生活化物理實(shí)驗(yàn)考查及應(yīng)對策略①
——以2020年中考題為例

錢士莊

(江蘇省揚(yáng)州市江都區(qū)仙城中學(xué),江蘇 揚(yáng)州 225200)

1 引言

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2011年版)》指出：實(shí)驗(yàn)探究既是物理學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容,也是物理學(xué)習(xí)的重要方法。[1]縱觀近年全國各地的中考物理試題,實(shí)驗(yàn)探究的考查成為必選,其中生活化物理實(shí)驗(yàn)的考查正成為一種新趨勢。生活化物理實(shí)驗(yàn)源自于學(xué)生的實(shí)際生活，與課程標(biāo)準(zhǔn)倡導(dǎo)的“從生活走向物理,從物理走向社會(huì)”的課程理念高度契合。

筆者對近年來中考生活化物理實(shí)驗(yàn)題做了深入研究，現(xiàn)以2020年中考題為例,從核心素養(yǎng)角度探討生活化物理實(shí)驗(yàn)的考查及應(yīng)對策略。

2 典型例題及分析

初中物理學(xué)科核心素養(yǎng)包括概括理解、實(shí)驗(yàn)探究、實(shí)踐應(yīng)用和求實(shí)創(chuàng)新四個(gè)方面,[2]中考命題者常以生活中常見物品為載體，從上述四個(gè)方面命制生活化物理實(shí)驗(yàn)考查題,貼近學(xué)生實(shí)際生活,符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律,非常接地氣。

2.1 從概括理解的視角分析生活化物理實(shí)驗(yàn)試題

例1(2020年揚(yáng)州)：如圖1所示，將一塊有機(jī)玻璃板架在兩本書之間,用干燥的絲綢在有機(jī)玻璃板上摩擦后,看到有機(jī)玻璃板下方的小紙屑上下飛舞。有機(jī)玻璃板由于摩擦帶上,具有的性質(zhì)。

圖1

分析：該題以有機(jī)玻璃板、絲綢和小紙屑等生活中常見物品設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),涉及的知識點(diǎn)是靜電現(xiàn)象,從核心素養(yǎng)考查中的概括理解角度切入,主要考查觀察與建模、概括與推理能力。本題對觀察與建模的考查要求較低,即能對簡單的物理現(xiàn)象進(jìn)行描述,并從中獲取一些信息；對概括與推理的考查要求也較低，能發(fā)現(xiàn)事物的一些特征,了解相關(guān)的概念和規(guī)律,會(huì)進(jìn)行簡單的推理。要求學(xué)生能夠關(guān)注到小紙屑上下飛舞的現(xiàn)象,從中推理出靜電的存在,進(jìn)而得出帶電體具有吸引輕小物體的性質(zhì)。

2.2 從實(shí)驗(yàn)探究的視角分析生活化物理實(shí)驗(yàn)試題

例2(2020年南通)：如圖2所示，褲架上的兩個(gè)夾子分別夾住一條毛巾。以下方法能使褲架在水平位置平衡的是( )。

圖2

A. 右邊夾子向左移動(dòng)

B. 左邊夾子向左移動(dòng)

C. 右邊毛巾的下角夾在左邊夾子上

D. 左邊毛巾的下角夾在右邊夾子上

分析：該題以褲架、毛巾和夾子為素材,以褲架掛曬衣物這一生活中常見情景命題。該題從核心素養(yǎng)中的實(shí)驗(yàn)探究視角命題,對實(shí)驗(yàn)探究中設(shè)計(jì)與操作的考查要求為中等水平，要求能圍繞猜想和假設(shè),運(yùn)用物理知識設(shè)計(jì)簡單的實(shí)驗(yàn)方案;能利用實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。首先要明確褲架是一個(gè)杠桿,杠桿左低右高,可根據(jù)杠桿平衡原理進(jìn)行調(diào)節(jié)。從力臂角度考慮:可以減小左端的力臂,即將左邊的夾子向右移;也可以增大右端的力臂,即將右邊的夾子向右移。從力的角度考慮,減小左端的力或增大右端的力,即可以將左邊的毛巾的下角夾在右邊夾子上。

