皮亞杰認(rèn)知發(fā)展理論指導(dǎo)下的物理可測試核心素養(yǎng)水平及研究

耿建

心理學(xué)界，不同學(xué)者對(duì)學(xué)習(xí)有不同的定義，如“學(xué)習(xí)是個(gè)體后天與環(huán)境接觸，獲得經(jīng)驗(yàn)而產(chǎn)生的行為變化的過程?！盵1]“學(xué)習(xí)是個(gè)體在一定情景下反復(fù)地經(jīng)驗(yàn)而產(chǎn)生的行為或行為潛能比較持久地變化?！盵2]這些定義是從心理學(xué)角度對(duì)學(xué)習(xí)過程的描述，反映了學(xué)習(xí)的心理歷程的共性。這些定義有三個(gè)共同特點(diǎn)。首先，學(xué)習(xí)離不開具體的情景或環(huán)境。其次，學(xué)習(xí)是經(jīng)驗(yàn)積累的過程。第三，學(xué)習(xí)結(jié)果對(duì)行為產(chǎn)生了影響。有意義的學(xué)習(xí)是學(xué)生經(jīng)歷一定的情景，對(duì)其心理及行為產(chǎn)生積極影響的過程。聯(lián)合國教科文組織1996年在“學(xué)會(huì)生存”“終生學(xué)習(xí)”等觀念的基礎(chǔ)上，在《教育：財(cái)富蘊(yùn)藏其中》報(bào)告中提出了“21 世紀(jì)社會(huì)公民必備的基本素質(zhì)”的思想，把“學(xué)會(huì)求知、學(xué)會(huì)做事、學(xué)會(huì)共處及學(xué)會(huì)生存”作為人們?cè)谖磥砩媾c發(fā)展的四大支柱[3]。在此基礎(chǔ)上，“經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織（OECD）、歐盟、聯(lián)合國教科文組織、國際文憑組織、世界銀行、美國、芬蘭、英國、德國、澳大利亞、新西蘭及臺(tái)灣地區(qū)等世界各國（地區(qū)）與國際組織相繼在教育領(lǐng)域建立了學(xué)生核心素養(yǎng)結(jié)構(gòu)及模型?！盵4]核心素養(yǎng)這一概念的提出始于20 世紀(jì)90 年代，特別是經(jīng)合組織1997-2005 年所開展的“素養(yǎng)的界定與遴選”（Definition and Selection of Competencies， 簡 稱DeSeDo）研究項(xiàng)目，將該詞用于描述“所有社會(huì)成員都應(yīng)具備的共同素養(yǎng)中的那些最關(guān)鍵、必要且居于核心地位的素養(yǎng)?！盵5]培養(yǎng)學(xué)生哪些方面的核心素養(yǎng)及如何培養(yǎng)因此成為學(xué)校教育的核心問題?，F(xiàn)在，我國的學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)模型已經(jīng)出臺(tái)，各學(xué)科也相應(yīng)地提出了學(xué)科核心素養(yǎng)。學(xué)科核心素養(yǎng)的落實(shí)過程中不可回避的問題是如何對(duì)其進(jìn)行測量和評(píng)價(jià)。

一、物理學(xué)科核心素養(yǎng)測量與評(píng)價(jià)所面臨的困難

學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)科育人價(jià)值的集中體現(xiàn)，是學(xué)生通過學(xué)科學(xué)習(xí)而逐步形成的正確價(jià)值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力。價(jià)值觀、品格、能力等屬于心理學(xué)范疇。2017 版《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》中明確提出，“高中物理學(xué)業(yè)質(zhì)量根據(jù)問題情境的復(fù)雜程度、知識(shí)和技能的結(jié)構(gòu)化程度、思維方式或價(jià)值觀念的綜合程度等劃分不同水平。不同水平之間具有由低到高逐漸遞進(jìn)的關(guān)系。”[6]“高中物理學(xué)業(yè)質(zhì)量分為五級(jí)水平，既是指導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和評(píng)價(jià)、教師開展日常教學(xué)設(shè)計(jì)、命題和評(píng)價(jià)的重要依據(jù)，也是高中學(xué)業(yè)水平考試命題的重要依據(jù)?！盵7]相應(yīng)地，物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究及科學(xué)態(tài)度與責(zé)任四個(gè)維度的核心素養(yǎng)，也分為五個(gè)水平。學(xué)業(yè)質(zhì)量的水平和核心素養(yǎng)的水平相對(duì)應(yīng)，即通過對(duì)不同水平核心素養(yǎng)的考查來反映學(xué)生學(xué)業(yè)質(zhì)量的水平。

