物理觀念水平視角下物理試題的能力層次結(jié)構(gòu)分析

項(xiàng)睿杰　徐瑩

摘 要：物理觀念是核心素養(yǎng)的基石，以物理觀念為本發(fā)展學(xué)生的素養(yǎng)和能力，學(xué)業(yè)質(zhì)量與考試評(píng)價(jià)也包含對(duì)物理觀念的查考.隨著時(shí)代發(fā)展，對(duì)人才培養(yǎng)要求提高，高考形式也隨之變化.對(duì)試題的物理觀念分析既是試題能力結(jié)構(gòu)的深入思考，也是對(duì)物理核心素養(yǎng)落實(shí)的評(píng)價(jià).本研究基于SOLO分類(lèi)理論，結(jié)合考試大綱，以物理觀念水平為依據(jù)，重新建立了物理試題的能力層次劃分標(biāo)準(zhǔn).以2019年全國(guó)Ⅰ卷為例，對(duì)物理試題的能力層次、分值、題型、知識(shí)點(diǎn)分布進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，并結(jié)合具體實(shí)例進(jìn)行了試題的能力層次分析.通過(guò)對(duì)高考物理試題能力層次的分析，明晰試題能力層次結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和專(zhuān)家命題意圖，以期對(duì)教師的教學(xué)與學(xué)生能力素養(yǎng)的培養(yǎng)提供一定的指導(dǎo).

關(guān)鍵詞：SOLO分類(lèi)理論;試題能力層次分析;高考物理考試大綱;物理觀念

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1008-4134（2021）01-0002-05

作者簡(jiǎn)介：項(xiàng)睿杰（1996-），女，遼寧鞍山人，碩士研究生，研究方向：物理學(xué)科教學(xué);

徐瑩（1987-），女，吉林松原人，博士，碩士生導(dǎo)師，研究方向：物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究、物理課程與教學(xué)論.

為實(shí)現(xiàn)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的多方面培養(yǎng)落地，精心編排課程內(nèi)容，提出考試評(píng)價(jià)不同要求，高考改革迎來(lái)了新的“3+3”模式.其中物理觀念是素養(yǎng)培養(yǎng)的基礎(chǔ)，教學(xué)中對(duì)物理概念和規(guī)律的學(xué)習(xí)，訓(xùn)練學(xué)生的思維、研究及實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?通過(guò)物理試題的形式評(píng)價(jià)學(xué)生的素養(yǎng)和能力層次，試題的物理觀念考查和能力結(jié)構(gòu)層次的評(píng)價(jià)分析，不但要切合考試大綱和普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)，也要結(jié)合學(xué)生的目前思維能力水平.目前基于SOLO理論[1]的物理試題能力層次的研究主要依據(jù)考綱的不同能力要求和SOLO分類(lèi)理論的結(jié)構(gòu)水平相結(jié)合進(jìn)行分析.這僅僅把試題不同能力層次的分布簡(jiǎn)單進(jìn)行梳理，不能將試題中物理觀念的能力水平體現(xiàn)出來(lái);而以物理學(xué)科核心素養(yǎng)的角度分析試題，又沒(méi)有明確的試題能力層次的劃分標(biāo)準(zhǔn)，這些分析不夠全面深入.本研究基于SOLO分類(lèi)理論，結(jié)合考試大綱能力層次和物理核心素養(yǎng)的物理觀念水平，重新建立物理試題的能力層次劃分標(biāo)準(zhǔn)，并以2019年全國(guó)Ⅰ卷為例進(jìn)行試題能力層次的相關(guān)分析.

1 SOLO分類(lèi)理論

SOLO分類(lèi)理論是由澳大利亞教育心理學(xué)家Biggs等人提出的，它的基本觀點(diǎn)來(lái)源于對(duì)布魯姆分類(lèi)教學(xué)的提升和皮亞杰的認(rèn)知發(fā)展階段理論[2].SOLO分類(lèi)理論是指當(dāng)人處在一個(gè)問(wèn)題情境中，在解決問(wèn)題時(shí)所表現(xiàn)出來(lái)的能力水平，可以劃分為5種層次水平（見(jiàn)表1）.這標(biāo)志著學(xué)生在解決物理問(wèn)題時(shí)候的能力層次是依次遞增的，也體現(xiàn)學(xué)生對(duì)解題的有關(guān)知識(shí)從無(wú)到有、從量到質(zhì)的掌握情況.SOLO分類(lèi)理論引入國(guó)內(nèi)后，研究者們從起源、內(nèi)容、各學(xué)科教學(xué)中應(yīng)用以及開(kāi)放性試題的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等進(jìn)行研究.SOLO分類(lèi)理論的分層思想對(duì)高考物理試題的能力層次研究[3]具有一定的可行性.因?yàn)閷?duì)試題能力層次的分析，不涉及到學(xué)生實(shí)際得分，減少不確定性，試題都是真實(shí)無(wú)誤的.

