高考物理試題推理論證能力的層次分析研究

【摘要】《中國(guó)高考評(píng)價(jià)體系》提出關(guān)鍵能力是高水平人才培養(yǎng)體系所必須的.推理論證能力作為物理學(xué)科的五種關(guān)鍵能力之一，在高考試題中對(duì)學(xué)生能力的考查起著十分重要的作用.本文參考SOLO分類理論對(duì)高考物理試題的推理論證能力進(jìn)行層次劃分，并對(duì)2023年遼寧卷電磁學(xué)部分的非實(shí)驗(yàn)題進(jìn)行具體分析.

【關(guān)鍵詞】SOLO分類理論；高中物理；解題技巧

《中國(guó)高考評(píng)價(jià)體系》是衡量學(xué)生綜合素質(zhì)和能力的重要標(biāo)準(zhǔn)，而關(guān)鍵能力是高考考查的重點(diǎn)內(nèi)容.關(guān)鍵能力屬于思維認(rèn)知能力群，是指即將進(jìn)入高等學(xué)校的學(xué)習(xí)者在面對(duì)與學(xué)科相關(guān)的生活實(shí)踐或?qū)W習(xí)探索問題情境時(shí)，高質(zhì)量地認(rèn)識(shí)問題、分析問題、解決問題所必須具備的能力.SOLO分類理論將學(xué)生學(xué)習(xí)的結(jié)果由低到高分成五個(gè)不同的層次，即前結(jié)構(gòu)（P）、單點(diǎn)結(jié)構(gòu)（U）、多點(diǎn)結(jié)構(gòu)（M）、關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)（R）和拓展抽象結(jié)構(gòu)（E）.本文基于SOLO分類理論對(duì)高考物理試題推理論證能力進(jìn)行層次劃分，并對(duì)2023年遼寧卷中電磁學(xué)部分的非實(shí)驗(yàn)題體現(xiàn)的推理論證能力進(jìn)行層次分析，以期為教師和學(xué)生提供參考.

1 高考物理試題推理論證能力層次分析框架的建立

為了準(zhǔn)確分析高考物理試題對(duì)學(xué)生推理論證能力的考查，本文基于SOLO分類理論，結(jié)合子知識(shí)點(diǎn)的數(shù)量及不同子知識(shí)點(diǎn)的推理步驟對(duì)試題的推理論證能力水平進(jìn)行劃分.由于P層次是學(xué)習(xí)者被無關(guān)方面所誤導(dǎo)不能以任務(wù)中所涉及方式處理任務(wù)，所以針對(duì)試題的分析不考慮此層次.而E層次考查學(xué)生的抽象拓展能力并且對(duì)創(chuàng)新性有較高要求，在高考物理中僅用一張?jiān)嚲黼y以考查，因此本文也不考慮E層次.

為了方便描述，推理論證能力的層次可以用符號(hào)Zx-y表示，其中字母Z代表SOLO層次，即Z = U、M和R.字母x代表子知識(shí)點(diǎn)的個(gè)數(shù)NA，當(dāng)NA= 1，2，3，NA≥4時(shí)x = 0，1，2，3；字母y代表每個(gè)子知識(shí)點(diǎn)的推理步驟N，當(dāng)全部的N均小于等于1時(shí)，y=0；當(dāng)至少有一個(gè)N小于等于1時(shí)，y=1；當(dāng)全部的N均大于等于2時(shí)，y=2.其中有一特例，當(dāng)Z = U時(shí)，由于涉及的子知識(shí)點(diǎn)個(gè)數(shù)僅為1，所以即使其推理步驟N≥2時(shí)，y也取值為1.例如，U0-1層級(jí)，代表試題的SOLO層次為單點(diǎn)結(jié)構(gòu)水平，僅考查1個(gè)子知識(shí)點(diǎn)，且其推理步驟N ≥2；同理，R3-1代表試題的SOLO層次為關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平，考查的子知識(shí)點(diǎn)個(gè)數(shù)大于等于4，其中至少有一個(gè)知識(shí)點(diǎn)的推理步驟小于等于1.此外，根據(jù)NA和N的大小，對(duì)推理論證能力的層級(jí)進(jìn)行了水平劃分：U0-0，M1-0，M2-0和M3-0層級(jí)對(duì)推理論證能力的要求為水平1，U0-1、M1-1和R1-0層級(jí)對(duì)應(yīng)水平2，M1-2，M2-1和R1-1層級(jí)對(duì)應(yīng)水平3，M2-2，M3-1，R1-2和R2-1層級(jí)對(duì)應(yīng)水平4，M3-2和R3-1層級(jí)對(duì)應(yīng)水平5，最后R3-2層級(jí)對(duì)應(yīng)水平6.