《課程標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)學(xué)業(yè)質(zhì)量水平和核心素養(yǎng)水平進(jìn)行了劃分和說明，但這種劃分和說明局限在一些行為動(dòng)詞描述的層面，例如水平1 的描述為“初步了解……，能將……聯(lián)系起來”；水平2 的描述為“了解……，能解釋簡單的……，解決簡單的……”；水平3的描述為“了解……，能解釋……，解決……”；水平4 的描述為“理解……，能正確解釋……，綜合應(yīng)用……”；水平5 的描述為“能清晰、系統(tǒng)地理解……，能正確解釋……，能綜合……靈活解決……。”很顯然，依據(jù)這樣的描述方式來劃定測量各核心素養(yǎng)的試題水平，是有一定困難的。

這種困難體現(xiàn)在三個(gè)方面。首先，核心素養(yǎng)的這種水平劃分，就意味著要實(shí)現(xiàn)對(duì)所有的核心素養(yǎng)按這樣的水平劃分來測量。目前，教學(xué)評(píng)價(jià)的主要方式仍然是紙筆測試，通過學(xué)生對(duì)具體試題的作答情況來給出相應(yīng)的評(píng)價(jià)。 在四個(gè)維度的核心素養(yǎng)中，科學(xué)態(tài)度與責(zé)任是一種主觀傾向，主要體現(xiàn)在學(xué)生對(duì)人、事等的價(jià)值判斷上，很難在紙筆測試中加以體現(xiàn)。其次，要對(duì)核心素養(yǎng)水平進(jìn)行界定，僅僅局限在物理問題本身和復(fù)雜程度角度，難以給出清晰的說明。何況《課程標(biāo)準(zhǔn)》中不同水平的描述界限不是很清楚。如“初步了解”和“了解”，“理解”和“清晰、 系統(tǒng)地理解”，“聯(lián)系”、“解釋”、“綜合應(yīng)用”和“靈活解決”等說法之間的區(qū)別，只是“程度”的差異，很難加以精確界定。因此，各核心素養(yǎng)的水平僅僅從行為動(dòng)詞描述的差異來劃分缺乏客觀依據(jù)，需要借助于第三方來進(jìn)一步加以說明。第三，既然《課程標(biāo)準(zhǔn)》給出了學(xué)業(yè)質(zhì)量和核心素養(yǎng)水平層級(jí)，教師在教學(xué)中應(yīng)根據(jù)學(xué)生發(fā)展的需要實(shí)施相應(yīng)水平的教學(xué)。如合格性考試，對(duì)應(yīng)的是水平1、2 的層次，等級(jí)性考試，則需要達(dá)到水平3、4 的層次。不同水平目標(biāo)的教學(xué)依據(jù)僅僅依靠《課程標(biāo)準(zhǔn)》的描述，不具有操作性。而且，不同的教師面對(duì)的學(xué)生群體及個(gè)體存在差異，即使同一個(gè)教學(xué)內(nèi)容，在生源基礎(chǔ)較好的學(xué)校，學(xué)生比較容易掌握，對(duì)于這些學(xué)生能“靈活應(yīng)用”。在另一個(gè)生源基礎(chǔ)比較薄弱的學(xué)校，學(xué)生可能難以“理解”。 因此，用學(xué)生學(xué)習(xí)各核心素養(yǎng)的行為動(dòng)詞來劃分素養(yǎng)水平，是不客觀的，也是不平等的。需要依據(jù)學(xué)生認(rèn)知的一般規(guī)律和考查核心素養(yǎng)的試題本身的特點(diǎn)進(jìn)行水平劃分，從而體現(xiàn)對(duì)素養(yǎng)水平評(píng)價(jià)的客觀性、公平性。

