用概念圖對2019年全國Ⅰ卷理綜25題進行深度分析

陳麗珊

摘? 要：文章給出了2019年全國Ⅰ卷理綜25題的另一種解法，并依托概念圖對這一解法進行深度剖析，闡釋了利用概念圖可以促進學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的達成，為學(xué)業(yè)質(zhì)量水平層次的評價提供可視化的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：概念圖;高考試題;深度分析

概念圖是由英文單詞“concept map”翻譯而來，是美國康奈爾大學(xué)心理學(xué)家約瑟夫D諾瓦克（Joseph D. Novak）提出的，他認為概念圖是一種知識以及知識之間的關(guān)系網(wǎng)絡(luò)圖形化的表征，也是思維可視化的表征[1]。同時，概念圖也是概念的集合和概念之間的互連，使知識結(jié)構(gòu)具有可評估性。一幅概念圖一般由“節(jié)點”“鏈接”和有關(guān)“文字標注”組成。概念圖的應(yīng)用廣泛，功能較多。對高中物理學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)定位有指導(dǎo)作用，可以促進《普通高中物理課程標準（2017年版）》[2]中的“物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”四個維度在教學(xué)中的有效達成。同時，對學(xué)業(yè)質(zhì)量水平層次的精準評價也有指導(dǎo)作用，對學(xué)業(yè)質(zhì)量水平層次中提到的問題情境的復(fù)雜程度、知識與技能的結(jié)構(gòu)化程度、思維方式或者價值觀念的綜合程度作出合理判斷。下面以一道高考題為例進行分析。

1? ? 原題示例

（2019年全國Ⅰ卷理綜25題） 豎直面內(nèi)一傾斜軌道與一足夠長的水平軌道通過一小段光滑圓弧平滑連接，小物塊B靜止于水平軌道的最左端，如圖1（a）所示。t=0時刻，小物塊A在傾斜軌道上從靜止開始下滑，一段時間后與B發(fā)生彈性碰撞（碰撞時間極短）;當(dāng)A返回到傾斜軌道上的P點（圖中未標出）時，速度減為0，此時對其施加一外力，使其在傾斜軌道上保持靜止。物塊A運動的v-t圖像如圖1（b）所示，圖中的v1和t1均為未知量。已知A的質(zhì)量為m，初始時A與B的高度差為H，重力加速度大小為g，不計空氣阻力。

（1）求物塊B的質(zhì)量;

（2）在圖1（b）所描述的整個運動過程中，求物塊A克服摩擦力所做的功;

（3）已知兩物塊與軌道間的動摩擦因數(shù)均相等，在物塊B停止運動后，改變物塊與軌道間的動摩擦因數(shù)，然后將A從P點釋放，一段時間后A剛好能與B再次碰上。求改變前后動摩擦因數(shù)的比值。

2? ? 解析示例

（1）物塊A與物塊B相互作用，由動量守恒定律得：

3? ? 解后剖析

3.1? ? 建構(gòu)概念圖

與高考給出的參考答案的13個方程相比，思維量差不多。但這種解題思路定位更加精準，思維培養(yǎng)更有價值。因為這種解題思路更體現(xiàn)對物理學(xué)科核心素養(yǎng)的追尋，更突出學(xué)業(yè)質(zhì)量要求的水平層次，為了說明問題建立如圖2的概念圖。

3.2? ? 學(xué)科核心素養(yǎng)分析

通過對概念圖中提到的幾處關(guān)聯(lián)進行分析，使學(xué)生在物理觀念、科學(xué)思維、探究能力、實踐意識、科學(xué)態(tài)度等方面得到有效提升。關(guān)聯(lián)之處問題的解決可全面提高學(xué)生的問題解決能力，形成學(xué)科素養(yǎng)。利用概念圖能促進高中物理學(xué)科核心素養(yǎng)在教學(xué)中的有效達成，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：

第一是在“物理觀念”方面，物塊A在斜面上運動與受力情況體現(xiàn)了“運動與相互作用”的觀念，物塊A與物塊B發(fā)生碰撞的過程體現(xiàn)了“能量”的觀念。

第二是在“科學(xué)思維”方面，物塊在斜面上向上與向下運動的內(nèi)在聯(lián)系，通過具體推理論證等科學(xué)思維方法，得出物塊在斜面上的運動情況是由tanθ與μ的大小共同決定，這是基于事實證據(jù)和科學(xué)推理進而提出創(chuàng)造性見解。

第三是在“科學(xué)探究”方面，兩物塊都在水平面上運動時可以探索出什么規(guī)律？從功能關(guān)系出發(fā)，采用控制變量的思想，得出物塊A、B在水平面上發(fā)生的位移相等時，可以找到這一規(guī)律，它體現(xiàn)了動摩擦因數(shù)的不同對運動速度變化的影響情況不一樣。這樣的探究過程對形成學(xué)生的綜合能力非常有幫助。

