基于核心素養(yǎng)下的紙筆測(cè)試科學(xué)探究題的效度研究

石 弘

(湖北省宜昌市第六中學(xué)，湖北 宜昌 443000)

1 問題的提出

物理學(xué)科的核心素養(yǎng)是由“物理觀念”、“科學(xué)思維”、“科學(xué)探究”和“科學(xué)態(tài)度和責(zé)任”4個(gè)要素組成,其中科學(xué)探究是物理學(xué)習(xí)的主要方式,是形成其他物理核心素養(yǎng)的主要途徑．所以科學(xué)探究能力的培養(yǎng)是發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的關(guān)鍵．在現(xiàn)階段我國基礎(chǔ)教育升學(xué)體制的大環(huán)境下,紙筆測(cè)試還是選拔學(xué)生進(jìn)入高一級(jí)學(xué)校的主要依據(jù),所以升學(xué)考試依然是現(xiàn)階段物理教學(xué)的主要依據(jù)之一.怎樣在紙筆測(cè)試中體現(xiàn)學(xué)生的核心素養(yǎng),是我們每一位物理教師特別是中考命題教師一直要研究的問題．近年來,全國各地中考題中涌現(xiàn)了一大批較好的科學(xué)探究筆試題．但筆者發(fā)現(xiàn)也有一部分科學(xué)探究題沒有達(dá)到真正考查學(xué)生科學(xué)探究能力的目的.在平時(shí)的課堂和課外探究活動(dòng)中探究能力很弱的學(xué)生在這樣的紙筆測(cè)試中往往也會(huì)取得很好的成績(jī)．那么什么樣的探究題能真正達(dá)到考查學(xué)生的科學(xué)探究能力的目的,具有良好的效度呢?為此,筆者于2019年春季在其學(xué)校8年級(jí)8個(gè)班中進(jìn)行了研究．

2 基本假設(shè)

探究題在能力水平層次中屬于理解和問題的解決層次,考查的目標(biāo)在課程標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)有清楚的界定.它是通過對(duì)設(shè)置的一個(gè)具體的物理情景的研究來考查學(xué)生在研究過程中表現(xiàn)出來的科學(xué)探究能力．怎樣才能在紙筆測(cè)試中考查出這種能力呢?筆者認(rèn)為,學(xué)生已經(jīng)經(jīng)歷過的探究或曾經(jīng)遇到過的探究問題完全可以憑記憶作答,考查不出學(xué)生真正的探究能力.要想在紙筆測(cè)試中考查出學(xué)生的探究能力,一定要在探究試題的設(shè)計(jì)中觸及到學(xué)生的思維.學(xué)生在答題過程中必須有探究過程,即必須有現(xiàn)場(chǎng)的探究行為．

3 研究過程

在2019年春我校8年級(jí)的單元測(cè)驗(yàn)和期中考試的命題中,筆者對(duì)試卷中科學(xué)探究題部分進(jìn)行了不同的設(shè)置,并在考試后對(duì)考試結(jié)果進(jìn)行了分析,分析過程如下.

案例1.

1. (2019年春《第7章 力單元測(cè)試》)表1是小明測(cè)得的數(shù)據(jù),請(qǐng)你根據(jù)數(shù)據(jù)在圖1所示坐標(biāo)中描點(diǎn).

(1) 作出G-m關(guān)系的圖像．

(2) 根據(jù)畫出的圖像得出G-m關(guān)系為____________．

表1

2. (2019年春期中測(cè)試)小明想用橡皮筋作為材料自制一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)．制作前,小明對(duì)橡皮筋的伸長(zhǎng)與所受拉力的關(guān)系進(jìn)行了探究．并得到如表2所示數(shù)據(jù).

表2

(1) 將表2中的數(shù)據(jù)用ΔL-F圖像(圖2中)表示出來．

圖2

(2) 根據(jù)圖像,得出的結(jié)論是橡皮筋的伸長(zhǎng)與所受拉力________正比(填“成”“不成”)．

(3) 如果小明用這根橡皮筋自制彈簧測(cè)力計(jì),你認(rèn)為刻度會(huì)與利用彈簧制作的測(cè)力計(jì)有何不同?