2 物理觀念

物理觀念是“科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”素養(yǎng)培養(yǎng)與發(fā)展的基底.物理觀念主要包括物質(zhì)觀念、運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念、能量觀念等[4].2017年版的《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》中凝練了學(xué)科核心素養(yǎng)，還圍繞核心素養(yǎng)的落地，精選、重組課程內(nèi)容，指導(dǎo)教學(xué)設(shè)計(jì)，提出新的考試評(píng)價(jià).課標(biāo)中的學(xué)業(yè)質(zhì)量水平和物理學(xué)科核心素養(yǎng)的水平劃分，都對(duì)物理觀念的水平進(jìn)行了說(shuō)明.本研究對(duì)其進(jìn)行一定整理并實(shí)例說(shuō)明，見(jiàn)表2.

3 基于SOLO分類(lèi)理論的試題物理觀念與能力層次劃分標(biāo)準(zhǔn)

本研究的核心是制定試題的能力層次劃分標(biāo)準(zhǔn).關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)的界定，山麗娟[5]、王芳[6]結(jié)合考試大綱中的五種能力對(duì)解題所需知識(shí)點(diǎn)數(shù)量及之間關(guān)系的復(fù)雜度，提出試題SOLO的能力層次標(biāo)準(zhǔn);郭晨躍[7]按照學(xué)生對(duì)物理知識(shí)反應(yīng)情況的視角，對(duì)SOLO的5種水平進(jìn)行了劃分;王振超在“基于SOLO分類(lèi)理論的高考物理試題能力層次分析——以2016年全國(guó)卷Ⅰ為例”一文中，對(duì)題中考查的知識(shí)點(diǎn)和考試大綱融合建立試題能力層次的劃分標(biāo)準(zhǔn)[8].

詹凱、田成良在“聚焦核心素養(yǎng)、凸顯課改特色——2018年北京高考物理試題分析”一文中，對(duì)2018年的試題從物理學(xué)科核心素養(yǎng)的物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度和責(zé)任的四個(gè)方面對(duì)試題進(jìn)行分析[9];在“秉承科學(xué)育人、強(qiáng)化探究過(guò)程、發(fā)展思維品質(zhì)——2019年北京高考物理試題分析”一文中，從科學(xué)思維中的模型建構(gòu)、科學(xué)推理等維度對(duì)2019年北京高考物理試題分析[10].可以看出對(duì)試題分析的角度變得更加精細(xì)和深入.有了觀念，才可以對(duì)事物有一定的認(rèn)識(shí)，進(jìn)而言語(yǔ)、邏輯、思維等會(huì)有一定程度的發(fā)展.從物理觀念的角度對(duì)試題分析是有一定價(jià)值的.

通過(guò)相關(guān)文獻(xiàn)的思考與分析，不難發(fā)現(xiàn)考試大綱中能力考查和物理觀念的劃分與SOLO分類(lèi)理論存在一定的關(guān)聯(lián)性，本文將二者結(jié)合建立試題能力層次劃分標(biāo)準(zhǔn).在5種結(jié)構(gòu)水平中，“前結(jié)構(gòu)水平”是學(xué)生面對(duì)問(wèn)題時(shí)不能正確解題、思維混亂.高考試題無(wú)法表現(xiàn)這層能力水平，即高考物理試題中保留了4個(gè)能力水平，本研究在制定試題標(biāo)準(zhǔn)時(shí)刪除了前結(jié)構(gòu)水平;物理試題的本質(zhì)內(nèi)涵，是對(duì)學(xué)生核心素養(yǎng)的考查，物理觀念水平體現(xiàn)在試題中都是確定的有關(guān)的知識(shí)和問(wèn)題情境，因此水平1和水平2可以體現(xiàn)在單點(diǎn)結(jié)構(gòu)層次中，得到2019年物理試題的物理觀念與能力層次標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)表3.

4 2019年全國(guó)Ⅰ卷物理試題能力結(jié)構(gòu)分析

結(jié)合前面確定試題的物理觀念與能力層次標(biāo)準(zhǔn)，本研究以2019年全國(guó)Ⅰ卷為例，對(duì)物理試題的能力層次進(jìn)行一定的統(tǒng)計(jì)分析，便于分析數(shù)據(jù)背后的深層含義.從題型、分值、試題能力層次、物理觀念水平以及知識(shí)模塊的角度統(tǒng)計(jì)分析.詳細(xì)說(shuō)明物理觀念的層次，如果不進(jìn)行分析，僅僅是羅列試題的考查知識(shí)點(diǎn)，又回到將物理知識(shí)體系割裂成單個(gè)知識(shí)點(diǎn)，物理核心素養(yǎng)中物理觀念提出學(xué)生具有清晰、系統(tǒng)的知識(shí)，去解決實(shí)際問(wèn)題.這樣也更加貼近考試大綱的考查.2019年全國(guó)Ⅰ卷物理必考題能力層次的統(tǒng)計(jì)情況，見(jiàn)表4.

