从“认知内驱力”视角谈情境化试题的核心素养价值

阮志锋　黄李炮

摘   要：随着新版义务教育物理课程标准的实施，中考命题方式发生变化，强调依据标准命题，落实立德树人，促进学生核心素养发展。以福建省中考物理试题为例，从学生认知内驱力角度出发，分析合理的试题情境对核心素养形成的重要性。研究发现，情境化试题有助于激发学生的兴趣和主动性，提升其综合能力和品德素养，促进学生核心素养的培养。因此，素养立意下的试题情境化在初中物理教育中具有重要意义，意在为教师提供有益的教学参考。

关键词：初中物理；情境化试题；认知内驱力；核心素养

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2024）6-0051-6

２０１９年，教育部发布了《初中学业水平考试命题工作意见》，强调学业评价应落实立德树人理念，以课程标准为依据，不制定考试大纲，持续提升命题水平［１］，命题时应充分考虑学生现实的学习与生活情境，提升试题情境的真实性、科学性和实践性。在“双减”政策下，依据课程标准，合理设置试题情境，科学设计试题难度和类型至关重要。传统试题设计偏重知识考核，相对缺乏运用理论解决实际问题的案例［２］。在物理学科核心素养下，试题情境化设计成为研究重点。融合真实情境的物理试题设计能培养学生解决问题的能力和推理、创新能力，也可以激发学生的学习兴趣，提高学习动力，增强自信，促进深度学习。因此，探索物理学科的情境化试题设计，对学生综合能力和学科素养的提升，以及核心素养的发展至关重要。

１    素养立意物理试题有效情境分析

１．１    物理学认知模型理论

认知是指个体对于外界信息的感知、理解、记忆、思考和解决问题的能力，而核心素养则是学生在学科学习中所需具备的基本能力和素养。认知能力是培养核心素养的基础，它通过感知、理解、思考和解决问题的过程，帮助学生获取知识、掌握技能、形成积极的态度和正确的价值观。因此，教育应注重培养学生的认知能力，以促进其全面发展和培养核心素养。

著名哲学家、科学家培根在《习惯论》中提到：认知决定思维，思维决定行为，行为决定结果。通过感知并获取外界情境或事件，首先会有情绪、行为和生理上的反应，信息再经过大脑的整合分析，自发地思考总结，最终形成思想与思维，构建认知模型，如图１所示。

在物理学中，感知外界情境并构建物理学认知模型是非常重要的。通过感知外界情境，我们能够观察和测量各种物理现象，从而获取一些基础数据和相关物理量。

然而，仅仅通过感知是不足以构建出完整的物理认知模型的。认知过程的介入是必要的，它使我们能够对感知到的信息进行理解、整合、分析和推理，从而建立起物理学的概念、原理和模型，并形成解决问题的思维习惯。通过感知外界情境并构建物理学认知模型（图２），学生可以运用物理学知识和思维工具，对物理现象进行分析和解释。这不仅有助于学生理解物理学的基本概念和原理，还培养了学生的科学思维和解决问题的能力，体现了“从生活走向物理，从物理走向社会”的课程理念。

１．２    探讨核心素养价值的有效情境

１．２．１    提升认知内驱力，促进核心素养发展

认知教育心理学家奥苏贝尔研究发现：学习活动中最稳定、最可靠、最持久的推动力是认知内驱力。根据物理认知模型我们可以发现，创设有效的物理情境可以增强学习者的认知内驱力，即若提供具体而真实的学习体验、丰富的场景刺激，以及能促进学习者探究和创新的问题情境，学习者可以更加主动地参与学习，提高学习效果。因此，创设真实有效的物理情境，可以激发学习者的内在动力，推动他们的学习积极性，促进科学思维的形成，培养学生的核心素养。

１．２．２    素养立意下的福建中考评价体系

物理学科核心素养是指学生在学习物理课程中培养的基本能力和品格素养，是基于知识与技能的基础上让学生养成物理观念、科学思维、科学探究和科学态度与责任［３］。近年来，福建省中考物理科试题命制坚持以《义务教育物理课程标准（２０２２年版）》为命题依据，突出学科基础，彰显学科素养。试题除了全面考查学生的基础知识和基本技能外，还重视考查学生应用物理知识解决实际问题的能力，兼顾学业考查的同时为高中选拔优秀人才提供依据，体现初中毕业和高中选拔“两考合一”的功能。福建中考经过几年的探索和实践，归纳总结出了“一核三层三翼”的中考评价体系，如图３所示。“一核”强调立德树人、遵循课标、有利发展；“三层”指明核心价值、学科基础、行为习惯；“三翼”核心内容是基础性、应用性、发展性。

