作者簡介：馬兆華，北京市海淀區(qū)教師進(jìn)修學(xué)校中學(xué)高級教師，
李紅是北京市西城區(qū)教育培訓(xùn)學(xué)院的一名中學(xué)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(guān)鍵能力是核心素養(yǎng)的重要組成部分，促進(jìn)學(xué)生物理關(guān)鍵能力發(fā)展是初中物理教學(xué)落實核心素養(yǎng)的重要任務(wù)。通過分析北京中考物理試題對物理關(guān)鍵能力的考查方式，可以得到初中物理教學(xué)促進(jìn)學(xué)生學(xué)科核心能力發(fā)展的幾點(diǎn)啟示：引導(dǎo)學(xué)生課前自主學(xué)習(xí)、統(tǒng)籌規(guī)劃、整體設(shè)計、重視實驗教學(xué)、改進(jìn)作業(yè)設(shè)計。
關(guān)鍵詞：中考物理；重點(diǎn)學(xué)科能力；物理教學(xué)；核心素養(yǎng)；命題
2014年，教育部發(fā)布《關(guān)于全面深化課程改革落實立德樹人根本任務(wù)的意見》，明確指出要研究制定學(xué)生發(fā)展的核心素養(yǎng)體系和學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，明確學(xué)生完成不同階段、年級、學(xué)科學(xué)習(xí)內(nèi)容后應(yīng)達(dá)到的水平要求，引導(dǎo)教師準(zhǔn)確把握教學(xué)的深度和廣度，使考試評價更準(zhǔn)確地體現(xiàn)人才培養(yǎng)的要求[1]。由此拉開了以核心素養(yǎng)體系為核心的中學(xué)課程與考試改革序幕。2017年底，教育部頒布了圍繞核心素養(yǎng)進(jìn)行修訂的《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》。義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)正在修訂中，推動核心物理素養(yǎng)發(fā)展也將成為初中物理教學(xué)與考試的核心任務(wù)。
物理學(xué)關(guān)鍵能力內(nèi)涵解讀
物理學(xué)核心能力是核心能力的重要組成部分。北京師范大學(xué)物理教育研究組將物理學(xué)核心能力定義為學(xué)生順利開展物理學(xué)認(rèn)知活動和問題解決活動所必需的穩(wěn)定的心理調(diào)節(jié)機(jī)制，能夠表現(xiàn)出相對穩(wěn)定的心理和行為特征，是物理學(xué)學(xué)習(xí)和學(xué)習(xí)結(jié)果可觀察、可外顯的品質(zhì)。其內(nèi)涵是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化的物理學(xué)核心知識和技能以及核心活動經(jīng)驗圖式（穩(wěn)定的物理學(xué)經(jīng)驗結(jié)構(gòu)），能夠?qū)W(xué)習(xí)行為產(chǎn)生方向性和執(zhí)行性的調(diào)控作用[2] 19-20。物理學(xué)認(rèn)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(xué)習(xí)過程，即“知識和經(jīng)驗的輸入”；一類是從不知道到能運(yùn)用知識的過程，即“知識和經(jīng)驗的輸出”[2] 19-20。
物理學(xué)的關(guān)鍵能力包括學(xué)習(xí)理解能力、應(yīng)用實踐能力、遷移創(chuàng)新能力。學(xué)習(xí)理解能力對應(yīng)于“知識經(jīng)驗的輸入”過程，是對物理知識學(xué)習(xí)能力的描述，包括知識經(jīng)驗的記憶、辨別、確認(rèn)、概括、聯(lián)想、論證等物理學(xué)習(xí)理解活動，可分為觀察記憶、概括論證、聯(lián)想綜合三個能力要素。應(yīng)用實踐能力對應(yīng)于“知識經(jīng)驗的輸出”過程，是運(yùn)用物理學(xué)核心知識、活動經(jīng)驗和科學(xué)思維完成具體物理活動、分析解釋物理現(xiàn)象、解決實際問題的能力，包括分析解釋物理現(xiàn)象、基于一定前提對物理問題進(jìn)行預(yù)測推斷、選擇設(shè)計解決問題的方法等應(yīng)用實踐活動，可分為分析解釋、推理預(yù)測、綜合應(yīng)用三個能力要素。遷移創(chuàng)新能力對應(yīng)于“知識經(jīng)驗的高級輸出”過程。 它是運(yùn)用核心物理知識、活動經(jīng)驗、科學(xué)方法等解決不熟悉問題、發(fā)現(xiàn)新知識、新方法的能力，包括復(fù)雜推理、發(fā)散思維、創(chuàng)造性設(shè)計、批判性思維、建構(gòu)新模型等物理學(xué)中的創(chuàng)造性活動。可分為直覺聯(lián)想、遷移與質(zhì)疑、建構(gòu)新模型三個能力要素[3]。物理學(xué)中關(guān)鍵能力的內(nèi)涵及表現(xiàn)總結(jié)如表1所示。
