基于認(rèn)知過(guò)程的科學(xué)思維診斷性測(cè)試框架

張曉 朱寧寧

摘 要：“科學(xué)思維”是重要的認(rèn)識(shí)方式，在學(xué)生學(xué)習(xí)的各個(gè)階段中有計(jì)劃、有目標(biāo)地進(jìn)行科學(xué)思維能力的訓(xùn)練和診斷，是落實(shí)物理學(xué)科核心素養(yǎng)和提升學(xué)生的“認(rèn)知能力”與“創(chuàng)新能力”等關(guān)鍵能力的必要路徑.基于北京市高中物理研究團(tuán)隊(duì)的科學(xué)思維診斷測(cè)試框架，就其二級(jí)診斷指標(biāo)的描述進(jìn)行了分析和說(shuō)明，并結(jié)合具體案例介紹了如何基于該測(cè)試框架命制診斷性試題.

關(guān)鍵詞：認(rèn)知過(guò)程;科學(xué)思維;診斷;測(cè)試框架

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1008-4134（2021）03-0011-06

基金項(xiàng)目：北京市教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2018年度一般課題“基于課前學(xué)習(xí)診斷的教學(xué)整合模式研究”（項(xiàng)目編號(hào)：CDDB18155）;北京物理學(xué)會(huì)2020-2021年度立項(xiàng)課題“通過(guò)課程整合對(duì)高中學(xué)生物理科學(xué)思維能力系統(tǒng)培養(yǎng)的研究”（項(xiàng)目編號(hào)：WLXH202037）.

作者簡(jiǎn)介：張曉（1970-），男，內(nèi)蒙古人，本科，中學(xué)高級(jí)教師，研究方向：中學(xué)物理教學(xué)和教育;

朱寧寧（1989-），女，河南人，碩士，中學(xué)一級(jí)教師，研究方向：中學(xué)物理教學(xué)和教育.

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中指出：“科學(xué)思維”是從物理學(xué)視角對(duì)客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認(rèn)識(shí)方式;是基于經(jīng)驗(yàn)事實(shí)構(gòu)建物理模型的抽象概括過(guò)程;是分析綜合、推理論證等方法在科學(xué)領(lǐng)域的具體運(yùn)用;是基于事實(shí)證據(jù)的科學(xué)推理對(duì)不同觀點(diǎn)和結(jié)論提出質(zhì)疑和判斷，進(jìn)行檢驗(yàn)和修正，進(jìn)而提出創(chuàng)造性見解的能力和品格.

培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維是物理學(xué)科育人價(jià)值的重要體現(xiàn)，德國(guó)物理學(xué)家勞厄指出：“重要的不是獲得知識(shí)，而是發(fā)展思維能力，教育無(wú)非是一切已學(xué)過(guò)的東西都遺忘掉的時(shí)候所剩下的東西.”關(guān)注培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，一方面，有助于學(xué)生了解并掌握正確的學(xué)習(xí)物理的方法，形成科學(xué)的邏輯思維方式，從而提高物理學(xué)習(xí)興趣以及學(xué)習(xí)能力，且這種學(xué)習(xí)能力可以遷移促進(jìn)其他學(xué)科的學(xué)習(xí)，有助于為終身學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ);另一方面，有助于學(xué)生形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?、周密的、富有邏輯的思維體系，使學(xué)生更加智慧、更具創(chuàng)造性，在進(jìn)入社會(huì)后能夠真正解決遇到的實(shí)際問題，從而有助于學(xué)生的終身成長(zhǎng)與發(fā)展.

正如陳佳洱所言：“物理學(xué)不只是圖表和數(shù)據(jù)，它能帶給你很多更珍貴的東西，理性的思維方式、人生的哲學(xué)和人生的道路.”物理課堂不僅僅是關(guān)注于學(xué)生科學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)，更應(yīng)該著眼于學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展.但當(dāng)前的教學(xué)實(shí)踐中，在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維方面仍存在許多問題，比如，師生角色管理上，一方面，有些課堂教師仍然是“主角”，學(xué)生是“配角”，這樣一來(lái)，可能導(dǎo)致學(xué)生無(wú)法主動(dòng)參與課堂，束縛了思維的發(fā)展;另一方面，有些課堂中雖然教師有意識(shí)地體現(xiàn)學(xué)生的主體地位，也在創(chuàng)設(shè)情境引導(dǎo)、啟發(fā)學(xué)生參與課堂，但整個(gè)課堂的教學(xué)流程仍有教師強(qiáng)制控制，學(xué)生的活動(dòng)也是在教師的一步步把控與引領(lǐng)下進(jìn)行，比如在一些規(guī)律課上，學(xué)生被“牽引”著經(jīng)歷了整個(gè)規(guī)律的探究過(guò)程，既缺少了真實(shí)的、獨(dú)立的問題發(fā)展與思考，也不利于學(xué)生的科學(xué)思維發(fā)展;教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)上，仍有教師過(guò)于關(guān)注物理知識(shí)的教學(xué)，物理思維方法的教學(xué)薄弱，導(dǎo)致學(xué)生更多地關(guān)注“記憶”知識(shí)，忽略了知識(shí)建構(gòu)與形成過(guò)程中隱含的思想方法，錯(cuò)失了思維發(fā)展的良機(jī);教學(xué)策略安排與過(guò)程實(shí)施中，有些教師的提問根本無(wú)法幫助學(xué)生突破思維障礙的“點(diǎn)”，屬于浪費(fèi)教學(xué)資源的無(wú)效提問，等等.

