高中學(xué)生物理學(xué)科“科學(xué)推理”和“解釋”要素的發(fā)展考查分析

[中圖分類號(hào)]G424.74[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)] 1673—1654（2025）03—030—010

一、問題提出

物理學(xué)科核心素養(yǎng)包含“物理觀念\"“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”四個(gè)方面。“物理觀念”代表知識(shí)的內(nèi)化，是核心素養(yǎng)的基礎(chǔ)；“科學(xué)思維”和“科學(xué)探究”是關(guān)鍵能力；“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”是必備品格——四個(gè)方面相互依賴，共同發(fā)展158。厘清在解決問題過程中四個(gè)方面的關(guān)聯(lián)，有助于在教學(xué)過程各環(huán)節(jié)中對(duì)學(xué)生的核心素養(yǎng)進(jìn)行整體提升。

物理學(xué)科素養(yǎng)的每個(gè)方面都包含若干關(guān)鍵要素，它們描述了核心素養(yǎng)的具體內(nèi)容或行為過程。準(zhǔn)確理解這些關(guān)鍵要素的內(nèi)涵才能合理分析核心素養(yǎng)之間的關(guān)聯(lián)。通過梳理《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“課標(biāo)”）及《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）解讀》（以下簡稱“課標(biāo)解讀”）對(duì)關(guān)鍵要素內(nèi)涵的描述，發(fā)現(xiàn)\"科學(xué)思維\"素養(yǎng)中的“科學(xué)推理\"要素和“科學(xué)探究\"素養(yǎng)中的“解釋\"要素有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)，具體內(nèi)容見表1。

“解釋\"要素的內(nèi)涵中包含“分析”“處理”“評(píng)估”等行為過程，這些都是\"科學(xué)推理\"的基本方法，而\"科學(xué)推理\"的最終落腳點(diǎn)，又包含了“解釋\"中的“找出規(guī)律、得出結(jié)論”?！敖忉孿"是在科學(xué)探究過程中運(yùn)用推理和論證能力解決具體問題，是推理和論證在探究過程中的高階表現(xiàn)，是推理的載體和具體表現(xiàn)?？茖W(xué)思維中的“科學(xué)推理\"要素和科學(xué)探究中的“解釋”要素在解決問題過程中的思維含量較高，這兩個(gè)要素的發(fā)展水平，一定程度上決定著問題解決的質(zhì)量。

在當(dāng)今的物理課堂教學(xué)中，科學(xué)探究成為推動(dòng)學(xué)習(xí)進(jìn)程的重要方式，教師積極開展基于科學(xué)探究的教學(xué)實(shí)踐。但在教學(xué)過程中，由于對(duì)物理核心素養(yǎng)各方面之間的關(guān)聯(lián)不清晰，導(dǎo)致對(duì)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)缺乏完整性，常常會(huì)出現(xiàn)探究目的不清晰、探究任務(wù)設(shè)置隨意、探究思維表層化等現(xiàn)象，使得探究過程進(jìn)行不充分，科學(xué)探究流于形式。

本研究以2024年天津市物理學(xué)科等級(jí)性考試（以下簡稱“試卷”抽樣結(jié)果為依據(jù)，分析考生在“科學(xué)推理\"“解釋\"兩個(gè)關(guān)鍵要素的表現(xiàn)水平，進(jìn)而厘清這兩個(gè)關(guān)鍵要素之間的關(guān)聯(lián)，并據(jù)此提出有針對(duì)性的教學(xué)建議，為教學(xué)實(shí)踐提供科學(xué)有效的策略，使科學(xué)探究的過程能切實(shí)有效地提升學(xué)生的物理核心素養(yǎng)水平。

二、研究方法

（一）篩選典型試題并分析解題的思維過程

1.考查科學(xué)推理和解釋要素的試題

依照解答各試題所需要調(diào)用的必備知識(shí)和關(guān)鍵能力，對(duì)各題側(cè)重考查的核心素養(yǎng)內(nèi)容進(jìn)行了劃分，如表2。

