许帮正

(无锡市教育科学研究院，江苏 无锡 214001)

物理实践应用能力指运用物理知识和科学方法解决实际问题的表现,具体包括:分析问题的能力和解释现象的能力;应用思想方法和数学方法的能力;反思与评价的能力[1]．是初中物理学习的关键能力．对实践应用能力的评价不仅有知识迁移的考查,还有认知方式的考查,知识迁移会受到具体学段的限制,而认知方式则是实现持续学习的保障．

为体现物理学科价值及持续学习的路径,凸显从物理走向社会的课程理念．中考评价设计应注重考查学生的实践应用能力,强调知识的迁移应用和认知思维方式的培养,并依此促进物理的课堂教学改进．接下来,笔者结合近2年来无锡市物理中考试题的设计和思考谈几点想法,供同行探讨．

1 结合实用工具的使用,评价学生分析与解释的能力

物理学的发展源于人类对未知世界的探索,其价值体现之一是能够用探索所得的物理规律解决实际问题,生产、生活中的许多实用工具不仅是能工巧匠的杰作,更是对物理原理的一种完美阐释．义务教育阶段的物理学习,我们不仅要培养面向星空的人,更需要培养具有物理思维的未来“大国工匠”．选择实用工具可以较好地评价学生的实践应用能力．下面笔者举一例说明．

例题1.在更换家用轿车的轮胎时,剪式千斤顶是一种常用工具.图1(甲)是某型号剪式千斤顶的结构示意图.使用时,将底部支撑台置于水平地面,保持千斤顶竖直,将顶升置于汽车车身下,用手摇动扳手使扳手绕O点不断旋转,带动丝杆转动,通过丝杆水平拉动左端铰链,使支架向内收缩,顶升升高,从而将汽车车身顶起.丝杆上刻有梯形扣,图1(乙)是梯形扣的实物图.

图1

(1) 该型号的剪式千斤顶是由一些简单机械组合而成的.在顶起车身的过程中,丝杆上的梯形扣属于下列哪一种简单机械?.

(A) 滑轮. (B) 滑轮组.

(C) 杠杆. (D) 斜面.

(2) 现使用该剪式千斤顶更换轮胎,顶起汽车车身后,若顶升受到车身竖直向下的压力大小始终为10000 N,且等于顶升对车身的支持力,千斤顶自身重量忽略不计.

① 若底部支撑台与地面接触面积为0.04 m2,顶起汽车车身后手不再用力,则千斤顶对地面产生的压强是多大?

② 顶起汽车车身后,为了方便更换轮胎,需要继续摇动扳手,使顶升继续升高一段距离.若人摇动扳手使顶升在1 min内升高12 cm,用千斤顶顶起车身时的机械效率为80%,则人做功的功率是多大?

试题的背景是更换家用轿车的轮胎．如今,小轿车已经进入普通家庭,“剪式千斤顶”是家用小轿车的标配．用剪式千斤顶维修轮胎的过程,本身就是一个具体的实践应用的案例．

题设中提到的“梯形扣、丝杆”等均是专业名词,对学生而言较为陌生．解答第(1)问,学生首先需要结合题意分析出千斤顶使用时包涵的相互作用过程．人首先对扳手施加力,扳手使丝杆转动,丝杆转动时梯形扣对支架施加力,支架对顶升施力,顶升顶起汽车车身．接下来,能依据物理知识解释梯形扣省力的原因．手柄旋转一周,梯形扣前进一个螺纹距,将人对板手做功转移为梯形扣对支架做功,根据功的原理,梯形扣能对支架产生一个更大的力,实质是利用斜面达到省力的目的．解答第(2)小问中的②,需要学生对机械的本质有科学的认识,解析机械的重要原理是功的原理,即使用任何机械都不省功,使用千斤顶顶起车身的过程,是人对机械做的功转移为机械提升汽车车身所做的功．

试题通过对真实问题的物理建模,评价学生对简单机械的认识、对压强的理解、对功率和机械效率的认识．同时,试题渗透的一种重要的物理观念是“机械可以省力,但不能省功”,即“功的原理”．初中物理教学中要重视实践应用能力的培养,培养的基本模式之一是结合具体的实用工具,在解决实际问题中分析工具的构造,解释其中蕴含的物理原理．