針對重點(diǎn)學(xué)科能力的中考物理試題制定探索
中考是監(jiān)控和有效反映我國義務(wù)教育階段教育質(zhì)量的重要手段。本文以北京中考物理試題為例，對物理學(xué)科關(guān)鍵能力的考核進(jìn)行探索。自2015年起，北京中考物理加強(qiáng)了實驗探究題的分值和數(shù)量，設(shè)置了科普閱讀題，并從教材和學(xué)生課堂表現(xiàn)中挖掘素材考察學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，力圖在具體情境中考察物理關(guān)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(guān)鍵能力要素，即觀察與記憶、概括與論證、聯(lián)想與綜合、分析與解釋、推理與預(yù)測、直覺聯(lián)想的考核方式有了一定的突破。
2.1 觀察記憶測試
學(xué)習(xí)理解是物理學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，學(xué)習(xí)理解能力是物理關(guān)鍵能力的重要組成部分，觀察記憶能力是學(xué)習(xí)理解能力的最基本要素，該類試題的設(shè)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(fèi)力的杠桿？
例1以實際使用中常見的工具為材料，考查學(xué)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(xué)生觀察、提取信息，并將信息與知識進(jìn)行匹配，凸顯了觀察和記憶能力在物理學(xué)習(xí)中的基礎(chǔ)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(xué)習(xí)和理解過程中進(jìn)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(nèi)容為依據(jù)，從學(xué)習(xí)過程的角度進(jìn)行試題設(shè)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(yùn)動軌跡如圖2A中虛線OA所示。在OA方向的一側(cè)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(yùn)動軌跡如圖2B中虛線OB所示。從上述實驗現(xiàn)象可以得出的結(jié)論是
A.小鐵球因為受到向前的力，所以繼續(xù)在桌子上運(yùn)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(xué)生對運(yùn)動與力的關(guān)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(yùn)動狀態(tài)。從題目設(shè)置上看，要求學(xué)生根據(jù)實驗現(xiàn)象得出結(jié)論。通過觀察有磁鐵和無磁鐵時球的運(yùn)動方向的變化，得出結(jié)論力可以改變球的運(yùn)動方向。通過設(shè)置這樣的問題，引導(dǎo)教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)證據(jù)進(jìn)行科學(xué)推斷和科學(xué)論證的能力。
2.3 相關(guān)積分問題
在理解物理概念的基礎(chǔ)上，注重概念間關(guān)系、構(gòu)建知識結(jié)構(gòu)框架，是學(xué)習(xí)理解能力維度的高階要求。考查聯(lián)系整合能力要素的試題不僅在中考試題中起到區(qū)分作用，而且可以引導(dǎo)教學(xué)注重知識間關(guān)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(zhì)量為 m1 的木塊，木塊通過一條跨過定滑輪的細(xì)繩與一個質(zhì)量為 m2 的鉤子相連。木塊在與桌子平行的細(xì)繩拉力作用下，作勻速直線運(yùn)動，運(yùn)動一段時間后，鉤子觸地后立即停止，木塊繼續(xù)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(dāng)塊以恒定速度運(yùn)動時，其機(jī)械能會增加。