科學(xué)思維是試卷中考查比例最高的核心素養(yǎng)，科學(xué)探究是科學(xué)思維的具體體現(xiàn)，從這些試題中精準(zhǔn)篩選出重點(diǎn)考查“科學(xué)推理”和“解釋”兩個(gè)關(guān)鍵要素的試題，具有較強(qiáng)的針對(duì)性和典型性。研究選取了第8、9（1）9（2）題進(jìn)行分析，試圖找出“科學(xué)推理”與“解釋”之間的關(guān)聯(lián)，為教學(xué)提供更為科學(xué)的策略建議。

2.分析思維過程

目前試題基本上是收斂式，正確解答問題的思路相對(duì)固定，解決這些問題所需的素材及其相互關(guān)系是明確的，需要調(diào)用的知識(shí)和能力比較確定。作答試題的基本步驟包括：提取題干中所給出的信息、運(yùn)用信息進(jìn)行推理、將推理結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確表達(dá)等過程，循著這個(gè)過程找出能夠正確回答該試題的學(xué)生的基本思路，確定學(xué)生在“科學(xué)推理\"和“解釋”兩個(gè)要素上的發(fā)展水平，并分析其背后的原因，大體上確認(rèn)學(xué)生在這兩個(gè)要素發(fā)展過程中的主要問題。

1.考生水平的劃分

將考生物理素養(yǎng)劃分為精通、熟練、基本、基本以下四個(gè)水平。依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)中提供的學(xué)業(yè)質(zhì)量水平描述，應(yīng)用安戈夫法，并結(jié)合考生分?jǐn)?shù)段的分布情況，同時(shí)參考?xì)v屆試題難度及學(xué)生的作答情況，確定了不同水平的臨界分?jǐn)?shù)，精通組臨界分?jǐn)?shù)為79分，熟練組臨界分?jǐn)?shù)為55分，基本組臨界分?jǐn)?shù)為32分，各水平組占比如圖1所示。

2.依照作答表現(xiàn)對(duì)學(xué)生物理核心素養(yǎng)水平進(jìn)行分析

在所選擇的典型例題中，選擇題主要根據(jù)解答各選項(xiàng)需要調(diào)用的知識(shí)及所進(jìn)行的情境活動(dòng)，結(jié)合不同水平的學(xué)生在得分率及錯(cuò)選比例上的區(qū)別，分析不同水平組學(xué)生情境活動(dòng)的質(zhì)量。填空題部分除了分析不同水平組學(xué)生得分率的差異，還通過試卷抽樣對(duì)他們答題的具體情況及典型作答表現(xiàn)進(jìn)行分析，找出數(shù)據(jù)結(jié)果的進(jìn)一步證據(jù)。

對(duì)所選取的典型例題按不同水平組的得分結(jié)果進(jìn)行定量統(tǒng)計(jì)，從形成結(jié)果的過程和原因進(jìn)行分析。在此基礎(chǔ)上對(duì)考生進(jìn)行了訪談，詳細(xì)記錄了考生的答題感受以及思維過程。這些定性的結(jié)果為數(shù)據(jù)的定量分析提供了進(jìn)一步的支撐，得出的結(jié)論更加全面、準(zhǔn)確，更貼近考生的真實(shí)情況。

三、研究結(jié)果

（一）科學(xué)思維與科學(xué)探究水平具有很強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系

科學(xué)探究不僅是一種綜合能力，而且是學(xué)習(xí)物理的主要方式，是通過多種方法尋找證據(jù)，運(yùn)用創(chuàng)造性思維和邏輯推理解決問題，并通過評(píng)價(jià)與交流等方式形成共識(shí)的過程。學(xué)生在科學(xué)探究中，掌握分析、綜合、比較、分類、抽象、概括、推理、類比等思維方法，發(fā)展學(xué)習(xí)能力、思維能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，以及運(yùn)用科學(xué)語言與他人交流和溝通的能力[22。

