基于高中物理實(shí)驗(yàn)探究的核心素養(yǎng)問(wèn)題的因子分析

劉思佳+張迪

摘 要： 實(shí)驗(yàn)探究是核心素養(yǎng)的重要組成部分，從而提出核心素養(yǎng)下的實(shí)驗(yàn)教學(xué).本文基于對(duì)高中生物理實(shí)驗(yàn)探究能力的調(diào)查，并對(duì)問(wèn)卷進(jìn)行測(cè)評(píng)、得出結(jié)果，將實(shí)驗(yàn)探究能力分為四個(gè)因素，分別為自我回溯、實(shí)驗(yàn)操作、合作交流、知識(shí)汲取.并提出有待提高的三個(gè)部分：包括結(jié)合生活實(shí)際、夯實(shí)核心概念、建立知識(shí)框架等，以促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的提升.

關(guān)鍵詞： 高中物理；實(shí)驗(yàn)探究；核心素養(yǎng)；問(wèn)卷調(diào)查；因子分析

核心素養(yǎng)是學(xué)生通過(guò)接受相應(yīng)階段教育的過(guò)程中，逐漸形成適合個(gè)人終生發(fā)展與社會(huì)發(fā)展需求的必備品格和關(guān)鍵能力[1].物理課程教學(xué)希望給予學(xué)生的便是物理核心素養(yǎng)，物理研究的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、規(guī)律總結(jié)、定理定則，可能會(huì)被遺忘，但是科學(xué)的思維方法，習(xí)慣態(tài)度，會(huì)長(zhǎng)長(zhǎng)久久地留在學(xué)生頭腦中，被他們終身保留，成為他們學(xué)習(xí)生活的行為習(xí)慣，這就是物理課程的育人價(jià)值[2].

在高中階段的理科重要科目物理，被學(xué)生普遍認(rèn)為難學(xué)，這主要因?yàn)樗鼩w屬科學(xué)類(lèi)，并且相對(duì)抽象，學(xué)生的物理素養(yǎng)不高便很難學(xué)好物理，這就決定了核心素養(yǎng)作為教學(xué)的基礎(chǔ)地位，而實(shí)驗(yàn)教學(xué)就是核心素養(yǎng)最重要的組成部分，學(xué)生進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)的動(dòng)力就是在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中內(nèi)化形成的解決實(shí)際問(wèn)題的能力[3].

面對(duì)2018年課改，當(dāng)前有很多學(xué)者做關(guān)于核心素養(yǎng)的研究，提出了相應(yīng)的界定與分類(lèi).北京師范大學(xué)郭玉英教授確定了物理學(xué)科能力的三個(gè)維度、九項(xiàng)指標(biāo)的表現(xiàn)框架，并劃分了學(xué)生物理學(xué)科表現(xiàn)的七級(jí)水平.山東師范大學(xué)畢華林教授運(yùn)用德?tīng)柗品?，得出中學(xué)理科課程應(yīng)重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生發(fā)展13項(xiàng)科學(xué)能力和價(jià)值觀念[4].國(guó)內(nèi)學(xué)者段金梅等[5]，基于心理學(xué)對(duì)能力的界定，提出中學(xué)物理教學(xué)中要注意培養(yǎng)的6種能力.閆金鐸教授也強(qiáng)調(diào)中學(xué)應(yīng)重點(diǎn)培養(yǎng)的三種物理能力[6].喬際平教授結(jié)合物理學(xué)科特點(diǎn)將物理能力分為四大點(diǎn)[7].文獻(xiàn)綜述表明，我國(guó)學(xué)者在物理核心素養(yǎng)的界定和分類(lèi)中都體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)探究的重要性.

然而對(duì)于這個(gè)方向的實(shí)證研究還不夠完善，本文基于以往學(xué)者的研究結(jié)果[8]，以及物理核心素養(yǎng)的基礎(chǔ)理論，從問(wèn)卷的方式出發(fā)，設(shè)計(jì)相關(guān)物理實(shí)驗(yàn)課程核心素養(yǎng)題目28道[9].以班級(jí)為單位，抽樣選取不同程度，不同年級(jí)高中學(xué)生，并將數(shù)據(jù)以SPSS24.0處理分析，探索在物理課程上，物理核心素養(yǎng)中實(shí)驗(yàn)探究素養(yǎng)的結(jié)構(gòu)、表現(xiàn)測(cè)評(píng)，為后續(xù)物理核心素養(yǎng)的研究提供基礎(chǔ)和實(shí)證依據(jù).

