提升学科核心素养,链接中考热点题型
罗镇姬
摘? ?要：物理图像可形象、直观地描述物理状态、物理过程或物理规律，它既是物理学习的重要内容，也是物理研究的基本工具。加强对物理图像“绘图、识图、用图”能力的教学，可以提升学生的物理学科核心素养。而图像类试题不仅是近年各地、市的中考热点，也是广大考生拉开差距的主要题型。现以中考真题为例进行归纳、分析，希望有助于提升考生用物理图像解决实际问题的能力。
关键词：学科素养;中考;物理图像;教学
中图分类号：G633.7 文献标识码：A ? ? 文章编号：1003-6148（2020）11-0036-5
物理图像是指直角坐标系中反映两个相关物理量之间函数关系的图像，是基于数形结合思想的物理信息的载体，可形象、直观地描述物理状态、物理过程或物理规律。《义务教育物理课程标准（ 2011）》在课程分目标的“知识与技能”中明确提出：知道简单的数据记录和处理方法，会用简单图表等描述实验结果，会写简单的实验报告。由此可见，物理图像既是物理学习的重要内容，也是物理研究的基本工具。日常教学中，加强对物理图像的绘制、图像的含义、图像的应用的教学，不仅有利于培养学生使用科学证据对物理问题进行描述、解释的求实科学态度，还有利于提升学生利用數形结合的方法进行科学推理、找出规律的科学思维能力，对学生物理学科核心素养的形成大有裨益。而物理图像作为一种试题类型，既能考查学生对物理基础知识的掌握程度，又能考查学生从图像中获取信息进行分析、推理、归纳的逻辑思维能力。所以，该类试题不仅是近年各地、市的中考热点，也是广大考生拉开差距的主要题型。因此，在学生的中考复习过程中，以中考真题为例进行分析、归纳，进行“绘图、识图、用图”教学，可以提升考生的应试技能和方法。本文将对日常教学及中考复习两阶段的物理图像教学进行探讨。
1? ? 加强初中物理图像教学的实践
1.1? ? 从图像的绘制进行教学
在实验教学中，教师应将基本图像的绘制技能设定为教学目标，重视实验数据的采集及图像的绘制，通过图像得出物理规律。如初中物理课程中，晶体（非晶体）熔化和凝固时温度与时间的关系、水沸腾时温度与时间的关系、同种物质的质量与体积的关系、重力与质量的关系、定值电阻电流与电压的关系等都涉及绘制物理图像来描述物理规律。教学可以分四步：建立坐标系—确定标度—描绘数据点—拟合曲线，由浅入深、循序渐进地实施教学，让学生逐步掌握建立坐标系、绘制物理图像的方法和技能。
由于物理图像的横、纵坐标是两个相关的物理量，因此在教学的过程中应指导学生选择合适的物理量，并在其后标注单位。为了使图像能在坐标系中合理分布，客观地反映出物理量的变化规律，坐标的起点及标度的确立也应在教学过程中给予学生指导。图1和图2为人教版教材八年级上册两个待完成的坐标系，从图1“海波熔化时温度随时间变化的图像”到图2“同种物质的质量与体积的关系图像”，是学生单独建立横坐标到同时建立横、纵坐标的过渡，也是学生理解坐标的起点不一定是零点的契机。建立合适的坐标系后，应引导学生根据测量结果如实记录实验数据，用描点法绘制图像，从中找出物理规律。以此培养学生实事求是的科学态度，形成物理基本观念，从而发展学生的物理学科核心素养。
1.2? ? 从图像的含义进行教学
物理图像是通过数形结合的方式来反映两个物理量之间的关系，因此课堂教学中应借助实验数据所绘制的图像或习题中呈现的图像，让学生了解物理图像五方面——坐标轴、点、线、斜率、面积的含义，培养学生多角度观察、分析图像的能力。以下列3个物理图像为例（源自2019年中考试题），教师可以在施教过程中向学生阐明物理图像的含义。
1.2.1? ? 坐标轴
识别横、纵坐标轴所代表的物理量是认识图像的前提，是了解图像所反映的两个物理量之间变化关系的基础。如图3、图4、图5，通过坐标轴可知，三个图像分别反映了路程与时间的关系、温度与时间的关系以及电功率与时间的关系。
1.2.2? ? 点