統(tǒng)計(jì)2022年至2024年考生在科學(xué)思維、科學(xué)探究兩個(gè)學(xué)科核心素養(yǎng)試題上的得分率，并以各年不同水平組的科學(xué)思維得分率為橫坐標(biāo)，以科學(xué)探究得分率為縱坐標(biāo)，繪制散點(diǎn)圖，如圖2所示。

從圖2可以看出，各水平組考生①科學(xué)思維素養(yǎng)水平與科學(xué)探究素養(yǎng)水平具有較為明顯的相關(guān)關(guān)系，不同水平組的相關(guān)程度略有差異，其中G4水平組在科學(xué)思維和科學(xué)探究素養(yǎng)水平上的表現(xiàn)相關(guān)性更強(qiáng)。在科學(xué)探究的過程中，很多關(guān)鍵要素的要求包含了科學(xué)思維中關(guān)鍵要素的要求，其中，“解釋\"要素與“科學(xué)推理”要素有著較高的重疊度。

在解決問題過程中，有效“科學(xué)推理”是重要的一環(huán)，很大程度上決定著問題解決的質(zhì)量。“科學(xué)推理”能力的提升，需要教師在課堂教學(xué)中設(shè)計(jì)有效的科學(xué)探究過程，運(yùn)用多種手段組織、推動(dòng)學(xué)習(xí)的開展。引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用分析、綜合、比較、分類、抽象、概括、推理、類比等推理方法得出結(jié)論，并對(duì)探究方案和結(jié)果進(jìn)行評(píng)估。在這個(gè)過程中，依托真實(shí)的探究情境有針對(duì)性地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)推理能力，并充分結(jié)合探究過程中的動(dòng)手實(shí)踐來增強(qiáng)學(xué)習(xí)體驗(yàn)，是一種有效提升“科學(xué)推理\"能力的方式。

（二）借助圖像表征物理規(guī)律是進(jìn)行有效“科學(xué)推理\"的重要環(huán)節(jié)

【例1】試卷第8題

某靜電場在 x 軸正半軸的電勢 φ 隨 x 變化的圖像如圖所示， 為 x 軸上四個(gè)點(diǎn)。一負(fù)電荷僅在靜電力作用下，以一定初速度從 d 點(diǎn)開始沿 x 軸負(fù)方向運(yùn)動(dòng)到 點(diǎn)，則該電荷

A．在b點(diǎn)電勢能最小

B.在 c 點(diǎn)時(shí)速度最小

C．所受靜電力始終做負(fù)功

D.在 a 點(diǎn)受靜電力沿 x 軸負(fù)方向

【答案】BD

本題以帶電粒子在電場中運(yùn)動(dòng)為情境，并將在粒子運(yùn)動(dòng)方向上的電勢分布情況以圖像的方式呈現(xiàn)，要求學(xué)生根據(jù) φ - x 圖像判斷粒子電勢能大小、速度大小的變化，以及靜電力的方向和靜電力做功的情況。正確作答此題要求學(xué)生準(zhǔn)確理解電勢和電勢能的關(guān)系、電勢能變化和電場力做功的關(guān)系，并判斷粒子所受電場力的方向以及速度的變化情況。本題的帶電粒子在電場中的運(yùn)動(dòng)是較為抽象的情境，且題目信息的呈現(xiàn)也是較為抽象的圖像，解答題目所涉及知識(shí)內(nèi)容的數(shù)量及各知識(shí)之間的交叉融合度較高，屬于水平四的試題。

本題全體考生的得分率為0.66（圖3所示），屬于中等難度題。從不同水平組的得分率來看，G3和G4組之間的差值最大，說明此題對(duì)于這兩個(gè)水平組的學(xué)生具有更為明顯的區(qū)分作用。如圖4所示，考生漏選B選項(xiàng)比例最高，其次是D選項(xiàng)。這是因?yàn)榱Ｗ铀俣茸兓闆r的判斷需要依據(jù)所受靜電力的方向以及做功情況進(jìn)行分析，在應(yīng)用的綜合性上具有更高的要求，即B選項(xiàng)的判斷所需調(diào)用的知識(shí)數(shù)量更多，知識(shí)之間的融合交叉程度更高。

