基于核心素养发展科学思维

周莹

[摘要]物理课堂教学应着力于培养学生的物理核心素养，引导学生深度分析、加工、理解知识，进而实现有意义的深度学习。本文从中考物理的命题角度出发，分析了对课堂教学有指导意义的中考试题是如何基于核心素养，发展科学思维，指向深度学习，还指出了当下物理教学中存在的普遍现象和问题，以及中考试题对教学的深刻启示。

[关键词]试题赏析；科学思维；深度学习；教学启示

物理学科核心素养主要由“物理观念”“科学思维”“科学探究”和“科学态度与责任”四个方面构成，是学生在接受物理教育过程中逐步形成、适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力。

课程改革以来，课堂教学发生了深刻变化，朝着培养学生物理核心素养的方向不断调整。然而，浅层次的学习状态依然存在。浅层次学习基于简单记忆和重复训练来传递知识，学生往往“只知其然，而不知其所以然”。这种单一的学习方式难以促进学生深入思考，不利于培养其科学思维的深刻性和独创性。要想发展学生的科学思维，提升其物理核心素养，就必须引导学生对知识进行深度分析、加工、理解，实现有意义的深度学习。

对此，对课堂教学有指导意义的中考试题做出了有益的尝试。笔者对试题中几个区分度较高的问题进行了分析，旨在了解命题者如何基于核心素养，发展科学思维，指向深度学习。

一、浮力专题

例1（2020年江西省中考物理第9题）：如图所示，A、B两个物块以不同方式组合，分别静止在甲、乙两种液体中，由此可判断ρ甲_______ρ乙；若A物块在两种液体中受到的浮力分别为F甲、F乙，则F甲________F乙。（均选填“>”“<”或“=”）

（一）命题立意

本题着眼于物理观念的构建和科学思维的渗透，着重考查了建模的思想。要求学生理解和掌握物理概念，抓住问题的主要方面，从不同角度思考问题，具有创新意识。同时要求学生具备一定的读图能力，能找出图中隐藏的信息，从中获得重要的解题线索，培养学生科学思维的深刻性和独创性，形成良好的思维习惯。

（二）试题亮点

由于图中物块A在甲、乙两种液体中均处于浸没状态，受定式思维的影响，考生容易想当然地认为此时的A是悬浮的，从而得出ρ甲=ρA=ρ乙的错误结论。其实，本题可以有多种解法。解法一：将A、B看作一个整体，该整体在甲液体中处于漂浮状态，F浮甲=G总，在乙液体中处于悬浮状态，F浮乙=G总，由于G总不变，所以F浮甲=F浮乙。由图可知V排甲F乙。解法二：将A、B整体看作一支密度计，根据密度计刻度上小下大的特点，能立即得出ρ甲>ρ乙的结论。

（三）折射问题

一是很大一部分学生在课堂上单一地接受碎片化的知识，只知简单、机械地记忆、复制这些知识，并不理解，不懂运用。例如，学生只知道物体漂浮时一部分露出水面，悬浮时全部浸没在水中，却不知这种现象是在浮力和重力的同时作用下才成立，或只是接受了大量的机械式训练，学会了一些解题的套路，一旦题目出现不曾见过的变化，便束手无策，难以作答。中考试题本着原创的要求，很多设问都有较新的立意，靠刷题等机械、重复的训练是无效的。二是学生对物理概念和规律的理解不深，存在一定的思维断层，建模能力弱，迁移能力不足，如学生对密度计的认识十分僵化，未能意识到其实际上是一个带有刻度的漂浮物，换言之，任何带有刻度的漂浮物都可看作密度计。

（四）教学启示

科学思维是物理核心素养的重要要素，包括模型建构、科学推理、科学论证和质疑创新。物理教学要培养学生的科学思维，对客观事物能够抽象概括，构建出反映事物本质或共同属性的物理模型和概念。在日常教学活动中，教师要让学生主动形成应用物理知识的观念、方法，先认识事物，再处理问题，养成科学思维的习惯。例如，在浮沉条件的教学中，教师可以先展示物体在水中漂浮的情形，再展示两个物体组合在一起后漂浮于水面的情形。从受力角度引导学生分析两种情形的相同点和不同点，挖掘漂浮和悬浮的本质。再通过组合物与密度计的对比，引导学生发散思维，通过比较，发现该组合物本质上就是密度计，为如何建模做出了示范。之后，进一步分析拓展。将组合物分开，与之前相比，是否有区别。在可逆、转化思想的基础上渗透整体法，不断加深学生对物理概念、规律的理解，训练思维的系统性、灵活性、多面性，促进物理方法的滲透。