2.3 從實(shí)踐應(yīng)用視角分析生活化物理實(shí)驗(yàn)試題

例3(2020年南通)：在綜合實(shí)踐活動(dòng)中,小明制作了一只長12cm、寬5cm的小紙船,如圖3所示，圖4是按圖3中箭頭方向觀察到的船的主視圖。現(xiàn)讓紙船漂浮在水面上,向船內(nèi)輕輕放入目前我們常用的一元硬幣,估測紙船最多能承載的硬幣數(shù)目最接近( )。

圖3

圖4

A.15枚 B. 35枚 C. 55枚 D. 75枚

分析：該題以學(xué)生手工制作的紙船為載體命制生活化物理實(shí)驗(yàn)題,從核心素養(yǎng)的實(shí)踐應(yīng)用角度進(jìn)行考查,對于思想與方法考查要求為中等水平，針對一般情境的問題,能應(yīng)用控制變量法、轉(zhuǎn)換法、等效替代法等科學(xué)方法,明確思路,初步解決問題;能運(yùn)用圖像、方程等數(shù)學(xué)工具,簡單處理信息,得出初步結(jié)論。該題主要涉及阿基米德原理、質(zhì)量估測等物理知識。根據(jù)圖4,以紙船長度為標(biāo)準(zhǔn)估算出紙船的高度,進(jìn)而估算出紙船的體積。當(dāng)紙船承載的硬幣數(shù)量最多時(shí),根據(jù)阿基米德原理估算出紙船所受最大浮力。由二力平衡可知：放入船中硬幣所受的總重力與紙船所受的最大浮力大小相等,結(jié)合對一枚一元硬幣質(zhì)量的估算,即可得出硬幣的數(shù)量。

2.4 從求實(shí)創(chuàng)新視角分析生活化物理實(shí)驗(yàn)試題

例4(2020年蘇州)：Phyphox是一款功能強(qiáng)大的物理實(shí)驗(yàn)手機(jī)軟件。其中的Acoustic Stopwatch功能能夠自動(dòng)記錄下所接受到的兩次響聲之間的時(shí)間間隔:當(dāng)手機(jī)接收到第一次響聲時(shí)便自動(dòng)計(jì)時(shí),當(dāng)再次接收到響聲時(shí)計(jì)時(shí)自動(dòng)停止(類似于使用秒表時(shí)的啟動(dòng)和停止)，由于對聲音的響應(yīng)非常靈敏,計(jì)時(shí)可精確到0.001s。

甲、乙兩人使用手機(jī)在空曠安靜的廣場上測量聲音的傳播速度。他們分別站于間距測量值為s的A、B兩處,打開手機(jī)軟件做好計(jì)時(shí)準(zhǔn)備,如圖5所示。甲先在手機(jī)邊擊掌一次,乙聽到擊掌聲之后,也在手機(jī)邊擊掌一次,查看甲、乙兩手機(jī)均有效記錄下了兩次掌聲的時(shí)間間隔,分別為t甲、t乙。

圖5

(1) 若已知空氣中的聲速為340m/s,0.001s內(nèi)聲音的傳播距離為m;

(2) 本實(shí)驗(yàn)中兩手機(jī)所記錄的時(shí)間大小關(guān)系是t甲t乙;

(3) 測得空氣中聲音的傳播速度v聲=。

分析：手機(jī)是學(xué)生非常熟悉的通信工具,以手機(jī)中計(jì)時(shí)軟件為背景命制試題,考查空氣中聲速的測量,屬于常規(guī)聲速測量方案的拓展延伸,在核心素養(yǎng)中屬于求實(shí)創(chuàng)新層面的考查,能將所學(xué)的思想方法應(yīng)用到復(fù)雜的新情境中，去分析、解決問題;具有創(chuàng)新意識,能在分析、解決問題時(shí)提出某些新的方法、思路和手段,獲得新的結(jié)果。測量空氣中聲速的常用方法是利用發(fā)令槍,測出從看到冒煙到聽到槍聲的時(shí)間,即為槍聲傳播的時(shí)間。試題在時(shí)間的測量上進(jìn)行了創(chuàng)新,需要學(xué)生理解題目情景的描述,正確認(rèn)識到甲、乙兩人所測時(shí)間的差值為聲音從A處傳到B處、再由B處傳到A處的時(shí)間,根據(jù)速度公式即可推出具體計(jì)算表達(dá)式。

