指向學科關鍵能力的物理中考命題與教學啟示
——以2021年蘇州市物理中考試題為例

吳志明

（江蘇省太倉市實驗中學，江蘇太倉 215400）

2019年11月《教育部關于加強初中學業水平考試命題工作的意見》中強調，要堅持正確導向，落實立德樹人根本任務，依據課程標準科學命題，發揮引導教育教學作用.指向學科關鍵能力的中考命題，是落實上述指導思想的有效行動路徑.

1 初中物理學科關鍵能力的要義解讀

江蘇省自2006年開始全面推進義務教育階段學生的學業質量監測，專家組基于大量實證研究，形成了《江蘇省義務教育學科核心素養與關鍵能力框架》研究成果.書中指出：學科關鍵能力是學科特有的，它是學生在經歷相應學科學習的過程中逐步形成的，適應個人終身發展和社會發展需要所必備的能力.［1］初中物理學科關鍵能力包括概括理解、實驗探究和實踐應用.“概括理解”是指學生學習掌握物理學科知識的能力；“實驗探究”是指學生進行觀察、實驗和科學探究的能力；“實踐應用”是指學生解決實際問題和遷移創新的能力.［1］具體內容及行為表現如表1所示.

表1 初中物理學科關鍵能力框架

上述初中物理學科關鍵能力框架與《中國高考評價體系》所提出的3 大關鍵能力群的指向是一致的，在初中學段，學科能力水平的考查要求依據相應的《義務教育物理課程標準》.圖1 表示兩者之間的銜接與對應關系.

圖1 學科關鍵能力銜接對應關系

2 中考命題對關鍵能力的考查分析

以2021 年蘇州市物理中考試卷（以下簡稱“試卷”）為例，在初中物理學科關鍵能力框架下，選擇部分代表性試題進行分析，有的試題涉及多種能力的考查，將選擇比重較大的關鍵能力進行分析.

2.1 關于概括理解能力的考查

例1.閱讀材料，回答問題：

某研究小組對“塞貝克效應”進行了初步的學習研究，塞貝克效應是指由于兩種不同導體或半導體的溫度差異而引起兩種物質間產生電壓差的熱電現象，例如將兩種不同金屬兩端連接組成回路，如果使兩個接觸點的溫度不同，則在回路中將出現電流，金屬的塞貝克效應在一定條件下是可觀的.

研究小組依據上述理論，制作了一個“蠟燭電廠”.如圖2（甲），蠟燭電廠分為蠟燭、裝置和用電器3個部分，其中裝置部分有鐵絲A（中間接入了燈泡和電流表）、銅絲B、水冷裝置C，鐵絲、銅絲的兩端緊密相連，點燃蠟燭，小量程電流表指針偏轉.他們對蠟燭電廠的發電效率進行了研究，蠟燭、裝置、用電器3部分的效率分別為η1、η2、η3，并且重點研究了輸出功率與兩端的溫度差、接入電路的用電器的電阻這兩個因素的關系，根據實驗數據繪制出如圖2（乙）所示圖像.

圖2 “蠟燭工廠”實驗

問題：

（1）此蠟燭電廠的電能是由蠟燭的_________能轉化而來的；

（2）根據3部分的效率，可知此蠟燭電廠的發電總效率________；

（3）根據圖像可以看出：溫差一定時，輸出功率隨電阻的增大而_________；溫差因素對輸出功率的影響規律________；

（4）根據塞貝克效應，選擇合適的兩種金屬和電流表組成電路，可通過電流的大小來監測____.