二、滑轮专题

例2（2020年江西省中考物理第18题）：如图所示，将重6 N的物体匀速拉高20 cm，在此过程中，不计滑轮装置自重、绳重和摩擦，以下说法正确的是（）。

A.绳子自由端被拉下1.2 m

B.绳子对地面的拉力为1 N

C.对物体所做的功为1.2 J

D.横梁受到的拉力为9 N

（一）命题立意

本题从示意图的角度打破常规，制造认知冲突，引起学生对常见解题思路的质疑，增强学生的批判思维能力。题目源于实际，将生活中的实物转化为课本上的模型，建立科学思维的基础。通过题目的变化创新，训练学生的发散思维，引导学生在已有的认知基础上，观察、发现、琢磨问题，再进行思维加工，打通知识间的屏障，完善自身的知识框架。通过对比、关联类似问题，经历、探索科学方法，引导学生发现科学方法的关键和要素，领悟科学的奥妙。

（二）试题亮点

首先，滑轮组的示意图新颖独特，符合生活实际。与实验室或课本上常见的滑轮简化图不同，对学生的空间感提出了一定的要求。其次，绳子两端位置的设计也很精巧。几乎在所有滑轮组问题中，绳子的一端系在滑轮的挂钩上，另一端系在手上或测力计上，由此引出关于承重绳股数“偶定奇动”的说法。但本题中，绳子的一端在手上，另一端却固定在地面上，让只会按图索骥的考生傻眼。此时，学生若对示意图的变化视而不见，依旧强行套用解题模板，则会使解题方向出现偏差，离正确选项渐行渐远。

（三）折射问题

滑轮组的相关计算，学生早已驾轻就熟，对F=G/n和s=nh两个关系式烂熟于心。由于平时大量重复解题，形成了条件反射，看到求力就代入F=G/n计算，看到求距离就代入s=nh计算。可见学生解题时往往跟着感觉走，依赖过去的经验，没有系统、科学的解题思路和思维方法，只会生搬硬套公式，忽略了公式的来源和适用条件。同时，理论联系实际的能力较为匮乏，学生只认识课本上、实验室中的滑轮模型，对生活中的滑轮却知之甚少。当碰到与实际生活相关的问题时，往往抓不住主要因素，无法透过现象看本质，分析和解决实际问题的能力较弱。

（四）教学启示

滑轮组相关计算题的关键是对承重绳上拉力大小的判定，本质在于正确地选择研究对象，进行受力分析。只要学生能摒除干扰因素，抓住问题本质，问题就能迎刃而解。在分析承重绳上拉力大小时，选动滑轮为研究对象；分析挂钩上的拉力时，改选定滑轮为研究对象，这也是F=G/n的来源。弄清了来源，胡乱套用公式的情形就会大大减少。本题还有另一种解法，即把滑轮组装置和重物看作一个整体，对整体进行受力分析，从而更快、更简便地得到答案。可见，一道习题往往存在多种关系，甚至有多种解法。解题过程是学生扩大知识面，学习科学方法的重要途径。教师应帮助学生明确概念，掌握公式的使用条件，进行变式训练，将问题引入真实生活情境，让学生在解决实际问题的过程中，学会抓住核心要素，将具体情境抽象成物理问题，逐步掌握解决问题的方法。在此基础上，根据已有的事实、条件，迁移相关知识与方法，对新问题进行推理和论证，提升学生的科学思维水平。

三、实验专题

例3（2020年江西省中考物理第26题）：左图甲、乙是某学校科技节上展示的两件作品，小明对此做了以下解说。

（1）甲是简易的温度计，它的工作原理是利用__________的性质而制成的。它的测温效果与小玻璃瓶的容积和玻璃管的_________有关；所用的测温物质是煤油而不是水，这是因为煤油的________较小，吸收（或放出）相同的热量时，玻璃管内液柱变化更为明显。

