考查思維能力 體現(xiàn)學科素養(yǎng)
——南京市2018年中考壓軸題賞析

(南京師范大學附屬中學新城初中怡康街分校，江蘇 南京 210000)

核心素養(yǎng)是指學生應具備的、能夠適應終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關鍵能力。中學物理核心素養(yǎng)主要由物理觀念、科學思維、科學探究和科學態(tài)度與責任四個方面的要素構(gòu)成?？茖W思維的內(nèi)涵是從物理學視角對客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關系的認識方式，是基于經(jīng)驗事實建構(gòu)理想模型的抽象概括過程，是分析綜合、推理論證等方法的內(nèi)化，是基于事實證據(jù)和科學推理對不同觀點和結(jié)論提出質(zhì)疑、批判、檢驗和修正，進而提出創(chuàng)造性見解的能力與品質(zhì)。

南京市2018年中考物理的最后一道壓軸題綜合性比較強，是一道體現(xiàn)學科核心素養(yǎng)培養(yǎng)要求的好題，對學生的科學思維能力要求較高，以下與大家一起賞析。

1 原題呈現(xiàn)

如圖1所示，在綜合實踐活動中，科技小組設計了一個能反映水平風力大小的裝置。電源電壓恒為16V，R0為定值電阻，L為額定電壓是2.5V的小燈泡，其I-U關系的部分數(shù)據(jù)如圖2所示，AB為長14cm、阻值60Ω粗細均勻的電阻絲(電阻絲的阻值與長度成正比)，OP為質(zhì)量、電阻均不計的金屬細桿，下端連接一個重2N的圓球P。閉合開關S，無風時，OP下垂并與A端接觸，此時電流表示數(shù)為0.2A；有風時，圓球P受風力作用，使OP繞懸掛點O偏轉(zhuǎn)，風對球的作用力F方向始終水平向右。已知OA為10cm，OP始終與AB接觸良好且無摩擦。求：

(1) 電流表示數(shù)為0.2A時燈泡的電阻。

(2) 無風時R0消耗的電功率。

(3) 為保護電路，允許風對球施加的最大作用力。

圖1

圖2

2 試題分析

該試題考查了學生三個方面的能力。

2.1 圖文結(jié)合，考查學生的文本閱讀能力

在布魯姆的教育目標分類中，將閱讀分為三級水平：第一級水平，要求學生把材料分解成各個組成部分，鑒別、交流內(nèi)容的各個要素或?qū)λ鼈冞M行分類，即要素分析；第二級水平，要求學生弄清各要素之間的相互關系，確定它們的相互聯(lián)結(jié)和相互作用，即關系分析；第三級水平則要求學生識別把交流內(nèi)容組合成一個整體的那些組織原則、排列和結(jié)構(gòu)，即組織原理分析。

這道壓軸題分別從以上三個等級考查了學生的閱讀能力：首先，學生要結(jié)合電路圖和圖像將文本描述的內(nèi)容轉(zhuǎn)化為物理語言，找到不同時刻小燈泡L、定值電阻R0和變化電阻RAB對應的物理量，即要素分析；其次，學生要根據(jù)串聯(lián)電路的電流特點、歐姆定律、電功率，將已有的物理量建立起聯(lián)系，即關系分析，從而解決試題的前兩問；最后，學生要從文本和電路圖中找到關鍵信息“風施加給球的力最大時，電阻RAB接入電路的阻值最小，電路中的電流最大”，從而找到解決第三問的突破口，即組織原理分析。

2.2 力電結(jié)合，考查學生的建模能力

試題將電學與力學的杠桿相結(jié)合，綜合性較強，要求學生能夠?qū)陀^事物進行抽象和概括，構(gòu)建反映事物本質(zhì)特征共同屬性的物理模型。學生在分析的過程中要把握兩個關鍵點。

(1) 建構(gòu)滑動變阻器模型，找到動態(tài)電路“動的位置”和“動的范圍”

從電學的角度分析，“有風時，OP繞懸掛點O轉(zhuǎn)動”，此時的電阻RAB和OP相當于滑動變阻器，OP相當于滑片。球受到風水平向右的作用力時，OP向右偏轉(zhuǎn)，RAB接入電路的電阻變小，這是此電路“動的位置”。當OP向右偏轉(zhuǎn)時，RAB接入電路的電阻變小，電源電壓不變，根據(jù)歐姆定律，電路中的電流就會增大。由小燈泡的I-U圖像可知，當小燈泡兩端的額定電壓為2.5V時，小燈泡的電流為0.3A，為了電路的安全，這就要求電路中的電流不能超過0.3A，所以OP又不能無限地向右偏轉(zhuǎn)，只能偏轉(zhuǎn)到電路中的電流為0.3A時，這就是此電路“動的范圍”。由此可以判斷電路中最大電流為0.3A時，球能承受的風力最大，根據(jù)歐姆定律，計算出RAB接入的電阻為30Ω。

(2) 建構(gòu)杠桿模型，找到力電聯(lián)系的結(jié)點

從力學的角度分析，“OP為質(zhì)量、電阻均不計的金屬細桿，有風時，OP繞懸掛點O轉(zhuǎn)動”，此時OP相當于一個輕質(zhì)杠桿，O為支點，“細桿下端連接一個重2N的圓球P，風對球的作用力F方向始終水平向右”，則風對球的作用力就是使杠桿轉(zhuǎn)動的動力，圓球受到的重力就是阻礙杠桿轉(zhuǎn)動的阻力。由此構(gòu)建杠桿的模型，畫出動力臂和阻力臂。如圖3所示，重力的力臂l2恰好與電阻絲AB平行，OA恰好在球受到風的作用力的力臂l1上。由“電阻絲的阻值與長度成正比”和球受到的風力最大時RAB接入的電阻為30Ω，建立杠桿與電阻絲之間的初步聯(lián)系。

2.3 數(shù)理結(jié)合，考查學生的分析綜合能力

圖3

學生在分析問題的過程中，要將數(shù)學和物理相融合，通過數(shù)學原理分析論證，再結(jié)合物理規(guī)律來解決問題，充分考查了學生的數(shù)理結(jié)合能力、對知識的綜合運用能力。

3 結(jié)語

這道壓軸題的立意較高，不僅考查了學生力學和電學知識的掌握情況，更注重考查學生對事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關系的認識；考查學生基于經(jīng)驗事實建構(gòu)理想模型的抽象概括能力；考查學生分析綜合、數(shù)理結(jié)合、推理論證的能力；將學生的思維方式顯化在分析的過程中，將學生的學科素養(yǎng)顯化在解題的過程中。筆者認為該題的立意對一線教師的教學具有一定的引領作用，對學生思維能力的發(fā)展和學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)具有一定的促進作用。