅用一根導線，如何判斷G表內部線圈是否斷了？

2.1 第(1)問第一空素養解構

本問屬于課本實驗的改編，但是又不拘泥于課本.我們首先根據閉合電路歐姆定律和電路規律得知當滑動變阻器的觸頭向右滑動時,滑動變阻器連入電路的電阻減小,從B端流入的電流增大,導致內線圈磁場增強.再根據電磁感應和楞次定律的規律可知外線圈感應出的電流磁場和內線圈的原磁場相反.然后根據圖2和楞次定律,電流應從A端流入G表,G表指針左偏.根據以上解題的思維過程確定的素養解構如表1.

表1 第(1)問第一空素養解構

從以上素養解構可看出，此空對物理觀念的考查是2和3的水平，但是對科學推理和科學探究的考查屬于3和4的水平，特別是要從內外線圈的繞行方向推理出電流的流向問題屬于科學推理和科學探究的難點，也是能區分學生有沒有達到這個素養水平，非常好的一空.

2.2 第(1)問第二空素養解構

第二空和第一空有銜接性.迅速抽出鐵芯時,磁場變弱,G表指針偏轉應與之前相反.這一空看似簡單，但是這個推理成立的前提是前面已經有了具體案例作為基礎，而且腦中有磁能量變化情況相反，電流方向相反這個觀點支撐.也就是第一空內線圈磁場增強，G左偏，那么這一空磁場變弱,G右偏.根據以上解題的思維過程確定的素養解構如表2.

從以上素養解構發現，要解決這一空，科學推理的水平反而只有2，但是對物理觀念中的看法與觀點的考查反而到了4的標準.

2.3 第(2)問素養解構

第二問是緊隨第一問而設計的，剛剛第一問中內線圈磁場增大G左偏，磁場減弱G右偏.根據交流電的變化特點，改為交流輸出后,磁場在不停發生變化,根據楞次定律,感應電流的磁場也在不停變化,G表指針不停振動.根據以上解題的思維過程確定的素養解構如表3.

表3 第(2)問素養解構

從以上素養解構發現，有了第一問的思考，此問的科學推理的水平只有3，物理觀念中的規律考查也只有2.

2.4 第(3)問素養解構

從第(3)問的設問：僅用一根導線，如何判斷G表內部線圈是否斷了？可以看出，此問要學生用自己尋找證據和線索來證明G表內部線圈是否斷了，從解決問題的關鍵環節—尋找證據可以得出，此問一定涉及到科學思維中的科學論證素養.根據以上解題的思維過程確定的素養解構如表4.

表4 第(3)問素養解構

實驗題中出現科學論證的考查絕非偶然.所謂科學論證，邏輯學指引用論據來證明論題的真實性的論述過程，是由論據推出論題時所使用的推理形式.平時我們做了那么多的實驗，目的就是讓學生在觀察、實驗的基礎上通過科學推理和科學論證等得到結論，由此培養學生的科學思維.這一問的設計彰顯選考實驗加大了對科學論證素養的考查.

3 浙江選考實驗解構對實驗教學的啟示

從以上例題分析和結合近幾年浙江選考實驗可看出，浙江的選考實驗對物理觀念的考查是其次的，更多的是考查學生們的科學思維素養和科學探究素養，科學思維素養里面更多的是考查科學推理和科學論證，而科學探究素養里面更多的是考查證據和解釋素養.可見實驗對于落實核心素養太關鍵了.筆者結合剛剛做的“力的合成”學生實驗提出3點實驗教學的建議，談談在平時的實驗教學中如何落實核心素養.

(1) 關注實驗細節，善于發現實驗的教育價值.

伽利略開創了用實驗去研究物理問題的先河，可見實驗對于研究物理問題是至關重要的.但是現在在課堂上學生做實驗也好，教師演示實驗也好，最關心的可能是實驗的結論，忽視了實驗過程中一些有價值的細節.筆者認為，我們設計實驗和分析實驗，都要善于發現有價值的細節.這些細節對于結論可能沒有影響，但是對于學生的素養提升影響很大.

比如筆者在上“力的合成”學生實驗時，有些實驗小組只放一個彈簧秤，學生就要找我還要一個彈簧秤，不然沒法進行實驗.筆者面對這個細節，筆者向他提出了一個問題：你們組只靠一個彈簧秤能做好實驗嗎？根據科學探究的問題、證據、解釋和交流四要素分析發現，選擇實驗器材進行實驗屬于科學探究里的證據素養，《標準》里對證據的5個水平解讀如表5.

