作者简介：马兆华，北京市海淀区教师进修学校中学高级教师，
李红是北京市西城区教育培训学院的一名中学高级教师。
原文刊于《中国考试》2020年第10期第39-45页。
摘要：物理关键能力是核心素养的重要组成部分，促进学生物理关键能力发展是初中物理教学落实核心素养的重要任务。通过分析北京中考物理试题对物理关键能力的考查方式，可以得到初中物理教学促进学生学科核心能力发展的几点启示：引导学生课前自主学习、统筹规划、整体设计、重视实验教学、改进作业设计。
关键词：中考物理；重点学科能力；物理教学；核心素养；命题
2014年，教育部发布《关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见》，明确指出要研究制定学生发展的核心素养体系和学业质量标准，明确学生完成不同阶段、年级、学科学习内容后应达到的水平要求，引导教师准确把握教学的深度和广度，使考试评价更准确地体现人才培养的要求[1]。由此拉开了以核心素养体系为核心的中学课程与考试改革序幕。2017年底，教育部颁布了围绕核心素养进行修订的《普通高中物理课程标准（2017年版）》。义务教育物理课程标准正在修订中，推动核心物理素养发展也将成为初中物理教学与考试的核心任务。
物理学关键能力内涵解读
物理学核心能力是核心能力的重要组成部分。北京师范大学物理教育研究组将物理学核心能力定义为学生顺利开展物理学认知活动和问题解决活动所必需的稳定的心理调节机制，能够表现出相对稳定的心理和行为特征，是物理学学习和学习结果可观察、可外显的品质。其内涵是系统结构化的物理学核心知识和技能以及核心活动经验图式（稳定的物理学经验结构），能够对学习行为产生方向性和执行性的调控作用[2] 19-20。物理学认知活动和问题解决活动可分为两类：一类是从不知道到知道的学习过程，即“知识和经验的输入”；一类是从不知道到能运用知识的过程，即“知识和经验的输出”[2] 19-20。
物理学的关键能力包括学习理解能力、应用实践能力、迁移创新能力。学习理解能力对应于“知识经验的输入”过程，是对物理知识学习能力的描述，包括知识经验的记忆、辨别、确认、概括、联想、论证等物理学习理解活动，可分为观察记忆、概括论证、联想综合三个能力要素。应用实践能力对应于“知识经验的输出”过程，是运用物理学核心知识、活动经验和科学思维完成具体物理活动、分析解释物理现象、解决实际问题的能力，包括分析解释物理现象、基于一定前提对物理问题进行预测推断、选择设计解决问题的方法等应用实践活动，可分为分析解释、推理预测、综合应用三个能力要素。迁移创新能力对应于“知识经验的高级输出”过程。 它是运用核心物理知识、活动经验、科学方法等解决不熟悉问题、发现新知识、新方法的能力，包括复杂推理、发散思维、创造性设计、批判性思维、建构新模型等物理学中的创造性活动。可分为直觉联想、迁移与质疑、建构新模型三个能力要素[3]。物理学中关键能力的内涵及表现总结如表1所示。
针对重点学科能力的中考物理试题制定探索
中考是监控和有效反映我国义务教育阶段教育质量的重要手段。本文以北京中考物理试题为例，对物理学科关键能力的考核进行探索。自2015年起，北京中考物理加强了实验探究题的分值和数量，设置了科普阅读题，并从教材和学生课堂表现中挖掘素材考察学生的学习过程，力图在具体情境中考察物理关键能力。通过对北京中考物理试题的分析可以看出，相对于其他能力要素，物理六大关键能力要素，即观察与记忆、概括与论证、联想与综合、分析与解释、推理与预测、直觉联想的考核方式有了一定的突破。
2.1 观察记忆测试
学习理解是物理学习的基础，学习理解能力是物理关键能力的重要组成部分，观察记忆能力是学习理解能力的最基本要素，该类试题的设计主要是通过图片与试题的搭配，丰富考试情境。
