作者簡介：馬兆華，北京市海淀區教師進修學校中學高級教師，
李紅是北京市西城區教育培訓學院的一名中學高級教師。
原文刊于《中國考試》2020年第10期第39-45頁。
摘要：物理關鍵能力是核心素養的重要組成部分，促進學生物理關鍵能力發展是初中物理教學落實核心素養的重要任務。通過分析北京中考物理試題對物理關鍵能力的考查方式，可以得到初中物理教學促進學生學科核心能力發展的幾點啟示：引導學生課前自主學習、統籌規劃、整體設計、重視實驗教學、改進作業設計。
關鍵詞：中考物理；重點學科能力；物理教學；核心素養；命題
2014年，教育部發布《關于全面深化課程改革落實立德樹人根本任務的意見》，明確指出要研究制定學生發展的核心素養體系和學業質量標準，明確學生完成不同階段、年級、學科學習內容后應達到的水平要求，引導教師準確把握教學的深度和廣度，使考試評價更準確地體現人才培養的要求[1]。由此拉開了以核心素養體系為核心的中學課程與考試改革序幕。2017年底，教育部頒布了圍繞核心素養進行修訂的《普通高中物理課程標準（2017年版）》。義務教育物理課程標準正在修訂中，推動核心物理素養發展也將成為初中物理教學與考試的核心任務。
物理學關鍵能力內涵解讀
物理學核心能力是核心能力的重要組成部分。北京師范大學物理教育研究組將物理學核心能力定義為學生順利開展物理學認知活動和問題解決活動所必需的穩定的心理調節機制，能夠表現出相對穩定的心理和行為特征，是物理學學習和學習結果可觀察、可外顯的品質。其內涵是系統結構化的物理學核心知識和技能以及核心活動經驗圖式（穩定的物理學經驗結構），能夠對學習行為產生方向性和執行性的調控作用[2] 19-20。物理學認知活動和問題解決活動可分為兩類：一類是從不知道到知道的學習過程，即“知識和經驗的輸入”；一類是從不知道到能運用知識的過程，即“知識和經驗的輸出”[2] 19-20。
物理學的關鍵能力包括學習理解能力、應用實踐能力、遷移創新能力。學習理解能力對應于“知識經驗的輸入”過程，是對物理知識學習能力的描述，包括知識經驗的記憶、辨別、確認、概括、聯想、論證等物理學習理解活動，可分為觀察記憶、概括論證、聯想綜合三個能力要素。應用實踐能力對應于“知識經驗的輸出”過程，是運用物理學核心知識、活動經驗和科學思維完成具體物理活動、分析解釋物理現象、解決實際問題的能力，包括分析解釋物理現象、基于一定前提對物理問題進行預測推斷、選擇設計解決問題的方法等應用實踐活動，可分為分析解釋、推理預測、綜合應用三個能力要素。遷移創新能力對應于“知識經驗的高級輸出”過程。 它是運用核心物理知識、活動經驗、科學方法等解決不熟悉問題、發現新知識、新方法的能力，包括復雜推理、發散思維、創造性設計、批判性思維、建構新模型等物理學中的創造性活動。可分為直覺聯想、遷移與質疑、建構新模型三個能力要素[3]。物理學中關鍵能力的內涵及表現總結如表1所示。
針對重點學科能力的中考物理試題制定探索
中考是監控和有效反映我國義務教育階段教育質量的重要手段。本文以北京中考物理試題為例，對物理學科關鍵能力的考核進行探索。自2015年起，北京中考物理加強了實驗探究題的分值和數量，設置了科普閱讀題，并從教材和學生課堂表現中挖掘素材考察學生的學習過程，力圖在具體情境中考察物理關鍵能力。通過對北京中考物理試題的分析可以看出，相對于其他能力要素，物理六大關鍵能力要素，即觀察與記憶、概括與論證、聯想與綜合、分析與解釋、推理與預測、直覺聯想的考核方式有了一定的突破。
2.1 觀察記憶測試
學習理解是物理學習的基礎，學習理解能力是物理關鍵能力的重要組成部分，觀察記憶能力是學習理解能力的最基本要素，該類試題的設計主要是通過圖片與試題的搭配，豐富考試情境。