本題涉及應(yīng)用圖像表示物理量的特征和物理規(guī)律，從命題角度及作答所需要進(jìn)行的情境活動(dòng)分析，解答本題首先需要從圖像獲取信息，并對(duì)這些信息進(jìn)行解釋，然后利用這些信息進(jìn)行科學(xué)推理，再將推理結(jié)果用物理語言進(jìn)行描述。本題涉及的電磁學(xué)現(xiàn)象不僅情境抽象，描述電場特性的電勢和粒子屬性的電勢能概念也相對(duì)抽象，這就造成了學(xué)生在解答上的困難。在訪談過程中很多學(xué)生也表示，作答第8題感到最困難的點(diǎn)就在于提取題目所給的信息，學(xué)生在解決電場這類抽象問題時(shí)，往往習(xí)慣性地將抽象的情境轉(zhuǎn)化為具體、形象的信息，但本題所給圖像中描述的電場，很難與學(xué)生熟悉的具體電場分布進(jìn)行對(duì)應(yīng)，一旦這種將抽象與具體的轉(zhuǎn)換出現(xiàn)問題，信息就不能被有效地提取，致使解題思路出現(xiàn)斷裂。這就提示我們，運(yùn)用圖像這種數(shù)學(xué)工具來解決物理問題時(shí)，需要解決好兩方面的問題：一是對(duì)圖像物理信息的提取；二是將物理規(guī)律的文字或函數(shù)表達(dá)轉(zhuǎn)化為圖像。解決好這兩方面的問題，既可以有效建立“科學(xué)推理”的基礎(chǔ)，也可以提升科學(xué)探究的能力。

（三）抽象與形象的有效轉(zhuǎn)換是“科學(xué)推理”和“解釋”的前提

【例2】試卷第9（1）題（1）某同學(xué)研究閉合電路的規(guī)律。

① 根據(jù)閉合電路的歐姆定律得出了電源輸出功 率P與外電路電阻關(guān)系圖像，如圖所示，則P的峰值 對(duì)應(yīng)的外電路電阻值R應(yīng) 電源內(nèi)阻r（填\"大 于”\"小于”或“等于”；

② 測定電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻，可供選用的器材有：

A．電壓表（量程0＼～3V，內(nèi)阻約為 3 kΩ ）B.電流表（量程 0～0 . 6 A ，內(nèi)阻約為 1 Ω ））C.滑動(dòng)變阻器（最大阻值 2 0 Ω ，額定電流1A）D．滑動(dòng)變阻器（最大阻值 1 0 0 0 Ω ，額定電流

0.5A）

E．待測電源（電動(dòng)勢約為3V，內(nèi)阻約為 1 Ω ）） F．開關(guān)、導(dǎo)線若干

（i）實(shí)驗(yàn)中所用的滑動(dòng)變阻器應(yīng)選（填器材前字母代號(hào)）；

（ii）實(shí)物電路如圖所示，單刀雙擲開關(guān) 可分別與1、2端閉合，為使電源內(nèi)阻的測量結(jié)果更接近真實(shí)值，（204號(hào) 應(yīng)與 端閉合。

答案 ① 等于 ②（ i） c（ i i） 2

本題以課標(biāo)要求的學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)“測定電源的電動(dòng)勢和內(nèi)電阻\"為命題情境，考查學(xué)生對(duì)閉合電路電源輸出電功率特點(diǎn)、測量電路的元件選擇、測量電路的實(shí)物圖識(shí)別及誤差分析等內(nèi)容的掌握情況。

從圖5可以看出，本題整體得分率為0.68，說明對(duì)于全體考生而言，本題屬于中等偏容易的題目。對(duì)比不同水平組考生的得分情況，除了G1和G2組得分率的差異較小，其余各組得分率差異基本相當(dāng)，說明本題對(duì)G2、G3和G4組有較好的鑒別作用。

