生活化物理實驗考查及應對策略①
——以2020年中考題為例

錢士莊

(江蘇省揚州市江都區仙城中學,江蘇 揚州 225200)

1 引言

《義務教育物理課程標準(2011年版)》指出：實驗探究既是物理學習的重要內容,也是物理學習的重要方法。[1]縱觀近年全國各地的中考物理試題,實驗探究的考查成為必選,其中生活化物理實驗的考查正成為一種新趨勢。生活化物理實驗源自于學生的實際生活，與課程標準倡導的“從生活走向物理,從物理走向社會”的課程理念高度契合。

筆者對近年來中考生活化物理實驗題做了深入研究，現以2020年中考題為例,從核心素養角度探討生活化物理實驗的考查及應對策略。

2 典型例題及分析

初中物理學科核心素養包括概括理解、實驗探究、實踐應用和求實創新四個方面,[2]中考命題者常以生活中常見物品為載體，從上述四個方面命制生活化物理實驗考查題,貼近學生實際生活,符合學生的認知規律,非常接地氣。

2.1 從概括理解的視角分析生活化物理實驗試題

例1(2020年揚州)：如圖1所示，將一塊有機玻璃板架在兩本書之間,用干燥的絲綢在有機玻璃板上摩擦后,看到有機玻璃板下方的小紙屑上下飛舞。有機玻璃板由于摩擦帶上,具有的性質。

圖1

分析：該題以有機玻璃板、絲綢和小紙屑等生活中常見物品設計實驗,涉及的知識點是靜電現象,從核心素養考查中的概括理解角度切入,主要考查觀察與建模、概括與推理能力。本題對觀察與建模的考查要求較低,即能對簡單的物理現象進行描述,并從中獲取一些信息；對概括與推理的考查要求也較低，能發現事物的一些特征,了解相關的概念和規律,會進行簡單的推理。要求學生能夠關注到小紙屑上下飛舞的現象,從中推理出靜電的存在,進而得出帶電體具有吸引輕小物體的性質。

2.2 從實驗探究的視角分析生活化物理實驗試題

例2(2020年南通)：如圖2所示，褲架上的兩個夾子分別夾住一條毛巾。以下方法能使褲架在水平位置平衡的是( )。

圖2

A. 右邊夾子向左移動

B. 左邊夾子向左移動

C. 右邊毛巾的下角夾在左邊夾子上

D. 左邊毛巾的下角夾在右邊夾子上

分析：該題以褲架、毛巾和夾子為素材,以褲架掛曬衣物這一生活中常見情景命題。該題從核心素養中的實驗探究視角命題,對實驗探究中設計與操作的考查要求為中等水平，要求能圍繞猜想和假設,運用物理知識設計簡單的實驗方案;能利用實驗器材進行實驗操作。首先要明確褲架是一個杠桿,杠桿左低右高,可根據杠桿平衡原理進行調節。從力臂角度考慮:可以減小左端的力臂,即將左邊的夾子向右移;也可以增大右端的力臂,即將右邊的夾子向右移。從力的角度考慮,減小左端的力或增大右端的力,即可以將左邊的毛巾的下角夾在右邊夾子上。

2.3 從實踐應用視角分析生活化物理實驗試題

例3(2020年南通)：在綜合實踐活動中,小明制作了一只長12cm、寬5cm的小紙船,如圖3所示，圖4是按圖3中箭頭方向觀察到的船的主視圖?，F讓紙船漂浮在水面上,向船內輕輕放入目前我們常用的一元硬幣,估測紙船最多能承載的硬幣數目最接近( )。