二、皮亞杰認(rèn)知發(fā)展理論對(duì)物理學(xué)科水平層級(jí)劃分的啟示

心理學(xué)是研究心理現(xiàn)象的一門科學(xué)，主要研究個(gè)體心理，包括認(rèn)知、情緒和動(dòng)機(jī)、能力和人格等，也研究團(tuán)體和社會(huì)心理?！罢J(rèn)知指人們獲得知識(shí)和應(yīng)用知識(shí)的過程，或信息加工的過程，這是人最基本的心理過程。它包括感覺、知覺、記憶、想象、思維和語言等?！盵8]學(xué)習(xí)是心理學(xué)研究的領(lǐng)域之一，心理學(xué)對(duì)人的認(rèn)識(shí)學(xué)習(xí)過程進(jìn)行了科學(xué)的剖析和說明。《課程標(biāo)準(zhǔn)》中關(guān)于學(xué)業(yè)質(zhì)量水平和核心素養(yǎng)水平的描述用語中，“了解”、“理解”、“聯(lián)系”、“解釋”、“綜合應(yīng)用”和“靈活解決”等屬于認(rèn)知過程的具體體現(xiàn)。認(rèn)知的對(duì)象是核心素養(yǎng)，因此，可以借助于心理學(xué)的研究方法來界定核心素養(yǎng)的水平。

奧蘇伯爾根據(jù)學(xué)習(xí)方式，將學(xué)習(xí)分為接受學(xué)習(xí)和發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)；根據(jù)學(xué)習(xí)材料和學(xué)習(xí)者原有知識(shí)結(jié)構(gòu)的關(guān)系，將學(xué)習(xí)分為意義學(xué)習(xí)和機(jī)械學(xué)習(xí)?！凹幽?965 年的《學(xué)習(xí)的條件》一書中按照學(xué)習(xí)的水平把學(xué)習(xí)分為8 種類型：信號(hào)學(xué)習(xí)、刺激-反應(yīng)學(xué)習(xí)、系列學(xué)習(xí)、言語聯(lián)想學(xué)習(xí)、多種辨別學(xué)習(xí)、概念學(xué)習(xí)、原理學(xué)習(xí)、問題解決的學(xué)習(xí)等。在1977 年修訂的《學(xué)習(xí)的條件》一書時(shí)，加涅指出這八類學(xué)習(xí)的劃分對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)不合適，并在其八類學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上，按照學(xué)習(xí)的結(jié)果重新進(jìn)行了分類，把學(xué)習(xí)具體劃分為五類，即智慧技能的學(xué)習(xí)、言語信息的學(xué)習(xí)、認(rèn)知策略的學(xué)習(xí)、動(dòng)作技能的學(xué)習(xí)和態(tài)度學(xué)習(xí)?！盵9]皮亞杰從認(rèn)識(shí)發(fā)生和發(fā)展的角度對(duì)兒童心理進(jìn)行了系統(tǒng)和深入的研究，他提出學(xué)習(xí)過程中的四個(gè)核心概念：格局（Schema）或圖式、同化、順應(yīng)和平衡。兒童每遇到新的認(rèn)知沖突，在認(rèn)識(shí)過程中，總是試圖用原有的“格局（或圖式）”去“同化”，如果成功，就得到暫時(shí)的認(rèn)識(shí)上的“平衡”。反之，兒童就做出“順應(yīng)”，調(diào)整原有“格局”，直至達(dá)到認(rèn)識(shí)上新的“平衡”。學(xué)習(xí)是兒童的認(rèn)知“格局（或圖式）”從低級(jí)向高級(jí)發(fā)展的過程。根據(jù)兒童思維發(fā)展的階段性標(biāo)志，學(xué)習(xí)過程分為四個(gè)階段：感知運(yùn)動(dòng)階段、前運(yùn)演階段、具體運(yùn)演階段和形式運(yùn)演階段。