1 對(duì)象與方法

1.1 對(duì)象

1.1.1 樣本

項(xiàng)目分析和探索性因素分析的被試來(lái)自不同地區(qū)的4所高中，以班級(jí)為單位，對(duì)高中生進(jìn)行集體施測(cè)，發(fā)放問(wèn)卷600份，其中黑龍江省齊齊哈爾第十一中學(xué)150份，齊齊哈爾中學(xué)230份，黑龍江省綏化市青岡第一中學(xué)70份，浙江省衢州高級(jí)中學(xué)150份.剔除無(wú)效問(wèn)卷78份（漏答或虛偽答題），剩余有效問(wèn)卷522份.其中男180人，女342人，高一249份，高二273份.

1.1.2 缺失值的處理

采用表列刪除法，即在一條記錄中，只要存在一項(xiàng)缺失，則刪除該記錄.最終得到508條數(shù)據(jù)，基于此部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行分析.

1.2 工具

基于高中物理實(shí)驗(yàn)課程核心素養(yǎng)問(wèn)題的調(diào)查分析問(wèn)卷，共28個(gè)條目，包含了物理核心素養(yǎng)的四部分要素，前22題使用5級(jí)評(píng)分，總分越高，代表物理素養(yǎng)越好.問(wèn)卷?xiàng)l目采用疑問(wèn)句形式，最后，經(jīng)兩名專(zhuān)家的反復(fù)核對(duì)和修改后，形成該問(wèn)卷[10].

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS24.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行項(xiàng)目分析、探索性因素分析、相關(guān)分析、信度分析，均值差異比較，采用Amos21.0進(jìn)行驗(yàn)證性因素分析.

2 結(jié)果

2.1 項(xiàng)目分析

采用樣本的數(shù)據(jù)進(jìn)行項(xiàng)目分析，項(xiàng)目分析的標(biāo)準(zhǔn)為題總相關(guān)系數(shù)，結(jié)果顯示各條目均在0.30以上，各維度Alpha系數(shù)分別為0.938、0.938、0.939、0.940，總體Alpha系數(shù)為0.937，此處克隆巴赫信度系數(shù)極好，項(xiàng)目分析表明條目與總問(wèn)卷的相關(guān)性滿(mǎn)足要求（除14題之外），故刪除14題保留了其他5級(jí)評(píng)分條目.

2.2 效度分析

2.2.1 探索性因素分析

在項(xiàng)目分析的基礎(chǔ)上，采用SPSS中的主成分分析法，Promax斜交旋轉(zhuǎn)對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行探索性因素分析，結(jié)果顯示，KMO值為0.933，Bartlett的球形度檢驗(yàn)值為4289.592，P<0.001，表明適合進(jìn)一步的分析.參考碎石圖，得到特征根大于1的4個(gè)因子，方差的總解釋率為55.905，因此探究性因素分析得出21個(gè)條目歸屬于4個(gè)因子，各條目的共同度較好.本文依據(jù)結(jié)構(gòu)矩陣（見(jiàn)表1）將4個(gè)因子分別命名為自我回溯、實(shí)驗(yàn)操作、合作交流、知識(shí)汲取，如第8題因子載荷為0.790，各維度按因子載荷大小排序得出表1的結(jié)構(gòu)矩陣.

2.2.2 驗(yàn)證性因素分析

采用Amos軟件，根據(jù)問(wèn)卷中的相關(guān)問(wèn)題及上述探索性因素得出的4因素進(jìn)行驗(yàn)證性因素分析，在模型擬合過(guò)程中使用最大似然估計(jì)進(jìn)行模型運(yùn)算.結(jié)果顯示：絕對(duì)擬合指數(shù)（卡方值）χ2=732.923，RMSEA=0.076；相對(duì)擬合指數(shù)NFI=0.834，CFI=0.868；信息指數(shù)AIC=870.923，根據(jù)查閱模型擬合評(píng)價(jià)表，可見(jiàn)該問(wèn)卷的4因素模型的擬合效果良好.值得注意的是，擬合指數(shù)的作用是考察理論模型與數(shù)據(jù)的適配程度，并不能作為判斷模型是否成立的唯一依據(jù)，擬合度高的模型可以作為參考，但是仍然要根據(jù)研究問(wèn)題的背景知識(shí)進(jìn)行合理性討論才更具有研究意義.

2.2.3 各分量表之間的相關(guān)

通過(guò)SPSS計(jì)算得出，該問(wèn)卷總分和各個(gè)維度之間的相關(guān)系數(shù)在0.621-0.916之間，呈中高度相關(guān)；各維度之間的相關(guān)系數(shù)在0.433-0.580之間，呈中低度相關(guān)，符合問(wèn)卷編制的要求.endprint

2.3 信度分析

內(nèi)部一致性信度，統(tǒng)計(jì)21個(gè)條目得：?jiǎn)柧淼腁lpha系數(shù)為0.917，自我回溯、實(shí)驗(yàn)操作、合作交流、知識(shí)汲取的Alpha系數(shù)分別為0.938、0.938、0.939、0.940，表明信度良好，可靠性高.