例 1（2019 年第 5 題） 在圖 1 所示的工具中，哪一個在使用時是費力的杠桿？
例1以實際使用中常見的工具為材料，考查學生對杠桿的理解。北京中考物理試題中大量題目配有圖片或圖形，解答題目需要學生觀察、提取信息，并將信息與知識進行匹配，凸顯了觀察和記憶能力在物理學習中的基礎性和重要性。
2.2 概括和論證問題
概括與論證能力是指在學習和理解過程中進行抽象、概括的能力，以及推理獲得知識的能力。北京中考物理考試對概括與論證能力的考查多以課本內容為依據，從學習過程的角度進行試題設計。
例2（2018年第13題）如圖2所示實驗，將一個小鐵球從斜面頂部靜止釋放，觀察其在水平桌面上的運動軌跡如圖2A中虛線OA所示。在OA方向的一側放置一塊磁鐵，再次將小鐵球從斜面頂部靜止釋放，觀察其在水平桌面上的運動軌跡如圖2B中虛線OB所示。從上述實驗現象可以得出的結論是
A.小鐵球因為受到向前的力，所以繼續在桌子上運動。
B.磁鐵對小鐵球沒有作用力。
C.力可以改變小鐵球的方向
D. 力能使小鐵球變形
例2考察學生對運動與力的關系的理解。本題背景材料來自人教版教材，通過實驗說明力可以改變物體的運動狀態。從題目設置上看，要求學生根據實驗現象得出結論。通過觀察有磁鐵和無磁鐵時球的運動方向的變化，得出結論力可以改變球的運動方向。通過設置這樣的問題，引導教學培養學生根據證據進行科學推斷和科學論證的能力。
2.3 相關積分問題
在理解物理概念的基礎上，注重概念間關系、構建知識結構框架，是學習理解能力維度的高階要求。考查聯系整合能力要素的試題不僅在中考試題中起到區分作用，而且可以引導教學注重知識間關系、知識體系的形成。
例 3（2015 年，第 19 題）如圖 3 所示，水平桌子由均勻粗糙的同種材料制成，上面放置一個質量為 m1 的木塊，木塊通過一條跨過定滑輪的細繩與一個質量為 m2 的鉤子相連。木塊在與桌子平行的細繩拉力作用下，作勻速直線運動，運動一段時間后，鉤子觸地后立即停止，木塊繼續滑行一段距離，停在桌子上。繩子的重量、輪子與軸之間的摩擦力均可忽略不計。下列哪項表述是正確的？
A.當塊以恒定速度運動時，其機械能會增加。
B.木塊在勻速運動過程中，作用在木塊和鉤子上的重力均不做任何功。
C.隨著鉤子落地后木塊繼續滑動，其動能越來越小
D.鉤子落地后，木塊繼續滑動，木塊所受的摩擦力為m2g
例3中的測試情境對于初中生來說比較熟悉，但也有一定的難度，內容比較全面。從測試題目來看，重點考查學生對概念間關系的理解，突出聯想整合能力的要素。測試情境中涉及到力與運動的關系、機械能、功、摩擦力等物理概念。判斷選項是否正確，需要對力與運動的關系、機械能及其變化等概念進行聯想整合；通過聯想整合能力要素的培養，得出判斷機械能變化的方法：判斷重力勢能與動能之和如何變化；通過提取情境中木塊勻速運動、高度不變的條件，推斷木塊的機械能為常數，從而做出正確判斷。
2.4 分析并解釋試題
分析解釋能力是應用實踐能力的重要指標。北京中考物理考試注重知識的應用和問題解決，試題結合學生日常生活素材，設置問題情境，要求學生從問題情境中提取關鍵信息，調用相應的物理概念、模型和規律，對問題情境或物理現象做出合理解釋。
例四（2015年第43題）潛艇一般下潛幾百米，蛟龍號一般下潛幾千米，蛟龍號在深海浮上來時必須丟棄壓艙鐵，不能像潛艇那樣放水，請寫出可能的原因及你的理由。（注：本題為科普閱讀題，閱讀部分省略）
以例4為例，學生需要從測試題設置的問題情境中提取出蛟龍號與普通潛艇下潛深度不同的關鍵信息，然后利用液體壓力、物體上浮下沉情況等相關知識，對比分析普通潛艇與蛟龍號的工作環境，解釋為何蛟龍號在幾千米深的海底放水也無法上浮。此題讓學生運用所學的相關物理概念進行分析解釋，從而達到考察分析解釋能力要素的目的。
