中考物理試題對(duì)科學(xué)探究要素考查的研究

鄒麗華 張 瑾

（1.大連教育學(xué)院，遼寧 大連 116021；2.大連教育學(xué)院附屬中學(xué)，遼寧 大連 116021）

《全日制義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)稿）》［1］明確指出“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.”同時(shí)也明確要求“科學(xué)探究的要素應(yīng)靈活滲透在教材和教學(xué)的各個(gè)方面.”這使科學(xué)探究在物理學(xué)習(xí)過(guò)程中有了核心地位.科學(xué)探究的基本要素包括提出問(wèn)題、猜想與假設(shè)、制訂計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、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.在新課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施以來(lái)，各地中考物理試卷都對(duì)學(xué)生進(jìn)行了科學(xué)探究要素的考查，以測(cè)評(píng)學(xué)生在科學(xué)探究能力方面的學(xué)業(yè)水平，充分發(fā)揮了中考試題對(duì)物理探究教學(xué)的導(dǎo)向作用.本文以大連市2013年中考物理試卷為例，通過(guò)對(duì)中考物理試卷測(cè)評(píng)框架的分析及科學(xué)探究要素測(cè)試結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析，探究試卷對(duì)科學(xué)探究要素的考查情況.

1 中考物理試卷的測(cè)評(píng)框架

大連市2013年中考物理試卷題型結(jié)構(gòu)包括選擇題、填空題、計(jì)算題、簡(jiǎn)答題和綜合題5種題型.全卷32道題，滿(mǎn)分值為90分.依據(jù)《全日制義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)稿）》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《課標(biāo)》）及《大連市2013年初中畢業(yè)升學(xué)物理學(xué)業(yè)考試說(shuō)明》，將中考物理試卷測(cè)評(píng)框架分為科學(xué)內(nèi)容和測(cè)評(píng)目標(biāo)兩個(gè)維度.所考查的科學(xué)內(nèi)容維度按著知識(shí)塊劃分為力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、光學(xué)和聲學(xué)等5個(gè)部分；所考查測(cè)評(píng)目標(biāo)維度劃分為認(rèn)知過(guò)程、獨(dú)立操作和經(jīng)歷.認(rèn)知過(guò)程水平又細(xì)化為了解、認(rèn)識(shí)和理解，獨(dú)立操作目標(biāo)是指對(duì)實(shí)驗(yàn)基本技能的考查，經(jīng)歷是指對(duì)實(shí)驗(yàn)探究能力的考查.表1顯示了大連市2013年中考物理試卷測(cè)評(píng)框架.

表1

由表1可知，從科學(xué)內(nèi)容角度看，對(duì)力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)等科學(xué)內(nèi)容所考查的試題分值分別為29分、18分、29分、12分、2分，其分值比例與相應(yīng)部分的教學(xué)時(shí)數(shù)比例基本吻合；所考查力學(xué)和電學(xué)試題的分值最大，各占總分的32.22%，聲學(xué)試題只考一道2分的選擇題.從測(cè)評(píng)目標(biāo)角度看，對(duì)“了解”、“認(rèn)識(shí)”、“理解”、“實(shí)驗(yàn)基本技能”和“經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究”所考查認(rèn)知操作試題的分值分別為12分、25分、32分、8分和13分.總之，對(duì)認(rèn)知過(guò)程維度的考查以認(rèn)識(shí)和理解水平層次為主，兼顧實(shí)驗(yàn)基本技能、科學(xué)方法及科學(xué)探究能力的考查.對(duì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究能力考查的試題所占分值為13分，分值占比為14.44%.

2 中考物理試題對(duì)科學(xué)探究要素的考查

不同題型的特點(diǎn)和功能不同，題型差異可反映考生在不同認(rèn)知能力層次水平的作答表現(xiàn)情況.目前，大多數(shù)省市中考物理試卷中用綜合題型或?qū)嶒?yàn)探究題型考查實(shí)驗(yàn)基本技能和科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究能力.大連市中考物理試卷主要采用綜合題型考查科學(xué)探究能力.綜合題是指題型的綜合，在同一道試題中含有選擇、填空、簡(jiǎn)答或計(jì)算題等常用基本題型，即題型不唯一.這類(lèi)試題特點(diǎn)是在具體的實(shí)驗(yàn)情境中，比較靈活、深入地考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)基本技能和科學(xué)探究能力，同時(shí)也能考查學(xué)生對(duì)知識(shí)的識(shí)記、理解和運(yùn)用的水平，以及分析、推理、計(jì)算和科學(xué)語(yǔ)言的表達(dá)能力.