例 1（2019 年第 5 题） 在图 1 所示的工具中，哪一个在使用时是费力的杠杆？
例1以实际使用中常见的工具为材料，考查学生对杠杆的理解。北京中考物理试题中大量题目配有图片或图形，解答题目需要学生观察、提取信息，并将信息与知识进行匹配，凸显了观察和记忆能力在物理学习中的基础性和重要性。
2.2 概括和论证问题
概括与论证能力是指在学习和理解过程中进行抽象、概括的能力，以及推理获得知识的能力。北京中考物理考试对概括与论证能力的考查多以课本内容为依据，从学习过程的角度进行试题设计。
例2（2018年第13题）如图2所示实验，将一个小铁球从斜面顶部静止释放，观察其在水平桌面上的运动轨迹如图2A中虚线OA所示。在OA方向的一侧放置一块磁铁，再次将小铁球从斜面顶部静止释放，观察其在水平桌面上的运动轨迹如图2B中虚线OB所示。从上述实验现象可以得出的结论是
A.小铁球因为受到向前的力，所以继续在桌子上运动。
B.磁铁对小铁球没有作用力。
C.力可以改变小铁球的方向
D. 力能使小铁球变形
例2考察学生对运动与力的关系的理解。本题背景材料来自人教版教材，通过实验说明力可以改变物体的运动状态。从题目设置上看，要求学生根据实验现象得出结论。通过观察有磁铁和无磁铁时球的运动方向的变化，得出结论力可以改变球的运动方向。通过设置这样的问题，引导教学培养学生根据证据进行科学推断和科学论证的能力。
2.3 相关积分问题
在理解物理概念的基础上，注重概念间关系、构建知识结构框架，是学习理解能力维度的高阶要求。考查联系整合能力要素的试题不仅在中考试题中起到区分作用，而且可以引导教学注重知识间关系、知识体系的形成。
例 3（2015 年，第 19 题）如图 3 所示，水平桌子由均匀粗糙的同种材料制成，上面放置一个质量为 m1 的木块，木块通过一条跨过定滑轮的细绳与一个质量为 m2 的钩子相连。木块在与桌子平行的细绳拉力作用下，作匀速直线运动，运动一段时间后，钩子触地后立即停止，木块继续滑行一段距离，停在桌子上。绳子的重量、轮子与轴之间的摩擦力均可忽略不计。下列哪项表述是正确的？
A.当块以恒定速度运动时，其机械能会增加。
B.木块在匀速运动过程中，作用在木块和钩子上的重力均不做任何功。
C.随着钩子落地后木块继续滑动，其动能越来越小
D.钩子落地后，木块继续滑动，木块所受的摩擦力为m2g
例3中的测试情境对于初中生来说比较熟悉，但也有一定的难度，内容比较全面。从测试题目来看，重点考查学生对概念间关系的理解，突出联想整合能力的要素。测试情境中涉及到力与运动的关系、机械能、功、摩擦力等物理概念。判断选项是否正确，需要对力与运动的关系、机械能及其变化等概念进行联想整合；通过联想整合能力要素的培养，得出判断机械能变化的方法：判断重力势能与动能之和如何变化；通过提取情境中木块匀速运动、高度不变的条件，推断木块的机械能为常数，从而做出正确判断。
2.4 分析并解释试题
分析解释能力是应用实践能力的重要指标。北京中考物理考试注重知识的应用和问题解决，试题结合学生日常生活素材，设置问题情境，要求学生从问题情境中提取关键信息，调用相应的物理概念、模型和规律，对问题情境或物理现象做出合理解释。
例四（2015年第43题）潜艇一般下潜几百米，蛟龙号一般下潜几千米，蛟龙号在深海浮上来时必须丢弃压舱铁，不能像潜艇那样放水，请写出可能的原因及你的理由。（注：本题为科普阅读题，阅读部分省略）
以例4为例，学生需要从测试题设置的问题情境中提取出蛟龙号与普通潜艇下潜深度不同的关键信息，然后利用液体压力、物体上浮下沉情况等相关知识，对比分析普通潜艇与蛟龙号的工作环境，解释为何蛟龙号在几千米深的海底放水也无法上浮。此题让学生运用所学的相关物理概念进行分析解释，从而达到考察分析解释能力要素的目的。