2.5 推理預測試問題
北京中考物理考試針對初中生的思維水平，通常通過將物理問題置于特定的情境中，讓學生結合情境條件和相關物理知識做出合理的猜測和假設，來考查推理和預測能力要素。
例5（2019年31題(2)）某學生測量了額定電壓為2.5V的小燈泡L在不同電壓下的電阻，進行了多次測量，測得的數據如下表所示。
①小燈泡L正常點亮時，其電阻RL為Ω。（結果四舍五入到小數點后一位）
②把兩只與小燈泡L規格相同的小燈泡串聯到電路中，如圖4所示，閉合開關，調節滑動變阻器，使電壓表讀數為1.8V，電流表讀數應為____A。
測量小燈泡的電阻是初中物理和電學中的一個重要實驗，涉及很多的知識技能。問題1要求學生利用表格中的數據，代入歐姆定律進行推理計算，考察學生的初級推理能力；問題2要求學生先根據對小燈泡工作狀態的了解，預測兩個燈泡串聯時每個燈泡兩端的電壓，再根據預測結果利用歐姆定律進行推理，得出最后的結果。試題中給出的條件強調了電阻的工作狀態，讓學生通過表格提供的數據，推理預測表頭的讀數，而不是憑空猜測，體現了對推理預測能力要素的考察。
2.6 直覺聯想測試
遷移與創新能力要素主要指解決不熟悉問題和發現新知識、新方法的能力。在遷移與創新三要素中，遷移、質疑、構建新模型的能力對初中生的要求較高。因此，北京中考物理考試重點考查直覺聯想能力。
例六（2017年第27題）為比較兩種新型保溫材料A、B的保溫效果，將這兩種保溫材料制成形狀、結構、厚度完全相同的保溫管。在兩根保溫管內同時放置溫度為80℃的相同恒溫源，其剖面圖如圖5所示。將兩根保溫管置于室溫為20℃的房間內，每隔10分鐘測量一次兩根保溫管外表面A、B點的溫度。根據記錄的實驗數據繪制的曲線圖如圖6所示。曲線圖一為保溫材料A制成的保溫管外表面隨時間的溫度變化，曲線圖二為保溫材料B制成的保溫管外表面隨時間的溫度變化。結合實驗過程及圖片，判斷下列4個選項中正確的是
A、保溫效果可以用單位時間內保溫管外表面的溫度變化來表示。
B、材料A的保溫效果優于材料B。
C、材料B的保溫效果優于材料A。
D、若將兩個保溫筒中的80℃恒溫源替換為-18℃恒溫源，其他條件不變，則無法比較A、B兩種保溫材料保溫效果。
例6以一個熟悉的生活情境，但陌生的知識——“保溫效應”作為問題情境。對于學生來說，要比較保溫效應，既要考慮溫度的變化，又要考慮溫度變化所對應的時間，但題干并沒有提供明確的信息。要正確回答這道題，需要學生將陌生的情境問題“保溫效應”與其他核心概念下的圖像、實驗設計方法聯系起來，先進行聯想，再做出合理的判斷。這類題目需要學生依靠物理直覺，將物理知識與其他核心概念聯系起來解決問題，考驗的是直覺聯想能力要素。
基于物理關鍵能力培養的教學啟示
通過對上述中考物理試題所考察的重點學科能力的分析，我們對高中物理教學如何促進學生物理重點學科能力發展有以下幾點啟示。
3.1 引導學生課前自學，提高觀察、記憶、概括和論證能力
為培養學生物理關鍵能力，中學物理教學應轉變教與學方式，引導學生學會自主學習。課前學習是培養學生學習理解能力的有效途徑和方法。物理學習過程是從感性認識到本質分析的過程。學習物理應聯系現實、聯系社會，引導學生觀察、實踐、思考、理解，給學生更多的獨立觀察空間，更多的獨立思考、總結的時間。如在講授《壓力》一課前，先引導學生對比觀察運動員滑雪時背著滑雪板和人在雪地行走的圖片，或體驗用兩個手指按壓削尖的鉛筆兩端等活動，思考力的作用是怎樣表現的，如何比較力的作用大小；再引導學生體驗教材提供的探索性實驗，進行心理加工，初步形成對壓力的認識。在課前學習中，學生主動獲取新知識，主動運用已有知識去理解。 在此過程中，即使學生的一些疑惑和問題沒有得到解決，但他們所經歷的思考過程卻能有效促進觀察力、記憶力、概括力、論證力的發展。
