淺論物理情境化命題

淺論物理情境化命題陸永華1潘華君2（1.蘇州工業(yè)園區(qū)第二高級中學(xué)江蘇蘇州2150002.宜興第一中學(xué)江蘇宜興）由網(wǎng)傳“物理神器”——小滑塊談起“有一神器，外形可忽略、體積可為零；飛天遁水，無往不利；堅如磐石、滑潔如絲；必要的時候它可以帶電、也可以突破引力、甚至可以光速行進(jìn)！它折磨了幾代莘莘學(xué)子，我們?yōu)樗V狂不已，它就是傳說中的——小滑塊！”這個網(wǎng)絡(luò)流傳的“物理神器”從側(cè)面反映了我們目前考試評價的重要載體——物理試題的缺陷：局限于知識與技能，脫離實際物理情境，沒有評估出學(xué)生的真正能力，而僅僅說明了教師的期待值和學(xué)生的產(chǎn)出值之間的差距。比利時著名教育學(xué)家易克薩維耶?羅日葉認(rèn)為，這種評估方式容易造成“功能性文盲”現(xiàn)象，即學(xué)生的學(xué)習(xí)太理論化并脫離生活實際，不能將他們所學(xué)的知識能力運用于日常生活情境中。認(rèn)知心理學(xué)中關(guān)于“情境認(rèn)知”的研究表明，認(rèn)知活動具有情境關(guān)聯(lián)性，即特定“情境”或“場合”不僅能夠決定學(xué)生對事件意義的理解，還能影響學(xué)生的知覺內(nèi)容及學(xué)習(xí)方式，并對記憶產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。因此，情境化命題具有重要意義。物理試題的情境化心理學(xué)中的情境是指“對人有直接刺激作用，有一定的生物學(xué)意義和社會學(xué)意義的具體環(huán)境”即情境必須是具體的，具體可感性是情境的特質(zhì)。羅日葉認(rèn)為，一個情境主要由“支持工具”和“命令”兩部分組成，支持工具是一組呈現(xiàn)給考生的物質(zhì)因素，命令是從既定的支持工具出發(fā)，明確向考生提出的一組答題指示。結(jié)合我國物理習(xí)題現(xiàn)狀，物理情境化試題是指將物理概念、規(guī)律等知識與真實問題情境有機(jī)融合，考查考生對物理概念、規(guī)律等知識理解與應(yīng)用能力的試題，是介于“原始物理問題”與經(jīng)過簡化和抽象后的“純物理問題”之間的理論聯(lián)系實際的特殊類型試題（如圖1）。高考情境化試題的簡析教育測量學(xué)認(rèn)為，真正對知識的較高層次的運用是在新情境中對相關(guān)原理的運用。情境化試題有別于經(jīng)驗類型試題（無法形成解題障礙點，例如通過題海戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練可解決）和方法類型試題（一般在解題過程的中后端形成解題障礙點），往往在解題前端形成障礙點。在考查內(nèi)容基本保持穩(wěn)定且考生群體存在通過“題海”戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練備考的情況下，情境化試題對能力的測評更為全面準(zhǔn)確。在情境化試題解決過程中，所呈現(xiàn)的對學(xué)生掌握物理知識情況及知識更深層次的理解、解決問題所需的各種科學(xué)方法和能力、情境化試題本身所滲透的情感態(tài)度價值觀，與新課改中的三維培養(yǎng)目標(biāo)是一致的，將有助于進(jìn)一步厘清命題的基本思路，構(gòu)建命題的基本范式，為提升命題質(zhì)量奠定堅實的基礎(chǔ)。在高考中采用情境化試題，能夠較好地體現(xiàn)我國高考考試說明中“能力立意”的命題指導(dǎo)思想。隨著課改的不斷深入，高考情境化試題的數(shù)量和質(zhì)量都在進(jìn)一步提高，呈現(xiàn)方興未艾的趨勢。