2.5 推理预测试问题
北京中考物理考试针对初中生的思维水平，通常通过将物理问题置于特定的情境中，让学生结合情境条件和相关物理知识做出合理的猜测和假设，来考查推理和预测能力要素。
例5（2019年31题(2)）某学生测量了额定电压为2.5V的小灯泡L在不同电压下的电阻，进行了多次测量，测得的数据如下表所示。
①小灯泡L正常点亮时，其电阻RL为Ω。（结果四舍五入到小数点后一位）
②把两只与小灯泡L规格相同的小灯泡串联到电路中，如图4所示，闭合开关，调节滑动变阻器，使电压表读数为1.8V，电流表读数应为____A。
测量小灯泡的电阻是初中物理和电学中的一个重要实验，涉及很多的知识技能。问题1要求学生利用表格中的数据，代入欧姆定律进行推理计算，考察学生的初级推理能力；问题2要求学生先根据对小灯泡工作状态的了解，预测两个灯泡串联时每个灯泡两端的电压，再根据预测结果利用欧姆定律进行推理，得出最后的结果。试题中给出的条件强调了电阻的工作状态，让学生通过表格提供的数据，推理预测表头的读数，而不是凭空猜测，体现了对推理预测能力要素的考察。
2.6 直觉联想测试
迁移与创新能力要素主要指解决不熟悉问题和发现新知识、新方法的能力。在迁移与创新三要素中，迁移、质疑、构建新模型的能力对初中生的要求较高。因此，北京中考物理考试重点考查直觉联想能力。
例六（2017年第27题）为比较两种新型保温材料A、B的保温效果，将这两种保温材料制成形状、结构、厚度完全相同的保温管。在两根保温管内同时放置温度为80℃的相同恒温源，其剖面图如图5所示。将两根保温管置于室温为20℃的房间内，每隔10分钟测量一次两根保温管外表面A、B点的温度。根据记录的实验数据绘制的曲线图如图6所示。曲线图一为保温材料A制成的保温管外表面随时间的温度变化，曲线图二为保温材料B制成的保温管外表面随时间的温度变化。结合实验过程及图片，判断下列4个选项中正确的是
A、保温效果可以用单位时间内保温管外表面的温度变化来表示。
B、材料A的保温效果优于材料B。
C、材料B的保温效果优于材料A。
D、若将两个保温筒中的80℃恒温源替换为-18℃恒温源，其他条件不变，则无法比较A、B两种保温材料保温效果。
例6以一个熟悉的生活情境，但陌生的知识——“保温效应”作为问题情境。对于学生来说，要比较保温效应，既要考虑温度的变化，又要考虑温度变化所对应的时间，但题干并没有提供明确的信息。要正确回答这道题，需要学生将陌生的情境问题“保温效应”与其他核心概念下的图像、实验设计方法联系起来，先进行联想，再做出合理的判断。这类题目需要学生依靠物理直觉，将物理知识与其他核心概念联系起来解决问题，考验的是直觉联想能力要素。
基于物理关键能力培养的教学启示
通过对上述中考物理试题所考察的重点学科能力的分析，我们对高中物理教学如何促进学生物理重点学科能力发展有以下几点启示。
3.1 引导学生课前自学，提高观察、记忆、概括和论证能力
为培养学生物理关键能力，中学物理教学应转变教与学方式，引导学生学会自主学习。课前学习是培养学生学习理解能力的有效途径和方法。物理学习过程是从感性认识到本质分析的过程。学习物理应联系现实、联系社会，引导学生观察、实践、思考、理解，给学生更多的独立观察空间，更多的独立思考、总结的时间。如在讲授《压力》一课前，先引导学生对比观察运动员滑雪时背着滑雪板和人在雪地行走的图片，或体验用两个手指按压削尖的铅笔两端等活动，思考力的作用是怎样表现的，如何比较力的作用大小；再引导学生体验教材提供的探索性实验，进行心理加工，初步形成对压力的认识。在课前学习中，学生主动获取新知识，主动运用已有知识去理解。 在此过程中，即使学生的一些疑惑和问题没有得到解决，但他们所经历的思考过程却能有效促进观察力、记忆力、概括力、论证力的发展。
