培養學生關鍵能力群的物理教學策略
——以2022年1月浙江省物理選考卷為例

季超群

（衢州市教育局教研室，浙江衢州 324000）

教育部考試中心發布的《中國高考評價體系》一書中提出了“價值引領、素養導向、能力為重、知識為基”高考綜合評價體系.其中能力是學科核心素養中的關鍵能力，它是指：“對即將進入高等學校的學習者在面對與學科相關的生活實踐或學習探索問題情境時，高質量地認識問題、分析問題、解決問題所必須具備的能力.高考評價體系確立了符合考試評價規律的3 個方面的關鍵能力群：第1方面是以認識世界為核心的知識獲取能力群；第2方面是以解決實際問題為核心的實踐操作能力群；第3 方面是涵蓋了各種關鍵思維能力的思維認知能力群.”［1］根據高考的特征，高考評價體系將這3個方面關鍵能力的發展水平作為主要考查內容，以區分學生綜合能力水平的高低，引導基礎教育對學生綜合能力的培養.

1 關鍵能力與情境

1.1 知識獲取能力群

“知識獲取能力”是指學習者在面對與學科相關的生活實踐或學習探索問題情境時，在客觀描述世界、科學解釋世界的過程中表現出的穩定的個性心理特征，是個體認識世界、學會學習所必須具備的關鍵能力.主要包括：語言解碼能力、符號理解能力、閱讀理解能力、信息搜索能力、信息整理能力等等.

1.2 實踐操作能力群

“實踐操作能力”是指學習者在面對生活實踐或學習探索問題情境時，進行學以致用的學科認知操作和行動操作的過程中表現出的穩定的個性心理特征，是理論聯系實際所必須具備的能力基礎.主要包括：實驗設計能力、數據處理能力、信息轉化能力、動手操作能力、應用寫作能力、語言表達能力等等.

1.3 思維認知能力群

“思維認知能力”是指學習者在面對生活實踐或學習探索問題情境時，進行學科認知加工的過程中表現出的穩定的個性心理特征；是學習者在秉持科學態度，運用嚴謹的理性思維和豐富的感性思維，發現新問題、運用新方法、解決新問題、獲得新結論的過程中表現出來的思維能力；是激發個體好奇心、想象力、塑造創新人格所必須具備的能力基礎.主要包括：形象思維能力、抽象思維能力、歸納概括能力、演繹推理能力、批判性思維能力、辯證思維能力等等.［2］

1.4 情境

高考評價體系中所指的“情境”即“問題情境”，指的是真實的問題背景，是以問題或任務為中心構成的活動場域.“情境活動”是指人們在情境中所進行的解決問題或完成任務的活動.根據目前高考的考查方式，高考內容的問題情境是通過以文字與符號描述的方式，即紙筆形式進行建構的，而情境活動也同樣是通過以文字與符號描述的形式進行的.［3］

2 教學策略

針對高考評價體系中“知識獲取能力，實踐操作能力，思維認知能力”的能力群，2022年1月浙江省物理選考卷很好地落實了這3方面能力群考查.通過對其中2道物理選考題考查的詮釋，提出教學策略如圖1所示.

圖1

解構化策略是指對真實情境試題的結構和內容等通過閱讀題設，將關鍵文字、符號、表格、圖像（表）等信息進行提取并分解剖析的策略，通過強化解構化策略來提升知識獲取能力的目的；程序化策略是指對真實情境試題按一定順序將關聯內容進行有序科學實驗設計、數據處理、信息轉化、語言表達的策略.通過規范程序化策略來達到提升操作實踐能力的目的；邏輯化策略是指對真實情境試題通過模型構建、推理論證、質疑創新等思維活動進行認知的策略，通過強化邏輯化策略來達到提升思維認知能力的目的.解構化策略是關聯問題的前提，邏輯化策略是分析問題的核心，程序化策略是梳理問題的關鍵，三者不可分割.

3 典型試題剖析

例1.小明同學根據圖1 的電路連接器材來“探究導體電阻與其影響因素的定量關系”.實驗時多次改變合金絲甲接入電路的長度l來調節滑動變阻器的阻值，使電流表的讀數I達到某一相同值時記錄電壓表的示數U，從而得到多個的值，作出圖像，如圖4所示.

圖4

（1）在實驗中使用的是__________（選填“0～20Ω”或“0～200Ω”）的滑動變阻器.

（2）在某次測量時，電壓表的指針位置如圖3所示，則讀數U=_________V.

圖3

（3）已知合金絲甲的橫截面積為7.0×10-8m2，則合金絲甲的電阻率為_________Ω·m（結果保留2位有效數字）.