基于這些現(xiàn)實(shí)問題與新課標(biāo)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的要求，為了更精準(zhǔn)地了解學(xué)生目前的思維表現(xiàn)水平，從而為有效的思維培養(yǎng)與發(fā)展做好研究基礎(chǔ)，本文關(guān)注研究基于認(rèn)識(shí)過(guò)程的科學(xué)思維診斷，介紹北京市高中物理研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)的科學(xué)思維診斷性測(cè)試框架，并就其二級(jí)診斷指標(biāo)進(jìn)行分析和說(shuō)明.

1 科學(xué)思維診斷性測(cè)試框架二級(jí)指標(biāo)的確定依據(jù)

1.1 國(guó)內(nèi)外關(guān)于科學(xué)思維的研究綜述

教育的重要目的之一是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，課堂教學(xué)活動(dòng)要能促進(jìn)學(xué)生積極思維，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維能力，這已成為科學(xué)教育研究的共識(shí)，并開展了大量的研究.

美國(guó)著名教育家和心理學(xué)家約翰·杜威（John Dewey）認(rèn)為，好的教學(xué)必須能喚起兒童的思維，并提出了“從做中學(xué)”的理論，以及開展教學(xué)過(guò)程的五個(gè)階段，即“思維五步”：從情景中發(fā)現(xiàn)疑難;從疑難中提出問題;提出解決問題的各種假設(shè);對(duì)這些假設(shè)進(jìn)行推斷;檢驗(yàn)或修正假設(shè).其本質(zhì)就是在“做”中進(jìn)行思維，通過(guò)思維提出問題、解決問題.美國(guó)另一著名教育家和心理學(xué)家杰羅姆·布魯納（Jerome Seymour Bruner）基于對(duì)兒童認(rèn)知心理及智力發(fā)展的研究，提出了“發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)”的理論，認(rèn)為學(xué)生的認(rèn)識(shí)與學(xué)習(xí)是一個(gè)自己主動(dòng)思考、主動(dòng)參與學(xué)科知識(shí)獲得以及知識(shí)體系建構(gòu)的過(guò)程，學(xué)生是知識(shí)的積極探究者與發(fā)現(xiàn)者.其主張由學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)問題與解決問題，從而培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考和探究性思維.蘇聯(lián)著名教育家和心理學(xué)家贊可夫基于維果茨基的最近發(fā)展區(qū)學(xué)說(shuō)，認(rèn)為“教育要走在發(fā)展的前面，促進(jìn)學(xué)生的發(fā)展”，并開展了長(zhǎng)達(dá)20年的“教育與發(fā)展問題”的實(shí)驗(yàn)研究，主要研究了學(xué)生的觀察能力、思維能力和實(shí)際操作能力的發(fā)展，強(qiáng)調(diào)在教學(xué)中要注重培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維，調(diào)動(dòng)思維的積極性，最終培養(yǎng)學(xué)生思維的靈活性和創(chuàng)造性，滿足時(shí)代發(fā)展的要求.美國(guó)認(rèn)知心理學(xué)家斯滕伯格（Robert J. Sternberg）基于所提出的“成功智力理論”開展了教育教學(xué)實(shí)驗(yàn)，在涉及思維的教學(xué)實(shí)踐中，對(duì)分析性、創(chuàng)造性和實(shí)踐性三種思維進(jìn)行培養(yǎng)并取得了良好效果.美國(guó)創(chuàng)造性教育研究專家威廉斯（F.E.Williams）提出了創(chuàng)造性思維培育理論，并提出了創(chuàng)造性思維培養(yǎng)的18種教學(xué)策略，以應(yīng)用在教學(xué)實(shí)踐中提高學(xué)生的創(chuàng)新性思維.此外，建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為知識(shí)是學(xué)生通過(guò)主動(dòng)意義建構(gòu)的方式而獲得，學(xué)習(xí)不是重復(fù)與重現(xiàn)教師思維過(guò)程，而是自己積極主動(dòng)建構(gòu).建構(gòu)主義提出學(xué)習(xí)環(huán)境的四大要素包括情境、協(xié)作、交流、意義建構(gòu)，其中，“協(xié)作”貫穿在整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程中，包括準(zhǔn)備與分析資料、提出與檢驗(yàn)假設(shè)、評(píng)價(jià)最終的效果等等;“交流”是“協(xié)作”過(guò)程中的最基本的、不可缺少的方式與環(huán)節(jié)，學(xué)習(xí)者之間通過(guò)交流才能達(dá)成最終的意義建構(gòu)，并實(shí)現(xiàn)思維成果的共享.從發(fā)展思維的角度分析，建構(gòu)主義是通過(guò)學(xué)生思維活動(dòng)的主動(dòng)參與及思維能力不斷發(fā)展，從而實(shí)現(xiàn)知識(shí)的主動(dòng)建構(gòu)，也可以看成是促進(jìn)學(xué)生思維發(fā)展與建構(gòu)的一種學(xué)習(xí)理論.