奧蘇泊爾學(xué)習(xí)理論體現(xiàn)了學(xué)生學(xué)習(xí)的類型，根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)的特點(diǎn)對(duì)“如何教”具有啟發(fā)性。但這種學(xué)習(xí)類型的簡單劃分，有二元對(duì)立的特點(diǎn)，缺乏對(duì)認(rèn)知過程細(xì)節(jié)環(huán)節(jié)的表述，沒有層次性?！凹幽鶕?jù)學(xué)習(xí)結(jié)果劃分的五種學(xué)習(xí)類型，并給出了有效學(xué)習(xí)的條件，包括內(nèi)部條件和外部條件”[10]，“有助于教師的教學(xué)設(shè)計(jì)，如教學(xué)目標(biāo)的設(shè)立及表述”[11]，“對(duì)于每一門課程或每一節(jié)課都可以建立一個(gè)詳細(xì)的目標(biāo)系列表，使教學(xué)過程得以精確化”[12]。結(jié)合新課程對(duì)核心素養(yǎng)的考查評(píng)價(jià)，特別是對(duì)學(xué)科核心素養(yǎng)水平的評(píng)價(jià)，奧蘇泊爾和加涅的學(xué)習(xí)理論沒有涉及學(xué)生學(xué)習(xí)的水平層次性。皮亞杰的認(rèn)知發(fā)展理論以兒童作為研究對(duì)象，通過實(shí)驗(yàn)的手段總結(jié)歸納出來兒童認(rèn)知發(fā)展的四個(gè)發(fā)展階段。這四個(gè)階段體現(xiàn)了思維的由簡單到復(fù)雜，由外在表象到內(nèi)在規(guī)律的認(rèn)知過程。學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中，認(rèn)知能力的發(fā)展也體現(xiàn)了從簡單到復(fù)雜、從外在表象到內(nèi)在規(guī)律的特點(diǎn)，從而可以以皮亞杰認(rèn)知發(fā)展理論為指導(dǎo)，對(duì)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)掌握的水平進(jìn)行評(píng)價(jià)。另外，“皮亞杰是認(rèn)知領(lǐng)域中最主要的大師，而且他研究的是人類發(fā)展中非情感、非動(dòng)機(jī)的方面”[13]。《課程標(biāo)準(zhǔn)》中的學(xué)科核心素養(yǎng)水平，主要是物理觀念、科學(xué)思維和科學(xué)探究這三個(gè)可通過紙筆測試進(jìn)行評(píng)價(jià)的核心素養(yǎng)，可以借鑒皮亞杰的認(rèn)知發(fā)展理論的研究方法和內(nèi)容，結(jié)合學(xué)生學(xué)科學(xué)習(xí)過程中認(rèn)知發(fā)展的特點(diǎn)，對(duì)這三個(gè)維度的核心素養(yǎng)以一定的方式進(jìn)行水平層級(jí)的界定。