（4）圖4中圖線b是另一根長度相同、材料相同的合金絲乙與合金絲甲并聯后采用同樣的方法獲得的_l圖像，由圖4可知合金絲甲的橫截面積________（選填“大于”“等于”或“小于”）合金絲乙的橫截面積.

解構化策略.由題設解構如下：（1）圖2實驗方案為伏安法測電阻，安培表內接；（2）圖3 中l圖像物理含義是什么？（3）由題設和圖3可知，以電阻為橋梁建立各物理量的關系為→R←.

圖2

邏輯化策略.提出質疑：（1）通常伏安法測金屬絲電阻采用安培表外接法，因為金屬絲電阻比較小，可與安培表的電阻相比較，既然這樣此題為何還采用安培表內接法呢？（2）測得金屬絲的電阻率理論值與其真實值是否不同呢？（3）安培表的電阻究竟是否可以求出呢？（4）若用安培表外接法，測得金屬絲的電阻率理論值與其真實值是否不同呢？

圖5

若選用安培表外接，測出金屬絲電阻率的理論值與真實值是否相同呢？（答案不相同）讀者可自行分析.

通過上述分析，學生不僅知其然，而且還知其所以然，學生的認知思維得到提升.

例2.如圖6為研究光電效應的裝置示意圖，該裝置可用于分析光子的信息.在xOy平面（紙面）內，垂直紙面的金屬薄板M、N 與y軸平行放置，板N 中間有一小孔O.有一由x軸、y軸和以O為圓心、圓心角為90°的半徑不同的兩條圓弧所圍的區域Ⅰ，整個區域Ⅰ內存在大小可調、方向垂直紙面向里的勻強電場和磁感應強度大小恒為B1、磁感線與圓弧平行且逆時針方向的磁場.區域Ⅰ右側還有一左邊界與y軸平行且相距為l、下邊界與x軸重合的勻強磁場區域Ⅱ，其寬度為a，長度足夠長，其中的磁場方向垂直紙面向里，磁感應強度大小可調.光電子從板M 逸出后經極板間電壓U加速（板間電場視為勻強電場），調節區域Ⅰ的電場強度和區域Ⅱ的磁感應強度，使電子恰好打在坐標為（a+2l，0）的點上，被置于該處的探測器接收.已知電子質量為m、電荷量為e、逸出功為W0，普朗克常量為h.忽略電子的重力及電子間的作用力.當頻率為ν的光照射板M 時有光電子逸出.

圖6 光電效應裝置示意圖

（1）求逸出光電子的最大初動能Ekm，并求光電子從O點射入區域Ⅰ時速度v0的大小范圍；

（3）為了使從O點以各種大小和方向的速度射向區域Ⅰ的電子都能被探測到，需要調節區域Ⅰ的電場強度E和區域Ⅱ的磁感應強度B2，求E的最大值和B2的最大值.

解構化策略.由題設解構如下：（1）金屬薄板M 因光電效應逸出電子；（2）電子在金屬薄板M、N之間的電場中運動；（3）電子在兩條圓弧所圍的電磁場Ⅰ區域運動；（4）電子在有界磁場Ⅱ區域運動；（5）電子在幾個無電場無磁場的區域運動.

運動涉及光電效應規律、帶電粒子在電場中運動規律、帶電粒子在電磁場中運動規律、帶電粒子在磁場中運動規律、無電場無磁場中直線運動規律等知識.

邏輯化策略.提出質疑：（1）因光電效應現象，電子從M 板逸出時運動狀態（位置和速度）如何呢？（2）具備什么條件的電子可能經電場加速偏轉后，從O點射入第一象限內呢？（3）電子進入Ⅰ區域將如何運動？（4）滿足什么條件，Ⅰ區域中電場強度E和Ⅱ區域中磁感應強度B2最大呢？

圖7

若從B點逸出的電子速度大小也為vm，只有電子速度方向與豎直方向成某一角度時，有可能經O點射入第一象限內；若從O1點逸出電子的速度大小也為vm，只能沿x軸方向，有電場加速沿x軸正方向運動.

同理，如圖8 所示，若逸出電子的速度大小v1＜vm時，電子逸出的位置在O1A范圍內有可能經O點射入第一象限內.也就是說，只有在O1A范圍內的逸出的電子才有可能經O點射入第一象限內.