B.木塊在勻速運(yùn)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(xù)滑動，其動能越來越小
D.鉤子落地后，木塊繼續(xù)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(nèi)容比較全面。從測試題目來看，重點(diǎn)考查學(xué)生對概念間關(guān)系的理解，突出聯(lián)想整合能力的要素。測試情境中涉及到力與運(yùn)動的關(guān)系、機(jī)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(yùn)動的關(guān)系、機(jī)械能及其變化等概念進(jìn)行聯(lián)想整合；通過聯(lián)想整合能力要素的培養(yǎng)，得出判斷機(jī)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(yùn)動、高度不變的條件，推斷木塊的機(jī)械能為常數(shù)，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(yīng)用實踐能力的重要指標(biāo)。北京中考物理考試注重知識的應(yīng)用和問題解決，試題結(jié)合學(xué)生日常生活素材，設(shè)置問題情境，要求學(xué)生從問題情境中提取關(guān)鍵信息，調(diào)用相應(yīng)的物理概念、模型和規(guī)律，對問題情境或物理現(xiàn)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?zhí)栆话阆聺搸浊祝札執(zhí)栐谏詈８∩蟻頃r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(xué)生需要從測試題設(shè)置的問題情境中提取出蛟龍?zhí)柵c普通潛艇下潛深度不同的關(guān)鍵信息，然后利用液體壓力、物體上浮下沉情況等相關(guān)知識，對比分析普通潛艇與蛟龍?zhí)柕墓ぷ鳝h(huán)境，解釋為何蛟龍?zhí)栐趲浊咨畹暮５追潘矡o法上浮。此題讓學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的相關(guān)物理概念進(jìn)行分析解釋，從而達(dá)到考察分析解釋能力要素的目的。
2.5 推理預(yù)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(xué)生結(jié)合情境條件和相關(guān)物理知識做出合理的猜測和假設(shè)，來考查推理和預(yù)測能力要素。
例5（2019年31題(2)）某學(xué)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(jìn)行了多次測量，測得的數(shù)據(jù)如下表所示。
①小燈泡L正常點(diǎn)亮?xí)r，其電阻RL為Ω。（結(jié)果四舍五入到小數(shù)點(diǎn)后一位）
②把兩只與小燈泡L規(guī)格相同的小燈泡串聯(lián)到電路中，如圖4所示，閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使電壓表讀數(shù)為1.8V，電流表讀數(shù)應(yīng)為____A。
測量小燈泡的電阻是初中物理和電學(xué)中的一個重要實驗，涉及很多的知識技能。問題1要求學(xué)生利用表格中的數(shù)據(jù)，代入歐姆定律進(jìn)行推理計算，考察學(xué)生的初級推理能力；問題2要求學(xué)生先根據(jù)對小燈泡工作狀態(tài)的了解，預(yù)測兩個燈泡串聯(lián)時每個燈泡兩端的電壓，再根據(jù)預(yù)測結(jié)果利用歐姆定律進(jìn)行推理，得出最后的結(jié)果。試題中給出的條件強(qiáng)調(diào)了電阻的工作狀態(tài)，讓學(xué)生通過表格提供的數(shù)據(jù)，推理預(yù)測表頭的讀數(shù)，而不是憑空猜測，體現(xiàn)了對推理預(yù)測能力要素的考察。
2.6 直覺聯(lián)想測試
遷移與創(chuàng)新能力要素主要指解決不熟悉問題和發(fā)現(xiàn)新知識、新方法的能力。在遷移與創(chuàng)新三要素中，遷移、質(zhì)疑、構(gòu)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(diǎn)考查直覺聯(lián)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(jié)構(gòu)、厚度完全相同的保溫管。在兩根保溫管內(nèi)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(nèi)，每隔10分鐘測量一次兩根保溫管外表面A、B點(diǎn)的溫度。根據(jù)記錄的實驗數(shù)據(jù)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(jié)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(nèi)保溫管外表面的溫度變化來表示。
