廖伯琴 董源莉 廖文婧
【專家介紹】
廖伯琴,西南大學(xué)科學(xué)教育研究中心主任、教授、博導(dǎo),國家中學(xué)物理課程標(biāo)準(zhǔn)研制組及修訂組負(fù)責(zé)人,中國青少年科技教育工作者協(xié)會(huì)物理教育與普及專委會(huì)主任。曾獲全國模范教師、全國教育系統(tǒng)巾幗建功標(biāo)兵、全國教育碩士優(yōu)秀教師、全國首屆教材建設(shè)獎(jiǎng)先進(jìn)個(gè)人等榮譽(yù)。
摘 ? 要:科學(xué)探究能力是物理課程應(yīng)培養(yǎng)的核心素養(yǎng)之一,中考物理試題對(duì)初中物理教與學(xué)具有重要導(dǎo)向作用。依據(jù)義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn),統(tǒng)計(jì)分析我國2020年至2022年90份省會(huì)城市中考物理試卷2136個(gè)中考試題中的413個(gè)科學(xué)探究試題。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示,這幾年的科學(xué)探究試題側(cè)重考查了“分析與論證”“進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)”和“設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制訂計(jì)劃”等科學(xué)探究要素,與課標(biāo)內(nèi)容要求和必做實(shí)驗(yàn)的關(guān)聯(lián)度顯著,試題素材主要源于教材等。最后提出中考物理探究試題的命制應(yīng)堅(jiān)持素養(yǎng)立意、嚴(yán)格依標(biāo)命題、用活教材和挖掘本土資源等建議。
關(guān)鍵詞:中考物理;科學(xué)探究;能力測試
中圖分類號(hào):G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A ? ?文章編號(hào):1003-6148(2023)7-0001-6
當(dāng)今世界科技進(jìn)步日新月異,各國在教育中非常注重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力。聯(lián)合國教科文組織指出學(xué)校課程應(yīng)強(qiáng)調(diào)科學(xué)探究[1]。美、英、德、日、芬蘭、俄羅斯等國家的物理(科學(xué))課程標(biāo)準(zhǔn)大多含有培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力的課程目標(biāo)[2]。本世紀(jì)以來,我國先后實(shí)施的三版義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)均注重科學(xué)探究[3]:《全日制義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn)稿)》(簡稱《2001版課標(biāo)》)強(qiáng)調(diào)課程實(shí)施應(yīng)注重科學(xué)探究和教學(xué)方式多樣化[4];《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2011年版)》(簡稱《2011版課標(biāo)》)將科學(xué)探究列入“課程內(nèi)容”,旨在讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究過程,領(lǐng)悟科學(xué)探究方法,發(fā)展科學(xué)探究能力[5];《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2022年版)》(簡稱《2022版課標(biāo)》)進(jìn)一步提出科學(xué)探究是物理課程應(yīng)培養(yǎng)的核心素養(yǎng)之一[6]。物理課程標(biāo)準(zhǔn)凝練了物理課程獨(dú)特的育人功能[2],而科學(xué)探究能力的培養(yǎng)則是物理課程育人價(jià)值的重要體現(xiàn)。