3.2 统筹协调的教学设计促进学生重点学科能力发展
培养学生关键学科能力的教学策略和方法有很多种，但需要统筹兼顾、整体设计。物理概念和规律的形成过程蕴含着丰富的学科思想和解决问题的方法，每个概念和规律的学习都可以帮助学生发展能力，通过一个概念的学习，可能对学生的学科能力培养起到多方面的作用。但学生的学习时间有限，需要结合教学内容，科学合理地设计培养物理关键学科能力的阶段性目标，以提升能力培养的针对性和实效性。例如，在学习热现象、光学现象时，可以注重培养观察和记忆能力；在初步学习力、压强、浮力等核心概念时学科网物理试卷，可以注重培养概括和论证能力；在总结章节或复习阶段时，可以注重培养联想和整合能力；在学习运动与力的关系时，可以注重培养分析和解释能力；等等。 将目标与教学内容相结合，分解到各个单元，再细化为具体的课堂内容，统筹规划能力发展目标与教学方式，才能结合学情，使学生的能力有的放矢地得到提高与发展。
3.3 重视物理实验教学，促进物理关键能力的全面发展
物理实验教学不仅可以丰富学生的感性知识，而且有利于学生科学思维的发展。通过物理实验教学，可以激活学生的思维，学生思维品质和关键学科能力的飞跃往往发生在实验教学中。例如，在学习光的传播时，看似简单的实验，通过有效的设计，也能发挥实验教学培养学生能力的作用。可以设计以下教学环节：环节一演示光在空气、水、玻璃中的直线传播，学生得出结论“光是直线传播的”，教师或学生提问“是不是直线传播的？”；环节二演示光从一种介质偏转到另一种介质的现象，学生补充条件得出“光在同样的介质中是直线传播的”，再次质疑条件；环节三演示光在同样的非均匀糖水中的弯曲路径，再次补充条件得出“光在同样的均匀介质中是直线传播的”； 环节4将糖水搅拌均匀，观察光的直线传播，验证环节3中的结论。
在这个实验教学中，学生多次观察光的传播路径，根据观察结果分析光的传播方向为什么会改变，最后根据多次实验的结果总结出光直线传播的条件。这样的教学环节，能够使学生在一定程度上发展观察、分析、概括、论证等关键学科能力要素。
3.4通过改进任务设计，有针对性地提升要素关联整合与综合应用能力
作业是教学过程中不可或缺的环节，也是巩固教学内容、检验教学效果、诊断学生关键能力发展的重要工具。在作业设计中，针对性地诊断联想整合、综合运用等高水平的知识输入输出能力，有利于促进学生关键能力的发展。在设计作业时，应注重考察知识之间的关联性、多个知识或单一知识在多个过程中的应用学科网物理试卷，通过作业题目的设计，有针对性地提高学生的联想整合和综合运用能力。例7是一道指向联想整合能力要素的作业题目。
例7 知识网络图通常用文字、方框、箭头等来表示，可以帮助我们理清知识之间的联系。对于“运动”和“力”这两个物理术语，你会想到哪些相关概念？这些概念之间有什么联系？请用知识网络图尽可能详细地表达出来。
例7要求学生首先用发散思维，围绕“运动”和“力”两个重要概念，在一定的线索下回忆相关概念和规律；然后，根据所学概念和规律之间的逻辑关系，用文字、方框、箭头等表示这些概念和规律之间的关系。影响本题答案的主要因素是对这些概念的理解深度，特别是概念之间的关联程度。此类作业题可以促进学生注意概念之间的联系和建构意识，培养学生综合联想的能力。同时，不同学习阶段、不同能力水平的学生给出的答案会有很大差异。通过对学生答案的分析诊断，可以了解学生建构知识体系的程度，并以此为基础开展培养物理关键能力的教学。