我國(guó)物理教育研究者也進(jìn)行了長(zhǎng)期的培養(yǎng)學(xué)生思維能力的研究，且在物理教育研究中將科學(xué)思維稱為物理思維.郭玉英等指出，物理思維能力是在學(xué)習(xí)物理過(guò)程中逐步形成并直接影響物理學(xué)習(xí)和物理問題解決的高級(jí)心理活動(dòng)的統(tǒng)稱（郭玉英等，1988）;并研究發(fā)現(xiàn)了物理思維能力的三個(gè)主因素：運(yùn)用映像的能力，物理概括能力，聯(lián)想和發(fā)散思維能力.段金梅提出中學(xué)物理教學(xué)中要注重培養(yǎng)包括思維能力在內(nèi)的五方面能力，并指出物理思維具有實(shí)踐性、邏輯性、精確性和模式性等特點(diǎn)（段金梅等，1988）.續(xù)佩君研究指出物理思維的基本方法包括分析、綜合、比較、抽象、概括，物理思維的形式包括物理概念、物理判斷、物理推理（續(xù)佩君，1999）.林崇德等基于對(duì)思維的結(jié)構(gòu)的分析提出了聚焦思維結(jié)構(gòu)的智力理論（林崇德，2005），并以此為基礎(chǔ)提出了“思維型課堂教學(xué)理論”，該理論指出，思維型課堂基于認(rèn)知沖突、自主建構(gòu)、自我監(jiān)控、應(yīng)用遷移的基本原理，在創(chuàng)設(shè)的情境中通過(guò)引發(fā)認(rèn)知沖突激起學(xué)生的積極思維，在分析與解決問題的過(guò)程中掌握知識(shí)的形成過(guò)程以及思維方法，強(qiáng)調(diào)注重知識(shí)的主動(dòng)建構(gòu)與思維的互動(dòng)，同時(shí)在遷移應(yīng)用過(guò)程中掌握創(chuàng)造性思維的方法，訓(xùn)練創(chuàng)造性思維的品質(zhì)（林崇德，2009）.胡衛(wèi)平分別研究了在物理概念教學(xué)（胡衛(wèi)平，2004）、物理規(guī)律教學(xué)（胡衛(wèi)平 ，2004）、物理問題解決（胡衛(wèi)平，2002）等思維能力培養(yǎng)的要求與方法，并開發(fā)了“學(xué)思維”活動(dòng)課程，旨在提高學(xué)生的包括形象思維、抽象思維、創(chuàng)造性思維等三方面思維能力（胡衛(wèi)平，2008）.郭玉英等建構(gòu)了物理學(xué)科能力表現(xiàn)框架（郭玉英等，2017），該框架由學(xué)習(xí)理解、應(yīng)用實(shí)踐、遷移創(chuàng)新三個(gè)能力維度構(gòu)成，每個(gè)能力維度又分為具體的一級(jí)指標(biāo)和二級(jí)指標(biāo).該框架雖沒有直接明示物理思維，但一些具體指標(biāo)的落實(shí)則體現(xiàn)了對(duì)物理思維的發(fā)展要求以及培養(yǎng)價(jià)值.比如，學(xué)習(xí)理解維度對(duì)推理的思維能力進(jìn)行了要求，要求學(xué)生能夠通過(guò)歸納、演繹、類比等思維方法建構(gòu)概念與理解規(guī)律;應(yīng)用實(shí)踐能力對(duì)建模、分析與推論的思維能力進(jìn)行了要求，要求學(xué)生能夠選擇模型分析與解釋實(shí)際問題，以及進(jìn)行推論與預(yù)測(cè)等;遷移創(chuàng)新能力則指向了更高的思維能力要求，面對(duì)陌生情境能夠進(jìn)行知識(shí)的聯(lián)想與遷移、能夠發(fā)現(xiàn)問題與提出批判質(zhì)疑、能夠建構(gòu)新模型等.

綜上，國(guó)內(nèi)外的科學(xué)教育研究學(xué)者都重視科學(xué)思維的培養(yǎng)，都認(rèn)可或涉及從提出問題出發(fā)展開思維，在包括分析、討論、概括、推理、質(zhì)疑等一系列思維活動(dòng)的開展中分析與解決問題、建構(gòu)知識(shí)，以及關(guān)注培養(yǎng)創(chuàng)新性思維品質(zhì).在科學(xué)思維的構(gòu)成要素上，都認(rèn)同科學(xué)思維包括以下特點(diǎn)與要素：建模、概括、推理、類比、批判與創(chuàng)新等.這些共同的研究認(rèn)識(shí)是本文基于認(rèn)知過(guò)程的科學(xué)思維診斷性測(cè)試框架二級(jí)指標(biāo)的確定依據(jù)之一.