對(duì)科學(xué)探究能力的測評(píng)一直是國內(nèi)外科學(xué)教育工作者關(guān)注的焦點(diǎn)?!秶伊x務(wù)教育質(zhì)量監(jiān)測方案(2021年修訂版)》要求“緊扣課程標(biāo)準(zhǔn),監(jiān)測學(xué)生各學(xué)科領(lǐng)域的發(fā)展水平及核心素養(yǎng),科學(xué)主要監(jiān)測學(xué)生掌握科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和思維方法情況、科學(xué)探究能力等”[7]。目前國內(nèi)外對(duì)科學(xué)探究能力的測評(píng)方式主要有現(xiàn)場觀察、紙筆測驗(yàn)、工作單和虛擬實(shí)驗(yàn)測評(píng)等[8-9]。紙筆測驗(yàn)因其方便、成本低、信度高等特點(diǎn)而在國內(nèi)外被大規(guī)模采用。國際上比較有影響力的TIMSS、PISA和NAEP等測評(píng)方法均采用了紙筆測驗(yàn)方式。我國也主要以紙筆測驗(yàn)的方式考查學(xué)生的科學(xué)探究能力。2019年,教育部提出嚴(yán)格依標(biāo)科學(xué)命題[10]。2022年,教育部提出進(jìn)一步深化考試評(píng)價(jià)改革,加快推進(jìn)中考省級(jí)統(tǒng)一命題[11]。在這樣的一個(gè)大背景下,探析我國中考物理試題對(duì)科學(xué)探究能力的測試特點(diǎn),以期能為我國的紙筆測試更有效地考查科學(xué)探究能力提供參考。
本研究從中考物理試題的視角,探索對(duì)學(xué)生科學(xué)探究能力測試的特點(diǎn)。為提高試卷樣本的代表性,我們收集了2020—2022年間全國各省會(huì)城市中考物理試卷共90套。因這90套中考物理試卷的命題依據(jù)是《2011版課標(biāo)》,故對(duì)物理試卷中科學(xué)探究試題的劃分依據(jù)是《2011版課標(biāo)》及其對(duì)科學(xué)探究能力的內(nèi)涵界定,即只要中考物理試題關(guān)涉其中任一科學(xué)探究要素或其能力的基本要求,便將其劃歸于科學(xué)探究類試題。據(jù)此標(biāo)準(zhǔn),最終從2136個(gè)中考物理試題中選取科學(xué)探究試題413個(gè),依次編號(hào)為Q1,Q2、Q3…Q413。
那么,這些中考物理探究試題對(duì)不同科學(xué)探究要素及其基本要求的考查有何差異?與課標(biāo)內(nèi)容要求和必做實(shí)驗(yàn)的關(guān)聯(lián)度怎樣?試題素材的主要來源又是什么?這些統(tǒng)計(jì)結(jié)果與2009年相關(guān)研究結(jié)果[12]相比,有何變化?下面將側(cè)重探討這些問題。
1 ? ?對(duì)科學(xué)探究能力的測試
三版課標(biāo)關(guān)于科學(xué)探究能力的內(nèi)涵界定是一以貫之的?!叮玻埃埃卑嬲n標(biāo)》指出“科學(xué)探究既是學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo),又是重要的教學(xué)方式之一”,并將科學(xué)探究能力細(xì)化為7個(gè)科學(xué)探究要素[4];《2011版課標(biāo)》整體繼承了對(duì)科學(xué)探究能力7要素構(gòu)成之內(nèi)涵界定,僅在文字上做了微調(diào),即提出問題、猜想與假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制訂計(jì)劃、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)、分析與論證、評(píng)估、交流與合作[5];《2022版課標(biāo)》將科學(xué)探究的要素進(jìn)一步凝練為4個(gè),即問題、證據(jù)、解釋和交流[6]。正如前所述,對(duì)2020—2022年中考物理科學(xué)探究試題的剖析依據(jù)是《2011版課標(biāo)》明確的7個(gè)科學(xué)探究要素及其基本能力要求。
1.1 ? ?關(guān)于不同科學(xué)探究要素的考查
對(duì)科學(xué)探究要素的考查比例總體比較穩(wěn)定。如圖1所示,“分析與論證”探究要素的考查比例最大,占比70.2%;其次是“進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)”,占比55.3%;第三是“設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制訂計(jì)劃”,占比43.3%。這與考查比例偏小的“提出問題”“猜想與假設(shè)”“評(píng)估”“交流與合作”4個(gè)要素形成了明顯差異,特別是沒有考查到“交流與合作”這一要素,這顯然受制于紙筆測驗(yàn)的局限性。該統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果與2009年的統(tǒng)計(jì)結(jié)果一致。
科學(xué)探究的形式是多種多樣的,在科學(xué)探究過程中,學(xué)生的探究過程可涉及所有要素,也可只涉及部分要素[5]。這些科學(xué)探究試題有的是單要素評(píng)價(jià),而有的是多要素評(píng)價(jià)。如圖2所示,考查單個(gè)科學(xué)探究要素的試題占比41.3%,考查兩個(gè)科學(xué)探究要素的試題占比37.9%。該結(jié)果與2009年的結(jié)果相比,有一定差異,2009年70.3%的科學(xué)探究試題涉及1個(gè)探究要素[12],而今多數(shù)試題檢測多個(gè)要素,這說明探究性試題有檢測多個(gè)要素的發(fā)展趨勢。