“皮亞杰理論的基本點(diǎn)在于： 人是通過邏輯演算來建構(gòu)關(guān)于世界的知識(shí)的。皮亞杰認(rèn)為，思維，可以被描述為一個(gè)邏輯運(yùn)算的系統(tǒng)化的集合，用以在這個(gè)世界本身與我們對(duì)于這個(gè)世界的認(rèn)識(shí)之間進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于這個(gè)世界不能被直接認(rèn)識(shí)而是只有通過這些邏輯運(yùn)算的調(diào)節(jié)來完成，我們的知識(shí)就變成了一個(gè)建構(gòu)過程，一個(gè)需要被這個(gè)世界將要發(fā)生的行為不斷檢驗(yàn)的建構(gòu)過程?！盵14]皮亞杰認(rèn)知發(fā)展理論中思維發(fā)展的第一階段是感知運(yùn)動(dòng)階段。這一階段皮亞杰認(rèn)為是兒童從出生到兩歲左右具備的認(rèn)知水平，能開始協(xié)調(diào)感知和運(yùn)作間的活動(dòng)。第二階段是前運(yùn)演階段。這一階段皮亞杰皮亞杰認(rèn)為是兒童從兩歲左右到六、七歲左右具備的認(rèn)知水平，開始以符合為中介來描述外部世界。第三階段是具體運(yùn)演階段。這一階段皮亞杰認(rèn)為是兒童從約六、七歲到十一、十二歲左右具備的認(rèn)知水平，能在同具體事物相聯(lián)系的情況下，進(jìn)行邏輯運(yùn)演。第四階段是形式運(yùn)演階段。這一階段皮亞杰認(rèn)為是兒童從十一、十二歲左右到十四、十五歲左右具備的認(rèn)知水平，思維的特點(diǎn)是 “有能力處理假設(shè)而不只是單純地處理客體”，“認(rèn)識(shí)超越于現(xiàn)實(shí)本身”而“無需具體事物作為中介了”[15]。皮亞杰認(rèn)知發(fā)展理論的四個(gè)階段及其要點(diǎn)如表1 所示。

表1 皮亞杰認(rèn)知發(fā)展理論的四個(gè)階段及其要點(diǎn)

皮亞杰立足于對(duì)兒童思維整體的認(rèn)知而給出了其發(fā)展的階段性特征。學(xué)科各核心素養(yǎng)的水平劃分，也可以參照皮亞杰的研究方法和各個(gè)階段的特點(diǎn)，給出相應(yīng)水平的質(zhì)性描述。當(dāng)然，學(xué)科核心素養(yǎng)的水平和皮亞杰兒童認(rèn)知發(fā)展階段不可能完全對(duì)應(yīng)，而且學(xué)生的各核心素養(yǎng)發(fā)展也不是齊頭并進(jìn)的，同一水平的核心素養(yǎng)存在先天性的差異，不在同一認(rèn)知層次上。例如：學(xué)生觀察到汽車行駛、樹葉飄落、小鳥飛行、行星運(yùn)動(dòng)等，能比較直接地建立機(jī)械運(yùn)動(dòng)的物理觀念；在研究各種不同物體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律時(shí)，需要抽象出運(yùn)動(dòng)的主體，忽略次要因素，如建立質(zhì)點(diǎn)的模型、勻速運(yùn)動(dòng)模型、勻變速運(yùn)動(dòng)模型、圓周運(yùn)動(dòng)模型等，這屬于科學(xué)思維。以上兩個(gè)方面的素養(yǎng)都是水平1 的層次，顯然，建立各種模型的科學(xué)思維要求要高于形成機(jī)械運(yùn)動(dòng)的物理觀念。

核心素養(yǎng)是學(xué)生發(fā)展的必備品格和關(guān)鍵能力?！捌犯瘛焙汀澳芰Α钡恼f法具有泛化性，需要進(jìn)一步清晰各素養(yǎng)的指向。即在“面對(duì)什么物體或事件”時(shí)表現(xiàn)出“怎樣的品格和能力”。其次，因?yàn)椤墩n程標(biāo)準(zhǔn)》中各核心素養(yǎng)水平層級(jí)描述的模糊性，界限不清，所以可以結(jié)合各素養(yǎng)的指向，進(jìn)一步明確各素養(yǎng)水平的特點(diǎn)。如表2 所示，借鑒皮亞杰認(rèn)知發(fā)展理論中認(rèn)知的階段性特點(diǎn)，對(duì)物理學(xué)科各核心素養(yǎng)的指向及水平層級(jí)進(jìn)行如下描述。

表2 物理學(xué)科各核心素養(yǎng)指向及水平層級(jí)特點(diǎn)

考慮到科學(xué)態(tài)度與責(zé)任這一核心素養(yǎng)目前無法體現(xiàn)在直接的紙筆測試中，所以表二只對(duì)其他三個(gè)核心素養(yǎng)的5 個(gè)水平進(jìn)行了表征。