1.2 核心素養(yǎng)中的科學(xué)思維要素分析

物理核心素養(yǎng)中科學(xué)思維主要包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素.這些都是物理學(xué)科在探索自然和建構(gòu)理論體系過(guò)程中運(yùn)用的典型思維方式，也是學(xué)生學(xué)習(xí)和運(yùn)用物理知識(shí)和方法的過(guò)程中必備的思維能力.

教學(xué)實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)，第一，要求教師在教學(xué)活動(dòng)中注重培養(yǎng)學(xué)生從物理學(xué)的視角把實(shí)際問題抽象概括出物理模型的習(xí)慣和意識(shí)，要明確其價(jià)值和建模的科學(xué)研究方法.因?yàn)槲锢韺W(xué)研究的不是自然界本身，而是物理模型;建構(gòu)模型也是物理學(xué)科的主要特色.在以往的教學(xué)和測(cè)試中，最容易忽略建構(gòu)模型這一極具思維價(jià)值的教學(xué)環(huán)節(jié)，而僅重視概念、規(guī)律的應(yīng)用環(huán)節(jié).第二，在探究事物間內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系時(shí)，需時(shí)時(shí)關(guān)注在建立科學(xué)概念、問題解決和新知建構(gòu)的過(guò)程中，切實(shí)在認(rèn)識(shí)方式上提升學(xué)生的科學(xué)思維能力.無(wú)論在教學(xué)中還是命制一份診斷試題過(guò)程中，教師都要明確每一教學(xué)環(huán)節(jié)或測(cè)試題的具體問題的能力發(fā)展指向，使學(xué)生能夠養(yǎng)成證據(jù)意識(shí)，能夠從不同的視角去看待得出的已有結(jié)論，在建立事物間關(guān)聯(lián)過(guò)程中有分析綜合和推理論證的思維習(xí)慣.這一點(diǎn)需要在教學(xué)設(shè)計(jì)中和測(cè)試題中精心設(shè)計(jì)，從而在學(xué)生學(xué)習(xí)的不同學(xué)段有計(jì)劃地提升和發(fā)展這方面的科學(xué)思維能力.

要想切實(shí)提升學(xué)生的科學(xué)思維水平，首先需要明確學(xué)生在不同學(xué)段、不同能力水平段上應(yīng)分別達(dá)到怎樣的水平預(yù)期，這需要教師自身特別明確物理學(xué)科核心素養(yǎng)中科學(xué)思維相應(yīng)四個(gè)要素的各層級(jí)描述的具體要求.此外，教師在教學(xué)中應(yīng)該統(tǒng)籌安排，使高中三年每一模塊的教學(xué)中都有提升學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展點(diǎn)的設(shè)計(jì)和診斷題目.本文基于新課標(biāo)中對(duì)科學(xué)思維的層級(jí)描述要求，整理出科學(xué)思維中四個(gè)要素各對(duì)應(yīng)的發(fā)展水平層級(jí)及具體表現(xiàn)表述，見表1.這是本文基于認(rèn)知過(guò)程的科學(xué)思維診斷性測(cè)試框架二級(jí)指標(biāo)確定的另一主要依據(jù).

2 科學(xué)思維診斷性測(cè)試框架二級(jí)指標(biāo)的界定與說(shuō)明

基于以上的研究分析，本文所研究的科學(xué)思維遵從《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中科學(xué)思維的定義，特指符合科學(xué)規(guī)律的理性思維：首先，科學(xué)思維是對(duì)客觀事物本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律的準(zhǔn)確反映的思維，而非別的思維，其實(shí)就是理性思維;其次，開展物理研究時(shí)建構(gòu)模型常用的思維過(guò)程是抽象與概括;然后，科學(xué)思維中常用的思維方法是分析與綜合、推理與論證;最后，科學(xué)思維注重質(zhì)疑與創(chuàng)新品質(zhì)的培養(yǎng)，因?yàn)樗季S的根本追求是創(chuàng)新，只有創(chuàng)新才能解決新的問題，科學(xué)才能不斷發(fā)展.

2.1 框架二級(jí)指標(biāo)的內(nèi)容

本文把科學(xué)思維這個(gè)二級(jí)指標(biāo)納入整個(gè)診斷性框架的認(rèn)識(shí)方式這個(gè)一級(jí)指標(biāo)中，并基于以上的理論研究與對(duì)認(rèn)知領(lǐng)域所運(yùn)用的思維過(guò)程的共性分析，提煉出指向性更加明確的科學(xué)思維診斷性測(cè)試框架二級(jí)指標(biāo)：模型建構(gòu)、推理論證、質(zhì)疑創(chuàng)新.這對(duì)診斷性測(cè)試題的命制起到了精準(zhǔn)的指導(dǎo)性作用，也具有很好的可操作性.同時(shí)，也是中共中央辦公廳、國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)的《關(guān)于教育體制機(jī)制改革的意見》中提出的“認(rèn)知能力”和“創(chuàng)新能力”融入高中物理教學(xué)的具體體現(xiàn).表2為科學(xué)思維診斷性測(cè)試框架具體的二級(jí)指標(biāo)及對(duì)應(yīng)說(shuō)明.