1.2 ? ?例析與科學(xué)探究能力要求的對(duì)應(yīng)
由以上研究可知,中考試題針對(duì)“設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制訂計(jì)劃”“進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)”“分析與論證”三個(gè)維度的科學(xué)探究能力檢測比例較大,下面我們對(duì)此進(jìn)行更深入地分析。
根據(jù)《2011版課標(biāo)》,7個(gè)“科學(xué)探究要素”共對(duì)應(yīng)31個(gè)“科學(xué)探究能力的基本要求”,我們對(duì)其逐一編碼。以第3個(gè)科學(xué)探究要素“設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制訂計(jì)劃”為例,對(duì)其所含的5個(gè)“科學(xué)探究能力的基本要求”依次編碼,分別為“3-1 經(jīng)歷設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制訂計(jì)劃的過程”“3-2 明確探究目的和已有條件”等,詳見表1。
在考查了第3個(gè)科學(xué)探究要素“設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制訂計(jì)劃”的試題中,如圖3所示,考查“3-2 明確探究目的和已有條件”能力的最多,占比41.2%;其次為“3-4 嘗試選擇科學(xué)探究方法及所需要的器材”能力,占比21.5%;考查“3-3 嘗試考慮影響問題的主要因素,有控制變量的意識(shí)”能力,占比20.1%;而“3-5 了解設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制訂計(jì)劃在科學(xué)探究中的意義”沒有涉及。統(tǒng)計(jì)結(jié)果與2009年研究結(jié)論基本一致,即考查“設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制訂計(jì)劃”要素的試題主要考查探究目的的確定、實(shí)驗(yàn)儀器的選用、科學(xué)探究方法的選擇以及控制變量的意識(shí)等。
據(jù)此分析框架分別對(duì)其他科學(xué)探究要素的各基本能力要求進(jìn)行分析??茖W(xué)探究試題中考查第5個(gè)探究要素即“分析與論證”的試題最多,對(duì)相應(yīng)基本能力要求的考查如圖4所示。其中,考查“5-3 能進(jìn)行簡單的因果推理”能力的試題最多,占比38.6%;其次為“5-2 能對(duì)收集的信息進(jìn)行簡單歸類及比較”和“5-1 經(jīng)歷從物理現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)中歸納科學(xué)規(guī)律的過程”的能力考查,分別占比28.8%和27.9%。這些結(jié)果與2009年的結(jié)果一致,即考查“分析與論證”能力的試題,重點(diǎn)考查簡單的因果推理、對(duì)收集的信息進(jìn)行簡單比較并歸納得到科學(xué)規(guī)律等。
此外,關(guān)于“進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)”的能力考查,主要考查了實(shí)驗(yàn)儀器的正確使用、儀器儀表的正確讀數(shù)及記錄等;關(guān)于“猜想與假設(shè)”的能力考查,主要考查了對(duì)問題的可能答案提出猜想;關(guān)于“評(píng)估”的能力考查,主要考查了對(duì)探究方案的改進(jìn)、探究結(jié)果的評(píng)估等。
2 ? ?考查內(nèi)容與課標(biāo)內(nèi)容要求的關(guān)聯(lián)
《2011版課標(biāo)》的“科學(xué)內(nèi)容”包含“物質(zhì)”“運(yùn)動(dòng)和相互作用”和“能量”三個(gè)一級(jí)主題,14個(gè)二級(jí)主題和63個(gè)三級(jí)主題[5]。對(duì)科學(xué)探究試題涉及的一級(jí)主題科學(xué)內(nèi)容進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,如圖5所示。其中,考查“能量”主題的探究試題最多,占比41.6%;考查“運(yùn)動(dòng)和相互作用”主題的試題占比32.9%;考查“物質(zhì)”主題的試題占比25.5%。可見,科學(xué)探究試題與課標(biāo)一級(jí)內(nèi)容主題及要求具有相當(dāng)?shù)年P(guān)聯(lián)度。