3.2 統籌協調的教學設計促進學生重點學科能力發展
培養學生關鍵學科能力的教學策略和方法有很多種，但需要統籌兼顧、整體設計。物理概念和規律的形成過程蘊含著豐富的學科思想和解決問題的方法，每個概念和規律的學習都可以幫助學生發展能力，通過一個概念的學習，可能對學生的學科能力培養起到多方面的作用。但學生的學習時間有限，需要結合教學內容，科學合理地設計培養物理關鍵學科能力的階段性目標，以提升能力培養的針對性和實效性。例如，在學習熱現象、光學現象時，可以注重培養觀察和記憶能力；在初步學習力、壓強、浮力等核心概念時學科網物理試卷，可以注重培養概括和論證能力；在總結章節或復習階段時，可以注重培養聯想和整合能力；在學習運動與力的關系時，可以注重培養分析和解釋能力；等等。 將目標與教學內容相結合，分解到各個單元，再細化為具體的課堂內容，統籌規劃能力發展目標與教學方式，才能結合學情，使學生的能力有的放矢地得到提高與發展。
3.3 重視物理實驗教學，促進物理關鍵能力的全面發展
物理實驗教學不僅可以豐富學生的感性知識，而且有利于學生科學思維的發展。通過物理實驗教學，可以激活學生的思維，學生思維品質和關鍵學科能力的飛躍往往發生在實驗教學中。例如，在學習光的傳播時，看似簡單的實驗，通過有效的設計，也能發揮實驗教學培養學生能力的作用。可以設計以下教學環節：環節一演示光在空氣、水、玻璃中的直線傳播，學生得出結論“光是直線傳播的”，教師或學生提問“是不是直線傳播的？”；環節二演示光從一種介質偏轉到另一種介質的現象，學生補充條件得出“光在同樣的介質中是直線傳播的”，再次質疑條件；環節三演示光在同樣的非均勻糖水中的彎曲路徑，再次補充條件得出“光在同樣的均勻介質中是直線傳播的”； 環節4將糖水攪拌均勻，觀察光的直線傳播，驗證環節3中的結論。
在這個實驗教學中，學生多次觀察光的傳播路徑，根據觀察結果分析光的傳播方向為什么會改變，最后根據多次實驗的結果總結出光直線傳播的條件。這樣的教學環節，能夠使學生在一定程度上發展觀察、分析、概括、論證等關鍵學科能力要素。
3.4通過改進任務設計，有針對性地提升要素關聯整合與綜合應用能力
作業是教學過程中不可或缺的環節，也是鞏固教學內容、檢驗教學效果、診斷學生關鍵能力發展的重要工具。在作業設計中，針對性地診斷聯想整合、綜合運用等高水平的知識輸入輸出能力，有利于促進學生關鍵能力的發展。在設計作業時，應注重考察知識之間的關聯性、多個知識或單一知識在多個過程中的應用學科網物理試卷，通過作業題目的設計，有針對性地提高學生的聯想整合和綜合運用能力。例7是一道指向聯想整合能力要素的作業題目。
例7 知識網絡圖通常用文字、方框、箭頭等來表示，可以幫助我們理清知識之間的聯系。對于“運動”和“力”這兩個物理術語，你會想到哪些相關概念？這些概念之間有什么聯系？請用知識網絡圖盡可能詳細地表達出來。
例7要求學生首先用發散思維，圍繞“運動”和“力”兩個重要概念，在一定的線索下回憶相關概念和規律；然后，根據所學概念和規律之間的邏輯關系，用文字、方框、箭頭等表示這些概念和規律之間的關系。影響本題答案的主要因素是對這些概念的理解深度，特別是概念之間的關聯程度。此類作業題可以促進學生注意概念之間的聯系和建構意識，培養學生綜合聯想的能力。同時，不同學習階段、不同能力水平的學生給出的答案會有很大差異。通過對學生答案的分析診斷，可以了解學生建構知識體系的程度，并以此為基礎開展培養物理關鍵能力的教學。
