男女生物理探究能力表現(xiàn)的實(shí)證分析
——基于浙江省2019年教育質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

沈啟正

(浙江省教育廳教研室,浙江 杭州 310012)

2019年浙江省教育質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)包括全省八年級(jí)抽測(cè)學(xué)生語(yǔ)文、數(shù)學(xué)、科學(xué)三學(xué)科的監(jiān)測(cè)成績(jī)以及學(xué)生、教師及家長(zhǎng)問(wèn)卷結(jié)果.科學(xué)學(xué)科考查的知識(shí)內(nèi)容主要包括物理、化學(xué)部分(生物內(nèi)容較少,作為單獨(dú)學(xué)科分析的維度代表性不足,不予研究).科學(xué)學(xué)科能力維度測(cè)試主要診斷學(xué)生“提出科學(xué)問(wèn)題、設(shè)計(jì)探究方案、獲取和解釋證據(jù)、科學(xué)解釋現(xiàn)象、評(píng)價(jià)科學(xué)探究”五個(gè)維度的能力水平.本文從物理試題各能力維度題量的均衡分布考慮,把“獲取和解釋證據(jù)、科學(xué)解釋現(xiàn)象”合并為“方案實(shí)施與改進(jìn)”,結(jié)合物理探究能力各種表述的研究,整合成:信息收集與提問(wèn)、計(jì)劃探索與制定、方案實(shí)施與改進(jìn)、結(jié)果反思與評(píng)價(jià)這4個(gè)維度.

物理學(xué)科考查的能力水平主要考查探究能力,測(cè)試研究團(tuán)隊(duì)特別注重編制密切聯(lián)系實(shí)際、聚焦真實(shí)問(wèn)題解決的情境化試題,設(shè)計(jì)開(kāi)放性分級(jí)計(jì)分試題,為測(cè)評(píng)學(xué)生的物理探究能力提供了豐富、準(zhǔn)確和有效的信息.

本文著重研究男女生在物理探究能力方面的表現(xiàn)差異情況,并根據(jù)典型題的作答分析觀察男女生在探究能力各個(gè)維度以及在不同難度值時(shí)的表現(xiàn)情況,幫助一線教師更好地了解男女生在物理探究能力中的性別特征,以便在教學(xué)時(shí)更有效地實(shí)施情感激活與認(rèn)知建構(gòu),提高學(xué)生分析問(wèn)題與解決問(wèn)題的創(chuàng)新意識(shí)與探究水平.

1 研究設(shè)計(jì)

1.1 研究對(duì)象

參加2019年浙江省初中質(zhì)量監(jiān)測(cè)的8 年級(jí)學(xué)生共41590名,在本次研究中剔除變量缺失值樣本,最終有效人數(shù)41382人,其中男生21782名,女生19600名.

1.2 學(xué)生分類

為了淺顯易懂、增加可讀性,本文不采用教育測(cè)量統(tǒng)計(jì)中引用大量專業(yè)術(shù)語(yǔ)的寫(xiě)法,盡量用直觀的圖表呈現(xiàn).為避免繁雜及沖淡主題,一概不呈現(xiàn)數(shù)據(jù)檢驗(yàn)表,特在此統(tǒng)一聲明:本文所有數(shù)據(jù)都另進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)T檢驗(yàn),除特別說(shuō)明外,分類群組之間均有顯著性差異.

2 研究結(jié)果與分析

2.1 男女生在物理探究能力上的差異

本次物理監(jiān)測(cè)試題考查學(xué)生的探究能力,因此量尺分總分可表征物理探究能力的高低,男女生得分率可比較兩者的能力差異.監(jiān)測(cè)試題還設(shè)計(jì)了考查較復(fù)雜的綜合探究物理問(wèn)題能力,得分率同樣可比較男女生在復(fù)雜物理問(wèn)題探究能力上的差異情況,如圖1.結(jié)果顯示:在物理探究能力方面總體上男生略優(yōu)于女生,在復(fù)雜物理問(wèn)題探究能力上也是男生優(yōu)于女生,但在復(fù)雜物理問(wèn)題探究能力上,男女生得分率差異并沒(méi)有擴(kuò)大.

圖1 男女生物理探究能力的差異

2.2 男女生在理化探究能力上的差異

本次監(jiān)測(cè)中,科學(xué)學(xué)科主要考查學(xué)生在物理、化學(xué)中的探究能力.經(jīng)分析,得到如圖2所示的男女生在理化探究能力上的差異情況.顯然,男生物理探究能力優(yōu)于女生,但在化學(xué)中,男女生得分率無(wú)顯著性差異.

