初中學業(yè)水平考試物理能力要素構(gòu)建的初步研究

朱行建 陸建隆 褚慧玲

一、問題的提出

2016年，教育部啟動了新一輪中考改革，為減少義務教育階段學生多次考試的壓力，對初中畢業(yè)考試和升學考試實行“兩考合一”，統(tǒng)稱為“初中學業(yè)水平考試”。2019年，《教育部關于加強初中學業(yè)水平考試命題工作的意見》（教基〔2019〕15 號）指出，“初中學業(yè)水平考試主要衡量學生達到國家規(guī)定學習要求的程度，兼顧學生畢業(yè)和升學需要”。這一考試性質(zhì)對初中學業(yè)水平考試的能力考查提出了新的要求，初中物理學業(yè)水平考試能力要素的確立對指導命題改革和引領初中物理教學具有重要的實踐意義。為此，南京師范大學陸建隆教授領銜成立了全國初中學業(yè)水平考試物理能力研究課題組，成員由大學教授、省級考試院專家、部分中考命題負責人共10名從事中學物理教學研究的全國知名專家組成，具體研究過程如下。

二、初中科學（物理）能力要素分析

（一）部分國家初中階段科學（物理）課程標準中的能力要素

1.美國科學課程標準的能力要素

美國于2013年4月發(fā)布了 《下一代科學教育標準》[1]，涵蓋 1-12年級，設置“表現(xiàn)預期”欄目，陳述了學生在某一學段應該理解和能夠做到的相關科學內(nèi)容。為更好地解釋“表現(xiàn)預期”內(nèi)容，該標準在此欄目的下方建構(gòu)了“基礎框”，基礎框中的內(nèi)容分為三個維度:科學及工程實踐、學科核心概念和跨學科概念，其中科學及工程實踐包括8個類別:提出問題和明確問題；建立和使用模型；設計和實施調(diào)查；分析和解釋數(shù)據(jù)；使用數(shù)學和計算方法；構(gòu)建解釋并設計解決方案；基于證據(jù)的論證；用證據(jù)論證、獲取、評價、交流信息。

2.英國科學課程標準的能力要素

英國《國家科學課程學習標準》[2]（中學階段，Key Stage 2）指出了學生需要學習的三方面重要技能與過程:一是實踐和探究技能，包括運用一系列科學方法和技術(shù)去檢驗和發(fā)展觀點與解釋，能判斷實驗室、工作場中存在的安全隱患并安全地工作，能夠獨立或通過小組合作完成科學實踐活動；二是對證據(jù)的批判思考，包括直接或者間接獲得、記錄并分析數(shù)據(jù)，如ICT技術(shù)，并用所發(fā)現(xiàn)的結(jié)果進行科學解釋，評價科學證據(jù)和所使用的方法；三是交流，包括運用合適的方法討論相關科學議題，并進行表達與交流科學信息。

3.加拿大安大略省科學課程標準的能力要素

2008年，加拿大安大略省頒布的《安大略課程（1-8年級）:科學與技術(shù)標準修訂版》[3]中指出，對學生的知識和能力評估可以從四個方面考慮，一是知道和理解，在每一年級獲得具體學科的內(nèi)容并理解其意義和主要性；二是思維和探究，運用批判性和創(chuàng)造性思維以及探究和問題解決技能；三是交流，通過各種形式傳達意圖；四是應用，在各種情境中利用知識和技能。

4.我國初中物理課程標準中的能力要素

教育部頒布的 《義務教育物理課程標準（2011版）》[4]指出，課程內(nèi)容由科學內(nèi)容和科學探究兩部分組成?？茖W內(nèi)容使用了認知性目標和技能性目標，即了解、認識、理解和獨立操作（能、會）。科學探究能力提出了7個要素，即提出問題、猜想與假設、設計實驗與制訂計劃、進行實驗與收集證據(jù)、分析與論證、評估、交流與合作。

5.能力要素分析結(jié)果

科學課程通常包括物理、化學、生物、自然地理內(nèi)容，在義務教育階段，我國開設的是物理、化學、生物等分科課程，而國外通常開設的是綜合科學課程，因此，上述文獻除我國是物理課程標準外，其他國家都是科學課程標準。由于綜合科學課程包含了分科課程，本研究將這些國家的綜合科學課程標準中的能力要素作為物理學科的能力要素。根據(jù)以上課程標準文獻研究，找出文獻中的物理能力要素，如表1所示:

表1 課程標準中的物理能力要素

能力要素盡管各不相同，但是從以上課程標準中提出的能力要素累計頻次看，科學探究能力和理解能力排在前兩位，而對其它能力要素的看法各不相同，究其原因可能主要是各國家的價值取向不同，如美國《新一代科學標準》的價值理念是將科學及工程實踐、學科核心概念和跨學科概念三個內(nèi)容結(jié)合起來的“大觀念”，學生通過在“大觀念”下的內(nèi)容學習獲得能力的發(fā)展。

（二）國內(nèi)外教育測評中的能力要素文獻分析

1.PISA測評能力要素

國際經(jīng)濟合作組織（OECD）每3年對15歲兒童的閱讀素養(yǎng)、數(shù)學素養(yǎng)和科學素養(yǎng)進行評估，即國際學生評估項目 （Program for International Student Assessment），簡稱PISA。PISA每次對科學素養(yǎng)的能力目標要求考查都不同，PISA2015對科學素養(yǎng)的能力考查集中在三個方面[5]，一是解決生活中的科學問題，科學地解釋現(xiàn)象；二是評價和設計科學探究，設計科學調(diào)查，以科學的手段解決問題；三是科學地解釋數(shù)據(jù)和證據(jù)，以不同的方式分析和評估數(shù)據(jù)、觀點，得出合理的科學結(jié)論。學生能否施展以上能力，取決于知識，即對基本科學事實、概念和解釋性理論的理解。

2.TIMSS測評能力要素

國際教育成就評價協(xié)會 （International Association for the Evaluation of Education Achievement）每 4年對四年級和八年級學生的數(shù)學與科學課程進行測試，即國際數(shù)學和科學評測（International Mathematics and Science Study），簡稱 TIMSS，其測試框架基本相同，只是四年級和八年級的試卷中關于能力考查的試題分數(shù)占比結(jié)構(gòu)不同。TIMSS2019科學評價框架認知領域評價主要是四個方面，即知道、應用、推理和科學探究[6]。

3.NAEP測評能力要素

美國國家教育進展評估項目 （National Assessment of Educational Progress）每 4 年對四、八、十二年級的學生數(shù)學、閱讀、科學、寫作進行測試，簡稱NAEP。NAEP2009規(guī)定科學課程測評框架分為科學內(nèi)容和科學實踐，主要測評學生應該“知道什么”和“能做什么”。具體來看，NAEP認為學生應該熟悉自然世界知識，理解主要科學事實、概念、原則、規(guī)律和理論，要求學生掌握物質(zhì)科學、生命科學以及地球與空間科學三大領域的知識；此外，科學實踐要求為識別科學原理、運用科學原理、運用科學探究、運用技術(shù)設計等[7]。

4.我國教育質(zhì)量監(jiān)測能力要素

2018年，教育部基礎教育質(zhì)量監(jiān)測中心發(fā)布了《中國義務教育質(zhì)量監(jiān)測報告》，這是我國首份國家義務教育質(zhì)量監(jiān)測報告。報告指出，學生科學學業(yè)能力要素主要包括科學理解能力、科學思維能力和科學探究能力[8]。

5.國內(nèi)外教育測評中的能力要素分析結(jié)果

根據(jù)以上文獻研究，將科學課程測試中的能力要素作為物理學科的能力要素，找出文獻中的物理能力要素，如表2所示:

表2 教育測評中的物理能力要素

從表2測試能力提出的頻次看，科學探究和理解能力排在前兩位，這與前述各國課程標準對能力要素的觀點一致。

三、我國學者關于初中物理能力要素研究舉要

我國學者對初中物理能力要素進行了一系列研究，他們采用思辨研究、實證研究和訪談研究的方法進行了探索。課題組選取采用不同方法、具有一定代表性的研究團隊的成果進行梳理。

（一）思辨研究:北京師范大學郭玉英教授團隊對初中物理學科的能力要素進行了研究，通過一百年來我國頒布的31份物理課程標準和教學大綱，基于其教學目標（目的）的表述，系統(tǒng)梳理我國中學物理課程對物理核心能力的認識。他們認為，各時期對物理核心能力要求的價值取向在變化中趨于相融一致，主要是學科學習、問題解決、認知思維、探究活動和創(chuàng)新活動[9]。