這兩道題的第一問都是在考查學(xué)生描點(diǎn)作圖和用圖像處理數(shù)據(jù),我校的8個(gè)班在相隔不到一個(gè)月的考試結(jié)果如表3所示.

表3

圖3

兩道題的第1問,3個(gè)組的得分率都沒有發(fā)生較大的變化,中、高分組得分較高,說明學(xué)生描點(diǎn)作圖這種技能還是掌握得較好,兩次考試均有較高的效度．第二問是我在實(shí)驗(yàn)室測(cè)出的橡皮筋真實(shí)數(shù)據(jù),測(cè)量結(jié)果橡皮筋與彈簧不一樣,它的伸長(zhǎng)與拉力是不成正比的,這個(gè)結(jié)論通過ΔL-F圖像不是一條過原點(diǎn)的直線很容易得出,這個(gè)結(jié)論應(yīng)該與第1題的第2問的難度是相當(dāng)?shù)?但各個(gè)組的得分率都大幅下降．進(jìn)一步分析不難得出,第1題學(xué)生得分率較高的原因并不是答對(duì)的學(xué)生都具備了用圖像處理數(shù)據(jù)的能力,而是這個(gè)結(jié)論學(xué)生學(xué)過,他根本不需要通過圖形,而是僅憑記憶就可得出正確的答案,所以這一問表面上是想考查問題的解決能力層次,實(shí)際上考查的是記憶層次．高分組的學(xué)生學(xué)習(xí)一般都比較認(rèn)真,教師講過的知識(shí)都能記住,所以第一題高分組學(xué)生的得分率能達(dá)到100%．第2題學(xué)生遇到的是他沒有見過的情景,不可能憑記憶作答,這時(shí)學(xué)生利用圖像處理數(shù)據(jù)能力的差異就顯現(xiàn)出來．對(duì)學(xué)生利用圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)處理這種探究能力的考查,第2題的效度無疑比第1題高的多．從學(xué)生根據(jù)所給數(shù)據(jù)描出的圖(圖4)中可以得出橡皮筋的伸長(zhǎng)與拉力不成正比并非難事,但學(xué)生的得分并不高．這反映出我們的教學(xué)在科學(xué)探究能力素養(yǎng)的培養(yǎng)方面還是有待加強(qiáng)的．

圖4

案例2.

(2019年春期中測(cè)試)理想模型法是研究物理規(guī)律的一種重要的思想方法,它以大量可靠的事實(shí)為基礎(chǔ),以真實(shí)的實(shí)驗(yàn)為原型,通過合理的推理得出物理規(guī)律．理想模型法能深刻地揭示物理規(guī)律的本質(zhì)．

(1) 伽利略在研究阻力對(duì)物體,讓同一輛小車從同一斜面的同一高度自由滑下,分別駛上粗糙程度不同的平面,結(jié)果發(fā)現(xiàn):運(yùn)動(dòng)物體受到的阻力越小,速度減小得越________,伽利略以這個(gè)事實(shí)為基礎(chǔ),用理想模型法推理得出的結(jié)論是____________________,科學(xué)家們經(jīng)過進(jìn)一步的研究,在此基礎(chǔ)上得出了著名的______________．

圖5

(2) 如圖5,把正在響鈴的鬧鐘放在玻璃罩內(nèi),逐漸抽出其中的空氣,我們發(fā)現(xiàn)抽出的空氣越多,聽到的聲音越小,如果我們利用理想模型法,就能得到一個(gè)推論．在研究中,你基于的可靠事實(shí)是____________________,推理得出的結(jié)論是____________________,通過后來的物理學(xué)習(xí),我們知道這個(gè)推論是____________(填“正確”或“不正確”)