2.2 對(duì)二級(jí)指標(biāo)的說(shuō)明

2.2.1 “模型建構(gòu)”的診斷指標(biāo)

模型建構(gòu)（D1）：能將實(shí)際問題中的對(duì)象和過(guò)程轉(zhuǎn)化成所學(xué)的物理模型或者根據(jù)實(shí)際條件建構(gòu)新模型.制定（D1）評(píng)價(jià)指標(biāo)的出發(fā)點(diǎn)是診斷學(xué)生在解決實(shí)際問題的過(guò)程中的科學(xué)思維水平發(fā)展的狀況.首先，這一評(píng)價(jià)指標(biāo)要求有一個(gè)實(shí)際的問題情境，所以在診斷的過(guò)程中，無(wú)論是試題診斷，還是其它診斷方式，都要有意識(shí)地選取一些在生產(chǎn)生活中或是技術(shù)中的相關(guān)實(shí)際問題為考查素材，不能是已經(jīng)模型化了的問題或題目;其次，根據(jù)測(cè)試的需要，可根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況轉(zhuǎn)化成已經(jīng)學(xué)過(guò)的物理模型，如質(zhì)點(diǎn)模型、自由落體的運(yùn)動(dòng)模型等，或是根據(jù)解決問題的需要構(gòu)建新的模型;最后，無(wú)論是教學(xué)中，還是在測(cè)試中，都要讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到建立物理模型對(duì)于研究物理問題的重大意義，并且學(xué)會(huì)建立物理模型的科學(xué)方法，從而切實(shí)掌握物理學(xué)的基本研究方法.

2.2.2 “推理論證”的診斷指標(biāo)

推理論證（D2）：能對(duì)綜合性物理問題進(jìn)行分析和推理，獲得結(jié)論并作出解釋;能恰當(dāng)使用證據(jù)進(jìn)行解釋得出觀點(diǎn)，并判斷證據(jù)的可靠性.這是認(rèn)識(shí)方式中非常重要的方面，是樹“理性思維”之人必不可少的載體.模型建構(gòu)完成后就是解決問題了，解決問題最主要的思維能力就是推理、論證，對(duì)得出的結(jié)論做出合理的說(shuō)明和解釋，以及證據(jù)意識(shí).課堂教學(xué)中的問題設(shè)置及制定小組討論任務(wù)時(shí)，要把這方面的思維訓(xùn)練凸顯出來(lái)，這需要在整個(gè)高中物理教學(xué)計(jì)劃中做系統(tǒng)的安排，要關(guān)注學(xué)生在這方面思維水平的進(jìn)階情況，切實(shí)做好教學(xué)觀念的轉(zhuǎn)變.通過(guò)包括課前診斷、課堂上和作業(yè)中的不斷反饋等多種診斷方式進(jìn)行，定期診斷尤為重要，并需根據(jù)診斷報(bào)告不斷修正下一階段的教學(xué).一方面，課堂教學(xué)中，概念和規(guī)律的得出過(guò)程其實(shí)就是一個(gè)很好的對(duì)學(xué)生推理、論證及具有證據(jù)意識(shí)思維訓(xùn)練與診斷的機(jī)會(huì).如勻加速運(yùn)動(dòng)的位移公式、彈性勢(shì)能表達(dá)式、引力勢(shì)能表達(dá)式的推導(dǎo)、平行板電容器中的電場(chǎng)能、通電螺線管中的磁場(chǎng)能的推導(dǎo)等，要抓住這些非常好的教學(xué)環(huán)節(jié).另一方面，關(guān)于給學(xué)生布置的作業(yè)題和設(shè)置診斷性試題，無(wú)論從物理情境的設(shè)置，還是問題的設(shè)計(jì)，都要關(guān)注“框架”的指標(biāo)說(shuō)明、充分考慮這些科學(xué)思維能力的提升點(diǎn).總之，教師要認(rèn)識(shí)到科學(xué)思維的診斷應(yīng)貫徹在整個(gè)教學(xué)活動(dòng)中，要做好統(tǒng)籌安排.

2.2.3 “質(zhì)疑創(chuàng)新”的診斷指標(biāo)