圖2 男女生在理化探究能力上的差異

2.3 不同閱讀水平的男女生物理探究能力差異

本次語(yǔ)文監(jiān)測(cè)學(xué)生的閱讀水平,按專家組事先的水平標(biāo)定,把閱讀水平分為:A(好)、B(較好)、C(中等)、D(待提高).圖3表明男女生的閱讀水平與探究能力均是明顯的正相關(guān)關(guān)系;但男女性別的影響極小,經(jīng)T檢驗(yàn)這些結(jié)果均不顯著,說(shuō)明各閱讀水平下男女生物理探究能力水平在統(tǒng)計(jì)意義上沒(méi)有差異.

圖3 不同閱讀水平的男女生物理探究能力差異

2.4 男女生在各物理探究維度上的表現(xiàn)差異

我們把物理探究按進(jìn)程順序劃分,得到“信息收集與提問(wèn)、計(jì)劃探索與制定、方案實(shí)施與改進(jìn)、結(jié)果反思與評(píng)價(jià)”4個(gè)維度,圖4是男女生在各維度中的表現(xiàn)情況,圖中表明各維度中男女生的表現(xiàn)有所差異,“信息收集與提問(wèn)”和“方案實(shí)施與改進(jìn)”維度男生略占優(yōu)勢(shì),“結(jié)果反思與評(píng)價(jià)”維度女生略微占優(yōu),“計(jì)劃探索與制定”維度經(jīng)T檢驗(yàn)?zāi)信鷽](méi)顯著性差異.

圖4 男女生在各物理探究維度上的表現(xiàn)

2.5 不同水平的男女生在物理各探究維度上的表現(xiàn)

按1.2中的學(xué)生分類,把5個(gè)層次的男女生在物理各探究維度上的表現(xiàn)合并在同一張圖上.如圖5所示,實(shí)線表征男生,虛線表征女生;從上向下看,依次為尖子生、優(yōu)良生、中等生、薄弱生和學(xué)困生.從圖中可讀出以下信息.

圖5 不同水平的男女生在物理探究維度上的表現(xiàn)

尖子生層面,“信息收集與提問(wèn)”、“計(jì)劃探索與制定”這兩維度經(jīng)T檢驗(yàn)無(wú)顯著性差異,“方案實(shí)施與改進(jìn)”男生占優(yōu),“結(jié)果反思與評(píng)價(jià)”則是女生占優(yōu).

優(yōu)良生層面,“信息收集與提問(wèn)”、“方案實(shí)施與改進(jìn)” 這兩維度經(jīng)T檢驗(yàn)無(wú)顯著性差異,“計(jì)劃探索與制定”和“結(jié)果反思與評(píng)價(jià)”這兩維度均是女生占優(yōu).

在中等生中,“方案實(shí)施與改進(jìn)” 無(wú)顯著性差異,“信息收集與提問(wèn)”男生略占優(yōu),“計(jì)劃探索與制定”和“結(jié)果反思與評(píng)價(jià)”這兩維度均是女生占優(yōu).

薄弱生中,只有“方案實(shí)施與改進(jìn)”男生略占優(yōu),其他維度均無(wú)顯著性差異.

學(xué)困生中,所有維度均無(wú)顯著性差異.

3 探究題示例及分析

為了讓讀者了解本次監(jiān)測(cè)是如何通過(guò)紙筆試題考查探究能力的,以下示3例并通過(guò)數(shù)據(jù)分析真實(shí)展現(xiàn)男女生在各問(wèn)題探究時(shí)的表現(xiàn)情況.

例1.為觀測(cè)水結(jié)冰的過(guò)程,某學(xué)生進(jìn)行如圖6的實(shí)驗(yàn):在小試管中倒入適量的水,在水中插入并固定溫度計(jì),再將此小試管放入加有食鹽的碎冰中冷卻,每隔1 min記錄溫度計(jì)的示數(shù)及小試管內(nèi)水的狀態(tài),結(jié)果如表1.

表1

(1) 請(qǐng)根據(jù)表中數(shù)據(jù)在下面方格中畫(huà)出小試管內(nèi)水的溫度隨時(shí)間變化的關(guān)系圖像.

(2) 根據(jù)表中數(shù)據(jù),某學(xué)生認(rèn)為冰是晶體,你是否贊同?

圖6

(3) 針對(duì)上小題的回答,說(shuō)明理由.