2 渗透项目设计的思想,评价学生思想方法和数学方法的应用能力

无锡市初中物理学习使用的是刘炳昇教授主编的苏科版初中物理教材,该教材设置了9个综合实践活动,其中有4个属于项目设计类,如:“制作一个医用冷藏盒”“制作简易的密度计”“设计简单电路”“设计和制作一个模拟的调光灯”．这些项目设计的一般做法是提出具体要求,提供系列器材,给予必要的步骤指导,要求学生结合所学的单元知识体系,合理运用知识、采用科学的方法,完成作品的设计．渗透项目设计的思想,评价学生的实践应用能力,对学生的知识体系和认知方式均是一种很好的考查模式．下面笔者举一例说明．

例题2.小红家有一支电子体温计,查阅说明书得知,电子体温计的探测器是热敏电阻,其阻值随着温度的变化而变化.小红买来一个热敏电阻,准备设计和制作一支模拟电子体温计.她计划先测出此热敏电阻在不同温度时的阻值,按照图2(甲)所示连接了实验电路.RT为热敏电阻,实验时,RT置于温控箱(图中虚线区域)中.电源电压保持不变,R1为定值电阻,R2为电阻箱(0～9999 Ω),S2为单刀双掷开关,开关S1和S2闭合前,小红将电阻箱R2的阻值调到最大.

图2

(1) 小红首先调节温控箱的温度,使RT温度为42.0 ℃,闭合S1,将S2接2,读出电压表的示数为3 V.

① 为测量此时RT的阻值,接下来的操作是:将S2接(选填“1”或“2”),调节电阻箱R2的阻值,使电压表示数为V,读出此时R2的阻值即为42.0 ℃时RT的阻值.

② 逐渐降低温控箱的温度,根据上述方法测量出RT在不同温度时的阻值.若依据小红所测数据画出的RT阻值随温度变化的图像如图2(乙)所示,且当RT的温度降至32.0 ℃时,闭合S1,将S2接2,电压表示数为2.4 V.求电阻R1的阻值.

(2) 在获得如图2(乙)所示的RT阻值随温度变化的关系后,为了自制模拟电子体温计,小红将S2始终接2,闭合S1后,通过电压表的示数大小来显示温度高低.如果将RT用绝缘薄膜包好后置于正常人腋窝中央,保持腋窝合拢,闭合S1,当电压表示数稳定后,电压表示数最接近.

(A) 2.25 V. (B) 2.45 V.

(C) 2.65 V. (D) 2.85 V.

试题情境源自生活中常用的电子体温计,目的是利用热敏电阻制作一个模拟电子体温计并测量人体体温,项目设计蕴含从现实情境到物理建模再到实际应用的过程．

图3

从学科核心素养的角度而言,试题在评价中涉及到的物理观念包括“对温度的认识,对欧姆定律的理解”,科学探究能力包括“电阻的测量”及等效替代的思想,科学思维包括物理建模和物理图像分析以及数学计算能力,科学态度的培养上则渗透了物理学科的实践应用价值．

3 再现实验探究过程,评价学生的反思与评价的能力

初中物理教学注重把实验和探究活动作为“构建物理基本知识结构、提高学生科学素养、体现课程理念”的主线[2]．与此对应,中考评价应重视实验和科学探究的试题命制,这不仅可以真实反映学生的学习经历,同时能较好地评价学生的实践应用能力．下面笔者举一例说明．

例题3.某小组同学准备探究“通过导体的电流与电压、电阻的关系”．实验器材有:干电池2节.滑动变阻器(20 Ω，1 A)、电流表、电压表、开关各一个,不同阻值的定值电阻及导线若干,图4(甲)是他们连接的实验电路．

(1) 闭合开关前,应将滑动变阻器的滑片P移到(选填“A”或“B”)端．

(2) 闭合开关后,他们移动滑动变阻器的滑片至某一位置,电压表示数为0.7 V,电流表示数如图乙所示．接着继续探究,把所测数据填入表1.