由上面數(shù)據(jù)進(jìn)一步整理得到表5.

數(shù)據(jù)描述：2019年全國(guó)Ⅰ卷必考題內(nèi)容知識(shí)模塊主要是力學(xué)和電磁學(xué).由表5可知，力學(xué)試題總分?jǐn)?shù)為49分，占試卷總分值的51.6%;電磁學(xué)試題總分?jǐn)?shù)為46分，占試卷總分值的48.4%.試卷考查力學(xué)占比略大于電磁學(xué).其中R結(jié)構(gòu)水平考查最多，占試題的56.8%，主要為難題;U、E結(jié)構(gòu)水平考查最少，U結(jié)構(gòu)層次主要是以基礎(chǔ)題為主，占試題的11.6%;E結(jié)構(gòu)層次占比為11.6%，主要為綜合拓展題;M結(jié)構(gòu)層次試題，主要是中難題.

4.1 數(shù)據(jù)分析

試題能力層次方面，本試題M、R、E的占比保留整數(shù)處理為3∶5∶2.山麗娟提出并分析了試題M、R、E能力層次的分布比為3∶5∶2[4]，試題具有明顯的區(qū)分度.2019年試題能力層次的比例關(guān)系為1.1∶2∶5.7∶1.1，與往年比較也是有變化的.從中可以看出隨著課程改革的發(fā)展和物理核心素養(yǎng)的提出，結(jié)合杜霞在“全國(guó)新課標(biāo)Ⅰ卷物理試題變化剖析”一文中，對(duì)學(xué)生的知識(shí)掌握、思維能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?shù)學(xué)處理技巧等能力培養(yǎng)變化的分析[11]，發(fā)現(xiàn)本試題的能力層次要求也符合對(duì)學(xué)生能力從低到高的要求.這套試題難度稍高，拓展要求適中，符合高考試題能力層次的特點(diǎn)，同時(shí)對(duì)物理觀念的考查也是具有合理的分布.

試題物理觀念能力層次方面，試題中多以關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平（R）為主，對(duì)物理知識(shí)考查要求較高，學(xué)生需要掌握在復(fù)雜的物理情景中進(jìn)行情境推理，完善物理過(guò)程并對(duì)相關(guān)的物理知識(shí)進(jìn)行整合與推理及一定的數(shù)學(xué)能力等.拓展結(jié)構(gòu)層次（E）出現(xiàn)在力學(xué)計(jì)算題中，其綜合性比較強(qiáng)，且對(duì)學(xué)生思維要求高.力學(xué)部分重視學(xué)生知識(shí)的系統(tǒng)性，也重視學(xué)生在復(fù)雜的需要進(jìn)行物理情節(jié)推理的問(wèn)題中，學(xué)生創(chuàng)新能力、具有清晰和系統(tǒng)的物理知識(shí)、拓展能力和逆向思維等能力.與電磁學(xué)試題相比較，力學(xué)對(duì)學(xué)生知識(shí)能力水平要求更高.電磁學(xué)的實(shí)驗(yàn)題的最后一個(gè)問(wèn)題是拓展結(jié)構(gòu)層次（E），強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰图记傻目疾椋彩菍?duì)考試大綱中考查使用已有的方法和原理設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn).多點(diǎn)結(jié)構(gòu)層次（M）對(duì)物理知識(shí)的考查一般是問(wèn)題情境熟悉，具有一定的物理觀念，并不需要進(jìn)行歸納分類(lèi)，進(jìn)行簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)計(jì)算分析得到結(jié)果.能力層次要求較高，一般多在選擇題中出現(xiàn).單點(diǎn)結(jié)構(gòu)層次（U）中試題中的問(wèn)題簡(jiǎn)單，對(duì)能力要求低，一般出現(xiàn)在選擇第一題和實(shí)驗(yàn)題的前幾問(wèn).這些簡(jiǎn)單獨(dú)立的物理知識(shí)，緩解學(xué)生考試的緊張感，便于考生以最好的狀態(tài)完成考試.

4.2 試題能力劃分范例

由上面數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果的分析，對(duì)試題能力層次的考查關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)層次比重最大.下面選取本試題中的25（1）為關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)典型實(shí)例進(jìn)行分析.