解析: 第(1)小題著重考查了“方案實(shí)施與改進(jìn)”維度,根據(jù)項(xiàng)目反應(yīng)理論(IRT)的難度值,本題第(1)小題得1分難度值-1.83;得2分難度值-0.95;得3分難度值0.63;屬容易題.由圖7可知,得2分和得滿分3分的比例男生略高于女生.

圖7 例1(1)得分情況

第(2)小題著重考查“結(jié)果反思與評(píng)價(jià)”維度,IRT難度為0.38,屬于較易題,如圖8,得分率男生占優(yōu),但此題答題表達(dá)上要求邏輯性全面性更強(qiáng)些.

圖8 例1(2)得分情況

第(3)小題著重考查 “方案實(shí)施與改進(jìn)”中的解釋環(huán)節(jié),得1分的IRT難度值為2.37,得2分為2.89,得3分為3.38,屬于極難題,得0分比例高達(dá)93.5%以上,如圖9,男女生得分率均極低,無(wú)比較的意義.

圖9 例1(3)得分情況

例2.為探究影響“筷子提米”實(shí)驗(yàn)的成功因素,某科學(xué)小組進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn):

實(shí)驗(yàn)1:進(jìn)行“筷子提米”時(shí),發(fā)現(xiàn)只有當(dāng)米層達(dá)到某一高度后,木棒才能將盛米容器提起.他們分別用橫截面周長(zhǎng)相同的圓形、方形、扁形木棒和橫截面直徑為12 mm的輕質(zhì)圓柱形容器進(jìn)行實(shí)驗(yàn),測(cè)出能提起盛米容器時(shí)的米層“最小高度(h)”,結(jié)果如表2.

表2

實(shí)驗(yàn) 2:用1根圓形木棒和3個(gè)橫截面積不同的輕質(zhì)圓柱形容器分別進(jìn)行提米實(shí)驗(yàn),測(cè)量出木棒提起盛米容器時(shí)的米層“最小高度(h)”和相應(yīng)容器的橫截面直徑(d),結(jié)果如表3所示.

(1) 分析實(shí)驗(yàn)1,請(qǐng)推測(cè)他們的假設(shè)是________.

(2) 分析實(shí)驗(yàn)2,可以得出利用圓形木棒進(jìn)行“筷子提米”實(shí)驗(yàn),米層的“最小高度(h)”與盛米容器的橫截面直徑(d)之間的數(shù)量關(guān)系式是________.

表3

(3)某學(xué)生認(rèn)為用方形木棒不能提起橫截面直徑d為20 mm、盛有35 mm高的米的輕質(zhì)圓柱形容器.請(qǐng)寫(xiě)出他判斷的理由.

解析: 第(1)小題著重考查 “信息收集與提問(wèn)”環(huán)節(jié),得1分、2分和3分的IRT的難度分別為-0.01、0.16和2.16,得滿分不容易,由圖10可知,男女生表現(xiàn)較接近,男生略占優(yōu).

圖10 例2(1)得分情況

第(2)小題著重考查 “方案實(shí)施與改進(jìn)” 維度,得1分、2分和3分的IRT的難度分別為-0.18、0. 05和0.31,難度不大,圖11顯示得滿分有近40%,男生略優(yōu)于女生.

圖11 例2(2)得分情況

第(3)小題著重考查 “方案實(shí)施與改進(jìn)”維度,得1分、2分和3分的IRT的難度分別為0.42、1.04、1.19,難度適中,區(qū)分度較好,圖12顯示男女生表現(xiàn)較相近,差異不顯著.

圖12 例2(3)得分情況

例3.為驗(yàn)證電磁鐵磁性強(qiáng)弱與電流大小、線圈匝數(shù)的關(guān)系,某學(xué)生設(shè)計(jì)制作了如圖13實(shí)驗(yàn)裝置,底端固定有小磁鐵的指針能繞轉(zhuǎn)軸O轉(zhuǎn)動(dòng),并進(jìn)行了如下操作:① 先將變阻器滑片P移至最上端,閉合開(kāi)關(guān)S至a處,再將滑片P逐漸向下移動(dòng),觀察指針示數(shù)的變化.

(1) 操作①研究的問(wèn)題是________.

(2) 推測(cè)操作①指針的偏轉(zhuǎn)方向及示數(shù)變化情況.

(3) 操作②是為了探究另一個(gè)影響電磁鐵磁性強(qiáng)弱的因素,請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)具體操作步驟.