《課標(biāo)》中規(guī)定了科學(xué)探究七大要素，以及每一要素對(duì)應(yīng)若干“對(duì)科學(xué)探究能力的基本要求”，即二級(jí)測(cè)評(píng)目標(biāo).表2顯示了大連市2013年中考物理試卷各綜合題所考查的科學(xué)探究?jī)?nèi)容、科學(xué)探究要素、分值及具體能力測(cè)評(píng)目標(biāo).

表2

由表2可知，以教材中規(guī)定的學(xué)生探究性實(shí)驗(yàn)為載體，用3道綜合題考查了力、熱、電3個(gè)方面的重要實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、基本技能及科學(xué)探究能力.綜合題滿(mǎn)分值為16分，其中考查實(shí)驗(yàn)基本技能分值占3分，實(shí)驗(yàn)探究能力分值占13分.《課標(biāo)》中7個(gè)科學(xué)探究要素考查了4個(gè)，即“制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)”、“進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)”、“分析與論證”、“評(píng)估”，其所占的分值分別為4分、2分、3分、4分.“制訂計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)”和“評(píng)估”所考查的分值百分比最高（25%），具體見(jiàn)表3所示.這與中考物理對(duì)不同科學(xué)探究要素考查分布情況的實(shí)證研究結(jié)果基本一致，主要以考查“制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)”、“進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)”、“分析與論證”和“評(píng)估”要素為主.［2］

表3

實(shí)驗(yàn)探究能力是初中物理重要的學(xué)科綜合能力，實(shí)驗(yàn)探究是科學(xué)探究的一種重要方法.綜合題命題的素材直接取材于課本實(shí)驗(yàn)，由教材實(shí)驗(yàn)進(jìn)行演化變成新題，問(wèn)題取材于學(xué)生實(shí)驗(yàn)和教師教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的一些有價(jià)值的信息.目前，在科學(xué)探究的視野下，中考試題主要是通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、分析與論證和評(píng)估要素的考查，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)探究能力的考查.而對(duì)提出問(wèn)題、猜想與假設(shè)、交流與合作3個(gè)要素的考查還是存在著一定的困難.

3 科學(xué)探究要素考查的測(cè)試統(tǒng)計(jì)結(jié)果及分析

3.1 測(cè)試統(tǒng)計(jì)結(jié)果

表4顯示了所考查科學(xué)探究要素的測(cè)試統(tǒng)計(jì)結(jié)果.第2～4列依次給出了各綜合題的滿(mǎn)分值、試題難度和區(qū)分度，第8、9列顯示了試題對(duì)所考查科學(xué)探究要素的難度和區(qū)分度.本文用相關(guān)系數(shù)表示區(qū)分度指標(biāo).

由表4可知，3道綜合題屬于不同難度類(lèi)型的試題，即第30題中等難度、第31題容易題、第32題難題，但3道題目都屬于中度區(qū)分試題［3］.不同實(shí)驗(yàn)探究要素的差異，以及實(shí)驗(yàn)探究層次不同，各探究要素考查的難度不同，區(qū)分程度也不同.例如，第32題（4）對(duì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的考查最難，難度系數(shù)為0.19；第31（2）用圖像法處理表格中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的考查最易，難度系數(shù)為0.96；第30題（4）對(duì)實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行評(píng)估的考查，難度較易，區(qū)分程度最低.

表4

3.2 對(duì)科學(xué)探究各要素的考查情況分析

3.2.1 對(duì)“設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)”要素的考查

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是從操作的角度把探究的猜想與假設(shè)具體化、程序化.試題通過(guò)設(shè)計(jì)“實(shí)驗(yàn)方案”和“實(shí)驗(yàn)表格”考查學(xué)生“設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)”的能力.

（1）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)表格.