3.1高考試題設(shè)置的情境基于考生的認(rèn)知發(fā)展水平試題情境材料的甄選應(yīng)基于考生解決的可能性，考慮到考生的熟悉程度、可理解性以及考生的潛在水平，使其處于考生的最近發(fā)展區(qū)內(nèi)。既要防止情境過于熟悉導(dǎo)致試題的功能可能退化為考查考生簡單的記憶，又要防止試題的情境信息特征與考生實際經(jīng)驗的差異偏大、情境過于新穎而導(dǎo)致考生“沒有思路”。因此，應(yīng)基于考生認(rèn)知發(fā)展水平設(shè)置適恰的“既熟悉又陌生”試題情境。例如某高考題:拖把是由拖桿和拖把頭構(gòu)成的擦地工具（如圖2）。設(shè)拖把頭的質(zhì)量為m，拖桿質(zhì)量可以忽略；拖把頭與地板之間的動摩擦因數(shù)為常數(shù)卩，重力加速度為g，某同學(xué)用該拖把在水平地板上拖地時，沿拖桿方向推拖把，拖桿與豎直方向的夾角為&。①若拖把頭在地板上勻速移動，求推拖把的力的大小。②設(shè)能使該拖把在地板上從靜止剛好開始運動

的水平推力與此時地板對拖把的正壓力的比值為九。已知存在一臨界角0，若0<0，則不管沿拖桿方向的推力多大，都不可能使拖把從靜止開00始運動。求這一臨界角的正切tan0。0試題表現(xiàn)為“生活化情境、學(xué)術(shù)化描述、數(shù)學(xué)化思維”，基于考生的生活認(rèn)知設(shè)置“滑動頭拖把”的情境，考查共點力平衡的基礎(chǔ)知識，起點低，但落點高，有利于考查并甄別不同層次的考生水平，例如部分考生對題中“不管沿拖桿方向的推力多大，都不可能使拖把從靜止開始運動”缺乏真正的理解，認(rèn)為只有豎直用力才不能推動拖把，而用過拖把的考生很容易根據(jù)自己的體驗獲得重要的解題信息。試題情境設(shè)置引導(dǎo)考生在學(xué)習(xí)過程中要有“從生活走向物理”的實踐意識。3.2高考試題設(shè)置的情境中傳遞積極價值試題情境所呈現(xiàn)的背景不同、給考生的命令類型不同、賦予情境目的等不同，都可能對學(xué)生的價值觀產(chǎn)生潛移默化的影響。因此，高考試題設(shè)置的情境應(yīng)盡可能傳遞積極價值。例如某高考題創(chuàng)設(shè)的情境導(dǎo)引：“超導(dǎo)現(xiàn)象是20世紀(jì)人類重大發(fā)現(xiàn)之一，日前我國己研制出世界傳輸電流最大的高溫超導(dǎo)電纜并成功示范運行”，無形中增強(qiáng)考生的民族自豪感，引導(dǎo)學(xué)生投身科技，并給考生傳遞一種正能量。3.3高考試題設(shè)置的情境呈現(xiàn)方式多樣化實物照片等都是常見的呈現(xiàn)形式。例如某高考題：“以漫畫形式呈現(xiàn)中圖3圖4信號輸人墨盒AT+實物照片等都是常見的呈現(xiàn)形式。例如某高考題：“以漫畫形式呈現(xiàn)中圖3圖4信號輸人墨盒AT+紙胡U——r——帶電室-國式過馬路及馬路口平面示意圖（圖3）”，“噴墨打印機(jī)的簡化模型圖4”，“圖5伽利略1604年做斜面實驗時的一頁手稿照片，照片左上113242130932981645262558243661192497160064g2104角的三列數(shù)據(jù)表”等。情境材料的呈現(xiàn)方式多樣化，有利于提高試卷卷面設(shè)計科學(xué)性，使卷面整體協(xié)調(diào)，增加試卷的親和性,減少考生的文字閱讀量，有利于考生水平的發(fā)揮。試題情境材料以不同形式呈現(xiàn),可以使某些方面偏強(qiáng)的考生不會太討巧,某些方面偏弱的考生也有機(jī)會彌補其薄弱環(huán)節(jié)，并促進(jìn)考生關(guān)注提升處理多種信息材料的能力物理情境化命題的商榷4.1避免出現(xiàn)偽情境偽情境是指命題過程中只是換一種方式提出學(xué)生已經(jīng)熟悉的某個老問題。