（二）實證研究:首都師范大學邢紅軍教授團隊將“智力—技能—認知結(jié)構(gòu)”一般能力理論中智力包含的思維力、觀察力、想象力，技能中包含的操作技能、心智技能，認知結(jié)構(gòu)中的知識與科學方法這七個重要因素，與物理學的五個基本特征進行交互相關，依據(jù)因素分析“從眾多變量的交互相關中找出起決定性作用的因素”思想，從而建構(gòu)出新的物理能力要素，主要是觀察、實驗能力、物理想象能力、物理思維能力、物理運算能力、運用物理知識和科學方法的能力[10]。

（三）訪談研究:江蘇省教研室葉兵教授團隊從2015年開始開展 “初中物理學科核心素養(yǎng)關鍵能力”研究，在梳理了有關研究文獻的基礎上，結(jié)合江蘇省義務教育學生學業(yè)質(zhì)量監(jiān)測工作和對物理學科專家與一線教學人員的深度訪談，初步構(gòu)建了初中物理核心素養(yǎng)與關鍵能力要素，主要有概括理解、實驗探究、實踐應用和求實創(chuàng)新四個方面[11]。這一成果在江蘇省學業(yè)質(zhì)量監(jiān)測中進行了應用，具有一定的影響力和代表性。

上述我國學者的研究一是偏重于理論研究，二是學業(yè)質(zhì)量監(jiān)測和學業(yè)考試的性質(zhì)不同，共同的特點是對初中學業(yè)考試命題的實踐考慮不足，對考試命題的指導性不強，這些學術(shù)觀點在學業(yè)水平考試命題中未得到廣泛應用。

四、初中學業(yè)水平考試物理能力要素構(gòu)建

（一）政策依據(jù)

《教育部關于加強初中學業(yè)水平考試命題工作的意見》文件指出，“試題命制既要注重考查基礎知識、基本技能，還要注重考查思維過程、創(chuàng)新意識和分析問題、解決問題的能力。結(jié)合不同學科特點，合理設置試題結(jié)構(gòu)，減少機械記憶試題和客觀性試題比例，提高探究性、開放性、綜合性試題比例”。此文件為初中學業(yè)水平考試物理能力要素構(gòu)建提供了政策依據(jù)。

（二）理論基礎

2019年12月，教育部考試中心發(fā)布了《中國高考評價體系》，在這一成果中提出了關鍵能力群的概念，主要包括（1）以認識世界為核心的知識獲取能力群，（2）以解決實際問題為核心的實踐操作能力群，（3）涵蓋了各種關鍵思維能力的思維認知能力群。程力、李勇以此理論構(gòu)建了我國高考物理能力模型:知識獲取能力群是理解能力，實踐操作能力群是實驗探究能力，思維認知能力群是推理論證能力、模型建構(gòu)能力、創(chuàng)新能力[12]。這一理論可為初中物理學業(yè)水平考試能力要素建構(gòu)提供一定的借鑒作用。

（三）初中學業(yè)水平考試物理能力要素構(gòu)建

1.各地中考的實踐

課題組在完成上述文獻分析后開展了全國各地中考的實踐研究，梳理出全國部分地區(qū)初中物理學業(yè)水平考試大綱（說明）中的物理能力要素，具體如表3:

可以看出，各地考試說明中的物理能力要素不盡相同。最少的有3個，最多的有5個。這說明在命題實踐中，命題人員對初中學業(yè)考試物理能力的主要要素是什么、有多少看法不同。

2.物理能力要素構(gòu)建

課題組通過對上述文獻的理論研究和各地命題實踐中的能力要素進行梳理，將相同含義的合并為同一類，得出描述初中物理的能力要素特征的關鍵詞有24個，分別是理解、科學探究與實驗、認識、應用、了解、知道、思維、分析與綜合、會、推理、交流、創(chuàng)新、問題解決、觀察、掌握、想象、運算、科學方法、評價、解釋、批判思考、說明、設計、體驗。課題組對這些要素指標進行編碼，然后分別統(tǒng)計每個能力要素提出的頻次，再按照頻次由高到低進行排列，如圖1所示:

表3 各地考試大綱（說明）中的物理能力要素

圖1 能力要素頻次

根據(jù)圖1，經(jīng)過課題組專家研討、訪談，并采用德爾斐法進行分析，合并含義基本相同的要素，剔除不必要的要素，得出能力要素的主要指標有5個，其他要素按照與主要能力要素含義基本相同進行歸類，作為行為動詞舉例進行呈列，如表4所示。

課題組將這5個初中物理能力要素指標在某有2000人的物理教師QQ群中進行網(wǎng)絡調(diào)查，盡管高考物理的能力要素如前文程力、李勇所述有5個，即理解能力、實驗探究能力、推理論證能力、模型建構(gòu)能力、創(chuàng)新能力，但由于初中與高中學生的年齡與心理特點不同，教師們比較一致的觀點是:第一，不能用高考的能力要素來代替中考的能力要素，因為中考的能力要求要低于高考的能力要求；第二，高考5大能力要素與表4中的中考能力要素有兩個是重合的，即理解能力、實驗探究能力，說明這兩個能力要素不僅是高考的重要能力要素，應該也可以作為中考物理的能力要素；第三，在初中的教學過程中，其余3個能力要素中的應用是教師們談及最多的高頻詞，應用也應該是初中物理能力要素之一。

表4 主要能力要素指標

根據(jù)網(wǎng)絡調(diào)查的結(jié)果，參考高考評價體系提出的能力群理論，即知識獲取能力群、實踐操作能力群、思維認知能力群，同時結(jié)合圖1能力要素提出頻次的高低，課題組以“整體上看，高中課程更強調(diào)問題解決能力和綜合能力，初中課程更強調(diào)基本能力和認識論”[13]作為中考物理能力要素構(gòu)建的基本觀點，將表4中的能力要素進一步合并與簡化:（1）由于理解與認識提出的頻次分別排在第1和第3，考慮到認識的行為動詞與理解的行為動詞含義相近，且在理解問題時一般要認識問題，理解的層次包含了認識的層次，故將認識合并到理解，而理解是知識獲取的重要能力，將理解能力作為為知識獲取能力群中的要素；（2）實驗與科學探究本來在圖1中的能力要素提出頻次排在第2，且體現(xiàn)了物理學科特點，予以保留，實驗與科學探究是實踐操作能力的重要體現(xiàn)，將實驗與科學探究能力作為實踐操作能力群中的要素；（3）應用在圖1中的能力要素提出頻次排在第4，在新修訂的布魯姆教育目標分類學中，能力分為記憶、理解、應用、分析、評價、創(chuàng)造六個層次，“淺層學習是對淺層知識的簡單描述、記憶或復制，其認知水平停留在較低的記憶、理解層次，所涉及的是機械記憶、簡單提取、淺層理解等低階思維活動；反之，深度學習是對知識的深度理解和遷移應用，其認知水平處于較高的應用、分析、評價、創(chuàng)造層次，而所涉及的大都是劣構(gòu)問題解決、元認知、創(chuàng)造性思維等高階思維活動，所獲得的是高階認知技能”[14]，“應用實踐是指學生能夠應用物理學科核心知識和科學思維分析和解釋物理現(xiàn)象、解決實際問題的能力”[15]，即在應用中有著高級思維活動，故應用能力要素予以保留，將排在第5的思維并入應用，并將應用能力作為思維認知能力群中的要素。即中考物理的能力要素為3個，分別是知識獲取能力群中的理解能力、實踐操作能力群中的實驗與科學探究能力、思維認知能力群中的應用能力，具體如表5所示。

表5 能力要素框架

課題組將這一中考物理能力要素再一次在上述QQ群中征求初中物理教師的意見，結(jié)果得到了普遍認可。

至此，課題組初步構(gòu)建出我國初中學業(yè)水平考試物理能力要素的框架為理解能力、實驗與探究能力和應用能力。

這一初中學業(yè)水平考試物理能力要素的構(gòu)建既考慮到理論的指導，也結(jié)合了各地命題與教學的實踐，同時還考慮到初中階段學生的特點。至于物理能力要素表現(xiàn)水平如何劃分，即每個能力要素中各行為動詞含義所代表的能力水平的高低劃分是今后需要進一步研究的問題。