三、對(duì)物理核心素養(yǎng)水平的測量及評(píng)價(jià)的思考

學(xué)業(yè)質(zhì)量評(píng)價(jià)是一個(gè)測量的過程。桑代克有一段非常有名的論述，“如果有物質(zhì)存在，就會(huì)以量的形式存在；如果有量的存在，就可以測量。 ”[16]物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究及科學(xué)態(tài)度與責(zé)任是物理學(xué)科的核心素養(yǎng)，將這四個(gè)維度的核心素養(yǎng)和整個(gè)人相類比，物理觀念相當(dāng)于人的骨架，科學(xué)思維相當(dāng)于人的血與肉， 科學(xué)探究相當(dāng)于人的神經(jīng)系統(tǒng)，科學(xué)態(tài)度與責(zé)任相當(dāng)于人的精神和靈魂。學(xué)生的成長是這四個(gè)方面逐漸成熟、豐滿的過程。前三項(xiàng)素養(yǎng)和人體的結(jié)構(gòu)一樣，具有量的存在的特征，可以進(jìn)行是非判斷，具有可測性。 科學(xué)態(tài)度與責(zé)任傾向于價(jià)值判斷，在當(dāng)下學(xué)業(yè)質(zhì)量的測量評(píng)價(jià)中，缺乏可行的評(píng)價(jià)方法和手段。 參照表2，下面舉例說明具體的試題如何體現(xiàn)對(duì)學(xué)生不同核心素養(yǎng)水平的測量及評(píng)價(jià)。

例1：自然界中存在許多物理現(xiàn)象，下列現(xiàn)象中屬于靜電學(xué)范疇的是

A.用絲綢摩擦過的玻璃棒能吸引輕小物體

B.月球繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)

C.宇宙射線進(jìn)入地球的南北極發(fā)生的極光現(xiàn)象

D.顯微鏡下懸浮在水中的小顆粒不停地做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)

該題是對(duì)物理觀念水平1 的測量。四個(gè)選擇項(xiàng)對(duì)應(yīng)的是四個(gè)物理現(xiàn)象， 旨在考查學(xué)生對(duì)物理現(xiàn)象的感知識(shí)別能力， 能否將這四個(gè)物理現(xiàn)象進(jìn)行準(zhǔn)確地歸類。A 選項(xiàng)是摩擦起電；B 選項(xiàng)是萬有引力作用下的圓周運(yùn)動(dòng)；C 選項(xiàng)的極光是由于帶電粒子流進(jìn)入地球磁場區(qū)域， 地磁場使高層大氣分子或原子激發(fā)（或電離）而產(chǎn)生的物理現(xiàn)象；D 選項(xiàng)是布朗運(yùn)動(dòng)。

例2：真空中兩個(gè)等量異種點(diǎn)電荷（電荷量均為q）連線的中點(diǎn)處電場強(qiáng)度為E，則兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的庫侖力大小是

該題是對(duì)科學(xué)思維水平2 的測量。題中給定的物理情景是單一的，只是兩個(gè)定量異種點(diǎn)電荷的模型。要求學(xué)生能在該情景中準(zhǔn)確找出兩電荷連線中點(diǎn)處的電場強(qiáng)度E 與電荷帶電量q 及距離之間的定量關(guān)系，同時(shí)結(jié)合點(diǎn)電荷間作用力的模型，求出兩者之間的庫侖力大小。

例3：如圖所示，虛線a、b、c 是靜電場中的三個(gè)等勢面，相鄰等勢面間的電勢差相等，即Uab＝Ubc。實(shí)線為一個(gè)帶負(fù)電的質(zhì)點(diǎn)僅在電場力作用下的運(yùn)動(dòng)軌跡，P、Q 是軌跡上的兩點(diǎn)。下列說法中正確的是