特别是应用性，中考试题要关注学科内容贴近时代、贴近社会、贴近生活的要求，要将实践情境、学习探索情境融为一体。该评价体系注重引导学生认知发展、个性发展和创新发展，从学生认知内驱力出发，培育学生的核心素养。

１．２．３    情境价值的体现

福建中考物理试题情境从五个方面提升学生的核心素养，分别是日常生活情境、科学探究情境、科技前沿情境、跨学科实践情境和科学人文情境。这些情境的应用能够提升学生的认知内驱力，帮助学生从学习掌握必备知识逐渐提升到关键能力的养成，而且情境化试题能够通过引入有趣且具有实际应用背景的情境，激发学生对物理学习的兴趣［４］。学生在真实情境中通过完成学科任务，逐步激发出内在潜能，潜能的激发能让学生在学习中更好地理解和掌握学科知识，提高学习能力和解决问题的能力。具体能力提升所展现出来的综合品质，有利于培养学科素养，这是物理学科核心价值的积极体现，促进学生核心素养的发展，如图４所示。

（１）在日常生活情境中，学生能够将物理概念和原理应用于实际问题。通过解决学生熟悉的日常生活中的物理问题，遵循学生的认知规律，让学生能够理解物理知识的实际应用价值，同时培养他们的问题解决能力和创新思维。

（２）科学探究情境是通过实验和数据分析来培养学生的科学探究能力。初中学生好奇心较强，探索欲望强烈，内心对外界感知度较高。学生在这种情境下，通过设计和进行实验，收集和分析数据，探索和验证物理原理，不仅能够激发他们对科学的兴趣和探索的欲望，还可以培养他们的科学思维和科学探究能力。

（３）科技前沿情境引导学生关注物理学在科技领域的应用和发展。学生对新奇事物有强烈的探究欲望，特别是体现国家进步、民族自豪的科技，他们会发自内心地想了解原理，并能实践应用，如航天技术、深海潜水、人工智能、自动驾驶、可再生能源等。学生了解物理学在这些领域的应用，并思考物理学对科技发展的重要性，有利于培养其创新精神和科学思维。

（４）跨学科实践情境是将物理学与其他学科进行整合。学生可以将物理学的概念和原理与数学、化学、生物等学科进行关联，探索不同学科之间的联系和相互作用。让学科知识能够综合应用，可使学生对知识的掌握更加透彻，学习更加自信，内驱动力更足，从而培养其跨学科思维和解决问题的能力。

（５）科学人文情境探索物理学与人类社会、文化和伦理的关联。能与学生共鸣的文化元素是提升学生自主学习的有利因素，物理学与科学人文结合考查，是主动让学生思考物理学对社会发展的影响，体验科学的美妙，感受传统文化的魅力。

通过五种情境的应用，学生不仅能够深入理解物理概念和原理，还能够培养关键能力和学科素养。物理教育的目的就是让学生将物理知识应用于实际问题解决中，培养问题解决能力、创新思维和实验技能。同时，使学生也能够理解物理学在科技、跨学科和社会领域的重要性，形成物理学科核心素养，为自身全面发展奠定基础。

２    实证分析

２．１    创设日常生活情境

（２０２３年福建中考第１０题）图5是某衬衫吊牌的部分信息，号型“１７０／９２Ａ”表示适穿人群的特征参数及体型。“Ａ”表示适用于一般体型，“１７０”表示身高１７０ ｃｍ，“９２”表示（     ）

Ａ．胸围９２ ｃｍ

Ｂ．肩膀宽９２ ｃｍ

Ｃ．上臂周长９２ ｃｍ

Ｄ．脖子周长９２ ｃｍ

试题创设日常生活情境，将衬衫吊牌的实际信息与物理学科知识相结合，这种结合方式对于激发学生的学习兴趣和动力大有裨益。试题的设计让学生有机会将理论应用到实际情境中，遵循学生的认知水平，激发学生内在的认知驱动力。这类试题让学生将抽象的物理知识转化为实际问题的解决能力，这样不仅可以帮助他们深化理解和掌握知识，同时也能培养他们善于观察、勤于思考和乐于解决问题的能力，提升学科素养水平，促进核心素养的发展。

２．２    创设科学探究情境

（２０２３年福建中考第２８题）学校“水培种植小屋”的蔬菜适宜生长的温度在１０ ℃～３０ ℃之间，项目式学习小组利用热敏电阻和电阻箱设计温度报警电路，电阻箱是可以调节并显示阻值的变阻器。

（１）利用图6甲所示电路探究热敏电阻Ｒｔ阻值随环境温度ｔ变化的规律。

①根据图6甲，用笔画线表示导线，将图6乙中的实物电路连接完整；

②连接电路的过程中，应将开关＿＿＿＿＿＿＿＿，将电阻箱的阻值调至最大，起到＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿的作用；