2 2023年遼寧卷電磁學(xué)部分非實(shí)驗(yàn)題分析

根據(jù)表1中2023年遼寧卷中電磁學(xué)部分的非實(shí)驗(yàn)題（選擇題和計(jì)算題）對(duì)推理論證水平能力的考查情況可看出，2023年遼寧卷的非實(shí)驗(yàn)題共考查了四道電磁學(xué)題，共計(jì)28分，其中第4題為單項(xiàng)選擇題，第9～10題都為多項(xiàng)選擇題，第14題為計(jì)算題.

試卷考查的電磁學(xué)部分總計(jì)三道選擇題，而單項(xiàng)選擇題僅一題，分值占電磁學(xué)非實(shí)驗(yàn)題總分值的14.2%，表明電磁學(xué)部分對(duì)學(xué)生的推理論證能力的考查重點(diǎn)并不在該題型上.第4題考查的是導(dǎo)體棒在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞固定的豎直軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體棒兩端的電勢(shì)差隨時(shí)間變化的圖像.該題分別涉及磁場(chǎng)的性質(zhì)和電磁感應(yīng)現(xiàn)象兩個(gè)主知識(shí)點(diǎn)中的左手定則和法拉第電磁感應(yīng)定律兩個(gè)子知識(shí)點(diǎn)，且該兩個(gè)子知識(shí)點(diǎn)相互關(guān)聯(lián).另外學(xué)生在解題過程中，首先由左手定則可判斷導(dǎo)體棒電流方向發(fā)生的變化，然后根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)公式既可知導(dǎo)體棒兩端的電勢(shì)差隨時(shí)間變化的圖像為余弦圖像.在整個(gè)過程中兩個(gè)子知識(shí)點(diǎn)均僅用了1步推理論證，所以該題的推理論證層次為R1-0，對(duì)推理論證水平的考查為水平2.

如表1，兩道多項(xiàng)選擇題的分值占電磁學(xué)非實(shí)驗(yàn)題總分值的42.85%，因多項(xiàng)選擇題需對(duì)每一選項(xiàng)都要進(jìn)行推理論證，所以對(duì)學(xué)生的推理論證能力要求較高.第9題考查學(xué)生對(duì)電場(chǎng)中等勢(shì)面分布圖的分析，涉及電場(chǎng)力的特性和電場(chǎng)能的特性兩個(gè)主知識(shí)點(diǎn)下的電場(chǎng)強(qiáng)度/電場(chǎng)線/電勢(shì)和電勢(shì)能/等勢(shì)面兩個(gè)子知識(shí)點(diǎn)，且子知識(shí)點(diǎn)相互之間存在關(guān)聯(lián).在具體解答過程中需分析等勢(shì)面圖像，首先根據(jù)圖像中的正負(fù)電荷分布判斷等勢(shì)面的高低，推斷出P點(diǎn)電勢(shì)比M點(diǎn)的高，選項(xiàng)（A）錯(cuò)誤；再由等勢(shì)面密集處場(chǎng)強(qiáng)大，判斷出P點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度大小小于M點(diǎn)，選項(xiàng)（B）錯(cuò)誤；根據(jù)場(chǎng)強(qiáng)方向垂直等勢(shì)面，且沿電場(chǎng)線方向電勢(shì)逐漸降低，可推斷出M點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度方向沿z 軸正方向，選項(xiàng)（C）正確；最后根據(jù)圖像因x軸上各點(diǎn)電勢(shì)相等，推出沿x軸運(yùn)動(dòng)的帶電粒子電勢(shì)能不變，選項(xiàng)（D）正確.整個(gè)過程中分別對(duì)兩個(gè)子知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行了2步推理論證，所以該題的推理論證層次為R1-2，對(duì)推理論證水平的考查為水平4.

從表2可以看出，計(jì)算題對(duì)推理論證水平的考查為水平5.其分值占電磁學(xué)非實(shí)驗(yàn)題總分值的42.85%，可見遼寧卷的計(jì)算題對(duì)學(xué)生的推理論證能力有較高的要求.第14題考查粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)和磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的問題，涉及力的特性、牛頓運(yùn)動(dòng)定律、曲線運(yùn)動(dòng)和磁場(chǎng)的性質(zhì)中的五個(gè)子知識(shí)點(diǎn)，并且子知識(shí)點(diǎn)之間存在關(guān)聯(lián).整個(gè)解題過程中需要運(yùn)用1步電場(chǎng)強(qiáng)度、1步牛頓第二定律、4步拋體運(yùn)動(dòng)、1步運(yùn)動(dòng)的合成與分解和4步粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)的推理論證，所以該題的推理論證層次為R3-1，對(duì)推理論證水平的考查為水平5.