抽樣題卡的具體作答情況顯示失分最多的是第三問，第一問和第二問失分情況近似。在訪談中，學(xué)生表示，由于第一問電源的輸出功率問題在初中階段已接觸過，因此，雖然不記得規(guī)律的具體內(nèi)容，但對(duì)于外電阻與內(nèi)電阻的\"相等\"關(guān)系仍然能夠做出正確的選擇。對(duì)于第二問，因?yàn)橹簧婕皬乃o的兩個(gè)滑動(dòng)變阻器中進(jìn)行選擇，加之所給的兩個(gè)滑動(dòng)變阻器的阻值差異較大，結(jié)合所給電流表和電壓表量程，很容易做出正確的選擇。對(duì)第三問的失分原因，部分學(xué)生表示，對(duì)于兩種不同測量電路的誤差分析不清楚，而平時(shí)學(xué)習(xí)基礎(chǔ)較好的學(xué)生表示，由于對(duì)單刀雙擲開關(guān)不熟悉，因此不能將實(shí)物圖與電路圖進(jìn)行對(duì)應(yīng)，造成答題錯(cuò)誤。對(duì)于電路的分析和推理，學(xué)生更多是借助電路圖，盡管實(shí)物圖看似比圖像更為具體，但由于并非學(xué)生慣用的方式，導(dǎo)致在信息的提取上出現(xiàn)困難，進(jìn)而影響了推理的進(jìn)行。這就提示我們，在平時(shí)的教學(xué)中，教師要有意識(shí)地用不同方式呈現(xiàn)信息，讓學(xué)生熟悉這些方式，以保證推理和解釋的順利開展。

【例3試卷第9（2）題（2）某同學(xué)用圖示裝置探究加速度與力的關(guān)系。

① 為補(bǔ)償打點(diǎn)計(jì)時(shí)器對(duì)小車的阻力及其他阻力，調(diào)節(jié)木板傾角，使小車在不掛槽碼時(shí)運(yùn)動(dòng)，并打出紙帶進(jìn)行檢驗(yàn)，下圖中能表明補(bǔ)償阻力恰當(dāng)?shù)氖牵?/p>

② 某次實(shí)驗(yàn)得到一條紙帶，部分計(jì)數(shù)點(diǎn)如下圖所示（每相鄰兩個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有4個(gè)點(diǎn)，圖中未畫出），測得 ， ， ， 7 . 7 3 c m 。已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所接交流電源頻率為 ，則小車的加速度 （要求充分利用測量數(shù)據(jù)，結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）；

③ 該同學(xué)將一個(gè)可以直接測出繩子拉力的傳感器安裝在小車上，小車和傳感器總質(zhì)量為 2 1 0 g 。按要求補(bǔ)償阻力后，該同學(xué)共進(jìn)行了四次實(shí)驗(yàn)，懸掛的槽碼質(zhì)量依次為 處理數(shù)據(jù)時(shí)，用兩種方式得到小車（含傳感器）受到的合力，一種將槽碼所受重力當(dāng)作合力、另一種將傳感器示數(shù)當(dāng)作合力，則這兩種方式得到的合力差異最大時(shí)，槽碼質(zhì)

量為 -g。

【答案 ①

本題以課標(biāo)要求的學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)“探究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系”為命題情境，考查學(xué)生對(duì)此實(shí)驗(yàn)中的平衡摩擦力、測量小車的加速度、懸掛不同質(zhì)量槽碼時(shí)的系統(tǒng)誤差分析這三個(gè)環(huán)節(jié)的理解水平。第一問要求學(xué)生對(duì)操作得到的不同紙帶結(jié)果進(jìn)行推理，并做出合理解釋；第二問要求學(xué)生會(huì)對(duì)打出的紙帶進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，得出加速度；第三問則要求學(xué)生對(duì)題目中所陳述的方案進(jìn)行評(píng)估和對(duì)比，對(duì)系統(tǒng)誤差進(jìn)行判斷。從調(diào)用的知識(shí)數(shù)量和綜合程度來講，作答第二問需要結(jié)合逐差法進(jìn)行較為復(fù)雜的計(jì)算，難度最高；其次是第三問，題干文字量較多，需要對(duì)題目中所描述的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行信息的提煉和處理，并進(jìn)行分析和評(píng)估；難度最低的是第一問。