豎直平面內(nèi)一傾斜軌道與一足夠長(zhǎng)的水平軌道通過(guò)一小段光滑圓弧平滑連接，小物塊B靜止于水平軌道的最左端，如圖1所示.t=0時(shí)刻，小物塊A在傾斜軌道上從靜止開(kāi)始下滑，一段時(shí)間后與B發(fā)生彈性碰撞（碰撞時(shí)間極短）;當(dāng)A返回到傾斜軌道上的P點(diǎn)（圖1中未標(biāo)出）時(shí)，速度減為0，此時(shí)對(duì)其施加一外力，使其在傾斜軌道上保持靜止.物塊A運(yùn)動(dòng)的v-t圖像如圖1（b）所示，圖中的v1和v2均為未知量.已知A的質(zhì)量為m，初始時(shí)A與B的高度差為H，重力加速度大小為g，不計(jì)空氣阻力.

（1）求物塊B的質(zhì)量.

分析：本題考查了彈性碰撞，結(jié)合動(dòng)量守恒定律和機(jī)械能守恒定律的知識(shí).本題屬于關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平.學(xué)生需要分析物理情境碰撞前后的速度已知，質(zhì)量不變，為彈性碰撞，列出動(dòng)量定理;但從數(shù)學(xué)角度一個(gè)方程解不出兩個(gè)未知量，同時(shí)整個(gè)碰撞過(guò)程機(jī)械能守恒，通過(guò)機(jī)械能守恒定律列式，可以將兩個(gè)式子聯(lián)立，求物塊B的質(zhì)量.

根據(jù)SOLO能力層次劃分標(biāo)準(zhǔn)，涉及到物理情境分析、三個(gè)物理觀念，需要運(yùn)用數(shù)學(xué)工具.物理情境困難需要推理分析且應(yīng)用到物理知識(shí)的有關(guān)推論、物理推論的深層理解，數(shù)學(xué)計(jì)算困難，所以該試題可以確定為關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平層次.

5 試題能力層次分析的啟示

5.1 教學(xué)方面

備課時(shí)，教師對(duì)不同物理概念、規(guī)律按照試題能力層次劃分標(biāo)準(zhǔn)的模式，結(jié)合學(xué)生目前的能力層次，明確對(duì)知識(shí)的講解要達(dá)到的是M、R、E哪個(gè)層次.通過(guò)一系列的問(wèn)題串，預(yù)設(shè)出學(xué)生實(shí)際所在的層次水平，并在課堂隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整.同時(shí)教師不能將知識(shí)點(diǎn)割裂，要把有關(guān)知識(shí)整合起來(lái)，將物理觀念系統(tǒng)化，幫助學(xué)生分析問(wèn)題.

5.2 學(xué)生能力培養(yǎng)方面

高考模式“3+3”的推出也是將物理核心素養(yǎng)落地，對(duì)學(xué)生的物理觀念、科學(xué)思維、模型建構(gòu)等能力的考查.在課堂教學(xué)中，例如在涉及到與機(jī)械能有關(guān)的知識(shí)時(shí)，使用能力層次標(biāo)準(zhǔn)對(duì)機(jī)械能的含義、基本公式、使用條件、與動(dòng)能之間的轉(zhuǎn)化、新問(wèn)題情景中機(jī)械能是否守恒等有關(guān)的問(wèn)題，讓學(xué)生進(jìn)行劃分.結(jié)合物理情境和物理觀念推理，把大問(wèn)題拆分成有聯(lián)系的幾個(gè)小問(wèn)題，理清物理過(guò)程.學(xué)生對(duì)機(jī)械能的知識(shí)由淺入深地掌握.這也讓學(xué)生明白要對(duì)知識(shí)掌握有不同的深度.

5.3 學(xué)生反思能力的訓(xùn)練

通過(guò)試題能力層次分析，2019 年高考物理試題注重物理過(guò)程分析推理以及知識(shí)點(diǎn)綜合運(yùn)用能力的考查.因此，教師在課后練習(xí)選題時(shí)要密切聯(lián)系生活實(shí)際，對(duì)知識(shí)分成不同層次由淺入深地進(jìn)行訓(xùn)練，要增強(qiáng)學(xué)生對(duì)物理情境分析，多設(shè)置一些變式情境，幫助學(xué)生物理觀念、科學(xué)思維等能力的提高.尤其是高三學(xué)生，計(jì)算題有時(shí)一題多解或答案不是唯一解的情況，要結(jié)合相關(guān)知識(shí)推導(dǎo)，理解知識(shí)間深層的關(guān)系，可告別題海戰(zhàn)術(shù)的復(fù)習(xí)模式.教師在課后對(duì)學(xué)生練習(xí)題的反思結(jié)果（也包括學(xué)生自己對(duì)試題的知識(shí)劃分表）進(jìn)行訂正.教師對(duì)知識(shí)間的聯(lián)系整理脈絡(luò)，建立清晰、系統(tǒng)的物理觀念.

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（收稿日期：2020-10-13）