提升学科素养的高中物理习题包设计

摘 要：习题测评是外显学生物理学科素养的一条有效途径，也是评价学生学科素养水平的重要手段.高质量习题是准确反映能力和评价能力的前提.以物理学科素养为基点，通过命题细目表、主题式习题包、转换题型、多级评价等方式，优化习题设计，有效提升学生的学科素养.

关键词：学科素养;知识维度;能力维度;细目表;习题包

文章编号：1008-4134（2020）07-0037中图分类号：G633.7文献标识码：B

作者简介：施学斌（1969-），男，浙江桐乡人，本科，中学高级教师，研究方向：中学物理教学.

物理学科核心素养是学生通过物理学习而逐渐形成的正确价值观、必备品格和关键能力.物理科学思维是其核心素养的重要组成部分.物理科学思维是一种综合能力，体现在多个维度，其中能基于经验事实观察概括、能基于证据意识推论预测、能基于模型构建解释论证、能基于客观规律探究创新等是不同解构视角中的公共要素.

北京师范大学物理学系郭玉英教授将物理学科素养总结为学习理解、应用实践、迁移创新三个能力维度.郭老师认为物理学习的三个能力维度的二级表现指标为：（1）学习理解——观察记忆，概括论证，关联整合;（2）应用实践——分析解释，推论预测，综合应用;（3）迁移创新——直觉联想，迁移与质疑，构建新模型.

能力作为一种内隐的心理特质，需要通过外显的行为来进行诊断和评估.学习过程中的习题测评是一种非常重要的能力外显手段和途径.而能力目标清晰的习题是准确诊断和评估学科素养的保障.

1 优化命题细目表，明确学科素养要求

指向明确且详尽的命题细目表是编制高质量习题的保证.但在一般情况下，细目表仅用于试卷习题的编写，而且命题细目表主要体现的是知识维度，其指向性也比较宽泛，不够精细.另外，命题细目表对学科素养要求却鲜有涉及，知识本位的观念较为浓厚.试卷检测是阶段性的小结和反馈，无法反映出学生在某一知识学习过程中存在的问题和掌握的程度.在教学过程中想要对学生的学习有持续性准确的测评和分析，那么在编写习题时制定命题细目表是一条重要的途径.当然，不是每一道习题都要有详细的命题细目表，而是将它用于核心知识的习题测评中.在核心知识习题编写中建立知识维度和能力维度的命题细目表，既有利于教师对学生知识掌握情况和学科素养落实情况的準确分析，也有利于学生在学习上的自我评价和后续学习行为的调整.本文通过下面的一个示例加以说明.

例1 科考人员在北极乘车行进，由于地磁场的作用，汽车后轮轮轴（如图1所示）的左、右两端电势高低情况是

A.从东向西运动，左端电势较高

B.从东向西运动，右端电势较高

C.从西向东运动，左端电势较高

D.从西向东运动，右端电势较高

【答案】AC

【分析】由于地磁场的存在，当地球北极附近水平面上驾驶一辆车向前行进时，由于地磁场作用，汽车两端会有电势差，相当于金属棒在切割磁感线一样.从驾驶员角度看，磁场向下，由右手定则可判定汽车左端的电势比右端的电势高.

【详解】地球北极的磁场向下，无论汽车从东向西运动，还是从西向东运动，汽车后轮轮轴切割磁感线，由右手定则可知，从驾驶员角度看，汽车的左端电势较高，故A、C正确，故选：AC.

电磁感应定律和右手定则是高中物理的核心知识之一.题中对知识维度的要求较基础，对能力维度的要求相对比较高.知识维度和能力维度之间既相对独立又相互影响，从这两维度制定命题细目表，使得知识和能力测评更加明确、更加完善，也为教师对学生学习情况的评价提供了准确的依据.知识维度中的“（3-2）4.3.B1”指的是相应知识、技能或方法对应的具体条目信息，见表2（选取了其中一部分）.

2 编制主题式习题包，考查多维度能力

在同一主题知识下设计多个习题并打包，考查的知识维度相同，能力维度不同.习题包中的习题有着不同的题目情景和相互间的知识关联度，习题的呈现有一定的代表性，学生在解题过程中应用同一知识内容和方法，但需要动用不同的学科素养去解决问题.通过主题式习题包的学习有助于强化学生的基础知识，培养学生的学科素养.通过下面的一个示例（见表3）加以说明.