表5 科學探究素養中證據的5個水平

學生按照筆者預設的實驗方案進行實驗(兩個彈簧同時拉)，即使實驗成功他們的證據水平也就達到了水平2—能根據已有的科學探究方案，使用基本的器材獲得數據.他們雖然獲得了實驗結論，但是沒有達到科學探究素養的層次提升.當筆者把“能否靠一個彈簧秤就能做好實驗”的問題拋下去后，學生馬上開動腦筋，兩位組員之間重新審視實驗原理，重新規劃探究思路，發現可以用手等效成“假彈簧”拉，真彈簧讀好數后，馬上交換再拉一次，不就可以了嗎？這個新奇的思想明顯鍛煉了學生獲取證據的能力，至少達到了證據水平4—能制訂科學探究方案，選用合適的器材獲得數據.當然實驗的價值很多(表6)，從實驗的開始到最后，處處充滿素養，是否善于發現，取決于教師的教育智慧.

表6 實驗素養分布

(2) 善于搜集證據，培養科學論證能力.

科學論證是解釋證據與結論之間的關系,是確定科學結論所需要的證據和尋找證據的途徑.提升學生的證據意識，培養證據的搜集和解釋，是提升科學論證能力的關鍵.

牛頓在推導萬有引力過程就經歷了科學求證的過程.他首先推導：F∝m/r2，根據牛頓第三定律：F∝M/r2，最后推廣：“萬有”.但他并不馬上下結論.“偉大”的蘋果點醒了他，他仰望星空，進行月地檢驗，統一了天上和地下的力.最后又用自己的結論證明了他筆下的行星運動和哈雷彗星的預言和被后世觀測.同樣伽利略在研究落體快慢和輕重有無關系的時候，也經歷了科學求證.科學家如此，我們平時實驗教學也應該如此.

圖3

還是以“力的合成”學生實驗為例，通過力的圖示得到3個力的關系后(如圖3)，教師不要急于得出結論，因為這只是一次實驗，是否真的和結論一樣，那也得進行猜想，進而進行科學求證，不能一蹴而就.

小組1猜想：分力和合力滿足勾股定理的關系，即兩個分力大小的平方和等于合力大小的平方.

其他組論證：不同意.因為其他大部分組實驗數據按照勾股定理擬合，差別太大.兩個分力相互垂直的小組除外.因此兩個分力相互垂直時才滿足勾股定理的關系.不具有普遍性.

小組2猜想：我們組將其中一個分力平移過去，發現3個力剛好形成一個三角形.可能三角形3邊尚未完全閉合，可以認為是實驗誤差引起的(如圖4).

其他組論證：平移其中一個分力之后，大部分小組均同意小組2的觀點.

(這是不是就是我們探求的規律呢？是否還有其他觀點？)

小組3猜想：連接分力的箭頭，好像兩個分力也能組成一個三角形(平時有奇特想法的學生提出來的，如圖5)教師表揚該學生，猜想非常好.

圖4

圖5

圖6

小組4猜想：我們以兩個分力F1和F2作為兩條邊，構成一個四邊形，這個四邊形長的有點像平行四邊形(圖6).

其他組論證：添加輔助線，構成四邊形后，大部分小組均同意小組4的觀點.

教師質疑：你怎么能證明這個四邊形就是平行四邊形呢？

生：推平行線.通過驗證，果然基本能重合.

師：從4個小組的猜想與全體同學的驗證當中，我們排除了分力與合力的關系為勾股定理的關系.然而構建三角形和構建平行四邊形似乎都行.那么到底哪種是我們所要找尋的規律呢？

經前人多次、細致的實驗，最后確認，兩力合成時，以表示這兩個力的線段為鄰邊作平行四邊形.這兩個鄰邊之間的對角線就代表合力的大小和方向.這個法則叫平行四邊形定則.三角形其實就是平行四邊形的一條邊平移后得到的，本質相同.平行四邊形定則適用所有的矢量的合成.

點評：學生通過對實驗數據的分析和實驗規律的猜測，并在全班學生共同“證偽”和“ 證實”的情況下，基本能找到求合力的方法.雖然這里占用了一定的時間，但是學生在參與、體驗、探究、合作過程感受到的科學研究方法和品嘗到的學習樂趣卻是無窮的.這個過程也就是學生搜集證據，培養科學論證素養的最佳時機.

(3) 要做真實驗，不要放實驗，不要講實驗.

由于課時緊張，很多教師喜歡用實驗微課進行放實驗，或者直接PPT講實驗.這樣根本沒有發揮出實驗的教學價值.就拿“力的合成”實驗來說，雖然看上去簡單，而且結論的話學生也很好理解，但是實驗過程中的很多好的思想不通過做實驗是絕對體會不了的.

普通高中物理課程標準指出，實驗手冊上安排的實驗，每個學生都要親自去做好，不管是否做的出，經歷了實驗的過程，這就是價值.為什么學考和選考的實驗試題，有些看上去也就2和3的水平，但是學生做題時錯誤很多，歸根結底就是學生根本沒有做過這些實驗，稍微變換了形式就不會了.筆者的意思是，實驗要真做，哪怕簡單的實驗，也要去實驗室做.