例如，第32題（1）通過(guò)“畫(huà)出實(shí)驗(yàn)用的表格，表中要有必要的信息”.統(tǒng)計(jì)結(jié)果為p＝0.56，r＝0.661.結(jié)果顯示，大部分考生能夠掌握設(shè)計(jì)表格的基本思路，該項(xiàng)得分與總分中度相關(guān).設(shè)計(jì)表格的基本思路：首先要要進(jìn)行變量分析，即找到自變量、因變量、相關(guān)變量以及需要測(cè)量的物理量；其次，根據(jù)探究實(shí)驗(yàn)的類(lèi)型，確定實(shí)驗(yàn)次數(shù).最后，預(yù)設(shè)自變量并控制相關(guān)變量.本題是“探究導(dǎo)體中的電流與電阻的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)，自變量是電阻，因變量是電流，相關(guān)變量是電壓，所有物理量都能準(zhǔn)確測(cè)量.因此至少需要做6次實(shí)驗(yàn).失分原因是未控制相關(guān)變量，實(shí)驗(yàn)次數(shù)不合乎要求.

（2）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案.

根據(jù)所列條件選擇實(shí)驗(yàn)儀器、選擇探究方法，設(shè)計(jì)電路圖.例如，第32題（4）通過(guò)“如果要用另一種方案完成該實(shí)驗(yàn)，可供選擇的實(shí)驗(yàn)器材不變.請(qǐng)畫(huà)出新方案的實(shí)驗(yàn)電路圖，并寫(xiě)出必要的文字說(shuō)明.”統(tǒng)計(jì)結(jié)果為p＝0.19，r＝0.369.結(jié)果顯示，有19%的考生在該考查要素上得分.失分的原因主要是由于試題考查了學(xué)生高水平的科學(xué)探究能力.加之題目新穎，具有一定的開(kāi)放性，教師及考生準(zhǔn)備不足，使得一些考生面對(duì)這一試題無(wú)從下手.應(yīng)該看設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案需要考生高水平的創(chuàng)造性思維，因此教師在課堂教學(xué)中應(yīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)適度的放開(kāi)，有目的的培養(yǎng)學(xué)生依據(jù)要求設(shè)計(jì)不同方案從而形成良好的思維習(xí)慣.

3.2.2 對(duì)“進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)”要素的考查

“進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)”要素是整個(gè)探究實(shí)驗(yàn)的核心.科學(xué)的解釋、判斷和結(jié)論都必須建立在事實(shí)證據(jù)的基礎(chǔ)上，這是科學(xué)探究區(qū)別于其他活動(dòng)最重要的特征之一.“進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)”要素包括讀取數(shù)據(jù)，連接電路實(shí)物圖，從儀器說(shuō)明書(shū)或商標(biāo)上獲取信息，安全操作.“進(jìn)行實(shí)驗(yàn)”更多的是對(duì)實(shí)驗(yàn)基本技能的考查.

例如，第30題（3）“根據(jù)記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表（表5）中的信息，得出“F1l1＝F2l2”的結(jié)論.這個(gè)結(jié)論是否具有普遍性？________.”

表5

統(tǒng)計(jì)結(jié)果為p＝0.72，r＝0.578.結(jié)果顯示，多數(shù)考生能判斷出由題目中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到“杠桿平衡條件”這一結(jié)論是否具有普遍性.通過(guò)對(duì)“進(jìn)行實(shí)驗(yàn)”過(guò)程中證據(jù)的收集，實(shí)現(xiàn)了對(duì)科學(xué)方法的考查.該實(shí)驗(yàn)結(jié)論至少需要做3次實(shí)驗(yàn)，3次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)具有一般意義，得到的結(jié)論才具有普遍性.由上表中數(shù)據(jù)看，該實(shí)驗(yàn)是做了3次，但第2、第3次實(shí)驗(yàn)中動(dòng)力臂與阻力臂的比值都是1，相當(dāng)于1次實(shí)驗(yàn)，所以不具有普遍性.該題失分原因是學(xué)生只死記硬背3次實(shí)驗(yàn)就具有普遍性，導(dǎo)致作答錯(cuò)誤.

3.2.3 對(duì)“分析與論證”要素的考查

“分析與論證”是在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，運(yùn)用物理知識(shí)和方法，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較、歸類(lèi)、推理和概括等思維過(guò)程，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(guò)程.“分析與論證”也包括對(duì)探究結(jié)果的描述和解釋.

（1）用圖像法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).

表格和圖像法是物理常用兩種處理信息方法.用圖像法能更加直觀地看出所測(cè)量物理量的變化趨勢(shì).例如，第31題（2）“根據(jù)表中的正確數(shù)據(jù)，在方格紙上畫(huà)出溫度與時(shí)間的關(guān)系圖象.”統(tǒng)計(jì)結(jié)果為p＝0.96，r＝0.446.結(jié)果顯示，幾乎所有考生都能會(huì)用圖像法處理信息，該項(xiàng)得分與物理總分低度相關(guān).說(shuō)明考生基本上都具備了用圖像法處理信息的能力，學(xué)生能較好地在表格中“描點(diǎn)標(biāo)出測(cè)量數(shù)據(jù)，連線(xiàn)得出數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)”.