本題是對(duì)學(xué)生探究過程中物理思維方法的考查,在“牛頓第一定律”這節(jié)課里,學(xué)生在教師的帶領(lǐng)下經(jīng)歷了從伽利略、笛卡爾到牛頓的研究和推理過程,學(xué)習(xí)了理想模型法這種推理的思維方法.這種物理思維是否內(nèi)化為學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng),這就是本題的考察目標(biāo),應(yīng)該屬于理解層次．筆者設(shè)置了兩問,第1問是學(xué)生在課堂上已經(jīng)經(jīng)歷過的探究過程重現(xiàn),第2問是讓學(xué)生利用這種物理思維方法去研究另一個(gè)問題,實(shí)際上這個(gè)問題也不是新的,是在8年級(jí)上學(xué)期學(xué)過的聲現(xiàn)象,只不過當(dāng)時(shí)沒有用這種方法來推理．學(xué)生考試情況如表4所示.

表4

第1問是經(jīng)?？嫉囊坏莱Ｒ?guī)題,學(xué)生多次反復(fù)練習(xí),所以得分率很高,但這是不是意味著學(xué)生對(duì)理想化模型這種物理思維方法掌握的比較好呢?從第2問的答題情況看絕非如此,可明顯看出很多學(xué)生無法利用這種研究方法研究新的問題．如果我們要去考查學(xué)生這種科學(xué)思維方式的養(yǎng)成情況,第一問很明顯達(dá)不到目標(biāo),作為考查科學(xué)思維方法,第2問明顯具有更高的效度．

案例3.

1. (2018年秋期末測(cè)試)為了探究同種物質(zhì)的質(zhì)量與體積的關(guān)系,小明利用鋁塊和木塊測(cè)得4組數(shù)據(jù),填在表5中.

表5

(1) 根據(jù)以上數(shù)據(jù),你得出的結(jié)論是①________________②________________

2. (2019年春期中測(cè)試)小明在學(xué)完了“重力”這一節(jié)后,從互聯(lián)網(wǎng)上查到了科學(xué)家利用精密儀器在地球上不同位置測(cè)得的兩組數(shù)據(jù)，如表6所示.

表6

圖6

圖7

(1) 根據(jù)以上數(shù)據(jù),你得出的結(jié)論是

①________________②________________

(2) 圖6是小明根據(jù)數(shù)據(jù)畫出的重力與質(zhì)量關(guān)系的圖像,你認(rèn)為圖中(a)圖像是__________地的圖像．

(3) 圖7是小明奶奶上街買菜時(shí)使用的彈簧秤(實(shí)際上就是一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì))．小明認(rèn)為它只能大致測(cè)出物體的質(zhì)量,不能準(zhǔn)確測(cè)出物體的質(zhì)量．他的看法對(duì)嗎?說出你的看法．

第1題是這屆學(xué)生在8年級(jí)上學(xué)期的期末考試題,這里只是摘取了第1問,在智學(xué)網(wǎng)上調(diào)出了當(dāng)時(shí)學(xué)生的答題的得分情況．第2題是我這次期中考試命制的一道題,我的目的主要是對(duì)比兩道題的第1問．

第1題的第1問“探究同種物質(zhì)的質(zhì)量與體積的關(guān)系”是學(xué)生經(jīng)歷過的,教師教學(xué)生怎么得出兩個(gè)物理量間定量的關(guān)系,得出“同種物質(zhì)質(zhì)量與體積的比值是一定的”,然后對(duì)比另一組數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)比值變了,而條件的變化就是物質(zhì)變成了另一種,所以得出“不同物質(zhì),這個(gè)比值是不同的”,從而引出密度的概念.我相信每一個(gè)教師都是這么教的．這個(gè)環(huán)節(jié)除了在知識(shí)上得出密度的概念外,關(guān)鍵是要培養(yǎng)學(xué)生探究活動(dòng)中分析論證的能力．第2題的分析論證過程與第1題幾乎完全相同,先通過A地和B地的數(shù)據(jù)得出“同一地點(diǎn),重力與質(zhì)量的比值是一定的”,然后比較兩地的比值,得出“不同地點(diǎn),這個(gè)比值是不一樣的”．

學(xué)生考試情況如表7所示.

