素养立意的物理实验试题设计

胡国新 林颖

在初中物理学教学检测中设置物理实验试题，有利于树立物理学科教学的正确导向，巩固学生对物理观念的理解，丰富学生的实验手段，提高学生的数据处理能力，进而强化学生的科学思维和探究能力，使学生形成科学态度与责任。怎样聚焦学生物理核心素养的培养，设计物理实验试题呢？

一、基于条件变换命题，培养科学思维

实验原理是物理实验的灵魂。近几年，各地中考试卷中实验题的设问指向既非简单地回答“是什么”，又非机械地回答“应该是什么”，而是在物理实验情境中理解“为什么”，通过分析、推理，判断“确实是什么”。基于此，教师在命题时要注意变换常规实验的条件，引导学生结合具体事实、鲜活案例、生活经验和基本的物理概念等进行深度思考、理性思考，以更好地培养学生的科学思维。

变换条件包括变换实验条件、变换实验情境、变换实验器材、变换图形、变换数据、变换提问方式等。这样的命题手段旨在通过考试评价提高学生思维的深刻性、灵活性、变通性，促进学生在实验探究中举一反三、触类旁通，进而发展科学思维。例1就是通过变换实验条件发展学生科学思维的典型试题。

例1  小红在家里的穿衣镜前看到镜中的自己，回想起课堂中做过的“探究平面镜成像的特点”实验（如图1所示）。

（1）小红面向穿衣镜举起右手，看到镜中的自己举起的是左手（选填“左手”或“右手”）。

（2）为了近距离观察自己，小红走近穿衣镜。在此过程中，镜中小红的像的大小将不变（选填“变大”“变小”或“不变”）。

（3）在“探究平面镜成像的特点”实验中，用透明玻璃板代替平面镜，是因为玻璃板既能反射光/成像/成虚像，又便于确定像的位置。

（4）为了得到像到平面镜的距离与物体到平面镜的距离的关系，需要将镜前的蜡烛放在不同（选填“同一”或“不同”）位置进行多次实验。这样做的原因是避免实验结论的偶然性。

（5）如图2所示，某同学曾在课堂实验中把两支完全相同的蜡烛A和B点燃，分别放在玻璃板的两侧，用来探究平面镜成像的特点。你对此的看法是光太强，看不清蜡烛在玻璃板后面的像/光太强，不便于确定像的位置。

第（1）（2）小题以情境呈现小红与自己镜中的像的大小关系、左右关系，考查的是虚像与物体的“对称性”。第（3）小题考查的是实验方案的选择及原因，涉及“等效替代法”的物理实验方法。第（4）小题考查的是物理探究型实验中数据处理的基本方法。第（5）小题“把两支完全相同的蜡烛A和B点燃”与教材情境不同，变化了实验条件，考查的是学生的创新意识、探究能力，有利于开阔学生的视野，拓展学生的思维。

本题的实验情境基于教材中的素材而设计，旨在引导学生在想象实验过程、思考实验现象、回顾平面镜成像特点的过程中，深化对探究平面镜成像特点的科学原理和方法的理解，培养崇尚真知的科学态度。特别是最后一问，对教材呈现的实验方法提出质疑，允许学生按照自己的思路作答。这样设计既有助于学生发展科学思维和探究能力，又有助于引领课堂教学聚焦创新型人才培养。

二、基于自制实验命题，培养创新意识

培养学生的创新意识是素质教育的重要任务，也是物理学科教学的重要目标。物理是以实验为基础的科学，教师命制物理实验试题时可以学生自制的实验器材作为命题背景，激发学生的学习能动性，唤起学生的求知欲望，帮助学生培养创新意识、积累实验案例，同时引导课堂教学注重知行合一、学以致用，体现物理课程的基础性、实践性特点。例2的设计基于教材“影响压力的作用效果的因素”实验，但改变了教材呈现的小桌、海绵等实验材料，选用矿泉水瓶为实验材料，引导学生自主设计实验，培养学生的创新意识。

例2  如图2所示，物理兴趣小组用一只矿泉水瓶和一块海绵等器材做“影响压力的作用效果的因素”探究实验。

（1）在A、B两步实验中，观察海绵的凹陷程度可知：压力一定时，压力的作用效果与受力面积有关。下列实例没有应用该结论的是C。

A.菜刀要经常磨一磨

B.书包要用宽的背带

C.汽车限重

D.蚊子能轻而易举地用口器刺破人的皮肤

（2）比较B、C两步实验，可得结论：受力面积一定时，压力越大，压力的作用效果越明显。

（3）如甲图所示，在装满水的矿泉水瓶侧壁的不同高度钻出A、B两个小孔，发现拧紧瓶盖时瓶中的水不会流出，这是因为大气压的作用，打开瓶盖后如图乙所示，水从两孔中流出，并且落在地面的位置与瓶底的距离不同，B孔中的水喷得更远，表明液体压强随深度变深而增大。

本题以学生熟悉的矿泉水瓶创设实验情境，对“探究影响压力作用效果的因素”实验进行了生活化改编，有利于学生发现生活中蕴藏着物理概念、规律，有利于引导学生运用物理学知识和方法，分析、解决生活中的实际问题，落实“从生活走向物理，从物理走向社会”的课程理念，增强学生用科学服务于人类的社会责任感和使命感。

三、整合多个实验命题，培养核心素养

教师应该以主题为引领，整合多个物理实验命制试题，突出知识主干，强化整體思维，引导学生从逐一掌握单个知识点过渡到整体建构知识网络。命题时，教师可以从主题内知识内容的分级和主题间知识内容的关联入手，引导学生更好地理解物理学习主题，综合提升物理核心素养。例3把三个与斜面有关的实验整合在一起，综合考查学生的物理核心素养。

例3  在八年级第二学期的物理学习中，我们用斜面做过多次实验，图3是“探究阻力对物体运动的影响”实验，图4是“探究动能大小与哪些因素有关”实验，图5是“测定斜面的机械效率”实验。

（1）在图3、图4所示实验中都有“让小车或小球从斜面的同一高度自由下滑”的步骤，这样操作是为了使小车或小球到达水平面上的初速度相同/到达斜面底端时的速度相同。

（2）在图3所示实验中，阻力对物体运动的影响是由小车在水平面上运动的距离来显示的；在图4所示实验中，速度一定时，小球的质量越大，动能就越大。

（3）在图5所示实验中，被拉木块的重力为4.5N，弹簧测力计示数为1.8N，斜面长1.2m，高0.3m，则斜面的效率为62.5%；在图5中画出沿斜面匀速拉动木块时，木块所受摩擦力f的示意图。

本题将课标规定必做的三个实验通过“斜面”主题整合在一起，把散点状的问题整合为具有整体性的结构化问题，使测试过程变成学生完成有思维含量的挑战性任务的过程。此题的导向是，教师要重视“综合与实践”教学，精心选择活动主题，让学生在实践中学会发现问题、分析问题，并提炼解决相似问题的思维路径。

（作者单位：胡国新，武汉市武昌区教育局教研培训中心；林颖，武汉市南湖中学）

胡国新，特级教师，正高级教师，湖北名师，湖北物理名师工作室主持人，湖北省优秀物理教研员，湖北省“国培计划”优秀培训教师，全国优质课比赛物理优秀指导教师；倡导“以问导学，以趣乐学，以评促学”教学理念，执教的《伏安法测电阻》在湖北省中学物理教学创新大赛中获一等奖，撰写的多篇论文在《中学物理教学参考》《物理教学探讨》等期刊发表，主持的湖北省教育学会课题被评为一等奖。