素養立意的物理實驗試題設計

胡國新 林穎

在初中物理學教學檢測中設置物理實驗試題，有利于樹立物理學科教學的正確導向，鞏固學生對物理觀念的理解，豐富學生的實驗手段，提高學生的數據處理能力，進而強化學生的科學思維和探究能力，使學生形成科學態度與責任。怎樣聚焦學生物理核心素養的培養，設計物理實驗試題呢？

一、基于條件變換命題，培養科學思維

實驗原理是物理實驗的靈魂。近幾年，各地中考試卷中實驗題的設問指向既非簡單地回答“是什么”，又非機械地回答“應該是什么”，而是在物理實驗情境中理解“為什么”，通過分析、推理，判斷“確實是什么”?；诖?，教師在命題時要注意變換常規實驗的條件，引導學生結合具體事實、鮮活案例、生活經驗和基本的物理概念等進行深度思考、理性思考，以更好地培養學生的科學思維。

變換條件包括變換實驗條件、變換實驗情境、變換實驗器材、變換圖形、變換數據、變換提問方式等。這樣的命題手段旨在通過考試評價提高學生思維的深刻性、靈活性、變通性，促進學生在實驗探究中舉一反三、觸類旁通，進而發展科學思維。例1就是通過變換實驗條件發展學生科學思維的典型試題。

例1? 小紅在家里的穿衣鏡前看到鏡中的自己，回想起課堂中做過的“探究平面鏡成像的特點”實驗（如圖1所示）。

（1）小紅面向穿衣鏡舉起右手，看到鏡中的自己舉起的是左手（選填“左手”或“右手”）。

（2）為了近距離觀察自己，小紅走近穿衣鏡。在此過程中，鏡中小紅的像的大小將不變（選填“變大”“變小”或“不變”）。

（3）在“探究平面鏡成像的特點”實驗中，用透明玻璃板代替平面鏡，是因為玻璃板既能反射光/成像/成虛像，又便于確定像的位置。

（4）為了得到像到平面鏡的距離與物體到平面鏡的距離的關系，需要將鏡前的蠟燭放在不同（選填“同一”或“不同”）位置進行多次實驗。這樣做的原因是避免實驗結論的偶然性。

（5）如圖2所示，某同學曾在課堂實驗中把兩支完全相同的蠟燭A和B點燃，分別放在玻璃板的兩側，用來探究平面鏡成像的特點。你對此的看法是光太強，看不清蠟燭在玻璃板后面的像/光太強，不便于確定像的位置。

第（1）（2）小題以情境呈現小紅與自己鏡中的像的大小關系、左右關系，考查的是虛像與物體的“對稱性”。第（3）小題考查的是實驗方案的選擇及原因，涉及“等效替代法”的物理實驗方法。第（4）小題考查的是物理探究型實驗中數據處理的基本方法。第（5）小題“把兩支完全相同的蠟燭A和B點燃”與教材情境不同，變化了實驗條件，考查的是學生的創新意識、探究能力，有利于開闊學生的視野，拓展學生的思維。

本題的實驗情境基于教材中的素材而設計，旨在引導學生在想象實驗過程、思考實驗現象、回顧平面鏡成像特點的過程中，深化對探究平面鏡成像特點的科學原理和方法的理解，培養崇尚真知的科學態度。特別是最后一問，對教材呈現的實驗方法提出質疑，允許學生按照自己的思路作答。這樣設計既有助于學生發展科學思維和探究能力，又有助于引領課堂教學聚焦創新型人才培養。

二、基于自制實驗命題，培養創新意識

培養學生的創新意識是素質教育的重要任務，也是物理學科教學的重要目標。物理是以實驗為基礎的科學，教師命制物理實驗試題時可以學生自制的實驗器材作為命題背景，激發學生的學習能動性，喚起學生的求知欲望，幫助學生培養創新意識、積累實驗案例，同時引導課堂教學注重知行合一、學以致用，體現物理課程的基礎性、實踐性特點。例2的設計基于教材“影響壓力的作用效果的因素”實驗，但改變了教材呈現的小桌、海綿等實驗材料，選用礦泉水瓶為實驗材料，引導學生自主設計實驗，培養學生的創新意識。