第四是在“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”方面，圖2中的構(gòu)建方式還有改進和完善的地方，可以引導(dǎo)學(xué)生去改進。不同的認知水平可以構(gòu)建出不同的概念圖。概念圖可以引導(dǎo)學(xué)生認識科學(xué)本質(zhì)、形成科學(xué)態(tài)度。對物理問題的研究是創(chuàng)造性的工作，概念圖還可以促進和評價學(xué)生學(xué)習(xí)和研究物理的內(nèi)在動機。

3.3? ? 學(xué)業(yè)質(zhì)量層級評價

高中物理學(xué)業(yè)質(zhì)量根據(jù)問題情境的復(fù)雜程度、知識與技能的結(jié)構(gòu)化程度、思維方式或價值觀念的綜合程度等劃分為不同水平[3]，但這樣的表述很宏觀、抽象，操作性不強。通過概念圖的建構(gòu)，問題情境的復(fù)雜程度、知識與技能的結(jié)構(gòu)化程度、思維方式的綜合程度就可視化了，在建構(gòu)出的概念圖中，層級結(jié)構(gòu)能夠充分展現(xiàn)概念與下屬概念的層級關(guān)系[3]，根據(jù)概念圖中的層級關(guān)系對學(xué)業(yè)質(zhì)量等級進行劃分就有可信的參考依據(jù)。

第一，在問題情境的復(fù)雜程度方面，通過建構(gòu)出的概念圖，可觀察橫縱向的層級多少。在概念圖中橫縱向?qū)蛹壍亩嗌袤w現(xiàn)了問題情境的復(fù)雜程度，尤其縱向的層級體現(xiàn)得最為明顯。

第二，在知識與技能的結(jié)構(gòu)化程度方面，通過建構(gòu)出的概念圖，觀察橫縱向的層級多少。比如，在圖2中從橫向可以看出，在斜面上向上運動時的受力、向下運動時的受力、向上運動時的運動規(guī)律、向下運動時的運動規(guī)律;在水平面上物塊A的運動規(guī)律、物塊B的運動規(guī)律等。在概念圖中橫縱向?qū)蛹壍亩嗌袤w現(xiàn)了知識與技能的結(jié)構(gòu)化程度，尤其橫向的層級體現(xiàn)得最為明顯。

第三，在思維方式的綜合程度方面，通過建構(gòu)出的概念圖，觀察橫縱向的關(guān)聯(lián)多少與出現(xiàn)的位置。比如，在圖2中可以看出，運動與受力的關(guān)聯(lián)、不同受力情況的關(guān)聯(lián)、不同運動情況的關(guān)聯(lián)、相互作用的關(guān)聯(lián)等共有五次，在關(guān)聯(lián)的地方就有物理規(guī)律呈現(xiàn)或者物理量間關(guān)系的出現(xiàn)，這里也是學(xué)科核心素養(yǎng)維度具體體現(xiàn)的地方。在概念圖中關(guān)聯(lián)的多少體現(xiàn)了思維方式的綜合程度，尤其關(guān)聯(lián)在橫縱向?qū)蛹壸疃嗟奈恢?，思維的綜合程度要求越高。

根據(jù)解析及概念圖（圖2）可以看出，第一問考查了水平2與水平3，第二問考查了水平3，第三問考查了水平4，這與新課標的要求相符。

4? ? 結(jié)? 語

美國認知教育心理學(xué)家奧蘇貝爾的有意義的學(xué)習(xí)，即學(xué)生學(xué)習(xí)新知識的過程是以已有的知識經(jīng)驗為基礎(chǔ)，它揭示了學(xué)生知識學(xué)習(xí)的最本質(zhì)的特征之一。美國康奈爾大學(xué)（comell University）一直從事元認知研究的諾瓦克教授根據(jù)奧蘇貝爾的理論開發(fā)了概念圖這樣一種新的認知工具，使得抽象的知識可視化，知識的可視化正成為我們有效獲取知識、建構(gòu)知識的有效方式。在教學(xué)中，依托概念圖指導(dǎo)教學(xué)實踐可以讓理論得到提升，讓實踐得到落地。教師可以更好地把握學(xué)業(yè)質(zhì)量要求，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，落實合理水平層次的教學(xué)設(shè)計，精準地促進學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的提升及相關(guān)水平的達成。在考試中，依托概念圖指導(dǎo)學(xué)業(yè)水平考試命題，可以落實發(fā)展學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的課程目標，有利于將題目難度控制在相應(yīng)的水平層次，避免考試中出現(xiàn)偏題、怪題、超標題，為考什么、怎么考、考到什么程度提供了依據(jù)。

參考文獻：

[1]約瑟夫D.諾瓦克.趙國慶，吳金閃，唐京京，等譯.概念圖促進企業(yè)和學(xué)校的學(xué)習(xí)變革[M].北京：人民郵電出版社，2019：37.

[2]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018：45.

[3]陳棟梁.概念圖教學(xué)提升物理思維品質(zhì)的策略研究[J].物理教師，2019，40（3）：20-22，25.

（欄目編輯? ? 陳? 潔）