對以科學史為素材的中考試題的評析與改進

林君祥

[摘? ?要]以科學史為素材的試題如能多角度設置考查點，不僅能體現(xiàn)能力立意的命題思想，還能實現(xiàn)對學生探究性思維的考查?；谶@兩點，對一道以科學史為素材的中考試題進行了評析、質疑和改進。

[關鍵詞]科學史;中考試題;評析;改進

[中圖分類號]? ?G633.98? ? ? ? [文獻標識碼]? ?A? ? ? ? [文章編號]? ?1674-6058（2019）02-0078-02

縱觀近三年浙江省各地市科學中考試題，可以發(fā)現(xiàn)以科學史為素材的試題在普及化，9個地區(qū)的科學中考試卷中均有不同程度的體現(xiàn)，且杭州、紹興、臺州、衢州4個地區(qū)的科學中考試卷中每年均有一題是基于科學史素材的實驗探究題或解答題。命題者以獨特的科學史材料或科學家設計的經典實驗為背景命制的試題，既巧妙靈活又具有綜合性，因此頗受一線教師的好評。由于科學史多是以實驗為支撐，作為中考試題的素材具有重要的意義和價值，不僅體現(xiàn)了以能力立意的命題思想，也突出考查了學生的科學素養(yǎng)。這樣的試題往往具有以下一些特點：①設計新穎，素材真實;②重視對學生學科核心素養(yǎng)的考查;③有一定的探究性和開放性。

筆者認為，以科學史為素材的試題如果能做到用詞規(guī)范，題意明確，突出對學生運用所學知識解決問題能力的考查，確實能為試卷的評價增分不少。因為這樣的試題在設計上考查了學生對知識的深層次理解和應用;在問題設置上，能充分考慮學生的學習背景，引發(fā)學生的思考和知識遷移，突出對學生推理能力的考查;在命題目標上，指向學生的認知過程，關注分數(shù)背后隱藏的不同的認知結構和解決策略。但是如果運用不當?shù)脑挘瑫谠囶}的科學性和適標性上留人以話柄。下面以2018年衢州市科學中考試題第26題為例來加以評析、質疑和改進。

[原題]材料一：兩千多年前，亞里士多德認為空氣沒有“重量”，真空是不存在的。

材料二：至少從1614年開始，伽利略卻認為空氣是有重量的。他的同事兼學生托里拆利在1643年做了如圖1實驗：把一端封閉的長玻璃管裝滿水銀倒置在一個敞口的水銀槽里，水銀從玻璃管的頂部下降了一段距離后，液面不再下降，高度總保持距槽中水銀面30英寸（76厘米）左右。1646年帕斯卡重復了這一實驗。

材料三：在17世紀中葉，對該實驗的兩個關鍵問題的回答都有代表性的支持者和反對者（如下表）。

[關鍵問題的回答 支持者 反對者 大氣壓力支撐水銀柱 笛卡爾

帕斯卡 所有亞里士多德學派

羅貝瓦爾 水銀柱上方存在真空 羅貝瓦爾

波義耳 所有亞里士多德學派、笛卡爾、伽利略、霍布斯 ]

（1）一些反對者認為，由于管內水銀產生了蒸汽，使水銀減少，水銀液面下降。為了反駁這一觀點，帕斯卡同時拿出酒和水，詢問反對者：用酒和水做托里拆利實驗，酒柱與水柱哪個液面下降得更多？反對者們認為酒的液面下降得更多，原因是? ? ? ? ? ? ?。但是實驗現(xiàn)象卻是水柱液面下降得更多。

（2）另一些反對者認為，由于管內遺留了少量空氣，才使水銀液面下降。帕斯卡利用1米左右長、不同直徑的玻璃管進行托里拆利實驗，如果觀察到的實驗現(xiàn)象是? ? ? ? ? ? ?，就可以反駁反對者們的觀點。