從表3中可以看出，此題的整體得分率為0.57，說明本題對(duì)于全體考生而言屬于中等難度，并且不同得分段所占比例基本相近。不同水平組的考生得分率差異最大的是G3和G4組，說明本題對(duì)這兩組學(xué)生有較好的鑒別作用。

通過對(duì)抽樣題卡可以發(fā)現(xiàn)，無論哪個(gè)水平組的學(xué)生，第二問失分比例最低，即使G1水平組的考生，也有相當(dāng)比例能夠計(jì)算出正確結(jié)果，G1水平組和G2水平組的得分為2分的試卷，多為此問得分，第一問和第三問失分比例基本相同。進(jìn)一步對(duì)比考生個(gè)體的失分情況，在第三問失分的所有考生中，大部分同樣在第8題失分。在訪談過程中，很多學(xué)生表示，這兩道題出現(xiàn)錯(cuò)誤，都是因?yàn)椴荒軠?zhǔn)確理解題目中所給出信息的含義，導(dǎo)致思路混亂。分析解決兩題的思維過程，都需要首先對(duì)信息進(jìn)行提煉。可見，將文字或圖像與背后的本質(zhì)物理概念和規(guī)律進(jìn)行對(duì)應(yīng)，是開展有效科學(xué)推理的基礎(chǔ)，是對(duì)證據(jù)進(jìn)行解釋進(jìn)而形成規(guī)律的關(guān)鍵。

通過對(duì)考生進(jìn)行訪談進(jìn)一步了解問題的原因，發(fā)現(xiàn)對(duì)于第一問所涉及的實(shí)驗(yàn)步驟，大多數(shù)學(xué)生能夠知道需要傾斜軌道以平衡阻力，但對(duì)于為什么要平衡阻力以及怎樣的證據(jù)才說明阻力被恰好平衡了并不清楚，這就導(dǎo)致對(duì)題目中呈現(xiàn)的紙帶所代表的物理意義無法準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)；還有一部分學(xué)生，雖然能夠記住阻力被恰當(dāng)平衡的標(biāo)志“使所打出的紙帶點(diǎn)跡均勻\"這句話，但卻并不清楚“點(diǎn)跡均勻\"對(duì)應(yīng)的是所打點(diǎn)跡之間的距離相等這一具體現(xiàn)象；還有相當(dāng)比例的學(xué)生表示，因?yàn)榱?xí)慣于從形象的描述獲取信息，因此沒有仔細(xì)閱讀題目中的文字，導(dǎo)致判斷錯(cuò)誤。而對(duì)于第三問的作答困難，主要是源于對(duì)題目的“將傳感器示數(shù)當(dāng)作合力\"和“兩種方式得到的合力差異最大”兩個(gè)條件的文字描述，不能弄清文字背后的物理本質(zhì)是什么，很多學(xué)生表示：知道當(dāng)槽碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量時(shí)，系統(tǒng)誤差較小，但由于不理解題目敘述內(nèi)容的本質(zhì)，不能將題目中的文字?jǐn)⑹雠c這個(gè)知識(shí)點(diǎn)聯(lián)系在一起。