B、材料A的保溫效果優(yōu)于材料B。
C、材料B的保溫效果優(yōu)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(yīng)”作為問題情境。對于學(xué)生來說，要比較保溫效應(yīng)，既要考慮溫度的變化，又要考慮溫度變化所對應(yīng)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(xué)生將陌生的情境問題“保溫效應(yīng)”與其他核心概念下的圖像、實驗設(shè)計方法聯(lián)系起來，先進(jìn)行聯(lián)想，再做出合理的判斷。這類題目需要學(xué)生依靠物理直覺，將物理知識與其他核心概念聯(lián)系起來解決問題，考驗的是直覺聯(lián)想能力要素。
基于物理關(guān)鍵能力培養(yǎng)的教學(xué)啟示
通過對上述中考物理試題所考察的重點(diǎn)學(xué)科能力的分析，我們對高中物理教學(xué)如何促進(jìn)學(xué)生物理重點(diǎn)學(xué)科能力發(fā)展有以下幾點(diǎn)啟示。
3.1 引導(dǎo)學(xué)生課前自學(xué)，提高觀察、記憶、概括和論證能力
為培養(yǎng)學(xué)生物理關(guān)鍵能力，中學(xué)物理教學(xué)應(yīng)轉(zhuǎn)變教與學(xué)方式，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會自主學(xué)習(xí)。課前學(xué)習(xí)是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)理解能力的有效途徑和方法。物理學(xué)習(xí)過程是從感性認(rèn)識到本質(zhì)分析的過程。學(xué)習(xí)物理應(yīng)聯(lián)系現(xiàn)實、聯(lián)系社會，引導(dǎo)學(xué)生觀察、實踐、思考、理解，給學(xué)生更多的獨(dú)立觀察空間，更多的獨(dú)立思考、總結(jié)的時間。如在講授《壓力》一課前，先引導(dǎo)學(xué)生對比觀察運(yùn)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(xiàn)的，如何比較力的作用大小；再引導(dǎo)學(xué)生體驗教材提供的探索性實驗，進(jìn)行心理加工，初步形成對壓力的認(rèn)識。在課前學(xué)習(xí)中，學(xué)生主動獲取新知識，主動運(yùn)用已有知識去理解。 在此過程中，即使學(xué)生的一些疑惑和問題沒有得到解決，但他們所經(jīng)歷的思考過程卻能有效促進(jìn)觀察力、記憶力、概括力、論證力的發(fā)展。
3.2 統(tǒng)籌協(xié)調(diào)的教學(xué)設(shè)計促進(jìn)學(xué)生重點(diǎn)學(xué)科能力發(fā)展
培養(yǎng)學(xué)生關(guān)鍵學(xué)科能力的教學(xué)策略和方法有很多種，但需要統(tǒng)籌兼顧、整體設(shè)計。物理概念和規(guī)律的形成過程蘊(yùn)含著豐富的學(xué)科思想和解決問題的方法，每個概念和規(guī)律的學(xué)習(xí)都可以幫助學(xué)生發(fā)展能力，通過一個概念的學(xué)習(xí)，可能對學(xué)生的學(xué)科能力培養(yǎng)起到多方面的作用。但學(xué)生的學(xué)習(xí)時間有限，需要結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，科學(xué)合理地設(shè)計培養(yǎng)物理關(guān)鍵學(xué)科能力的階段性目標(biāo)，以提升能力培養(yǎng)的針對性和實效性。例如，在學(xué)習(xí)熱現(xiàn)象、光學(xué)現(xiàn)象時，可以注重培養(yǎng)觀察和記憶能力；在初步學(xué)習(xí)力、壓強(qiáng)、浮力等核心概念時學(xué)科網(wǎng)物理試卷，可以注重培養(yǎng)概括和論證能力；在總結(jié)章節(jié)或復(fù)習(xí)階段時，可以注重培養(yǎng)聯(lián)想和整合能力；在學(xué)習(xí)運(yùn)動與力的關(guān)系時，可以注重培養(yǎng)分析和解釋能力；等等。 將目標(biāo)與教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合，分解到各個單元，再細(xì)化為具體的課堂內(nèi)容，統(tǒng)籌規(guī)劃能力發(fā)展目標(biāo)與教學(xué)方式，才能結(jié)合學(xué)情，使學(xué)生的能力有的放矢地得到提高與發(fā)展。