情境化命題面臨著問題設(shè)計的挑戰(zhàn)，應(yīng)體現(xiàn)“能力立意”作為問題設(shè)計的主導(dǎo)方向，以防止死記硬背、題海戰(zhàn)術(shù)的不良導(dǎo)向。例如：如圖6,傾斜雪道的長為25m，頂端高為15m,下端經(jīng)過一小段圓弧過渡后與很長的水平雪道相接，如圖所示。一滑雪運動員在傾斜雪道的頂端以水平速度v0=8m/s飛出，在落到傾斜雪道上時，運動員靠改變姿勢進(jìn)行緩沖使自己只保留沿斜面的分速度而不彈起。除緩沖過程外運動員可視為質(zhì)點，過渡圓弧光滑，其長度可忽略。設(shè)滑雪板與雪道的動摩擦因數(shù)m=0.2,求運動員在水平雪道上滑行的距離。題干條件雖然在表面形式上聯(lián)系了“滑雪運動”物理情境，提供了完美而詳細(xì)的數(shù)據(jù)，實際上并沒有為考生提供真實的問題情境，使研究缺乏原始生態(tài)性，考生解答時，不會關(guān)心

題中的滑雪運動員是男是女，甚至“人”在此處也成了物體的代名詞而已，與“滑塊——斜面”類典型習(xí)題無異。4.2避免情境材料與解題所需信息分離，情境空洞、虛假等形式化誤區(qū)很多物理試題都是抽象物理問題，嘗試在試題中融入一些具體情境，容易出現(xiàn)情境材料與解題所需信息分離“兩張皮”，情境相對空洞，甚至虛假等形式化的誤區(qū)。例如：美國科學(xué)家WillardS.Boyle與GeorgeE.Smith因電荷耦合器件(CCD)的重要發(fā)明榮獲2009年度諾貝爾物理學(xué)獎。CCD是將光學(xué)量轉(zhuǎn)變成電學(xué)量的傳感器。下列器件可作為傳感器的有()A.發(fā)光二極管B.熱敏電阻 C.霍爾元件 D.干電池選項中的4個器件都是考生較為熟悉的，與情境材料無因果關(guān)聯(lián)性，考生無需閱讀諾貝爾物理學(xué)獎相關(guān)情境，直接根據(jù)選項來判斷哪些器件可作為傳感器即可，情境材料與解題所需信息分離。又如：某人估測一豎直枯井深度，從井口豎直釋放一石頭并開始計時，經(jīng)2s聽到石頭落底聲.由此可知井深約為(不計聲音傳播時間，重力加速度g取10m/s2)()A．10m B．20m C．30m D．40m本題中的情境設(shè)置有虛假之嫌，日常生活中的枯井中，一般都生有雜草、堆有雜物等，丟進(jìn)的石子不一定能發(fā)出清晰能辨的落底聲，而且題中“不計聲音傳播時間”易于導(dǎo)致學(xué)生思維不嚴(yán)謹(jǐn)縝密，疏于實際運用，有故意迎合情境創(chuàng)設(shè)之意。4.3避免試題情境化程度過高，威脅情境化對試題的效度情境化是影響試題難度的重要因素之一，試題的情境化增加了試題的信息量，給考生呈現(xiàn)了一個真實的、未經(jīng)加工或抽象的復(fù)雜情境，使試題中所蘊涵的物理現(xiàn)象、物理規(guī)律更加隱蔽，若試題的情境化程度過高，則影響考生挖掘情境問題內(nèi)在的深層次表征，從而影響考生對解題模型的建立及解題路徑的形成，導(dǎo)致情境化降低試題的效度。例如：探究某種筆的彈跳問題時，把筆分成輕質(zhì)彈簧、內(nèi)芯和外殼三部分，其中內(nèi)芯和外殼質(zhì)量分別為m和4m。筆的彈跳過程分為三個階段：①把筆豎直倒立于水平硬桌面，下壓外殼使其下端接觸桌面如圖7(a去②由靜止釋放，外殼豎直上升至下端距桌面h時，與靜止的內(nèi)芯碰撞1如圖7(b)；③碰后，內(nèi)芯與外殼以共同的速度一起上升到外殼下端距桌面最大高度h處，如圖7(c)。