3 應(yīng)對策略

中考中生活化物理實(shí)驗(yàn)試題源自于學(xué)生的日常生活,所用器材都是常見的物品,取材方便,便于中考命題人員進(jìn)行實(shí)際操作驗(yàn)證,符合核心素養(yǎng)的培養(yǎng)要求。應(yīng)該如何應(yīng)對生活化物理實(shí)驗(yàn)題的考查呢？

3.1 與時(shí)俱進(jìn),更新教師教育教學(xué)觀念

物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué),實(shí)驗(yàn)探究伴隨著物理學(xué)習(xí)的始終。隨著物理課程改革的深化,物理實(shí)驗(yàn)探究的重要性愈發(fā)凸顯。物理學(xué)科核心素養(yǎng)的提出,進(jìn)一步明確了對實(shí)驗(yàn)探究的要求，物理課堂不能沒有實(shí)驗(yàn)探究。然而,在實(shí)際教學(xué)中,重知識、輕實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象仍然存在。在相關(guān)課題針對生活化物理實(shí)驗(yàn)的問卷調(diào)查中發(fā)現(xiàn)：部分教師從來不組織實(shí)驗(yàn)教學(xué),演示實(shí)驗(yàn)都很少，看似唾手可得的生活化物理實(shí)驗(yàn)離一些物理課堂似乎還有點(diǎn)遠(yuǎn)。因此,物理教師需要進(jìn)一步解放思想、更新觀念,從根源上認(rèn)識到生活化物理實(shí)驗(yàn)的重要性,將生活化物理實(shí)驗(yàn)作為教學(xué)的“?？汀?做到與時(shí)俱進(jìn)。

3.2 激發(fā)興趣,培養(yǎng)學(xué)生概括理解能力

生活化物理實(shí)驗(yàn)是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的有效手段，以妙趣橫生的生活化物理實(shí)驗(yàn)為載體,通過學(xué)生意想不到的現(xiàn)象激發(fā)學(xué)生的好奇心,在生活化物理實(shí)驗(yàn)探究中培養(yǎng)學(xué)生觀察與建模、概括與推理、辨析與梳理等概括理解能力。

在蘇科版初中物理教材的“引言”中就安排了多個(gè)生活化物理實(shí)驗(yàn),如點(diǎn)燃玻璃罩中長短不一的兩根蠟燭,看哪一支先滅。學(xué)生急切地希望得知結(jié)果,興趣盎然,學(xué)生實(shí)驗(yàn)后會(huì)發(fā)現(xiàn)結(jié)果不盡相同,更能激發(fā)學(xué)生探究的欲望和興趣。該生活化物理實(shí)驗(yàn)探究的關(guān)注點(diǎn)不在于實(shí)驗(yàn)結(jié)果,而是側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生的觀察和建模能力,即只要求學(xué)生能描述觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,進(jìn)而能獲取一些信息。在利用常見物品設(shè)計(jì)此類生活化實(shí)驗(yàn)時(shí),教師應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生嘗試用語言表述觀察到的現(xiàn)象,使得學(xué)生的概括理解能力得到鍛煉和提高。

3.3 關(guān)注細(xì)節(jié),培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究能力

細(xì)節(jié)決定成敗,實(shí)驗(yàn)操作的某些細(xì)節(jié)直接影響著實(shí)驗(yàn)的成敗。在生活化物理實(shí)驗(yàn)操作中,要以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度關(guān)注實(shí)驗(yàn)的每個(gè)步驟,將學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究能力的培養(yǎng)落到實(shí)處。