對(duì)比兩道實(shí)驗(yàn)題的答題情況可以發(fā)現(xiàn)以下規(guī)律：一是實(shí)驗(yàn)題由于考查方式的特點(diǎn)，有相當(dāng)比例的題目需要通過文字?jǐn)⑹鰜沓尸F(xiàn)，對(duì)于文字?jǐn)⑹鲂问匠霈F(xiàn)的實(shí)驗(yàn)步驟，學(xué)生的主要問題出在對(duì)文字的理解，不同水平的學(xué)生都會(huì)因?yàn)閷?duì)文字理解的偏差導(dǎo)致錯(cuò)誤；二是對(duì)于學(xué)生而言，題目中所給出的不同描述方式，難度最大的是陌生情境的圖像描述，其次是陌生情境的規(guī)范物理用語表述，較為容易的是熟悉情境的圖形描述和文字表述。

（二）在“科學(xué)推理”過程中，重視用多種方式描述物理本質(zhì)規(guī)律

四、教學(xué)建議

（一）聚焦探究過程的“解釋”要素，有效提升“科學(xué)推理\"能力

科學(xué)探究既是一種重要的能力，也是發(fā)展核心素養(yǎng)其他方面的重要載體，在探究活動(dòng)中獲得的發(fā)展，是進(jìn)一步躍升為創(chuàng)新能力的基礎(chǔ)。通常的科學(xué)探究過程包括：基于觀察和實(shí)驗(yàn)提出物理問題、形成猜想和假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制定方案、獲取和處理信息、基于證據(jù)得出結(jié)論并做出解釋、對(duì)探究過程和結(jié)果進(jìn)行交流、評(píng)估和反思。隨著課改的深入，一線教師認(rèn)識(shí)到科學(xué)探究對(duì)培養(yǎng)學(xué)生解決問題能力的意義，都在努力通過科學(xué)探究的各環(huán)節(jié)增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。但在教學(xué)過程中，由于課時(shí)所限，經(jīng)常使整個(gè)探究過程的每一個(gè)環(huán)節(jié)都無法真正開展，導(dǎo)致整個(gè)探究活動(dòng)流于形式。

因此，在設(shè)計(jì)探究活動(dòng)時(shí)，需要明確探究活動(dòng)各環(huán)節(jié)對(duì)提高學(xué)生核心素養(yǎng)水平的作用，在組織學(xué)習(xí)活動(dòng)時(shí)，針對(duì)發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)開展多種方式的活動(dòng)，充分增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。對(duì)學(xué)生“科學(xué)推理”能力的培養(yǎng)，則應(yīng)聚焦探究過程的“解釋\"環(huán)節(jié)開展有效的學(xué)習(xí)活動(dòng)，這就需要明確每個(gè)實(shí)驗(yàn)探究過程的重點(diǎn)。例如，“探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)”這一實(shí)驗(yàn)，重點(diǎn)在于如何獲得平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡，要在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制定方案這一環(huán)節(jié)進(jìn)行重點(diǎn)探究。而“探究感應(yīng)電流的方向”這一實(shí)驗(yàn)，重點(diǎn)在于如何根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出規(guī)律，對(duì)應(yīng)探究過程的“解釋\"要素，應(yīng)該在“獲取和處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果、基于證據(jù)得出感應(yīng)電流的規(guī)律”這個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行重點(diǎn)探究，引導(dǎo)學(xué)生就感應(yīng)電流方向與磁場方向和磁通量變化之間的關(guān)系展開充分的討論，通過簡練準(zhǔn)確的文字表達(dá)來解釋它們之間的關(guān)系，在這個(gè)過程中科學(xué)推理能力得到有效提升。聚焦科學(xué)探究活動(dòng)的“解釋\"要素展開學(xué)習(xí)活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生的“科學(xué)推理\"能力，讓探究活動(dòng)不再是為了探究而探究，以探究活動(dòng)為載體，有效提升學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。

通過前述分析可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)物理規(guī)律的描述需要借助一定的“物理語言”，而“物理語言”主要包括文字、表達(dá)式、圖像等。很多學(xué)生在使用規(guī)范的“物理語言”來描述現(xiàn)象、獲取信息方面存在困難，使得推理和探究的質(zhì)量不高，這也不利于學(xué)生從物理學(xué)視角來思考問題，繼而影響了科學(xué)推理和探究的順利開展。