③将热敏电阻置于０ ℃的环境中，闭合Ｓ１，断开Ｓ２，记录电流表示数Ｉ０，然后＿＿＿＿＿＿＿＿＿（描述开关状态），调节电阻箱Ｒ０直至电流表示数为＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿，此时Ｒｔ＝Ｒ０；

④将热敏电阻Ｒｔ置于不同温度的环境中，重复步骤③，测得的数据如表1所示；

分析数据可得：热敏电阻的阻值随温度的升高而＿＿＿＿＿＿＿＿；

（２）根据上述探究结果，设计报警电路。

实验器材：电源（恒１２ Ｖ）、热敏电阻Ｒｔ、电阻箱Ｒ０（０～９９９９ Ω）、数字电压表（Ｕ≥７．２ Ｖ时报警）、数字电流表（Ｉ≥６ ｍＡ时报警）、开关一个、导线若干。

设计要求：小屋温度ｔ≥３０ ℃或ｔ≤１０ ℃时都有一个电表报警。

①虚线框中的电路图是学习小组设计的报警电路（图7），但它不能完全满足要求，请你根据设计要求将电路图补画完整；

②设计的电路中，电阻箱Ｒ０应调为＿＿＿＿Ω。当温度降低到１０ ℃时电路报警，此时电流表的示数为＿＿＿＿＿＿＿＿＿ｍＡ。

试题应用“水培种植小屋”的生活实践，创设科学探究情境，并能创新问题情境，情境设计巧妙，符合学生认知层次要求，有助于学生素养的培养。首先，试题将学生的学习内容与实际生活中的问题相结合，即水培种植小屋的温度控制。这种情境设计既富有挑战性，又具有实践性，能够引发学生的好奇心和探索欲，从而激发他们的认知内驱力。同时，这个问题需要学生运用自己的电路知识来解决，这个过程需要学生将实验数据与物理原理联系起来进行数据分析和推理，提高他们对物理学科的理解和应用能力。同时，在设计报警电路时，学生需要将所学的电路知识应用到实际问题中，能够锻炼他们的科学思维和学科实践，将有助于他们提升科学素养，培养他们的创造力和解决问题的能力。

２．３    创设科技前沿情境

（２０２３年福建中考第１０题）从百米浅海到万米深海，中国自主研制的潜水器有了质的飞跃。潜水器下潜到图8中标注的对应深度，承受海水压强最大的是（      ）

Ａ．７１０３救生艇

Ｂ．蛟龙号

Ｃ．深海勇士号

Ｄ．奋斗者号

题目所描述的是中国自主研制的潜水器在深海探测方面取得的成就，展现了中国科技人员的创新精神和技术实力。这一成就体现了国家在科技前沿的进步和发展，同时也彰显了国家自主创新的核心价值。通过突破技术壁垒，中国在深海探测领域取得了质的飞跃，为国家发展提供了强有力的支撑。这一成就不仅是科技进步的体现，也是社会主义核心价值观的具体实践，体现了自主创新和勇于挑战的精神。题设的思想是，学生在这种情境下能够激发内在的学习动力和自豪感，以培养学生的科学兴趣和探究精神，树立正确的价值观，提升学科素养水平。

２．４    创设跨学科实践情境

（２０２３年福建中考第３１题）实践小组设计了由厢体、承重板和动滑轮组成的提升重物的装置，示意图如图9甲，厢体放置在水平承重板上，承重板的上表面装有压力传感器，装置由电动机提供动力。该装置设计有超载限制系统，如图9乙，限制系统中的控制电路电源电压恒为１２ Ｖ，定值电阻Ｒ０阻值为２００ Ω，压力传感器中的力敏电阻ＲＦ阻值随压力Ｆ压变化的部分数据如表2所示。当控制电路的电流大于０．０３ Ａ时，电磁铁将衔铁吸下，Ｂ、Ｃ两个触点断开，电动机停止工作。已知厢体重１５０ Ｎ，承重板和滑轮共重１００ Ｎ，忽略绳重、摩擦和电磁铁线圈电阻。

（１）空厢匀速竖直上升时，求绳拉力Ｆ大小；

（２）在６ ｓ内将空厢匀速竖直提升３ ｍ，求拉力Ｆ做功的功率；

（３）重物放在厢体内，求该装置匀速竖直提升重物的最大机械效率；

（４）若要将该装置的最大载重量调小，提出对控制电路的一条调整措施。

试题巧妙地将物理知识应用于实际情境中，创设跨学科实践情境，将物理知识的应用、模型建构和数学的表格数据分析相结合，具有重要的价值。试题的情境设置是一个实践小组设计的提升重物装置，这种设定使学生在日常生活中有机会对物理原理进行实际应用，这有利于激发他们的探究兴趣和内在学习动力。试题涉及的知识点多样，包括力的计算、功率的计算、机械效率的计算以及电路的控制等，这有助于培养学生综合运用知识解决问题的能力。再者，试题的最后一个问题要求学生提出对控制电路的一项调整措施，学生需要应用物理知识来分析力学特性，并构建运动模型来描述厢体的竖直上升过程，进一步提升他们的综合解决问题能力和创新思维。这种实践培养了他们的学科综合应用能力，这对于学生的综合素质和未来的发展都具有重要意义。

