蘇州市中考物理科學思維考查的案例分析與教學啟示

[中圖分類號] G633.7 [文獻標識碼] A

[文章編號] 1674-6058（2025）23-0048-04

一、科學思維在初中物理教學與評價中的核心地位

物理學科核心素養包括“物理觀念”“科學思維”“實驗探究\"和“科學態度與責任”四個維度。其中，科學思維作為物理學科的核心驅動，是《義務教育物理課程標準（2022年版）》課程目標的重要組成部分。科學思維是指人腦對自然界事物（包括對象、過程、現象、事實等）的本質屬性、內在規律性及相互關系的間接、概括且能動的反映[1]。物理學科在培養學生科學思維方面具有重要作用，初中階段更是學生科學思維形成的關鍵時期。因此，系統培養學生的科學思維，對提升其科學素養和問題解決能力具有重要意義。

學業評價是監測學生思維發展水平、引導教學系統推進的重要工具。在核心素養下，初中物理學業水平測試不應僅關注知識和方法的掌握，更需重視科學思維發展水平的評估。良好的評價機制有助于促進物理教學改革，切實推動學生科學思維的發展[2]。初中物理科學思維的內容評價主要包括分析與推理、模型建構、批判性思維和創造性思維等方面。

二、初中物理科學思維水平的層級與學業質量要求

基于學生的認知發展水平和物理學科核心素養，并參考布魯姆教育目標分類理論，科學思維水平可劃分為以下層級：

層級一（識記與理解）：該層級是科學思維的基礎，要求學生能描述物理現象的基本特征，對常見現象進行簡單分析，初步具備從物理角度分析問題的能力。

層級二（應用與分析）：該層級包含應用與分析兩個方面。在應用層面，學生能將所學物理知識用于解決簡單實際問題；在分析層面，學生能分析物理問題，識別各要素間的關聯，從而深入理解問題并尋求解決方法。

層級三（綜合與評價）：綜合方面要求學生能整合所學物理知識，靈活運用于解決復雜問題并創造性地提出解決方案；評價方面則要求學生能對物理問題或解決方案做出理性、深刻的判斷，體現出較強的批判性思維能力。

層級四（創造與創新）：學生能基于已有物理知識和科學思維，提出新的問題、假設或解決方案，設計具有創新性的實驗或物理模型。該層級強調批判性思維、創新意識和科學探究能力的綜合體現。

初中物理科學思維考查的學業質量要求與上述科學思維水平層級的對應關系見表1。

表1初中物理科學思維考查的學業質量要求與科學思維水平層級的對應關系

三、蘇州市中考物理科學思維考查的案例分析

在考查學生科學思維水平時，為避免因學生反復練習熟悉情境而導致診斷評價出現偏差，蘇州市中考物理命題著重注意了以下幾點：

（1）素材情境多樣化：素材取材廣泛，避免重復使用相同或高度相似的情境，題目涵蓋不同背景和場景，以全面評估學生能力。

（2）題目創新化：設計新穎題目，避免直接采用常見或學生過度練習的題目，減少學生對固定情境的依賴。

（3）多維度考查：從不同角度考查某一知識點，避免學生僅憑記憶答題，確保其真正理解并能靈活運用知識。

（4）真實情境設計：結合實際生活中的復雜情境，設計更具挑戰性的題目，防止學生僅靠重復練習應對考試。

（5）合理設置難度梯度：題自既有基礎題，也有需深入思考的題目，確保評價的全面性。

中考物理試題是檢驗學生科學思維能力的重要載體，其設計和變化值得深入研究與思考。筆者回顧近幾年蘇州市中考物理試題對科學思維的考查情況，探討其特點與趨勢，希望能為同行的教學實踐提供一些啟示。

（一）應用與分析能力的考查

[例1]（2021年蘇州市中考第12題）如圖1，質量為 2m 的物塊 P 下方連接有一個質量為 m 的鉤碼，上端通過細線繞過輕質定滑輪連接一質量為 2m 的物塊 Q ，將它們由靜止釋放。在物塊 P 下落到地面的過程中， P，Q 間細線拉力大小為 F （細線重力及各處的摩擦均不計，鉤碼落地后不彈起）[3]。

圖1

A.鉤碼落地前 F=3mg，Q 的機械能增大 B.鉤碼落地前 Flt;3mg，Q 的機械能增大 C.鉤碼落地后 F=2mg，P 的機械能不變 D.鉤碼落地后 Fgt;2mg，P 的機械能減小 參考答案：B

解析：此題考查非平衡力作用下物體運動狀態的判斷，可采用先“整體”后“分解”的方法進行受力分析。從“整體”來看，開始時左邊物體重力為3mg ，右邊物體重力為 2mg 。由靜止釋放后，“整體”做加速運動，即左邊物體加速向下，右邊物體加速向上。接著進行“分解”，以 Q 和 P 為研究對象分析： Q 由靜止加速向上，根據牛頓第二定律，繩子拉力必定大于 2mg P 由靜止加速向下，繩子拉力必定小于 3mg 。