解析：本題文字較多，閱讀量大，信息量大，首先考查學生概括理解能力中的第1 個維度：觀察與建模能力，要求學生通過閱讀文字和圖像，認識物理現象，在物理表象的基礎上，識別、篩選、提取有用信息，抓住關鍵因素，構建相應的物理模型，建立起簡單電路示意圖模型，其中電源模型是關鍵.其次，考查概括理解能力中的第2 個維度：概括與推理能力，在對已有物理事實和信息加工分析的基礎上，形成對物理過程的本質認識.認識蠟燭電廠工作過程中的能量轉化關系；理解發電總效率由構成蠟燭電廠3 部分的效率所決定，依次打折；借助圖像信息的分析與處理，概括出輸出功率隨電阻的變化規律.最后考查概括理解能力中的第3個維度：辨析與梳理能力，梳理已有的零碎知識，辨析與強化對塞貝克效應本質特征的認識，在大腦中形成較完整的知識結構網絡，綜合分析解答題設問題.

參考答案：（1）化學；（2）η1η2η3；（3）先增大后減小；電阻一定時，溫差越大，輸出功率越大；（4）溫差.

2.2 關于實驗探究能力的考查

例2.純電動汽車是一種采用蓄電池作為唯一動力源的汽車，電池的安全性主要體現在對其溫度的控制上，當某組電池溫度過高時，立即啟動制冷系統進行降溫，圖3（甲）是小明設計的模擬控溫裝置示意圖，電磁繼電器與熱敏電阻Rt、滑動變阻器Rp串聯接在電壓為6 V 的電源兩端.當電磁鐵線圈（電阻不計）中的電流I大于或等于25 mA時，銜鐵被吸合，熱敏電阻置于溫度監測區域，其阻值Rt，與溫度t的關系如圖3（乙）所示，滑動變阻器的最大阻值為200Ω.

（1）圖3（甲）中應將b端與_________端相連；

圖3 模擬控溫裝置及實驗

（2）當開關S閉合時，電磁鐵上端為____極；

（3）若設置電池溫度為60 ℃時啟動制冷系統，則滑動變阻器阻值應為_________Ω；

（4）該電路可設置啟動制冷系統的最高溫度是_________℃；

（5）現利用一只電阻箱在室溫條件下對上述電路進行調試.使電路能在60 ℃時啟動制冷系統.為此，先將電阻箱調為70Ω，然后還需要經過3個關鍵的調試步驟才能完成調試.

第1步：斷開開關，_______；

第2步：閉合開關，調節滑動變阻器的滑片，直到繼電器的銜鐵被吸合；

第3步：斷開開關，_________，完成電路調試.

解析：本題探究的是教材之外、基于真實情境的實際問題，著重考查學生實驗探究能力維度中設計與操作能力、證據與論證能力.一是要求學生對模擬溫控實驗裝置電路圖進行分析，理解實驗的設計原理，進而完成控制電路與工作電路之間正確連接的操作步驟；二是對實驗收集的圖像信息進行讀取與分析，找出熱敏電阻阻值與實驗監測溫度之間的關鍵數據，依據物理原理進行分析處理，以獲取相關證據；三是對得到的證據進行分析論證，本題涉及運用歐姆定律計算串聯電路總電阻，以及等效電阻計算、滑動變阻器最大阻值200Ω 邊際條件的限制等，要求學生運用科學思維方法進行充分地分析和歸納，這樣得出結論才具有普遍意義；四是在物理情境中發現新問題，提出了更高的能力考查目標，要求學生在原有實驗裝置基礎上，設計新的實驗方案，規劃相應實驗步驟，突出考查學生實驗探究的遷移與創新能力，以及等效替代的科學思想方法.

參考答案：（1）c；（2）N；（3）170；（4）90；（5）用電阻箱替換熱敏電阻；用熱敏電阻替換電阻箱.

2.3 關于實踐應用能力的考查

例3.光速的測定在物理學中有多種方法，邁克耳遜曾用類似于下述方法在地球上較精確測定了光速.將激光發射器和接收裝置按圖4 所示位置固定，裝置（a）是4個側面均鍍有高反光涂層的正方體，可繞固定的中心軸轉動（圖示為俯視圖），當正方體轉動到圖示位置靜止時，激光束恰能以45°角照射到某側面中心P點處，反射到相距幾十千米外的一個山頂上，經此處的光反射器（內部結構未畫出，不計光在其中的傳播時間）反射后，平行于原光線射到正方體另一側面中心Q點處，最終被接收裝置接收到.