（2）乙是简易的气压计，当外界气压减小时，玻璃管内液柱的液面会________。

[提出问题]小华发现甲、乙的构造非常相似，提出乙是否也能做温度计使用？

[设计实验和进行实验]把两个装置中的小玻璃瓶同时浸入同一温度的热水中，观察到乙装置中玻璃管内液柱上升更明显，这是由于瓶内的______________受热膨胀更显著，故乙也能做温度计使用。

[拓展]查阅相关资料，了解到人们很早就发明了如图所示的气体温度计——丙，当外界环境气温升高时，该温度计中的管内液面会______。但由于受外界___________、季节等环境因素变化的影响，所以这种温度计测量误差较大。

（一）命题立意

本题从实践能力和创新意识角度，考查了温度计、气压计的原理，是一道课外拓展实验题。试题提炼的物理知识层层递进，从简单的基础概念到复杂的现象分析，让学生在做题的同时学到了新知识。通过观察、对比，引发思考，对问题提出看法，引导学生判断和把握问题的关键要素，在新情境中实现知识的迁移。

（二）试题亮点

从题目的设计上来看，题目难度适中，梯度合理，由浅入深，为学生搭建好台阶。虽然考查的实验并非出自课本，但没有脱离初中物理教学的实际。简易液体温度计和气压计都在课本上出现过，所以学生有一定的知识基础，入手不难。精彩之处在于考查完常规知识后，笔锋一转，大胆设问。两个装置由于结构极为相似，课堂上很多教师会特意将其放在一起对比，让学生观察二者的不同之处，从而对其进行区分。本题却偏偏反其道而行，就二者的相似之处提出疑问：该气压计是否可以当作温度计使用？这可能是很多学生内心的困惑，只是学生养成了教师怎么教就怎么记的习惯，即便产生了这样的困惑，也不会深入思考和探究。紧随其后的是关于历史上气体温度计的介绍，过渡自然，引导学生不知不觉地进入相关物理学史的发展历程当中。

（三）折射问题

课外拓展实验的考查对课堂教学既是挑战，又是启发。就目前而言，绝大多数教师认为课外拓展实验范围太广，无法预测。与其花费时间和精力在一个不确定的未知领域，不如紧扣课标中确定的几个必做实验，反复讲解、练习。殊不知这依旧是“分数本位”思想在主导教學。对学生而言，平时的实验考题都有迹可循，中考碰到原创的课外探究，就只能“听天由命”了。

（四）教学启示

中考试题关于课外拓展实验的考查为物理教学提供了意义重大的指向，能够检验课堂教学是否朝着培养学生物理核心素养的方向发展。教师的落脚点不应是“我今天讲的这个实验中考会不会考”而应是“这个实验是否从学生现有知识水平出发，经过了适当的拓展延伸，能否训练学生综合运用知识解决问题的能力，培养他们的创新思维”。我们在备课时，可以取自教材，因为即便是课外拓展，也不能脱离学生的认知水平，教材是我们选取拓展素材的宝库。在此基础上，对素材进行改造、拓展、创新，引导学生在解决问题的过程中，渗透科学的思维和方法，为学生的后续发展打下良好的基础。

著名科普作家高士其曾说：“科学的发展史就是一部思维的发展史。”实践核心素养要注重学生思维能力的培养，要求教师通过教学方法、手段的相互配合，引导学生掌握科学方法，亲历探究过程，自主构建知识结构，落实深度学习。从2020年江西省中考物理试卷这几个区分度较高的试题中，我们能够感受到试题在传统中创新，力求紧扣核心素养，发展科学思维，充分发挥了对未来物理教学的导向作用。

参考文献

[1]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.

[2]石剑军，钱皓琳，张喜荣，康建平.学科核心素养考查及其对物理教学的启示[J].中学物理，2019（20）：48-50.

[3]黄坤，杨丰铭.关于人教版初中物理教材一道习题发散的教学思考[J].中学物理，2019（22）：44-48.