此外，由于計(jì)算題中每一小問所使用的知識(shí)點(diǎn)不盡相同，知識(shí)之間的結(jié)合也是不同的，所以對(duì)學(xué)生推理論證能力的考查是不同的.為了更加準(zhǔn)確地考查學(xué)生的推理論證能力，本研究將計(jì)算題中每一小問中的推理論證水平也進(jìn)行了劃分.第14題的第一小問，即14（1）題涉及電場(chǎng)強(qiáng)度、拋體運(yùn)動(dòng)和牛頓第二定律三個(gè)相互之間存在關(guān)聯(lián)的子知識(shí)點(diǎn)，解題過程中分別運(yùn)用1步電場(chǎng)強(qiáng)度、1步牛頓第二定律和2步拋體運(yùn)動(dòng)的推理論證從而求出金屬板間的電勢(shì)差.即首先明確帶電粒子在板間做類平拋運(yùn)動(dòng)，根據(jù)題目板間距和板長(zhǎng)的關(guān)系得板長(zhǎng)，再由題目的兩板間的電場(chǎng)強(qiáng)度E=Ud和牛頓第二定律求出加速度，最后結(jié)合類平拋運(yùn)動(dòng)豎直方向和水平方向的運(yùn)動(dòng)規(guī)律求出電場(chǎng)強(qiáng)度的大小.綜上，本小題的推理論證層次為R2-1，對(duì)推理論證水平的考查為為水平4.第14題的第二小問，即14（2）題涉及拋體運(yùn)動(dòng)和粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)兩個(gè)相互關(guān)聯(lián)的子知識(shí)點(diǎn)，解題過程中兩個(gè)子知識(shí)點(diǎn)分別包括2步和3步推導(dǎo)，所以本小題的推理論證層次為R1-2，對(duì)推理論證水平的考查為為水平4.第14題的第三小問，即14（3）題涉及運(yùn)動(dòng)的合成與分解和粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)兩個(gè)子知識(shí)點(diǎn)，且兩個(gè)子知識(shí)各需要1步推導(dǎo)，所以本小題的推理論證層次為R1-0，對(duì)推理論證水平的考查為水平2.通過以上分析可以發(fā)現(xiàn)計(jì)算題三個(gè)小問對(duì)推理論證水平的考查并不是單調(diào)遞增的，出現(xiàn)此現(xiàn)象是由于第三小題為畫圖題，重點(diǎn)考查的是學(xué)生的模型建構(gòu)能力而不是推理論證能力.另外，14題各小問的水平分別為水平4、水平4、水平2，均低于該試題的整體水平（水平5），這是由于本論文建立的推理論證能力層次分析框架與知識(shí)點(diǎn)數(shù)量有關(guān)，每小問所涉及到的知識(shí)點(diǎn)個(gè)數(shù)均少于整體試題知識(shí)點(diǎn)個(gè)數(shù).當(dāng)學(xué)生能夠很好的完成整道試題時(shí)，說明其推理論證能力達(dá)到水平5的要求；當(dāng)學(xué)生不能完整完成該題時(shí)，學(xué)生的推理論證能力水平由所答出小問的最高水平來衡量.

3 結(jié)語

綜上所述，本文基于SOLO分類理論，結(jié)合試題包含的子知識(shí)點(diǎn)數(shù)量的個(gè)數(shù)和每一個(gè)子知識(shí)點(diǎn)涉及的推理步驟構(gòu)建出高考物理試題推理論證能力的層次分析框架，并且以2023遼寧卷電磁學(xué)部分的非實(shí)驗(yàn)題為例進(jìn)行了試題分析.研究發(fā)現(xiàn)2023年遼寧卷電磁學(xué)部分的四道非實(shí)驗(yàn)題對(duì)推理論證能力的考查分別為水平2、水平4、水平5和水平5，其中僅一題為單項(xiàng)選擇題，且對(duì)學(xué)生的推理論證能力水平要求較低，多項(xiàng)選擇題和計(jì)算題的推理論證水平要求較高.由此可見試卷在試題設(shè)計(jì)上的均衡性和綜合性，符合高考考查規(guī)律，體現(xiàn)出整張?jiān)嚲韺?duì)學(xué)生綜合能力的考查，符合高考評(píng)價(jià)體系對(duì)學(xué)生的要求.

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