圖13

解析: 第(1)小題著重考查 “信息收集與提問(wèn)”維度,得1分、2分和3分的IRT的難度分別為0.05、0.06、0.1,屬于較易題,圖14顯示男女生表現(xiàn)較相近,從得滿分情況看,男生略占優(yōu).

圖14 例3(1)得分情況

第(2)小題著重考查探究維度中的“方案實(shí)施與改進(jìn)”維度,得1分、2分和3分的IRT的難度分別為0.14、2.83、2.91,屬于較難題,圖15顯示大部分得分的學(xué)生只得1分,男女生表現(xiàn)較相近.

圖15 例3(2)得分情況

第(3)小題著重考查探究維度中的“計(jì)劃探索與制定”維度,得1分、2分和3分的IRT的難度分別為-0.55、0.19、2.76,得滿分較難,圖16顯示大部分得分的學(xué)生只得1、2分,男生表現(xiàn)略占優(yōu).

圖16 例3(3)得分情況

4 歸納與思考

4.1 男生的物理探究能力總體略優(yōu)于女生

無(wú)論從物理探究能力和復(fù)雜物理問(wèn)題探究能力的得分率看,男生總體得分均略高于女生,對(duì)比物理和化學(xué)兩門(mén)學(xué)科的男女生探究能力,可發(fā)現(xiàn)男生在物理學(xué)科中有優(yōu)勢(shì),而在化學(xué)學(xué)科中男女生無(wú)顯著差異.

4.2 相同閱讀水平的男女生的物理探究能力無(wú)差異

閱讀水平與學(xué)生的物理探究能力成高度正相關(guān)關(guān)系,但在閱讀水平相同時(shí),性別差異卻在統(tǒng)計(jì)意義上與物理探究能力無(wú)關(guān),這說(shuō)明閱讀水平對(duì)學(xué)生物理探究能力的影響超過(guò)了性別對(duì)學(xué)生物理探究能力的影響.

4.3 男女生在各探究維度上的優(yōu)勢(shì)側(cè)重點(diǎn)不同

男女生在不同探究維度上的優(yōu)勢(shì)側(cè)重點(diǎn)有所差異.在“計(jì)劃探索與制定”物理探究維度中兩者無(wú)顯著性差異,但在“信息收集與提問(wèn)”和“方案實(shí)施與改進(jìn)”維度中男生略占優(yōu)勢(shì),而在“結(jié)果反思與評(píng)價(jià)”維度中又是女生略微占優(yōu).通過(guò)對(duì)五個(gè)不同學(xué)業(yè)層次的男女生分析,結(jié)果基本也是“方案實(shí)施與改進(jìn)”維度中男生略占優(yōu)勢(shì),在“結(jié)果反思與評(píng)價(jià)”維度中女生略微占優(yōu).“信息收集與提問(wèn)”在中等生中男生占優(yōu),其它層次中則無(wú)顯著性差異.

4.4 答題分析顯示男女生探究成績(jī)差異與難度關(guān)系不大

根據(jù)對(duì)典型題學(xué)生答題情況分析,試題難度與學(xué)生得分率高低有直接關(guān)系,但男女生得分率之間的差值并沒(méi)有與試題難度存在相關(guān)性,也就是說(shuō)不存在探究難度高時(shí)男生成績(jī)好,而探究難度低時(shí)女生成績(jī)好的現(xiàn)象.統(tǒng)計(jì)分析還顯示“方案實(shí)施與改進(jìn)”是男生相對(duì)最具優(yōu)勢(shì)的探究維度; 而在中等生及以上水平的學(xué)生中,“結(jié)果反思與評(píng)價(jià)”維度的女生得分率往往會(huì)超過(guò)同等水平的男生,但具體到每個(gè)題則有例外.

物理探究能力是學(xué)生知識(shí)技能和學(xué)習(xí)能力的綜合反映.我們?cè)谄綍r(shí)教學(xué)中,總認(rèn)為女生的探究能力遠(yuǎn)不如男生,本文通過(guò)監(jiān)測(cè)大數(shù)據(jù)的分析,發(fā)現(xiàn)性別差異并沒(méi)有想像中那么大,不同性別在各探究環(huán)節(jié)中的表現(xiàn)互有優(yōu)勢(shì),一線教師應(yīng)該根據(jù)男女生在探究能力中的思維特征,在教學(xué)時(shí)更有效地實(shí)施男女搭配的小組交流與合作探究,充分鼓勵(lì)和激活女生的探究熱情,提高男女生的物理探究水平和分析問(wèn)題與解決問(wèn)題的創(chuàng)新能力.