鉤碼落地后， P 由于慣性繼續向下運動， P 與 Q 之間繩子無拉力， P 與 Q “整體\"受力平衡，做勻速直線運動， P 勻速向下，機械能減小； Q 勻速向上，機械能增加，再\"分解\"得到 P 與 Q 之間繩子拉力為 2mg 。

評析：物理課程具有螺旋式上升的特點，同一情境可能在初中、高中甚至大學物理課程中反復出現。在解決同一物理問題時，初中和高中在思維方式、知識要求和技能水平上存在差異[3]。初中階段力學學習所培養的分析與應用能力，是高中階段綜合分析與抽象思維能力的基礎。初中階段力與運動關系可歸納為圖2。

圖2

初看此題，可能會覺得是超綱題，但其實它考查的還是初中力與運動關系的知識，主要看學生對非平衡力下物體運動狀態的分析能力。學生學習時，得從模仿分析思路慢慢變成理解內化，形成自己的分析與應用能力，掌握分析方法，最終能獨立解決問題。

（二）構建可視化模型能力的考查

[例2]（2020年蘇州市中考第33題[4]）Phyphox是一款功能強大的物理實驗手機軟件，其中的AcousticStopwatch功能能夠自動記錄下所接收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。如圖3所示，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。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_⊕??t_ζ 。

圖3

（1）若已知空氣中的聲速為 340m/s，0.001 sp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 （204 t_H 1 t_∠（gt;/=/lt;） ;

（3）測得空氣中聲音的傳播速度 v_?≡= （用 s，t_HΩ，t_ζ 表示）

參考答案：

解析：由圖4模型圖可知，甲手機記錄整個過程的總時間，乙手機記錄乙同學聽到聲音后的反應時間。因此， t_ff-t_Z 為聲音在甲、乙兩人間來回傳播所用的時間，進而可算出聲音傳播的速度為 v_?≡=

評析：對初中生而言，聲音的傳播不同于人、機械等可見物體的運動，讓人感覺難以捉摸。因此，解答本題時，模型建構至關重要[5]。這種可視化的模型建構可理解為在草稿紙上畫“草圖”。學生要仔細閱讀題目內容或觀察圖像，提取關鍵信息（如題目中 t_H 和 t_ζ 的本質意義），在大腦中構建完整的實驗過程畫面，再以“草圖”形式呈現，并輔以必要文字批注。通過這種“草圖”式模型建構，可將復雜問題簡化為便于分析的“草圖”模型，有助于厘清問題的邏輯關系和各物理量間的聯系。

（三）邏輯推理能力的考查

初中物理結論多由實驗得出，理解其背后邏輯對掌握知識、解決問題至關重要。其運用的邏輯推理方法有演繹推理、歸納推理、類比推理、因果推理和反證推理等。

1.演繹推理的考查

[例3]（2023年蘇州市中考第17題）如圖5，一根水平放置、兩端開口的透明亞克力管，下部的抽氣孔與抽氣機相連。將一個略小于管內徑的紙團置于管中，打開抽氣機，在 的作用下，兩塑料片分別緊緊“吸附\"在管子兩端。當管內氣壓較低時關閉抽氣機，快速彈開 側塑料片，紙團會從左側管口飛出。

圖6

圖5

參考答案：大氣壓右

評析：演繹推理是從一般到特殊的推理方法。在涉及大氣壓的知識中，無論是經典的馬德堡半球實驗，還是生活中常見的吸盤等，“吸”的本質皆是“壓”，這一一般規律由研究對象兩側存在壓力差導致。本題中，抽氣機工作時管內氣壓降低，外部大氣壓將塑料片壓在管口；關閉抽氣機后，右側塑料片彈開，右側管口與大氣連通，氣壓恢復，左側管口仍處于低壓狀態，大氣壓便將紙團從左側管口推出。演繹推理的魅力在于能從一般規律出發，解釋特殊或新穎的現象，揭示本質。

2.因果推理的考查

[例4]（2024年蘇州市中考第15題）據記載，唐朝時省油燈已在四川地區出現。瓷質燈體如碗狀，腹部有中空夾層，可通過注水孔向夾層裝水，碗內有油和燈芯，如圖6所示。燃燈前，向注水孔緩慢注入冷水，讓及時排出。燃燈時， 吸收燃燒產生的熱量后不斷蒸發，使燈碗和燈油 較低，燈油蒸發速度__，以達到省油的目的。

參考答案：空氣水溫度減小

評析：因果推理既能從原因推導結果，如根據物體的受力情況推導其運動狀態，也能從結果追溯原因，如根據物體運動狀態改變反推其受力情況。解答本題可采用因果推理中從結果追溯原因的方式：省油 $$ 油蒸發減慢 $$ 油溫度較低 $$ 水吸熱。通過反推，學生能從實際現象找到背后的物理原理。因一個結果可能對應多個原因，這為命題者提供了豐富的出題空間。