建議在探究過程中要提出明確的要求，讓學(xué)生用規(guī)范的物理語言來表述推理過程，并強(qiáng)調(diào)各種“物理語言\"有效轉(zhuǎn)換。需要注意以下方面：一是在探究過程的各環(huán)節(jié)不急于得出結(jié)論，應(yīng)給予學(xué)生充分的時(shí)間發(fā)表見解；二是及時(shí)糾正敘述過程中出現(xiàn)的不規(guī)范用語，從單純的感性經(jīng)驗(yàn)進(jìn)入物理學(xué)視角；三是要努力讓學(xué)生經(jīng)歷規(guī)律得出的過程，如讓每個(gè)學(xué)生動(dòng)手繪制圖像，真正經(jīng)歷坐標(biāo)軸物理量的確定、數(shù)據(jù)標(biāo)度的選取、描點(diǎn)、繪制圖線等過程，而不是采用軟件自動(dòng)生成和擬合的方式。這些通過多種學(xué)習(xí)體驗(yàn)獲得的方法和能力，是真正能夠轉(zhuǎn)化為素養(yǎng)的基礎(chǔ)。

（三）加強(qiáng)形象與抽象的對(duì)應(yīng)，提高信息的提取和轉(zhuǎn)化能力

高中的物理學(xué)習(xí)對(duì)學(xué)生的抽象思維能力提出了更高的要求。很多學(xué)生處于由形象思維向抽象思維轉(zhuǎn)化的階段，在探究過程中，需要針對(duì)這一特點(diǎn)開展有針對(duì)性的探究活動(dòng)。在針對(duì)重點(diǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行的學(xué)習(xí)活動(dòng)中，應(yīng)為學(xué)生提供可操作性強(qiáng)的思維方法。如引導(dǎo)學(xué)生在設(shè)計(jì)表格記錄數(shù)據(jù)時(shí)，給出具體的操作方法幫助學(xué)生設(shè)計(jì)表格；引導(dǎo)學(xué)生對(duì)記錄的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行概括和歸納時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生思考應(yīng)按照怎樣的順序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行觀察和對(duì)比；在對(duì)信息進(jìn)行提取時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生透過表象提取本質(zhì)屬性，進(jìn)而將文字和圖像等信息轉(zhuǎn)化為相關(guān)的物理概念和規(guī)律；在解決問題過程中，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)情境條件的描述語言進(jìn)行有意識(shí)的抽象，將具體的語言文字與抽象的物理概念有效對(duì)應(yīng)。這樣，在科學(xué)探究過程中，學(xué)生才能充分運(yùn)用分析、綜合、比較、分類、抽象、概括、推理、類比等思維方法，發(fā)展學(xué)習(xí)能力、思維能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，以及運(yùn)用科學(xué)語言與他人交流和溝通的能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)修訂組.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）解讀[M].高等教育出版社，2018.

[2]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）[M].北京：人民教育出版社，2020.

Analysis of the Development of“Scientific Reasoning” and“Explanation” Elements in Physics for High School Students ：Taking the Tianjin Physics Grading Examination as an Example

Wei Xin

HepingDistrict Teacher'sDevelopmentCenter，Tianjin，300021

Abstract：The overall goal of high school physics curriculum is to implement the core competencies of physics subject.Based on the actual test data and sampling answers of the physics paper of the 2O24 Tianjin Ordinary High School AcademicLevel Examination，thisstudyanalyzesthe level of students’\"scientific reasoning\"and \"explanation\"elements，identifies thestrengthsand weaknessesof students at diferentlevels from arelational perspective，accuratelydescribes therulesandefectivelyextracts information，which is the foundation of \"scientificreasoning\"and \"explanation\"，and the efective transformation between abstractionand image is the prerequisite.Specific suggestions such as emphasizing the use of physics language and focusing on exploring key elements in teaching are proposed.

Keywords：Physics，Core Competencies，ScientificReasoning，Explanation

（責(zé)任編輯：陳暢）