２．５    创设科学人文情境

（２０２３年福建中考第１５～１７题）如图10所示，民间有“做白粿迎新春”的传统习俗。制作白粿时，先将浸泡过的米放在木桶中蒸熟，再放入石臼中用木棰捶打，最后搓揉成形。据此回答１５～１７题。

１５．蒸米时，木桶中米内能的增加是通过＿＿＿＿＿＿＿＿＿方式实现的，完全燃烧１０ ｋｇ的干木柴能释放出＿＿＿＿＿＿Ｊ的热量。（干木柴的热值为１．２×１０７ Ｊ／ｋｇ）

１６．蒸米时，从木桶中冒出的“白气”是水蒸气＿＿＿＿＿＿＿＿＿形成的（填物态变化名称）。米香四溢是因为分子在不停地＿＿＿＿＿＿＿＿。

１７．捶打时，木棰相当于一个＿＿＿＿＿＿＿＿＿杠杆。白粿被搓揉成圆条形，说明力可以改变物体的＿＿＿＿＿＿。

科学人文情境创设融合了科学（物理）和人文（民俗传统）元素，结合民间传统习俗的情境创设能够引发学生的情感共鸣，增强他们对文化传统的认同感和情感投入，培养他们的文化自信和传统文化继承意识。该情境能帮助学生更好地理解知识的应用场景，理解不同学科之间的联系和相互作用，增强知识的实用性和可持续性。这种情境创设意在引导学生通过思考和解答过程，培养其独立思考和解决问题的能力，激发他们的好奇心和求知欲。通过实际生活中的情境，学生能够将抽象的理论知识与实际应用相结合，增强他们对知识的理解和记忆。学生在这样的情境下需要观察、实验、推理，能培养他们的观察力、实验技能和科学思维，提高他们的实践能力。

３    结束语

新版物理课程标准要求学业评价要以立德树人理念为基础，并以课程标准为命题依据，物理学科中情境化试题设计变得重要。中考命题不仅要关注不同学生群体的生活经验、学习特点和认知水平，还要关注学生的个性化学习需求和发展潜能［５］，所以在设计有效的物理试题情境时，可以运用物理学认知模型理论，即通过感知、理解、思考和解决问题的过程，帮助不同认知水平的学生获取知识、掌握技能，形成积极的学习态度和正确的价值观。福建省２０２３年中考物理试题情境实证分析表明，创设不同情境的物理试题具有重要的教育价值。这些情境的创设不仅能够提高学生的学习效果，还能激发学生的学习兴趣和动力，促进深度学习，培养学生的综合能力和学科素养，为他们的全面发展奠定基础。因此，有效的物理试题情境应用在中考中具有重要的实证价值，不仅有助于学生的学习和发展，还为广大教育工作者提供有益的教学参考和理论研究。

参考文献：

［１］中华人民共和国教育部． 教育部关于加强初中学业水平考试命题工作的意见［ＥＢ／ＯＬ］．（２０１９－１１－２２）． ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｏｅ．ｇｏｖ．ｃｎ／ｓｒｃｓｉｔｅ／Ａ０６／ｓ３３２１／２０１９１１／ｔ２０１９１１２８＿４０９

９５１．ｈｔｍｌ？ｅｑｉｄ＝ｄｃ４４８１ｂ４０００６７ｅ０３０００００００２６４４７９０１ｅ．

［２］石鸥，何孟珂．“双减”背景下中考改革的目标诉求与行动框架［Ｊ］．现代教育管理，２０２２，１２（１１）：１－９．

［３］中华人民共和国教育部．义务教育物理课程标准（２０２２年版）［Ｓ］．北京：北京师范大学出版社，２０２２．

［４］张杰．中考物理试题与核心素养评价——以无锡市中考物理杠杆类试题为例［Ｊ］．物理教师，２０２０，４１（６）：４０－４３．

［５］谢梅沁． 福建省中考命题改革的实践探索与展望［Ｊ］． 中国考试，２０２３（１０）：５３－６１．

（栏目编辑    陈   洁）

收稿日期：2024-03-16

基金项目：福建省教育科学规划２０２３年教育考试招生重点专项课题“五育融合视角下的初中物理情境化试题命制研究”（ＦＪＪＹＫＳ２３－６７）。

作者简介：阮志锋（１９８１－），男，中学高级教师，主要从事初中物理教学、竞赛和命题工作。