A.三個(gè)等勢面中，等勢面a 的電勢最低

B.質(zhì)點(diǎn)通過Q 點(diǎn)時(shí)的電勢能比通過P 點(diǎn)時(shí)小

C.質(zhì)點(diǎn)通過Q 點(diǎn)時(shí)的加速度比通過P 點(diǎn)時(shí)大

D.質(zhì)點(diǎn)通過Q 點(diǎn)時(shí)的加速度的方向一定與等勢面a 垂直

該題是對(duì)核心素養(yǎng)水平3 的測量。該題涉及到運(yùn)動(dòng)與力的物理觀念，曲線運(yùn)動(dòng)的物體所受合力指向曲線的內(nèi)側(cè)。涉及到功與能的物理觀念，電場力做功與電勢能變化之間的關(guān)系。涉及到描述電場模型的科學(xué)思維，等差等勢面密集的地方電場強(qiáng)度大，等勢面與電場線垂直，沿著電場線的方向電勢降低。要求學(xué)生能結(jié)合題中的情景，分析得到負(fù)電荷的受力特征、加速度變化、電場力方向、電場力做功及電場中各點(diǎn)電勢高低等情況。

例4：“探究影響平行板電容器電容大小因素”的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，忽略漏電產(chǎn)生的影響，下列判斷正確的是

A.平板正對(duì)面積減小時(shí)，靜電計(jì)指針偏角減小

B.靜電計(jì)可以用電壓表替代

C.靜電計(jì)所帶電量與平行板電容器電量不相等

D.靜電計(jì)測量的是平行板電容器所帶電量

該題是對(duì)核心素養(yǎng)水平4 的測量。該題涉及到守恒的物理觀念，電容器和靜電計(jì)所帶的電荷總量不變。涉及到靜電計(jì)和電容器模型的科學(xué)思維，靜電計(jì)本質(zhì)上是一個(gè)電容器，而且電容很小。圖中的連接方式相當(dāng)于兩個(gè)電容器并聯(lián)，電荷幾乎都集中在平行板電容器上。平行板電容器的電壓和靜電計(jì)內(nèi)外電壓始終相等。靜電計(jì)的張角反映了金屬箔和金屬外殼之間，即電容器兩極板之間的電壓大小。也涉及到電壓表結(jié)構(gòu)的科學(xué)思維，當(dāng)有電流通過電壓表內(nèi)部的線圈時(shí)，在電壓表內(nèi)部磁場的作用下線圈才會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。如果用電壓表替代靜電計(jì)，不可能有持續(xù)的電流，電壓表不會(huì)有示數(shù)。涉及到忽略微小量的問題探究方法，因?yàn)閳D中平行板電容器和靜電計(jì)的電荷幾乎集中在平行板電容器上，當(dāng)改變平行板電容器極板的正對(duì)面積時(shí)，理論上兩者所帶的電荷要重新分布，但因?yàn)殡姾蓭缀醵技性谄叫邪咫娙萜魃?，可以近似認(rèn)為平行板電容器的帶電量不變。該實(shí)驗(yàn)裝置，從靜電計(jì)的張角變化情況，判斷平行板電容器的電壓變化情況，分析得到平行板電容器電容的影響因素。

例5： 電荷量為Q1和Q2的兩點(diǎn)電荷分別固定在x 軸上的O、C 兩點(diǎn)，規(guī)定無窮遠(yuǎn)處電勢為零，x 軸上各點(diǎn)電勢φ 隨x的變化關(guān)系如圖所示。則

A.Q1的電荷量小于Q2的電荷量

B.G 點(diǎn)處電場強(qiáng)度的方向沿x 軸負(fù)方向

C.將一帶負(fù)電的試探電荷自G 點(diǎn)靜止釋放，僅在電場力作用下一定能到達(dá)D 點(diǎn)