圖3

圖4

A.15枚 B. 35枚 C. 55枚 D. 75枚

分析：該題以學生手工制作的紙船為載體命制生活化物理實驗題,從核心素養的實踐應用角度進行考查,對于思想與方法考查要求為中等水平，針對一般情境的問題,能應用控制變量法、轉換法、等效替代法等科學方法,明確思路,初步解決問題;能運用圖像、方程等數學工具,簡單處理信息,得出初步結論。該題主要涉及阿基米德原理、質量估測等物理知識。根據圖4,以紙船長度為標準估算出紙船的高度,進而估算出紙船的體積。當紙船承載的硬幣數量最多時,根據阿基米德原理估算出紙船所受最大浮力。由二力平衡可知：放入船中硬幣所受的總重力與紙船所受的最大浮力大小相等,結合對一枚一元硬幣質量的估算,即可得出硬幣的數量。

2.4 從求實創新視角分析生活化物理實驗試題

例4(2020年蘇州)：Phyphox是一款功能強大的物理實驗手機軟件。其中的Acoustic Stopwatch功能能夠自動記錄下所接受到的兩次響聲之間的時間間隔:當手機接收到第一次響聲時便自動計時,當再次接收到響聲時計時自動停止(類似于使用秒表時的啟動和停止)，由于對聲音的響應非常靈敏,計時可精確到0.001s。

甲、乙兩人使用手機在空曠安靜的廣場上測量聲音的傳播速度。他們分別站于間距測量值為s的A、B兩處,打開手機軟件做好計時準備,如圖5所示。甲先在手機邊擊掌一次,乙聽到擊掌聲之后,也在手機邊擊掌一次,查看甲、乙兩手機均有效記錄下了兩次掌聲的時間間隔,分別為t甲、t乙。

圖5

(1) 若已知空氣中的聲速為340m/s,0.001s內聲音的傳播距離為m;

(2) 本實驗中兩手機所記錄的時間大小關系是t甲t乙;

(3) 測得空氣中聲音的傳播速度v聲=。

分析：手機是學生非常熟悉的通信工具,以手機中計時軟件為背景命制試題,考查空氣中聲速的測量,屬于常規聲速測量方案的拓展延伸,在核心素養中屬于求實創新層面的考查,能將所學的思想方法應用到復雜的新情境中，去分析、解決問題;具有創新意識,能在分析、解決問題時提出某些新的方法、思路和手段,獲得新的結果。測量空氣中聲速的常用方法是利用發令槍,測出從看到冒煙到聽到槍聲的時間,即為槍聲傳播的時間。試題在時間的測量上進行了創新,需要學生理解題目情景的描述,正確認識到甲、乙兩人所測時間的差值為聲音從A處傳到B處、再由B處傳到A處的時間,根據速度公式即可推出具體計算表達式。

3 應對策略

中考中生活化物理實驗試題源自于學生的日常生活,所用器材都是常見的物品,取材方便,便于中考命題人員進行實際操作驗證,符合核心素養的培養要求。應該如何應對生活化物理實驗題的考查呢？

3.1 與時俱進,更新教師教育教學觀念

物理學是一門以實驗為基礎的自然科學,實驗探究伴隨著物理學習的始終。隨著物理課程改革的深化,物理實驗探究的重要性愈發凸顯。物理學科核心素養的提出,進一步明確了對實驗探究的要求，物理課堂不能沒有實驗探究。然而,在實際教學中,重知識、輕實驗的現象仍然存在。在相關課題針對生活化物理實驗的問卷調查中發現：部分教師從來不組織實驗教學,演示實驗都很少，看似唾手可得的生活化物理實驗離一些物理課堂似乎還有點遠。因此,物理教師需要進一步解放思想、更新觀念,從根源上認識到生活化物理實驗的重要性,將生活化物理實驗作為教學的“?？汀?做到與時俱進。

3.2 激發興趣,培養學生概括理解能力

生活化物理實驗是激發學生學習興趣的有效手段，以妙趣橫生的生活化物理實驗為載體,通過學生意想不到的現象激發學生的好奇心,在生活化物理實驗探究中培養學生觀察與建模、概括與推理、辨析與梳理等概括理解能力。