3 思考與討論

該問(wèn)卷測(cè)試為在校高中生，符合測(cè)試內(nèi)容，經(jīng)過(guò)項(xiàng)目分析，探索性因素分析等，形成了21個(gè)條目，4個(gè)維度的問(wèn)卷，包括2個(gè)分問(wèn)卷.許多專(zhuān)家認(rèn)為通過(guò)使用合適的分問(wèn)卷來(lái)代替總問(wèn)卷的形式，可以增強(qiáng)相關(guān)的外部標(biāo)準(zhǔn)，所以構(gòu)建物理核心素養(yǎng)中的實(shí)驗(yàn)探究多維結(jié)構(gòu)能夠形成更加明確的核心素養(yǎng)條目，有助于教師明確教學(xué)目標(biāo)，具體而言，反應(yīng)物理核心素養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)探究要素，可以被拆分為4個(gè)維度，問(wèn)卷具有良好的結(jié)構(gòu)效度，探索性因素分析的結(jié)果顯示各擬合指數(shù)均符合取值標(biāo)準(zhǔn)，表示物理核心素養(yǎng)的4個(gè)因素模型的基本適配指標(biāo)較好，各維度之間的中低度相關(guān)進(jìn)一步說(shuō)明問(wèn)卷較為理想.可以得出結(jié)論：實(shí)驗(yàn)探究可以被分為四個(gè)維度，分別為自我回溯、實(shí)驗(yàn)操作、合作交流、知識(shí)汲取.

基于本文的研究，衡量學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)探究素養(yǎng)主要關(guān)注以下幾點(diǎn)：能否用規(guī)范的物理實(shí)驗(yàn)用語(yǔ)闡述問(wèn)題；用基本的物理思維來(lái)思考物理問(wèn)題；運(yùn)用建構(gòu)的模型解決實(shí)際問(wèn)題；從定性和定量?jī)煞矫娲_定問(wèn)題的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系.而這些能力的形成被認(rèn)為是學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的感知、接受、熟悉、形成的過(guò)程，這與物理核心素養(yǎng)的提高相吻合.

綜上所述，物理實(shí)驗(yàn)探究素養(yǎng)有待提高的部分主要有：

3.1 結(jié)合生活實(shí)際

培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)中重要的是解決生活中的原始問(wèn)題，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)也是如此，脫離實(shí)際的物理實(shí)驗(yàn)都是不科學(xué)的，鼓勵(lì)學(xué)生從生活中探究物理實(shí)驗(yàn)的痕跡，并運(yùn)用到學(xué)習(xí)生活中，要讓學(xué)生知道物理來(lái)源于生活，才能達(dá)到提高物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的，從而引導(dǎo)學(xué)生的思維越來(lái)越適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展.

3.2 夯實(shí)核心概念

自我回溯就是對(duì)知識(shí)的再掌握，這是個(gè)知識(shí)體系構(gòu)建的過(guò)程，學(xué)生樂(lè)于從實(shí)驗(yàn)探究尋找樂(lè)趣，對(duì)于相關(guān)概念往往重彼輕此，但物理概念卻是全部物理課程的基礎(chǔ)，若學(xué)生對(duì)核心概念的掌握不夠扎實(shí)，在特定實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象理解上就會(huì)產(chǎn)生偏差，在實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中，對(duì)核心概念的鞏固依然不能輕視，這樣可以幫助學(xué)生形成抽象知識(shí)概念.

3.3 建立知識(shí)框架

學(xué)生物理思維的形成不是一蹴而就的，物理知識(shí)也不是零散分立的，學(xué)生科學(xué)思維方法的內(nèi)化主要是模型建構(gòu)能力和科學(xué)推理能力，而這些最基本素養(yǎng)的形成就要求學(xué)生建立知識(shí)之間的聯(lián)系，形成知識(shí)框架，從整體的角度來(lái)把握物理知識(shí).

通過(guò)上述基于高中物理實(shí)驗(yàn)課程的核心素養(yǎng)水平及發(fā)展的現(xiàn)狀測(cè)量和分析，可以認(rèn)識(shí)到實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的主要途徑之一，而核心素養(yǎng)是學(xué)生順利健康學(xué)習(xí)成長(zhǎng)的重要支持，因此，基于核心素養(yǎng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，是培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)全面發(fā)展的重要途徑.

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