在靜電現(xiàn)象的教學(xué)中,教師要求學(xué)生完成用吸管摩擦頭發(fā)吸引小紙屑的生活化物理實(shí)驗(yàn),部分同學(xué)卻失敗了,其實(shí)分發(fā)給學(xué)生的吸管中,部分是在水中浸泡過的。教師提醒學(xué)生注意對比實(shí)驗(yàn)成功與失敗小組同學(xué)的吸管,不少學(xué)生很快發(fā)現(xiàn)了吸管的干濕有別,據(jù)此有學(xué)生提出:摩擦起電可能要在干燥的環(huán)境中才能完成,這就是通過細(xì)節(jié)促進(jìn)了學(xué)生問題意識與猜想能力的提高。學(xué)生繼續(xù)利用干、濕吸管做對比實(shí)驗(yàn),培養(yǎng)了學(xué)生設(shè)計(jì)與操作能力。

3.4 善于引導(dǎo),培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力

“親其師,信其道”,物理教師應(yīng)該成為學(xué)生物理學(xué)習(xí)征途上的引路人。著眼于培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng),教師應(yīng)該實(shí)現(xiàn)從知識的教授者向?qū)W生能力培養(yǎng)的引路人的角色轉(zhuǎn)換,學(xué)生在生活化物理實(shí)驗(yàn)中倍感困惑時(shí)為他們指引方向,促進(jìn)學(xué)生分析與解釋、反思與評價(jià)等實(shí)踐應(yīng)用能力的提高。

在用兩根吸管制作噴霧器的生活化物理實(shí)驗(yàn)中,不少學(xué)生使出了吃奶的力氣,都沒有吹出水霧來。此時(shí),教師應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生注意水平管口面積大小問題,可以類比自來水水龍頭打開后用手指將出水口堵住一部分時(shí)水流會(huì)變快的現(xiàn)象。學(xué)生自然意識到可以適當(dāng)減小水平管的出氣孔面積,即將水平管口與豎直管重疊部分面積,實(shí)驗(yàn)問題迎刃而解。生活化物理實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)過程實(shí)際上就是學(xué)生分析與解釋、思想與方法、反思與評價(jià)等實(shí)踐應(yīng)用能力的培養(yǎng)過程。

3.5 敢于嘗試,培養(yǎng)學(xué)生求實(shí)創(chuàng)新能力

“盡信書,則不如無書”,物理實(shí)驗(yàn)探究更應(yīng)如此。進(jìn)行生活化物理實(shí)驗(yàn)探究時(shí),教師要提醒學(xué)生不能迷信權(quán)威、人云亦云,要實(shí)事求是、敢于嘗試。對于異常實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或結(jié)果,要敢于質(zhì)疑和求證,這樣才能通過生活化物理實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑、創(chuàng)新等能力。

覆杯實(shí)驗(yàn)是一個(gè)典型的生活化物理實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)時(shí)一般會(huì)強(qiáng)調(diào)杯中要裝滿水。如果裝滿水的杯子在倒置過程中進(jìn)入了空氣,實(shí)驗(yàn)?zāi)芊癯晒?？要求學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)。部分同學(xué)在杯中裝入極少的水草草進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),甚至個(gè)別同學(xué)未動(dòng)手就得出了不能成功的結(jié)論，這實(shí)際就是迷信權(quán)威結(jié)論在作祟。教師要充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性,提醒學(xué)生改變進(jìn)入杯子中空氣量的多少,多次對比實(shí)驗(yàn)。在大膽嘗試后,學(xué)生發(fā)現(xiàn)當(dāng)杯子中進(jìn)入少量空氣時(shí),覆杯實(shí)驗(yàn)仍然可以完成,結(jié)果出人意料,這實(shí)際上就是求實(shí)與質(zhì)疑能力的生成過程。

4 結(jié)語

物理源自生活,生活處處皆物理。生活化物理實(shí)驗(yàn)就是生活中常見問題或現(xiàn)象的呈現(xiàn)和探究過程,自然成為核心素養(yǎng)背景下中考題中的“寵兒”。物理教師應(yīng)該意識到生活化物理實(shí)驗(yàn)探究的重要性,將其作為日常教學(xué)的常規(guī)動(dòng)作。讓學(xué)生通過生活化物理實(shí)驗(yàn),逐步形成適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展所需要的必備品格和關(guān)鍵能力。[3]