圖4 光速的測定實驗

（1）若光速為3×105k m／s，正方體到光反射器之間的距離為30 k m，則光從P點射出到射回Q點所用的時間為_________s；

（2）正方體快速轉動一周，光反射器能接收到_________次激光的照射；

（3）當正方體的轉速為n圈／s時，接收裝置可接收到激光，正方體與對面山頂光反射器間距離用d（單位：m）表示，則測得的光速可能為_________m／s.（填寫選項符號）

（A）8nd. （B）12nd. （C）16nd. （D）20nd.

解析：本題是一道綜合性試題，問題情境比較復雜，要求學生綜合運用學科知識及物理思想與方法解決“測定光速”這一實際問題，突出考查學生的實踐應用能力.首先，在分析與解釋的能力維度上，學生需對一大段題干文字仔細閱讀分析，結合對題圖的觀察與思考，合理解釋物理現象，厘清測定光速的物理原理、過程和方法，構建起合理的物理模型.其次，在思想與方法的能力維度上，需應用理想實驗法、圖形圖像法等科學思想和方法，對物理模型進行轉化，建立與物理規律之間的相應聯系，考查了學生抽象思維能力、演繹推理能力和歸納概括能力.最后，在反思與評價的能力維度上，解答題設第3問時需要學生在高階思維層面上，對自己的運算結果進行檢討性的再思考，分析反思、客觀評價自己解題的思路方法和最終結論，從科學性和合理性的角度進行判斷與評價.

參考答案：（1）2×10－4；（2）4；（3）A.

3 對物理教學的啟示

中考命題對物理教學具有重要引導作用，指向學科關鍵能力的物理中考命題，提示我們日常物理教學要立足學科素養，采取有效策略，落實學科關鍵能力的培養.

3.1 創設問題情境，轉變學生學習方式

“學科關鍵能力”不是教師能夠通過“教”直接傳授給學生的，而是要在真實、有意義的問題情境中，引導學生去發現、提出和分析問題，在思考和解決問題的過程逐漸培育和發展起來的.日常教學中，教師要依據學生的學習認知規律，創設合適的問題情境，激發學生的認知矛盾和認知沖突，在體驗和感悟中發現有價值的、有挑戰性的物理問題，通過內在強烈的學習動機去積極思考和探索；這一過程中，教師要運用靈活多樣的教學方式，整合有效課程資源，及時提供幫助和指導，引導學生開展自主、探究、合作學習，實現物理學習方式的根本轉變，培養學生終身學習的意識和能力.

3.2 基于問題解決，提升學生思維品質

思維的發展過程就是一個不斷發現和解決問題的過程.實施基于問題解決的物理教學，就是立足學科核心素養，將有意義有價值的問題引入到學生的學習活動中去，以問題為學習任務的載體，以解決問題為學習的驅動力，伴隨著問題的提出、分析、執行與解決過程，引導和推動持續性的學科學習活動.［3］問題的設計要緊扣學習目標，緊扣核心概念，問題要具有可及性、層次性和邏輯性，適當增加劣構性問題、開放性問題的占比，學生通過解決實際問題來學習蘊含其中的物理學科思想與方法，逐步提高解決問題的能力和水平，不斷提升思維品質.

3.3 優化作業設計，強化學生應用能力

學科關鍵能力最終將落實在對相關實際問題的解決上，體現在學生面對實際問題時，進行知識加工、能力轉化和創新思維的過程之中.物理作業作為重要的教學常規環節，要進行針對性、整體性優化設計，摒棄那些簡單重復、機械劃一的低階思維水平問題.作業內容要關注生活生產實際問題，關注科技前沿問題，關注社會熱點問題，遵循從物理走向社會的基本課程理念；作業形式要多樣化、多元化，增加觀察與實驗方面的實踐類作業，精心設計開放性、發散性思維要求的實踐應用性作業，以此不斷強化學生解決實際問題的應用能力.