例2? 如圖2所示，物理興趣小組用一只礦泉水瓶和一塊海綿等器材做“影響壓力的作用效果的因素”探究實驗。

（1）在A、B兩步實驗中，觀察海綿的凹陷程度可知：壓力一定時，壓力的作用效果與受力面積有關。下列實例沒有應用該結論的是C。

A.菜刀要經常磨一磨

B.書包要用寬的背帶

C.汽車限重

D.蚊子能輕而易舉地用口器刺破人的皮膚

（2）比較B、C兩步實驗，可得結論：受力面積一定時，壓力越大，壓力的作用效果越明顯。

（3）如甲圖所示，在裝滿水的礦泉水瓶側壁的不同高度鉆出A、B兩個小孔，發現擰緊瓶蓋時瓶中的水不會流出，這是因為大氣壓的作用，打開瓶蓋后如圖乙所示，水從兩孔中流出，并且落在地面的位置與瓶底的距離不同，B孔中的水噴得更遠，表明液體壓強隨深度變深而增大。

本題以學生熟悉的礦泉水瓶創設實驗情境，對“探究影響壓力作用效果的因素”實驗進行了生活化改編，有利于學生發現生活中蘊藏著物理概念、規律，有利于引導學生運用物理學知識和方法，分析、解決生活中的實際問題，落實“從生活走向物理，從物理走向社會”的課程理念，增強學生用科學服務于人類的社會責任感和使命感。

三、整合多個實驗命題，培養核心素養

教師應該以主題為引領，整合多個物理實驗命制試題，突出知識主干，強化整體思維，引導學生從逐一掌握單個知識點過渡到整體建構知識網絡。命題時，教師可以從主題內知識內容的分級和主題間知識內容的關聯入手，引導學生更好地理解物理學習主題，綜合提升物理核心素養。例3把三個與斜面有關的實驗整合在一起，綜合考查學生的物理核心素養。

例3? 在八年級第二學期的物理學習中，我們用斜面做過多次實驗，圖3是“探究阻力對物體運動的影響”實驗，圖4是“探究動能大小與哪些因素有關”實驗，圖5是“測定斜面的機械效率”實驗。

（1）在圖3、圖4所示實驗中都有“讓小車或小球從斜面的同一高度自由下滑”的步驟，這樣操作是為了使小車或小球到達水平面上的初速度相同/到達斜面底端時的速度相同。

（2）在圖3所示實驗中，阻力對物體運動的影響是由小車在水平面上運動的距離來顯示的；在圖4所示實驗中，速度一定時，小球的質量越大，動能就越大。

（3）在圖5所示實驗中，被拉木塊的重力為4.5N，彈簧測力計示數為1.8N，斜面長1.2m，高0.3m，則斜面的效率為62.5%；在圖5中畫出沿斜面勻速拉動木塊時，木塊所受摩擦力f的示意圖。

本題將課標規定必做的三個實驗通過“斜面”主題整合在一起，把散點狀的問題整合為具有整體性的結構化問題，使測試過程變成學生完成有思維含量的挑戰性任務的過程。此題的導向是，教師要重視“綜合與實踐”教學，精心選擇活動主題，讓學生在實踐中學會發現問題、分析問題，并提煉解決相似問題的思維路徑。

（作者單位：胡國新，武漢市武昌區教育局教研培訓中心；林穎，武漢市南湖中學）

胡國新，特級教師，正高級教師，湖北名師，湖北物理名師工作室主持人，湖北省優秀物理教研員，湖北省“國培計劃”優秀培訓教師，全國優質課比賽物理優秀指導教師；倡導“以問導學，以趣樂學，以評促學”教學理念，執教的《伏安法測電阻》在湖北省中學物理教學創新大賽中獲一等獎，撰寫的多篇論文在《中學物理教學參考》《物理教學探討》等期刊發表，主持的湖北省教育學會課題被評為一等獎。