在蘇科版初中物理教材的“引言”中就安排了多個生活化物理實驗,如點燃玻璃罩中長短不一的兩根蠟燭,看哪一支先滅。學生急切地希望得知結果,興趣盎然,學生實驗后會發現結果不盡相同,更能激發學生探究的欲望和興趣。該生活化物理實驗探究的關注點不在于實驗結果,而是側重于培養學生的觀察和建模能力,即只要求學生能描述觀察到的實驗現象,進而能獲取一些信息。在利用常見物品設計此類生活化實驗時,教師應該引導學生嘗試用語言表述觀察到的現象,使得學生的概括理解能力得到鍛煉和提高。

3.3 關注細節,培養學生實驗探究能力

細節決定成敗,實驗操作的某些細節直接影響著實驗的成敗。在生活化物理實驗操作中,要以嚴謹的態度關注實驗的每個步驟,將學生實驗探究能力的培養落到實處。

在靜電現象的教學中,教師要求學生完成用吸管摩擦頭發吸引小紙屑的生活化物理實驗,部分同學卻失敗了,其實分發給學生的吸管中,部分是在水中浸泡過的。教師提醒學生注意對比實驗成功與失敗小組同學的吸管,不少學生很快發現了吸管的干濕有別,據此有學生提出:摩擦起電可能要在干燥的環境中才能完成,這就是通過細節促進了學生問題意識與猜想能力的提高。學生繼續利用干、濕吸管做對比實驗,培養了學生設計與操作能力。

3.4 善于引導,培養學生的實踐應用能力

“親其師,信其道”,物理教師應該成為學生物理學習征途上的引路人。著眼于培養學生的核心素養,教師應該實現從知識的教授者向學生能力培養的引路人的角色轉換,學生在生活化物理實驗中倍感困惑時為他們指引方向,促進學生分析與解釋、反思與評價等實踐應用能力的提高。

在用兩根吸管制作噴霧器的生活化物理實驗中,不少學生使出了吃奶的力氣,都沒有吹出水霧來。此時,教師應該引導學生注意水平管口面積大小問題,可以類比自來水水龍頭打開后用手指將出水口堵住一部分時水流會變快的現象。學生自然意識到可以適當減小水平管的出氣孔面積,即將水平管口與豎直管重疊部分面積,實驗問題迎刃而解。生活化物理實驗的改進過程實際上就是學生分析與解釋、思想與方法、反思與評價等實踐應用能力的培養過程。

3.5 敢于嘗試,培養學生求實創新能力

“盡信書,則不如無書”,物理實驗探究更應如此。進行生活化物理實驗探究時,教師要提醒學生不能迷信權威、人云亦云,要實事求是、敢于嘗試。對于異常實驗現象或結果,要敢于質疑和求證,這樣才能通過生活化物理實驗，培養學生的質疑、創新等能力。

覆杯實驗是一個典型的生活化物理實驗,實驗時一般會強調杯中要裝滿水。如果裝滿水的杯子在倒置過程中進入了空氣,實驗能否成功？要求學生通過實驗證實。部分同學在杯中裝入極少的水草草進行了實驗,甚至個別同學未動手就得出了不能成功的結論，這實際就是迷信權威結論在作祟。教師要充分調動學生的積極性,提醒學生改變進入杯子中空氣量的多少,多次對比實驗。在大膽嘗試后,學生發現當杯子中進入少量空氣時,覆杯實驗仍然可以完成,結果出人意料,這實際上就是求實與質疑能力的生成過程。

4 結語

物理源自生活,生活處處皆物理。生活化物理實驗就是生活中常見問題或現象的呈現和探究過程,自然成為核心素養背景下中考題中的“寵兒”。物理教師應該意識到生活化物理實驗探究的重要性,將其作為日常教學的常規動作。讓學生通過生活化物理實驗,逐步形成適應個人終身發展和社會發展所需要的必備品格和關鍵能力。[3]