表7

第1題同樣是學(xué)生反復(fù)訓(xùn)練的問題,得分率在高分組和中間組還是比較高的．第2題雖然也是上課探究過的實(shí)驗(yàn),但課堂的實(shí)驗(yàn)并沒有探究不同地點(diǎn)的g的值是不一樣的,所以這道題學(xué)生是無法通過記憶來回答的,只能用從前學(xué)過的分析論證方法現(xiàn)場(chǎng)分析得出結(jié)論.很明顯不少成績(jī)好的孩子并不具備這種能力,所以第2空丟分比較嚴(yán)重．兩道題的對(duì)比充分說明第1題很多學(xué)生的得分與分析論證能力并沒有直接的聯(lián)系,如果我們用類似的題考查學(xué)生的分析論證能力,是幾乎沒有效度的．

4 研究結(jié)論

通過以上案例的研究,筆者認(rèn)為一道較好效度的科學(xué)探究筆試題不應(yīng)是對(duì)教材探究過程的重復(fù),也不應(yīng)是學(xué)生有可能在各教輔書上見過的陳題.只有讓學(xué)生有在考試現(xiàn)場(chǎng)的探究行為才能真正達(dá)到考查學(xué)生科學(xué)探究能力的目的．

5 研究的意義

本研究結(jié)束后,筆者和教研組的教師們對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果都很驚訝,沒有想到我們的高分組學(xué)生科學(xué)探究能力這么弱.我們?cè)诒緦W(xué)期的校本教研活動(dòng)中通過這次研究結(jié)果對(duì)我們的課堂教學(xué)進(jìn)行了反思.

(1) 核心素養(yǎng)背景下的物理課堂構(gòu)建我們已經(jīng)開展了好幾年,學(xué)習(xí)了不少核心素養(yǎng)方面的理論文章,參加了不少類似的學(xué)習(xí)培訓(xùn),自己以為已經(jīng)在核心素養(yǎng)下的初中物理課堂教學(xué)構(gòu)建方面邁開了較大的步子,但這次研究結(jié)果表明我們?cè)谡n堂上對(duì)學(xué)生科學(xué)思維和科學(xué)探究能力這種核心素養(yǎng)的培養(yǎng)還是非常欠缺.課堂還是以傳授知識(shí)的識(shí)記為主,在探究活動(dòng)中總是以教師演示和講解為主,沒有以學(xué)生為主體,在學(xué)生自主探究的過程中有意識(shí)地滲透核心素養(yǎng)．究其原因,還是因?yàn)榻處焸冇X得用傳統(tǒng)的講授式教學(xué)不難對(duì)付這些常規(guī)的科學(xué)探究試題．

(2) 在復(fù)習(xí)備考的過程中,教師們一是熱衷于去挖掘教材實(shí)驗(yàn)中可以作為探究考題背景的所謂“亮點(diǎn)”,以押寶的心態(tài)讓學(xué)生反復(fù)訓(xùn)練,期待自己能在中考中“中大獎(jiǎng)”,二是通過傳統(tǒng)的題海戰(zhàn)術(shù)將教材上的探究任務(wù)一網(wǎng)打盡．通過這次校本研討,教師們覺得對(duì)付科學(xué)探究題的真正辦法是在物理的學(xué)習(xí)中讓學(xué)生形成獨(dú)立研究問題的物理思維,提高科學(xué)探究的能力．

(3) 在教學(xué)中提高教師自己的編制題目的水平,對(duì)探究能力的考查盡量避免命制那些不用動(dòng)腦筋,僅憑記憶即可作答的“偽探究題”,讓那些真正具有現(xiàn)場(chǎng)探究能力的學(xué)生在考試中脫穎而出.這樣才會(huì)通過評(píng)價(jià)來促進(jìn)教師和學(xué)生在教與學(xué)的過程中注重核心素養(yǎng)的培養(yǎng)．