图4

表1

① 图4(乙)中电流表示数为A;

② 图4(丙)是以电流I为纵坐标、电压U为横坐标建立的平面直角坐标系．请根据他们所测数据,在坐标系中描点,画出I-U图像,并标记为a．

(3) 图(丙)中b、c、d3条I-U图像,是其他组学生选择5 Ω、10 Ω和20 Ω的定值电阻,按图(甲)电路测量数据所画．

① 单独分析图(丙)中每条I-U图像,可以得到的结论;

② 该小组学生发现,分析图(丙)中的I-U图像,还能得到:“当导体两端电压一定时,导体中的电流与导体的电阻成反比”这一规律．请写出分析方法:．

③ 为验证②中的规律,该小组的学生选择了5 Ω、10 Ω、20 Ω的定值电阻,准备分别接入图(甲)电路,测量电流进行探究．有学生提议:既然探究时需要保持电阻两端电压不变,图(甲)中可以不用连接滑动变阻器和电压表．他们按照提议分别将3只电阻由小到大接入电路,闭合开关后,读出电流表示数分别为0.42 A,0.24 A,0.13 A,发现无法验证②中的规律．于是,他们计划仍按图(甲)进行探究,分析测量数据后,选定准备加在电阻两端的电压值U．为确保完成验证,则这个电压值U的范围为

(A) 1.5 V≤U≤3 V.

(B) 1.3 V

(C) 1.3 V

(D) 2.1 V≤U≤2.6 V.

试题的背景是课程标准规定的学生必做实验:探究通过导体的电流与电压、电阻的关系．题设采用真实的图景、真实的数据进行真实问题的考查．第(1)问考查实验操作,强调实验操作的规范性．第(2)问考查电流表读数并要求依据数据用描点法做出电阻的I-U图像,当学生发现所描出的点不在同一直线上时,要懂得采用拟合的方法处理,让点均匀分布在直线两侧,强调科学方法的重要性．其中的第(3)问则重在评价学生的反思与评价能力．

第(3)问中的①小问是要求学生能依据图像分析得出实验结论,②小问是给出结论说明分析方法,将图像分析法和控制变量法进行了融合,可以评价学生在进行欧姆定律的探究时,是否经历了基于证据进行归纳、归理结论进行评估的过程．解答第③小问,首先需要依据题设,做出同学提议的探究电路原理图,如图5所示．依据所给数据,分析得出“用干电池做电源,电阻越大,电阻两端所分得的电压越大”．接下来,学生需要应用所获得的结论进行实际探究时电压预设值的计算,电路原理图如图6所示．为确保完成验证,当电压预设值最小时,此时滑动变阻器的阻值取最大值20 Ω,R取20 Ω,此时电路总电阻为40 Ω,则电路两端电压大于2.6 V,所以电压预设值需大于1.3 V;当电压预设值最大时,滑动变阻器的阻值取0 Ω,R取5 Ω,此时电阻两端电压为2.1 V,答案选择(B)．

反思与评价能力,是指能对自己或他人的思维结果进行检讨性再思考的行为能力,能够依据新的情境实现知识迁移的能力．欧姆定律本就是基于数据归纳的定律,第(3)小问中的③先给出数据,评价学生能否反思探究数据,得到新的规律;能否依据所得规律,应用欧姆定律进行实验设计．在日常的科学探究中,经历同样的学习过程,勤与反思、勇于反思、善于反思的学生收获更多,更易于走向成功．

图5

中考评价是对义务教育阶段学生学习物理后是否达成课程目标、获得实际发展水平进行的评价,遵循的原则应该是基于课程标准、关注学习过程、评价关键能力．对实践应用能力进行评价既可以考查学生的知识水平,也可以考查学生的认知能力．综上所述,我们可以结合实用工具评价分析与解释的能力,采用项目设计评价思想方法和数学方法的应用能力,在实验探究中评价学生的反思与评价的能力．此类评价方式也在启示我们,在教学设计和教学实施过程中要重视情境的创设,重视科学探究能力的培养,通过问题解决促进物理学科核心素养的达成[3]．