3.反證推理的考查

[例5]（2022年蘇州市中考第20題）屋頂風帽是利用自然風使風帽旋轉實現室內換氣的裝置，如圖7所示。它不用電，無噪聲，節能環保。只要速度為 0.2m/s 的微風即可讓其輕盈運轉。風帽轉動時其內部空氣流速變大、壓強變 ，室內的污濁氣體在 作用下被排出。水平方向的風，從不同方位吹來，風帽的轉動方向 。

圖7

參考答案：小大氣壓 相同

評析：反證推理是先假設結論不成立，再推導出矛盾以證明原結論正確。本題中，先假設風從不同方向吹來會使風帽轉動方向改變。自然環境中；尤其在復雜地形或城市里，受建筑物、地形等因素影響，風向多變且不穩定。若不同風向會致風帽轉動方向不同，其轉動將極不穩定，這與“利用自然風使風帽旋轉實現室內換氣”“微風即可讓其輕盈運轉”的事實相矛盾。基于假設得出與實際矛盾的結論，故該假設錯誤。初中生生活經驗有限，易誤解物理規律，此時可用反證法，通過假設并推導出與已知事實矛盾的結果來修正誤解。不過，反證法雖應用廣泛，但并非萬能，使用時需根據具體情況判斷和選擇，確保推理嚴謹合理。

（四）實證意識的考查

科學論證的證據意識，即借助觀察、實驗和數據來支持或反駁科學觀點、假設的能力。《義務教育物理課程標準（2022年版）》解釋了論證在教學中的地位，要求培養學生的科學思維，科學論證思維是其中之一，且科學探究包括“證據\"“解釋”等論證要素[6]。

[例6]（2020年蘇州市中考第10題）小明采用“向漏斗口吹氣，觀察乒兵球狀態\"的方法來探究流速對流體壓強的影響。以下方案不合理的是（ ）。

參考答案：A

評析：題中旨在證明“流體流速越大的地方壓強越小”。從選項看，B、C、D所示案例若無氣流，乒乓球會落下，引入氣流乒乓球才能穩定停留；而A選項中，無論氣流壓差是否存在，乒兵球均可穩定停留[7]。科學論證的證據意識是科學研究的必備要素，貫穿科學探究全過程。它要求學生分析、評估和解釋數據，進而形成理性判斷，這是批判性思維的體現。

四、教學啟示

中考對物理教學有重要引導作用[8]。它既能了解學生的思維發展水平，又能推動教學改革和學生發展。

（一）融合多元素材，創新實驗設計

教材提供的實驗器材和方案是教學的重要參考，但并非唯一。為培養學生的科學思維及解決實際問題的能力，教師可從《天工開物》等經典著作、科學刊物優秀案例、生活實際問題、智能手機和傳感器等現代科技中挖掘素材，設計更豐富創新的實驗。

（二）實施微項目化學習，促進思維發展

在微項目化學習中，學生經歷選題、設計、實踐評價的完整周期。此過程涵蓋物理知識的系統學習、深入理解與靈活運用，要求學生透徹分析、綜合評價實際問題并創造性地提出解決方案。隨著知識的不斷迭代與深化，學生的思維能力顯著提升，實現了深度學習。

（三）培養證據意識，規范論證過程

物理課程中，科學探究既是學習內容，也是一種學習方法，還是一種科學精神9，培養證據意識和規范論證過程是其核心。教師引導學生進行科學探究時，需嚴格遵循規范方法和程序，如控制變量、重復實驗、詳細記錄數據等，確保探究嚴謹；同時強調證據充分、推理符合邏輯、結論合理，這是確保科學探究的完整性和可信度的關鍵。教師規范引導，有助于學生形成嚴謹的科學態度和思維方式。

［參考文獻]

[1］胡衛平，林崇德.青少年的科學思維能力研究[J].教育研究，2003（12）：19-23.

[2]蔣煒波.科學思維發展層級模型及其導向下的學習評價[J].中學物理，2021，39（13）：10-12.

[3]楊勇誠.關注中考評價重視深度學習引導教學銜接：2021年蘇州中考物理“不入套”試題分析[J].中學教學參考，2021（35）：36-38.

[4]王建紅.新課改背景下中考命題的穩中求變：2020年蘇州市初中物理畢業考試試卷評析[J].湖南中學物理，2021，36（5）：42-43.

[5]張亮.突出理解應用考查學科核心素養：對2020年蘇州市中考物理試卷第30題的賞析[J].物理教師，2021，42（2）：44-45，48.

[6]中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準：2022年版[M].北京：北京師范大學出版社，2022.

[7]居露，張天一，武清鋒，等.初中物理演示實驗的深度學習：以“漏斗與球”為例[J].物理教師，2021，42（7）：43-47.

[8」吳志明.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[J].物理教師，2022，43（5）：39-42.

[9］張大昌.從物理課程看科學探究[J].中學物理教學參考，2006（1/2）：2-5.

（責任編輯 黃春香）