（2）對(duì)探究結(jié)果進(jìn)行描述.

例如，第31題（3）“根據(jù)圖像，得出的探究結(jié)論是：

_______.”統(tǒng)計(jì)結(jié)果為p＝0.36，r＝0.422.結(jié)果顯示，少數(shù)考生能對(duì)實(shí)驗(yàn)探究結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確描述.失分原因：一是極少數(shù)學(xué)生看不出曲線(xiàn)的變化趨勢(shì)；二是分段描述曲線(xiàn)變化趨勢(shì)不是很準(zhǔn)確.正確答案是：“在0～25min，隨時(shí)間的增加，水的溫度降低得越來(lái)越慢；在25～35min，隨時(shí)間的增加，水的溫度不變.”而很多學(xué)生只答在第一時(shí)間段隨著時(shí)間的增加，溫度下降，未答出水溫下降的快慢程度.

3.2.4 對(duì)“評(píng)估”要素的考查

評(píng)估是對(duì)探究過(guò)程的質(zhì)疑和反思，通過(guò)對(duì)自己或他人實(shí)驗(yàn)過(guò)程中信息的科學(xué)性、過(guò)程的嚴(yán)密性、數(shù)據(jù)的可靠性的重新審視，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度.［4］

（1）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠性的評(píng)估.

例如，第31題（1）通過(guò)“表格中有一個(gè)溫度值是錯(cuò)誤的，錯(cuò)誤的溫度值是_____℃.”考查學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中評(píng)估實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性.統(tǒng)計(jì)結(jié)果為p＝0.95，r＝0.351.結(jié)果顯示，絕大多數(shù)考生都能根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)，正確判斷異常數(shù)據(jù).

（2）實(shí)驗(yàn)方案的評(píng)估.

例如，第30題（4）“如果用杠桿一端掛鉤碼另一端用彈簧測(cè)力計(jì)豎直向下拉的方法做實(shí)驗(yàn).請(qǐng)分析說(shuō)明用這種方法做實(shí)驗(yàn)的好處.”通過(guò)對(duì)題目中兩種實(shí)驗(yàn)方案的比較，以考查學(xué)生評(píng)估能力.統(tǒng)計(jì)結(jié)果為p＝0.80，r＝0.19.結(jié)果表明，大部分考生能較好地準(zhǔn)確描述出來(lái)，但該項(xiàng)得分與總分不相關(guān).比較兩種實(shí)驗(yàn)方案的優(yōu)劣，一般從安全性、準(zhǔn)確性和操作難易程度3個(gè)方面進(jìn)行比較.本題是在安全性和準(zhǔn)確性相同的情況下，分析用彈簧測(cè)力計(jì)豎直向下更容易使杠杠平衡的原因，是從操作難易方面對(duì)“評(píng)估”要素進(jìn)行考查的.

總之，對(duì)科學(xué)探究能力的考查，主張通過(guò)具體問(wèn)題情境的設(shè)置，考查學(xué)生科學(xué)探究方法的理解和運(yùn)用的水平.通過(guò)中考物理試題對(duì)學(xué)生科學(xué)探究要素的考查和測(cè)評(píng)結(jié)果的分析，發(fā)現(xiàn)部分學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)評(píng)估以及實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案題目的作答情況不是很理想，希望物理教學(xué)應(yīng)有計(jì)劃有針對(duì)性地加強(qiáng)學(xué)生參與動(dòng)手實(shí)驗(yàn)并親自經(jīng)歷科學(xué)探究的過(guò)程，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和原因的深入思考，不斷提高學(xué)生的科學(xué)探究能力.

1 中華人民共和國(guó)教育部.全日制義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)稿）［M］.北京：北京師范大學(xué)出版社，2001.

2 廖伯琴.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，2013（3）：71-75.

3 鄒麗華.區(qū)分度在中考試題質(zhì)量分析中的應(yīng)用［J］.大連教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2011（4）：27-30.

4 竇興民.科學(xué)探究要素的考查特征.物理教學(xué)探討［J］，2013（11）：4-5.