图像上不同的点所代表的含义往往不同，如图像与坐标轴的交点、不同图像的交点、图像上的极值点或拐点等都有其特定的含义。如图3所示，甲、乙与纵坐标轴的交点表示甲、乙在起始时刻的路程分别为20 m、0 m ;甲、乙的图像在第2 s相交，表示二者在这一时刻的路程相同，均为20 m。如图4所示，图像A在第2 min、第6 min出现拐点，根据晶体熔化时温度变化的特点可判断A为晶体，熔点为0 ℃，且熔化过程是从第2 min至第6 min。
1.2.3? ? 线
图像上的线反映某一物理量随另一物理量变化的关系，描述了某一物理状态、过程或物理规律。这些线可能是直线或曲线。与某一坐标轴平行的直线说明另一坐标轴上的物理量不会随该坐标轴物理量的变化而变化。如图3所示，甲的图像为一条水平线，说明甲的路程不会随时间而变化，即甲处于静止状态。过原点的直线则反映某一物理量与另一物理量的正比关系，如图3所示，乙的图像为过原点的直线，则乙的路程与时间成正比，即乙在做匀速直线运动。如图4所示，图像B是一条平滑的曲线，反映温度随时间逐渐升高的规律，由此判断B为非晶体。
1.2.4? ? 斜率
斜率是指一条直线（或曲线的切线）关于横坐标轴的倾斜程度，表示某一物理量的变化率或者某一特定的物理量。如图3所示，图像的斜率反映了路程随时间变化的快慢，即速度的大小，斜率越大，速度越大;图像甲的斜率为零，速度为零，即甲处于静止状态。如图4所示，图像A在0～2 min与6～10 min的斜率就反映了温度随时间变化的快慢;由图像可以看出前阶段（冰）升温快，后阶段（水）升温慢;在物理学中，该现象实质上是物质比热容与物态有关的体现，图像反映了冰的比热容比水小的物质属性。
1.2.5? ? 面积
从图像上的某一点作出的分别与横、纵坐标轴平行的直线与两轴之间所围成的面积为横、纵坐标两物理量的乘积。如图5所示，图像在某段时间内与横坐标轴围成的面积是电流所做的功，也就是所消耗的电能，该面积所对应的计算公式为W=Pt。
1.3? ? 从图像的应用进行教学
在以上教学基础上，可进一步深入拓展，进行物理图像的应用教学。通过图像中多元信息的收集、处理等教学工作，培养学生从图像中获取信息、整合知识的综合能力，锻炼学生分析、判断、推理、归纳等科学思维能力，从而提升学生的学科核心素养。
例如，图6甲所示的电路图中，闭合开关，滑动变阻器滑片从一端移动到另一端，记录电压表与电流表示数并绘成图像，如图6乙所示。该图像看似简单，却隐含着多个信息：第一是极小值点，滑动变阻器接最大阻值端（右端）时，电流表和电压表的示数最小;第二是极大值点，滑动变阻器接最小阻值端（左端）时，电流表和电压表的示数最大，此时电压表的示数即为电源电压，电压与电流之比（斜率）为定值电阻的阻值。
再如，图7所示为物体受到的拉力F与其下表面浸入液体中的深度h之间的关系图像。由极大值15 N、极小值6 N，可分别判断出物体的重力以及完全没入水中时弹簧测力计的示数，并由拐点（10 cm，6 N）得知此时物体刚没入水中。应用图像的这些信息，还可以求出物体所受的浮力、物体的密度等相关物理量。
2? ? 提升考生运用图像解决问题的能力
纵观近年来各地、市的中考物理试题，图像类试题逐年成了命题的热点，但考生的答题情况却不容乐观。2019年江西省中考某市57 369名考生关于三道物理图像类试题及全卷的得分统计情况见表1。
根据上述统计不难看出，图像类试题是中考物理试卷中失分率较高的试题。为迎战以后的中考，我们在复习教学中应做到有的放矢，进行“绘图、识图、用图”教学，以提升考生灵活运用物理图像解决问题的能力。下文将以2019年中考试题为例进行阐述。
2.1? ? 绘图能力