設(shè)內(nèi)芯與外殼間的撞擊力遠(yuǎn)2大于筆所受重力，不計摩擦與空氣阻力，重力加速度為g。試題提供的情境是考生“耳熟能詳”的課間小游戲，被命題者捕捉并操刀命制，不失為一道好題，然而得分較低，原因在于考生對情境中筆的部分構(gòu)件形狀、部分構(gòu)件相對位置關(guān)系以及第二階段中外殼與內(nèi)芯碰撞時“粘合”方式等轉(zhuǎn)化提取物理常規(guī)模型較為困難，即對考生而言，涉及筆的結(jié)構(gòu)及運動的情境化程度較高，直接影響考生對解題思路的形成，造成了解題障礙。試題情境中出現(xiàn)的“陌生名詞”，有時候也會影響考生的順利解答。例如：2011年8月，“嫦娥二號”成功進(jìn)入了環(huán)繞“日地拉格朗日點”的軌道，我國成為世界上第三個造訪該點的國家。如圖8所示，該拉格朗日點位于太陽和地球連線的延長線上，一飛行器處于該點，在幾乎不消耗燃料的情況下與地球同步繞太陽做圓周運動.則此飛行器的()A.線速度大于地球的線速度B.向心加速度大于地球的向心加速度C.向心力僅有太陽的引力提供D.向心力僅由地球的引力提供部分考生不知試題和圖中情境“日地拉格朗日點”為何意，強(qiáng)迫性的把注意力集中在不能做出表象反應(yīng)的該語詞上面，形成障礙性思維反應(yīng)。4.4避免情境對學(xué)生產(chǎn)生顯著差異性影響在命制情境化試題過程中，應(yīng)給考生提供真正的靶向情境，能激發(fā)考生對已學(xué)習(xí)過的知識和技能進(jìn)行聯(lián)結(jié)，其中，情境的呈現(xiàn)方式是否對考生具有“新穎性”，不同的個體考生都是相對而言的，而試題情境對考生的“新穎性”程度，是考生是否有解題思路的重要影響因素之一。例如網(wǎng)上流傳的情境試題：在一次電子競技游戲比賽中，藍(lán)色方的披甲龍龜追趕還?！耙唤z血”的紅色方龍女，已知龍龜只有用“動力沖刺”的魔法值，并且召喚師技能都進(jìn)入冷卻時間，他以初速度為4m/s，加速度0.8m/s2做勻加速直線運動，加速時間為3s，之后保持這個速度向前滾動4s后停止；龍血武姬同時使用“烈火燎原”瞬間將速度提升為6.4m/s，并以0.7m/s2做勻減速直線運動，最終速度回落到4.3m/s，并且他們之間的初始距離為8m，7s內(nèi)追不上就會放棄擊殺，求：（1）披甲龍龜與龍血武姬之間的最大距離；（2）披甲龍龜能否追上并擊殺龍血武姬？筆者試探性給學(xué)生拋出此題，很多學(xué)生、尤其是女生顯得“云里霧里”，而打過該游戲的男同學(xué)則表現(xiàn)的很興奮，樂于嘗試解答試題?？梢?，由于試題情境牽涉地域經(jīng)驗、性別經(jīng)驗、考生經(jīng)歷與體驗等的差異，有可能導(dǎo)致命題對城市與農(nóng)村或男女考生產(chǎn)生不公平。對此，國際學(xué)生評價項目PISA和英國APU測試的試題情境設(shè)置具有借鑒意義。國際學(xué)生評價項目PISA科學(xué)試題情境來源于真實的現(xiàn)實生活，把科學(xué)情境分為三個層次：個人的（自我、家庭和群體）、社會的（社區(qū)）和全球（世界范圍內(nèi)的生存），又將這些科學(xué)情境的具體內(nèi)容劃分為健康、自然資源、環(huán)境、危害和科技前沿等五大領(lǐng)域，三大層級和五個領(lǐng)域相互交叉，形成了一共15種科學(xué)情境。英國APU測評試題情境主要分為三類：與科學(xué)有關(guān)的，與其它科目有關(guān)的，以及與日常生活有關(guān)的，并采用隨機(jī)抽樣的方式考查。這種方式可有效避免考生因某一情境新舊偏差而帶來的測評誤差，有利于考查不同情境下學(xué)生的能力表現(xiàn)。學(xué)生運用已學(xué)知