3 转变题型外显思维过程，促进学科素养“落地”

“科学思维”是核心素养的要素之一，是学生学习和运用物理知识和方法的过程中必备的能力.科学思维的培养是从认识方式和过程的角度对学生的关键能力的培养.学生的思维过程通过教师的针对性干预能明确指向学科素养的落实.思维过程看不见，因此在教学中主要采用发言和练习两种活动方式来展示学生的思维过程.

学生在课堂上的发言、与老师的交流，都是一种思维的表达方式，关注学生的语言就是关注学生的思维.但学生的发言是否能真正反映和表达他的思维？答案是不一定的.这里原因很多，其一是语言表达能力受限，特别是学生在用科学的物理语言表达时会存在困难.比如在解释离心运动现象时，学生生活中都经历过这种运动，所以认识这种运动并不困难，困难的是如何用科学的概念和术语解释离心运动现象.学生用生活语言分析离心现象时会把惯性当成受力进行分析解释.其二是受环境因素限制（群体压力），个体在群体中发言其心理上会承受一定的压力.这种压力会导致学生不回答问题，或者没有足够的信心组织语言表达观点.其三是课堂发言的方式受众面较小，无法让更多的学生充分展现自己的思维.因此，通过课堂发言展示思维过程有一定的局限性.

练习提供了另一种将思维方式、思维过程通过习题解答呈现的机会.这种方式受众面大，每位学生都能得到展示.但日常习题的类型设计大部分情况下关注的是终结性评价，缺少能充分记录学生思维过程的习题.将客观题转换成主观题的习题类型变化，用“解释原因”“比较分析”“作图说明”等问答形式充分展示学生解题的思维过程，有利于教师做出正确的评价，促使物理学科素养真正落地.通过以下例题说明.

例2 摩天大楼中一部直通高层的客运电梯，行程超过百米.电梯的简化模型如圖5所示.考虑安全、舒适、省时等因素，电梯的加速度a是随时间t变化的，已知电梯在t=0时由静止开始上升，a─t图象如图6所示.电梯总质量m=2.0×103kg.忽略一切阻力，重力加速度g取10m/s2.以下说法正确的是

A.前10s内电梯先匀加速再匀速运动

B.20s末电梯受到的拉力为零

C.2s末电梯的速度大小为1.5m/s

D.32s末拉力的功率为1.7×104W

大部分学生能对选项A、B做出正确的分析和判断.选项C、D的思维障碍是相同的，如果没有将相关方法迁移到问题中，不明白图象面积的意义，则思维活动无法进行下去.但由于A、B选项容易分析，所以学生偶然答对的概率也比较高，作为练习题明显干扰了教师对学生个体思维过程的诊断.

若是用该题作为评估学生相关学科素养的练习题，可以将题型改为解答题.

（1）描述电梯的运动过程？

（2）在电梯上升过程中，拉力的最大值和最小值？

（3）电梯在第1s末的速度大小？求解的依据？

（4）32s末拉力的功率？

将选择题的选项改成问答形式，把学生的思维过程通过书面的形式展现出来，有助于教师诊断每位学生的思维过程和学科素养.通过总结联想，将解决相似问题的物理方法和思想提炼出来，培养学生关联整合能力和创新能力.

教师要从过多关注学习的结果，转变为更多关注学生的学习过程.好的过程未必有好的结果，但好结果一定要有好过程作支撑.从物理学科的知识维度和能力维度出发，围绕核心概念和重要概念设计习题.让每道习题具有明确的知识指向和能力指向，能准确地反映学生的学科知识和学科素养水平.从实践效果看，优化习题设计能明显提升课堂教学和学生学习的有效性，在一定程度上促进了学生物理学科素养的提升.

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[M].北京：人民教育出版社，2018.

[2]郭玉英.基于学生核心素养的物理学科素养研究[M].北京：北京师范大学出版社，2017.

[3]陈颖.高中物理书面测试中科学论证能力表现评价研究[M].北京：北京师范大学出版社，2016.

[4]胡卫平，林崇德.青少年的科学思维能力研究[M].北京：教育研究出版社，2003.

[5]张玉峰.高中物理核心概念理解进阶及其教学应用研究[M].北京：北京师范大学出版社，2016.

（收稿日期：2020-01-11）