正确建立坐标系是绘制物理图像的首要前提。利用坐标纸建立坐标系首先应建立横、纵坐标轴，并分别在坐标轴的末端标出物理量和单位;之后可以结合所选坐标纸的大小、测量数据的分布范围及精确度来确定横、纵坐标的分度值，最终在此基础上标示相应的刻度。例1是2019年江西中考物理试题中得分率最低的试题，考查坐标系的建立。虽然学生在物理学习过程中掌握了图像的相关知识与技能，但往往忽视了将其内化为自身的学科核心素养。通过此类题型的考查，可以促进学生规范建立坐标系，如物理量中的数据应有单位、坐标轴应均匀标度等。
例1 （多选）处理物理实验数据时，经常选用坐标纸建立坐标系。如图8所示，所建立的坐标系符合物理要求的是（? ? ?）
A.质量与体积的关系? ? ? ? B.重力与质量的关系
C.电流与电压的关系? ? ? ?D.路程与时间的关系
正确建立坐标系后，一般采用描点法进行物理图像的绘制，即在坐标轴上标示实验数据点，并将点连成直线或平滑曲线。用描点法绘制物理图像时，应确保尽可能多的点落在线上，其余的点均匀分布在线的两侧;同时要注意甄别错误实验数据点与特殊实验数据点，前者应排除再进行图像的绘制，后者却应纳入图像的绘制。例2是常见的绘制图像类试题。
例2 小明用图9甲所示的装置探究固体熔化规律，记录的实验数据见表2。
（1）请根据实验数据在乙图中作出固体熔化的图像。
……
2.2? ? 识图能力
物理图像的识别是指根据已掌握的物理知识，找出物理图像与物理状态、物理过程或物理规律之间的对应关系。如例3的解答，要建立在对液体温度计的工作原理、晶体熔化规律等知识的理解之上，再结合图像整合相关知识去识别。由于液体的热胀冷缩，温度计接触冰水混合物后，温度计内液体的体积随时间变化的情况实际上可转化为温度（温度计示数）随时间变化的关系：先降低，后保持不变，再升高达到室温，保持不变。
例3? 在如图10温度计所示的恒温环境下进行实验。将温度计放入一杯冰水混合物中，从温度计放入开始计时，放入时间足够长，下列哪幅示意图可反映温度计内液体的体积随时间而变化的情况（? ? ?）
2.3? ? 用图能力
运用物理图像分析、解决问题不仅要求学生对物理知识有较好的理解和掌握，而且要求学生能从物理图像有效地获取信息。因此，物理图像是试题信息承载的一种形式，与题干信息关联、互补。如例4，图像中第20 min这一时刻对应的拐点，将汽车的运动过程分解为两个匀速直线运动过程。其中，第20 min至第50 min的路程s和时间t都可以从图像中得出，并根据公式v=s/t计算速度。但试题所求的却是第20 min至第40 min的速度。因此，学生能否正确理解匀速直线运动的含义成了这道题的解题关键，也是试题有着良好区分度的原因所在。而0～50 min汽车平均速度的求解，应直接根据平均速度的定义，利用第50 min末汽车行驶的路程除以时间进行计算，而不能生搬硬套利用图像中两个不同斜率求出两个平均速度，相加再除以2得出。因此，本题的考查，可引导考生合理应用图像解题，同时甄别违背物理概念和规律机械套用图像解题的现象。
例4? 图11是根据王爷爷驾驶汽车在某段平直高速公路上行驶时记录的数据描绘出的s-t图像。请你根据图像，求：
（1）20 min～40 min时间段内汽车的速度;
（2）0～50 min時间段内汽车的平均速度。
总之，日常教学过程中，应以培养学生的物理学科核心素养来引领教学，从图像的绘制、含义和应用等方面入手，加强初中物理图像的教学，使学生形成良好的科学思维和求实的科学态度。中考复习阶段，应以培养学生用图像解决实际问题的能力来展开教学，以中考真题为依托进行归纳、分析，提升学生整合图像与相关物理知识的能力，使学生真正具备理解知识、应用实践和迁移创新的物理学科能力。
参考文献：
[1]中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准[S].北京：北京师范大学出版社，2011：6.
[2]史献计.初中物理图像的教学策略[J].物理教师，2013，34（10）：33-35.
[3]林成国.初中物理图像问题教学的策略探讨[J].物理之友，2018（5）：3-5.
（栏目编辑? ? 陈? 洁）