D.將一帶負(fù)電的試探電荷從D 點(diǎn)沿x 軸正方向移到J 點(diǎn)，電場力先做正功后做負(fù)功

該題是對(duì)核心素養(yǎng)水平5 的測量。該題涉及圖象背后物理模型的科學(xué)思維，根據(jù)O、C 兩點(diǎn)間圖線特征，從O 點(diǎn)到C 點(diǎn)電勢降低，可知O、C 兩點(diǎn)處的電荷Q1和Q2分別為正電荷和負(fù)電荷。涉及到圖線特征分析、推理的科學(xué)思維，根據(jù)φ-x 圖線的斜率表示該點(diǎn)的電場強(qiáng)度可知，H 點(diǎn)的電場強(qiáng)度為零。該點(diǎn)的電場強(qiáng)度是由O、C 兩點(diǎn)處的電荷Q1和Q2分別引起的電場強(qiáng)度的疊加，因此Q1的電荷量大于Q2的電荷量，則G 點(diǎn)處電場強(qiáng)度的方向沿x 軸負(fù)方向。該題涉及到力與運(yùn)動(dòng)、功和能的物理觀念。帶負(fù)電的試探電荷放在G 點(diǎn)，受到電場力的方向向左，由靜止釋放，僅在電場力作用下一定能到達(dá)D 點(diǎn)。帶負(fù)電的試探電荷從D 點(diǎn)沿x 軸正方向移到J 點(diǎn)，受到的電場力方向先向左、后向右，則電場力先做負(fù)功后做正功。

結(jié)合《課程標(biāo)準(zhǔn)》中關(guān)于各核心素養(yǎng)水平的描述，參照皮亞杰認(rèn)知發(fā)展理論，考查核心素養(yǎng)各水平的試題具有如下特點(diǎn)。水平1 試題的特點(diǎn)是不涉及具體的概念、規(guī)律的定量關(guān)系，只要能在認(rèn)知層面加以識(shí)別。水平2 試題的特點(diǎn)是情景單一，只涉及物理概念、規(guī)律單一的定量關(guān)系。對(duì)核心素養(yǎng)水平1、水平2 進(jìn)行測試的試題，往往是對(duì)某個(gè)單一維度的核心素養(yǎng)進(jìn)行考查，試題情景單一，問題沒有結(jié)構(gòu)性。水平3 以上的試題一般涉及到概念、規(guī)律之間的多組關(guān)系，要求學(xué)生能在不同的物理概念、規(guī)律、模型之間建立有意義的聯(lián)系。試題往往不是對(duì)單一的核心素養(yǎng)進(jìn)行考查。試題情景相對(duì)復(fù)雜，問題有一定的結(jié)構(gòu)性。不同點(diǎn)在于，水平3 的試題涉及到的概念、規(guī)律、模型等是顯性的，如例3 中的“等勢面、曲線運(yùn)動(dòng)、受力等”是直觀的，只需要正確建立這些概念、規(guī)律之間的關(guān)系。水平4 的試題涉及到的概念、規(guī)律、模型等是隱性的，需要通過分析判斷進(jìn)行一次性的轉(zhuǎn)化、遷移，如例4 中的實(shí)驗(yàn)裝置，需要轉(zhuǎn)化為兩個(gè)電容器并聯(lián)的模型，然后進(jìn)行分析判斷。水平5 的試題則需要進(jìn)行兩次或兩次以上的轉(zhuǎn)化、遷移，如例5中根據(jù)φ-x 圖象特征，第一次轉(zhuǎn)化得到O、C 兩點(diǎn)處分別為正電荷和負(fù)電荷的物理模型，第二次轉(zhuǎn)化得到Q1的電荷量大于Q2的電荷量的定量關(guān)系。按照這樣的方法對(duì)考查各核心素養(yǎng)的試題進(jìn)行水平劃分，具有一定的可比性和可操作性，相對(duì)于《課程標(biāo)準(zhǔn)》中的水平描述更具可行性。

借助于皮亞杰認(rèn)知發(fā)展理論，可以初步對(duì)各核心素養(yǎng)水平進(jìn)行劃分。而教學(xué)中如何進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生的核心素養(yǎng)由低水平向高水平發(fā)展，還需要結(jié)合學(xué)生學(xué)習(xí)心理發(fā)展的特征做進(jìn)一步思考和研究。