質(zhì)疑創(chuàng)新（D3）：能對(duì)已有結(jié)論提出有依據(jù)的質(zhì)疑，采用盡可能多的方式或視角分析解決物理問題.新的課程標(biāo)準(zhǔn)及本研究中均把這一評(píng)價(jià)指標(biāo)凸顯出來(lái)，這是培養(yǎng)國(guó)家創(chuàng)新人才的需要，在中學(xué)物理的教學(xué)活動(dòng)中必須給予足夠的重視.學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中不斷存疑和養(yǎng)成經(jīng)常能從多角度審視檢驗(yàn)結(jié)論的習(xí)慣，這方面能力的提升才能保障.這需要在日常教學(xué)和命制診斷性試題中有意識(shí)地讓學(xué)生不斷體驗(yàn).比如，我們從力的角度定義了一個(gè)描述電場(chǎng)的物理量——電場(chǎng)強(qiáng)度，即E=F/q.同樣，電荷在電場(chǎng)中具有電勢(shì)能，這就引發(fā)我們有一種對(duì)稱性的思考，電勢(shì)能與電荷量的比值是不是也與試探電荷無(wú)關(guān)？那么我們是否能從能量的角度也定義一個(gè)物理量來(lái)描述電場(chǎng)？在這里是有目的地引導(dǎo)學(xué)生提出猜想：電勢(shì)能與電荷量的比值與試探電荷無(wú)關(guān)，可以描述電場(chǎng)的性質(zhì).要驗(yàn)證猜想，就要從具體的情景中尋找證據(jù)，進(jìn)行科學(xué)論證.這一論證過(guò)程具有思維的開放性，需要通過(guò)創(chuàng)設(shè)情景使學(xué)生形成有序、規(guī)范的思維過(guò)程.再比如，在講授“伽利略關(guān)于落體運(yùn)動(dòng)的研究”一節(jié)課時(shí)，提出這樣的三個(gè)問題：（1）亞里士多德關(guān)于落體運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)和伽利略的觀點(diǎn)有何不同？是對(duì)什么因素的考慮不同才使他們有不同的觀點(diǎn)？（2）兩位科學(xué)家的研究方法有何不同？（3）亞里士多德難道想不到“重物下落、輕物下落及其捆綁下落……”這樣的邏輯推理嗎？其實(shí)第一個(gè)和第三個(gè)問題根本就沒有統(tǒng)一的答案，這是為培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑創(chuàng)新能力而設(shè)置的.在診斷試題命制方面也是一樣的，要有意識(shí)地去提出有價(jià)值的問題來(lái)引導(dǎo)學(xué)生真正意義上的質(zhì)疑，切實(shí)提升創(chuàng)新能力.

3 基于測(cè)試框架的診斷性試題命制說(shuō)明及案例分析

診斷不同于選拔性考試，其目的是為了更好地找到學(xué)生在認(rèn)識(shí)領(lǐng)域和認(rèn)識(shí)方式上存在的問題以及發(fā)展點(diǎn).所以，基于認(rèn)知過(guò)程的科學(xué)思維診斷可以有多種方式，比如，課前學(xué)習(xí)診斷、問卷調(diào)查、訪談、作業(yè)、課堂上基于問題情境的有針對(duì)性問題的討論以及統(tǒng)一測(cè)試等等.診斷性測(cè)試從大的角度來(lái)講，應(yīng)該是貫穿于教學(xué)的全過(guò)程，因?yàn)?，學(xué)生的科學(xué)思維能力在其學(xué)習(xí)過(guò)程中是逐步發(fā)展、提升的.當(dāng)然，統(tǒng)一測(cè)試診斷這種形式是經(jīng)常采用的，因?yàn)橐环矫?，統(tǒng)一的測(cè)試診斷由命題者根據(jù)測(cè)試框架的具體二級(jí)指標(biāo)精心設(shè)計(jì)的問題和統(tǒng)一的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過(guò)技術(shù)統(tǒng)計(jì)，可以一次性地獲得大量較為可靠的測(cè)試數(shù)據(jù)，以及反映某個(gè)學(xué)校、某個(gè)年級(jí)、某個(gè)班級(jí)、某位同學(xué)的思維水平發(fā)展的客觀現(xiàn)狀的各種測(cè)試數(shù)據(jù)，便于指導(dǎo)下一步有針對(duì)性的教學(xué)以及開發(fā)有針對(duì)性的個(gè)性課程.這就像我們定期去醫(yī)院體檢一樣，之后會(huì)得到一份專業(yè)的診斷報(bào)告;另一方面，科學(xué)思維能力這一認(rèn)識(shí)方式是物理核心素養(yǎng)極為重要的一個(gè)方面，比較內(nèi)隱、難測(cè)試，需要在一個(gè)較為相對(duì)復(fù)雜的物理情境和較長(zhǎng)的思維過(guò)程中進(jìn)行.這樣一來(lái)，綜合的問答題更有利于學(xué)生科學(xué)思維能力的測(cè)試.因?yàn)閷W(xué)生作答大題過(guò)程中會(huì)留下大量不同的思維痕跡，這對(duì)研究者來(lái)說(shuō)很有價(jià)值，可以按預(yù)設(shè)的各級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)更加準(zhǔn)確地測(cè)試出群體或個(gè)體的科學(xué)思維發(fā)展的現(xiàn)狀水平.所以，開發(fā)這一測(cè)試系統(tǒng)是必要的，且診斷試題命制的質(zhì)量是關(guān)鍵.