對(duì)《2011版課標(biāo)》中科學(xué)內(nèi)容的63個(gè)“三級(jí)主題”依次編碼為1—63,編碼64指“沒有考查到課標(biāo)中任何三級(jí)主題”,統(tǒng)計(jì)分析如圖6所示。其中,考查比例位于前7位的三級(jí)主題如表2所示。通過圖表比對(duì)可得,考查比例較大的內(nèi)容主要與電學(xué)有關(guān),如連接電路圖,探究電流、電壓和電阻的關(guān)系,會(huì)使用電流表和電壓表,會(huì)測量燈泡的電功率等;其次是物質(zhì)相關(guān)內(nèi)容,如物態(tài)變化、物體的質(zhì)量和密度測量等??梢姡茖W(xué)探究試題對(duì)課標(biāo)三級(jí)內(nèi)容主題的考查占比存在顯著性差異。
進(jìn)一步深入分析科學(xué)探究試題在各課標(biāo)三級(jí)內(nèi)容主題內(nèi)部的考查分布情況可知,在考查編碼為52的三級(jí)內(nèi)容主題試題中,其中考查“會(huì)連接簡單的串聯(lián)電路和并聯(lián)電路”知識(shí)點(diǎn)的試題最多,占比達(dá)69.4%,通常要求學(xué)生將實(shí)物圖連接完整,或是找出錯(cuò)誤的連接方式并予以改正;在考查編碼51的試題中,考查重點(diǎn)是“通過實(shí)驗(yàn),探究電流與電壓、電阻的關(guān)系”,占比達(dá)55.9%??梢?,科學(xué)探究試題無論在課標(biāo)三級(jí)內(nèi)容主題整體上,還是在三級(jí)內(nèi)容主題內(nèi)部,考查占比也是有所側(cè)重的。
3 ? ?考查的實(shí)驗(yàn)與學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)的關(guān)聯(lián)
《2001版課標(biāo)》注重科學(xué)探究,注重實(shí)驗(yàn)要求,但未列出學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)[4];《2011版課標(biāo)》列出了20個(gè)學(xué)生必做實(shí)驗(yàn),但放在附錄中[5];《2022版課標(biāo)》列出21個(gè)學(xué)生必做實(shí)驗(yàn),即9個(gè)測量類實(shí)驗(yàn)和12個(gè)探究類實(shí)驗(yàn),且放進(jìn)課程內(nèi)容的一級(jí)主題“實(shí)驗(yàn)探究”中,并增設(shè)樣例、活動(dòng)建議、學(xué)業(yè)要求和教學(xué)提示等[6],進(jìn)一步凸顯了物理實(shí)驗(yàn)的育人功能。我們依據(jù)《2011版課標(biāo)》,對(duì)學(xué)生必做的20個(gè)實(shí)驗(yàn)逐一編碼,編碼“b21”為試題考查到這20個(gè)必做實(shí)驗(yàn)之外的情況。統(tǒng)計(jì)分析科學(xué)探究試題對(duì)各實(shí)驗(yàn)的考查頻次,從多到少排列前十的必做實(shí)驗(yàn)如表3所示,考查最多的是“b16 連接簡單的串聯(lián)電路和并聯(lián)電路”,要求學(xué)生根據(jù)探究目的連接電路圖,或找出連接錯(cuò)誤的導(dǎo)線并改正;其次是測量物體的質(zhì)量或密度、探究凸透鏡成像規(guī)律、測量小燈泡的電功率以及探究電流與電壓、電阻的關(guān)系等。
在科學(xué)探究試題中,有考查課標(biāo)中要求的學(xué)生必做實(shí)驗(yàn),也有考查學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)要求以外的其他實(shí)驗(yàn)。整體占比情況如圖7所示,考查“必做實(shí)驗(yàn)”的試題占比為62.3%,而考查其他實(shí)驗(yàn)的試題占比為37.7%。可見,科學(xué)探究試題中涉及的實(shí)驗(yàn)更多來自課標(biāo)中的學(xué)生必做實(shí)驗(yàn),這說明科學(xué)探究試題與課標(biāo)中學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)有比較明顯的關(guān)聯(lián)。
繼續(xù)分析涉及非學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)的試題可知,有些探究試題涉及的實(shí)驗(yàn)雖不是《2011版課標(biāo)》中的學(xué)生必做實(shí)驗(yàn),但所涉及的內(nèi)容要求幾乎都屬于《2011版課標(biāo)》中有實(shí)驗(yàn)要求的三級(jí)內(nèi)容主題范疇,且出現(xiàn)在教材的“實(shí)驗(yàn)”“演示”等欄目。其中,考查頻次位列前三的主題為“用電流表和電壓表測量電阻”“探究固體熔化時(shí)溫度的變化規(guī)律”“探究不同物質(zhì)的吸熱能力”等,這些實(shí)驗(yàn)皆在《2022版課標(biāo)》的“實(shí)驗(yàn)探究”主題中有所體現(xiàn)。