圖8

如圖9所示，從O點射入的電子，進入Ⅰ區域，有的電子將偏離紙面所在平面向內（或外）運動（圖中未畫出），偏離紙面的電子不可能打在坐標為（a+2l，0）點上；有的電子做勻速直線運動，這些電子受到電場力和洛倫茲力的大小相等、方向相反，該速度大小的電子經磁場B2后離開Ⅱ區域右邊界，再做勻速直線運動，到達x軸的不同位置，只有射入B2磁場的電子速度方向與x軸正方向的夾角和射出B2磁場的電子速度方向與x負方向的夾角相等的電子方能打在坐標為（a+2l，0）點上，被探測器接收（沿x方向運動的電子除外）.

圖9

改變Ⅰ區域中電場強度E可以選出速率不同的電子，改變Ⅱ區域中磁感應強度B2大小可以選出某一特定方向的電子.

電子在Ⅰ區域做勻速直線運動，所以滿足速度選擇器的要求Ee=ev0B1.若電子要打在坐標（a+2l，0）點，則從O點射入的電子速度大小和方向需確定，故從金屬薄板M 逸出的電子位置和速度也就確定了.

綜合上述：金屬板M、N 之間的電場使電子做勻變速運動，只有滿足在一定范圍內和一定速度的電子能從O點進入第一象限；在Ⅰ區域構建勻速直線運動模型；在Ⅱ區域構建勻速圓周運動模型，只有滿足一定角度的電子通過Ⅱ區域才會打在坐標為（a+2l，0）的點上.

圖10

由上述分析可知：通過構建模型、推理論證、質疑創新等思維認知過程，建立知識之間的邏輯關系，提升思維認知能力.

程序化策略.過程程序化：光電效應→勻變速運動、動能定理→勻速運動、速度選擇器→Ⅱ區域勻速圓周運動、幾何關系確定角度→臨界條件確定.

4 教學思考

在教學中，面對真實情境試題，需對選取的情境進行有效地識別，解構問題結構和內容；通過推理、論證、質疑、解釋等邏輯加工建立關系；驅動執行方程、計算、圖形等方式表達解決問題過程.

4.1 有效獲取與解構信息

教學中面對一個情境問題，我們不僅從靜態角度獲取關鍵文字、符號、圖像（表）等顯性信息，更要從動態角度、邏輯關聯角度去獲取與解構有效的隱性信息.如例3中，M、N 之間的加速電場，Ⅰ區域有界電磁場，Ⅱ區域有界磁場，及Ⅱ區域邊界與O和探測點的距離等信息為靜態信息；電子在電場中做勻變速運動，在Ⅱ區域磁場中做勻速圓周運動，而兩區域中電子的運動等信息為動態信息；Ⅱ區域邊界與O和探測點的距離對稱性信息為邏輯關聯信息.教師在日常教學中，要有意識地引導和有目的地訓練學生從靜態角度、動態角度、邏輯關聯角度等去獲取與解構信息.

4.2 科學提問與釋疑問題

對于復雜的情境問題，學生分析問題時會遇到障礙，思維會有缺陷.為了對問題刨根問底，需進行有效地質疑、批判性地思考.如例1、例2都提出4個問題，圍繞4個問題層層分析，各個擊破，使學生不僅明其理，而且悟其道.學生思維得到發展，能力得到提高.

4.3 正確操作與表達過程

復雜的情境問題往往涉及多個物理過程.如例2是一道帶電粒子在電磁場中運動的新穎綜合題，為了能較好地操作與表達物理過程：首先梳理涉及的每一物理過程，如光電效應→加速電場（勻變速運動、動能定理）→速度選擇器（勻速運動）→有界磁場（勻速圓周運動、幾何關系確定角度、臨界確定）等，其次根據實際采用不同的方式進行有序表達.既可從順向思路表達，也可逆向思路表達，例2中，求板M 逸出的電子速度vM的大小及其與x軸的夾角β就用逆向思路并表達；也可從已知量和未知量向中間量表達.根據實際問題做到有的放矢.

總之，能力培養沒有固定的模式，且不能一蹴而就，遇到疑難問題需慢慢想，細細品，才能悟出其道.教學中應多方面、多角度、多層次綜合思考問題；也需要從簡單到復雜，從特殊到一般反復地訓練，達到固化思維品質；也需要系統分析解決問題，并批判性，創造性地進行思考.當然培養能力也基于一定的基礎，所以要重視基本知識、基本技能、基本方法，否則基礎不牢，地動山搖，能力培養無從談起.同時關鍵能力培養基于學科核心素養的凝練，在關鍵能力培養同時，要提煉物理觀念、科學思維、科學探究、科學責任與態度等素養，兩者要相互融合，方能行穩致遠.