3.1 基于測(cè)試框架的診斷性試題說(shuō)明

科學(xué)思維屬于學(xué)生能力范疇，是內(nèi)隱的，依據(jù)北京市高中物理研究團(tuán)隊(duì)制定的物理學(xué)科核心素養(yǎng)學(xué)習(xí)診斷內(nèi)容的（3+2）×3框架的二級(jí)指標(biāo)命制測(cè)試題，則可得到精準(zhǔn)的科學(xué)思維表現(xiàn)外顯結(jié)果.雖說(shuō)科學(xué)思維是屬于認(rèn)識(shí)方式的考查，但還應(yīng)同時(shí)關(guān)注問題情境、知識(shí)載體、認(rèn)識(shí)領(lǐng)域三個(gè)方面的綜合指標(biāo)考查，它們是不能割裂的，命制試題時(shí)有所側(cè)重就可以了.命制者要關(guān)注整份試題藍(lán)圖綜合考慮的需要，依據(jù)測(cè)試框架中的具體指標(biāo)要求，再結(jié)合科學(xué)思維的層級(jí)具體描述來(lái)控制試題的難度.一般來(lái)說(shuō)，大題可以對(duì)科學(xué)思維能力的發(fā)展水平考查得更加充分，也能根據(jù)預(yù)設(shè)得到測(cè)試者不同水平的測(cè)試結(jié)果.命制試題時(shí)命制者要關(guān)注三個(gè)方面的問題.

首先是問題情境的設(shè)置.問題情境的設(shè)置至關(guān)重要，可以是學(xué)生熟悉的生活中的實(shí)際情境，也可以是學(xué)生不熟悉的在生產(chǎn)、技術(shù)上或科技前沿的實(shí)際問題情境.這對(duì)于模型建構(gòu)（D1）這一二級(jí)指標(biāo)的考查非常重要，因?yàn)槭紫刃枰岩粋€(gè)實(shí)際問題轉(zhuǎn)化成物理模型，然后才能開始問題的研究.在建模過(guò)程中，應(yīng)考慮到建模的一般方法：從實(shí)際出發(fā)、提出問題、合理簡(jiǎn)化、建立模型.命制者應(yīng)根據(jù)試題難易程度和層級(jí)水平的要求，對(duì)以上模型建構(gòu)的科學(xué)思維能力給予充分的考查.命制在鮮活、新穎問題情境下的試題，是一件不容易的事情，需要教師不斷積累、學(xué)習(xí)、思考.

其次是知識(shí)載體.在構(gòu)建了恰當(dāng)?shù)哪Ｐ秃螅鸵獙?duì)推理論證（D2）和質(zhì)疑創(chuàng)新（D3）這兩個(gè)二級(jí)指標(biāo)進(jìn)行考查.科學(xué)思維能力的考查，離不開知識(shí)背景，但也沒必要刻意照顧主干知識(shí)的全面考查，因?yàn)闇y(cè)試的落腳點(diǎn)不一樣.試題中可以在學(xué)生陌生的知識(shí)背景下進(jìn)行新知建構(gòu)，在此基礎(chǔ)上對(duì)涉及到的物理問題進(jìn)行綜合分析，進(jìn)行推理和論證，獲得結(jié)論，并對(duì)結(jié)論作出解釋，并能用證據(jù)證明物理結(jié)論.對(duì)已有的結(jié)論能夠多角度審視，能夠提出質(zhì)疑，并能用新穎的方法解決新問題.用一些和學(xué)生學(xué)過(guò)的知識(shí)相近的、有共同本質(zhì)特性的新知識(shí)，可以更好地考查學(xué)生的科學(xué)思維能力.因?yàn)檫@些問題的解決不是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)和反復(fù)訓(xùn)練所能達(dá)到的.

再者是認(rèn)識(shí)領(lǐng)域.物理難就難在把一個(gè)實(shí)際問題轉(zhuǎn)化成可解決的物理問題，并能建立恰當(dāng)?shù)奈锢砟Ｐ?，再就是選用合適的物理規(guī)律去解決問題.在這一過(guò)程中，會(huì)不可避免地涉及到概念的理解（A）和問題解決（B）;所以，在命題過(guò)程中要協(xié)調(diào)好這一關(guān)系，重點(diǎn)考慮在綜合運(yùn)用物理知識(shí)解決實(shí)際的物理問題時(shí)如何側(cè)重考查認(rèn)識(shí)方式中的科學(xué)思維能力.選擇新穎的物理情境和設(shè)問的角度以及開放性問題的設(shè)置是關(guān)鍵.一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)大題可以設(shè)置三個(gè)問題：第一問重點(diǎn)測(cè)試模型建構(gòu)（D1）;第二個(gè)問題測(cè)試推理論證（D2）;第三個(gè)問題測(cè)試質(zhì)疑創(chuàng)新（D3）.

3.2 測(cè)試題目案例分析

下面以北京市高中物理研究團(tuán)隊(duì)集體命制的測(cè)試題目中，考查學(xué)生認(rèn)識(shí)方式中的一級(jí)指標(biāo)——科學(xué)思維（D）下的模型建構(gòu)（D1）、推理論證（D2）、質(zhì)疑創(chuàng)新（D3）三個(gè)二級(jí)指標(biāo)的題目為例，分析說(shuō)明試題如何命制.

案例：轉(zhuǎn)動(dòng)是生活中常見的運(yùn)動(dòng)形式，例如車輪和電風(fēng)扇的扇葉繞轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng).我們可以用Δθ表示在一段時(shí)間Δt內(nèi)物體繞固定轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，仿照質(zhì)點(diǎn)直線運(yùn)動(dòng)的描述方法，用轉(zhuǎn)動(dòng)的角度Δθ與其經(jīng)過(guò)的時(shí)間Δt之比定義角速度ω，即ω=ΔθΔt，這個(gè)量描述了物體轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢.