4 ? ?科學(xué)探究試題的素材來源
本研究將中考物理科學(xué)探究試題的素材來源分為五類,即:教科書、生活現(xiàn)象、課外實(shí)驗(yàn)和小制作、科技前沿和科普、其他,并依次編碼。統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖8所示,考查科學(xué)探究能力的試題素材大部分來源于教材“實(shí)驗(yàn)”“演示”等欄目,占比達(dá)73.6%;其次來源于“課外實(shí)驗(yàn)和小制作”,占比16.8%。該結(jié)果與2009年的相關(guān)結(jié)論基本一致,即大部分中考物理探究試題的素材來源于課內(nèi)教材教學(xué)和課外小制作等考生熟悉的情境。
進(jìn)一步從科學(xué)探究試題素材關(guān)涉的情境類型分析可知,試題情境整體呈現(xiàn)多樣化樣態(tài),以生產(chǎn)生活情境為主,多源自學(xué)生校內(nèi)外現(xiàn)實(shí)生活,重視對(duì)科技類情境的挖掘,注重中國本土情境資源,同時(shí)存在少數(shù)試題的情境與問題分離等問題。
5 ? ?建 ?議
總體看,2020年至2022年中考物理探究試題有以下主要特點(diǎn):與課標(biāo)內(nèi)容要求和必做實(shí)驗(yàn)之間均呈明顯關(guān)聯(lián)、試題素材主要來源于教科書等。為進(jìn)一步提高中考物理試題對(duì)科學(xué)探究能力測試的信度與效度,特提出以下建議。
一是要把握科學(xué)探究的本質(zhì),堅(jiān)持以物理核心素養(yǎng)立意。立足國際視野和未來人才需求,以學(xué)生核心素養(yǎng)尤其是科學(xué)精神的培育為導(dǎo)向,圍繞科學(xué)探究的關(guān)鍵要素,重點(diǎn)考查學(xué)生經(jīng)歷問題、論證、解釋和交流等科學(xué)探究過程的情況,全面考查學(xué)生學(xué)習(xí)領(lǐng)悟科學(xué)探究方法以及具備的科學(xué)探究能力等,考查學(xué)生的物理觀念、科學(xué)思維以及科學(xué)態(tài)度與責(zé)任等物理課程核心素養(yǎng)[6],以評(píng)價(jià)來促進(jìn)物理課程獨(dú)特育人價(jià)值的實(shí)現(xiàn)。
二是要嚴(yán)格依標(biāo)命題,用活教材??茖W(xué)探究試題的內(nèi)容模塊整體分布需均衡,與課標(biāo)內(nèi)容主題及其要求之間具有明顯關(guān)聯(lián)??茖W(xué)探究試題的命制應(yīng)嚴(yán)格依標(biāo)命題,緊扣物理課程標(biāo)準(zhǔn),重視對(duì)學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)的檢測。同時(shí)義務(wù)教育物理教材作為重要的教學(xué)資源,要進(jìn)一步用活、用好。
三是要深入挖掘本土資源,編制原創(chuàng)性試題。踐行“從生活走向物理,從物理走向社會(huì)”的課程理念[4],以學(xué)生熟悉的生產(chǎn)生活情境為主,緊密聯(lián)系國內(nèi)、外現(xiàn)代科技,深入挖掘我國傳統(tǒng)文化和科學(xué)技術(shù)等資源,創(chuàng)編更新穎的試題,從物理視角講好中國故事。
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[8]羅國忠.科學(xué)探究能力的多元化評(píng)價(jià)——以美國康涅狄格州的科學(xué)探究能力評(píng)價(jià)為例[J].外國中小學(xué)教育,2013(3):18-21.
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[10]中華人民共和國教育部. 教育部關(guān)于加強(qiáng)初中學(xué)業(yè)水平考試命題工作的意見[EB/OL].(2019-11-22). http://www.moe.gov.cn/srcsite/A06/s3321/201911/t20191128_409
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[11]中華人民共和國教育部.教育部:今年將召開中考命題工作會(huì)議,推進(jìn)中考省級(jí)統(tǒng)一命題[EB/OL].(2022-02-15). http://www.moe.gov.cn/fbh/live/2022/53959/mtbd
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[12]廖伯琴,袁令民.2009年中考物理試題對(duì)探究能力考查的特點(diǎn)探析[J].基礎(chǔ)教育課程,2010(3):71-74.
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