（3）下列關于科學本質及科學發(fā)現(xiàn)過程的描述正確的有? ? ? ? ? ? ?。

A.公元1646年前，所有人都贊同亞里士多德提出的“真空不存在”的觀點

B.科學實驗中要努力得到和前人一樣的實驗結論

C.科學發(fā)現(xiàn)是一個不斷完善、不斷修正的過程

D.實驗是科學研究的重要方法

試題評析：這是一道實驗探究題，需要考生閱讀科學史材料，了解科學的發(fā)展進程，考查了學生將知識運用到新情境中，并與已有知識建立聯(lián)系，分析有關現(xiàn)象，提出解決問題的途徑和方法的能力。根據課程標準三維目標分類，本題屬于知識性考試水平要求中的“應用水平層次”，技能性考試水平要求中的“遷移水平層次”，體驗性考試水平要求中的“領悟水平層次”。第（1）小題主要考查學生“能對提出的猜想和假設陳述理由”，考生要在理解反對者提出的觀點的前提下才有可能做出正確回答。由題中所給材料可知，反對者認為水銀蒸汽的產生是一種“蒸發(fā)現(xiàn)象”，水銀蒸發(fā)是導致水銀液面下降的原因，考生要在理解反對者的觀點的同時將已學知識——酒精的蒸發(fā)能力遠大于水，應用到該小題中。根據反對者的觀點將錯就錯，蒸發(fā)能力強的酒精液面應該下降得多，然而事實上是水柱液面下降得更多，自然就證偽了反對者的觀點。第（2）小題主要考查了學生對可能出現(xiàn)的實驗結果進行推測的能力，根據液體壓強的特點：液體的壓強大小取決于液體的密度和液體所處的深度，在管內外壓強差不變時，水銀柱的高度與管徑粗細無關，因此可以推測出“當水銀在上方為真空時，不同直徑的玻璃管內的水銀柱高度相同”這一實驗現(xiàn)象來反駁反對者的觀點。這樣的科學史材料充分展現(xiàn)了科學家的探究性思維，也檢測了考生思維的深刻性、靈活性和創(chuàng)新性，是單純的知識和理論考查所無法比擬的。第（3）小題側重于考查學生對科學本質的理解。科學態(tài)度和科學精神是科學核心素養(yǎng)的重要內容之一，從題中的素材可看出，科學史是科學家不斷求實、創(chuàng)新、質疑、批判和進步的發(fā)展史。科學史更是人類智慧的結晶，不僅包含科學家從實驗探究中得到的理論和方法，還包括科學家嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和不斷創(chuàng)新的科學精神。因此，像本題這樣的以科學史為素材命制的試題，它關注了考生知識形成的過程，注重對考生科學素養(yǎng)的考查，同時還能較好地引導初中科學學科的教與學。

質疑與改進：筆者認為該試題的第（2）小題仍存在不足之處。一是如果玻璃管上方是真空，那么可以觀察到粗細不同的玻璃管內的水銀柱的高度相等，但是管內水銀柱高度相等只能說明管內外氣壓差相等，而不能說明管內水銀柱上方沒有空氣;二是查閱相關資料也不難發(fā)現(xiàn)，當時帕斯卡等科學家是采用“逐漸傾斜玻璃管，管內水銀柱的豎直高度不變，當繼續(xù)傾斜玻璃管到一定程度時，管內會充滿水銀”的方法來說明管內確實沒有空氣?？茖W家用內徑不同的玻璃管和長短不同的玻璃管重做這個實驗，發(fā)現(xiàn)水銀柱的豎直高度不變，是用來說明大氣壓強與玻璃管的粗細、長短無關。即參考答案“各管內水銀柱的高度相等”只是反駁反對者的觀點的必要不充分條件。因此，筆者認為該小題的參考答案應改為“當把不同直徑的玻璃管傾斜到一定程度時，管內會充滿水銀”更為合理。

思考與建議：第一，基于科學史材料的試題多取材于科學發(fā)展史中的一些重大的科學進展，如與諾貝爾獎相關的科學發(fā)現(xiàn)過程或研究進展，或是教材中的一些重要規(guī)律、原理的得出過程，其研究成果具有一定的科學性和權威性等，利用這樣的材料進行命題，不僅可考查學生對科學核心知識的理解程度，有效檢測學生的知識建構、遷移能力以及解決問題的能力，還能較好地體現(xiàn)能力立意的命題思想。第二，科學試題中相對翔實的資料能生動地展現(xiàn)科學家的探究思維過程，以科學史為素材的試題考查點可以涉及提出問題、建立猜想、設計實驗方案、獲取事實與證據、表達與交流等各個方面。因此，能實現(xiàn)對學生探究性思維的考查。第三，以科學史為材料的試題編制要避免各小題都是單一的知識性考查，考查點設置應多角度，如考查相關的科學方法、實驗方案的設計、根據相關數(shù)據得出結論、對原有實驗方案的評價和改進以及對科學本質的理解等多個方面。如此命制而成的試題才會考查面廣、導向性好，在評價時備受青睞。

[? 參? ?考? ?文? ?獻? ]

[1]? 浙江省教育廳教研室.2018年浙江省初中畢業(yè)生學業(yè)考試說明[M].杭州：浙江攝影出版社，2018.

[2]? 楊舟.基于國際科學教育測評試題分析的中學生物學試題命制研究[D].上海：華中師范大學，2017.

[3]? 孫秀秀.2012-2016年高考生物STSE試題分析[D].上海：華中師范大學，2017.

（責任編輯? ? 黃春香）