3.3 重視物理實驗教學(xué)，促進(jìn)物理關(guān)鍵能力的全面發(fā)展
物理實驗教學(xué)不僅可以豐富學(xué)生的感性知識，而且有利于學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展。通過物理實驗教學(xué)，可以激活學(xué)生的思維，學(xué)生思維品質(zhì)和關(guān)鍵學(xué)科能力的飛躍往往發(fā)生在實驗教學(xué)中。例如，在學(xué)習(xí)光的傳播時，看似簡單的實驗，通過有效的設(shè)計，也能發(fā)揮實驗教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生能力的作用。可以設(shè)計以下教學(xué)環(huán)節(jié)：環(huán)節(jié)一演示光在空氣、水、玻璃中的直線傳播，學(xué)生得出結(jié)論“光是直線傳播的”，教師或?qū)W生提問“是不是直線傳播的？”；環(huán)節(jié)二演示光從一種介質(zhì)偏轉(zhuǎn)到另一種介質(zhì)的現(xiàn)象，學(xué)生補(bǔ)充條件得出“光在同樣的介質(zhì)中是直線傳播的”，再次質(zhì)疑條件；環(huán)節(jié)三演示光在同樣的非均勻糖水中的彎曲路徑，再次補(bǔ)充條件得出“光在同樣的均勻介質(zhì)中是直線傳播的”； 環(huán)節(jié)4將糖水?dāng)嚢杈鶆颍^察光的直線傳播，驗證環(huán)節(jié)3中的結(jié)論。
在這個實驗教學(xué)中，學(xué)生多次觀察光的傳播路徑，根據(jù)觀察結(jié)果分析光的傳播方向為什么會改變，最后根據(jù)多次實驗的結(jié)果總結(jié)出光直線傳播的條件。這樣的教學(xué)環(huán)節(jié)，能夠使學(xué)生在一定程度上發(fā)展觀察、分析、概括、論證等關(guān)鍵學(xué)科能力要素。
3.4通過改進(jìn)任務(wù)設(shè)計，有針對性地提升要素關(guān)聯(lián)整合與綜合應(yīng)用能力
作業(yè)是教學(xué)過程中不可或缺的環(huán)節(jié)，也是鞏固教學(xué)內(nèi)容、檢驗教學(xué)效果、診斷學(xué)生關(guān)鍵能力發(fā)展的重要工具。在作業(yè)設(shè)計中，針對性地診斷聯(lián)想整合、綜合運(yùn)用等高水平的知識輸入輸出能力，有利于促進(jìn)學(xué)生關(guān)鍵能力的發(fā)展。在設(shè)計作業(yè)時，應(yīng)注重考察知識之間的關(guān)聯(lián)性、多個知識或單一知識在多個過程中的應(yīng)用學(xué)科網(wǎng)物理試卷，通過作業(yè)題目的設(shè)計，有針對性地提高學(xué)生的聯(lián)想整合和綜合運(yùn)用能力。例7是一道指向聯(lián)想整合能力要素的作業(yè)題目。
例7 知識網(wǎng)絡(luò)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(lián)系。對于“運(yùn)動”和“力”這兩個物理術(shù)語，你會想到哪些相關(guān)概念？這些概念之間有什么聯(lián)系？請用知識網(wǎng)絡(luò)圖盡可能詳細(xì)地表達(dá)出來。
例7要求學(xué)生首先用發(fā)散思維，圍繞“運(yùn)動”和“力”兩個重要概念，在一定的線索下回憶相關(guān)概念和規(guī)律；然后，根據(jù)所學(xué)概念和規(guī)律之間的邏輯關(guān)系，用文字、方框、箭頭等表示這些概念和規(guī)律之間的關(guān)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(guān)聯(lián)程度。此類作業(yè)題可以促進(jìn)學(xué)生注意概念之間的聯(lián)系和建構(gòu)意識，培養(yǎng)學(xué)生綜合聯(lián)想的能力。同時，不同學(xué)習(xí)階段、不同能力水平的學(xué)生給出的答案會有很大差異。通過對學(xué)生答案的分析診斷，可以了解學(xué)生建構(gòu)知識體系的程度，并以此為基礎(chǔ)開展培養(yǎng)物理關(guān)鍵能力的教學(xué)。