（1）某同學(xué)認(rèn)為，若物體繞固定轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過(guò)的角度Δθ越大，則其轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度ω就越大， 你是否同意，請(qǐng)說(shuō)明理由.

（2）與直線運(yùn)動(dòng)中定義加速度類似，可以用一段時(shí)間內(nèi)角速度的變化率來(lái)描述角速度ω的變化快慢，這個(gè)變化率稱作角加速度β，即β=ΔωΔt.t=0時(shí)刻，一硬桿由靜止開始繞轉(zhuǎn)軸O勻加速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)的角加速度為β，則t=t1時(shí)刻，硬桿轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度ω為.

（3）若硬桿從靜止開始繞轉(zhuǎn)軸O勻加速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)的角加速度為β，經(jīng)過(guò)時(shí)間t，求硬桿轉(zhuǎn)過(guò)的角度θ.

分析：第一問可以測(cè)試出學(xué)生模型建構(gòu)（D1）的能力水平，考查了學(xué)生對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的物理模型的建構(gòu)和理解能力，以及用定量化的物理方法描述這一物理模型的能力和意識(shí).屬于中等水平對(duì)模型建構(gòu)能力的考查，診斷學(xué)生在熟悉的轉(zhuǎn)動(dòng)模型中根據(jù)所學(xué)的類比速度定義的方法去解決簡(jiǎn)單物理問題的能力.

第二問可以測(cè)試出學(xué)生推理論證（D2）的能力水平.這一剛體轉(zhuǎn)動(dòng)的問題及其描述對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)，是沒有學(xué)過(guò)的、完全陌生的，所以有不小的難度，考查學(xué)生能在新的轉(zhuǎn)動(dòng)情境中根據(jù)自己所學(xué)的質(zhì)點(diǎn)的直線運(yùn)動(dòng)的知識(shí)和科學(xué)研究方法進(jìn)行科學(xué)的推理，并能恰當(dāng)使用證據(jù)證明物理結(jié)論的思維習(xí)慣.這一問題的設(shè)置可以診斷學(xué)生是否具備能對(duì)已有的物理知識(shí)和方法進(jìn)行分析，通過(guò)推理，獲得結(jié)論并能作出解釋的能力，表現(xiàn)為建構(gòu)出新的知識(shí)，并用建構(gòu)出的新的知識(shí)創(chuàng)造性地解決新的問題，從而得出角速度的表達(dá)式.學(xué)生在解決這一問題時(shí)若能夠把描述質(zhì)點(diǎn)的直線運(yùn)動(dòng)的物理量：位移、速度、加速度和描述剛體轉(zhuǎn)動(dòng)的物理量：角度、角速度、角加速度一一對(duì)應(yīng)起來(lái)，就體現(xiàn)出學(xué)生有很好的對(duì)綜合的物理問題進(jìn)行科學(xué)推理、類比以及能考慮到證據(jù)的可靠性和使用的能力.雖說(shuō)科學(xué)思維能力是內(nèi)隱的，比較難考查出來(lái)，但以上診斷能夠最大程度地把學(xué)生呈現(xiàn)在知識(shí)之上的推理、論證能力體現(xiàn)出來(lái).在平時(shí)，很多難的、學(xué)生反復(fù)練的模型化的題目靠其經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)的扎實(shí)掌握就能做出來(lái)，不適合考查學(xué)生的科學(xué)思維能力.所以，診斷學(xué)生認(rèn)知過(guò)程中呈現(xiàn)出來(lái)的科學(xué)思維能力，還需要命制診斷試題的教師反復(fù)斟酌，進(jìn)行研究.

第三問可以測(cè)試出學(xué)生質(zhì)疑創(chuàng)新（D3）能力.學(xué)生在第二問推理、論證的基礎(chǔ)上，若能夠很好地解決這一問題，就是很好地體現(xiàn)出質(zhì)疑、創(chuàng)新能力.什么是創(chuàng)新能力？就是能夠應(yīng)用已有的知識(shí)和方法解決新的情景中物理問題的能力，這是創(chuàng)新人才的必備品格.解決這一問題，并不是憑學(xué)生的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)決定的，而是需要質(zhì)疑、創(chuàng)新的能力.需要?jiǎng)?chuàng)新性地把研究質(zhì)點(diǎn)的直線運(yùn)動(dòng)的研究方法應(yīng)用到剛體轉(zhuǎn)動(dòng)的新問題的解決過(guò)程中，并以類比的方法構(gòu)建出新的知識(shí).學(xué)生腦海中若能對(duì)表3中涉及到的物理概念和科學(xué)研究問題的方法很清晰，就能很好地解決這一問題，也達(dá)到了對(duì)學(xué)生質(zhì)疑創(chuàng)新（D3）能力的考查.質(zhì)疑創(chuàng)新能力的測(cè)試不是孤立的，在這一問題的測(cè)試過(guò)程中，也有對(duì)物理概念及規(guī)律、推理論證能力等能力的考查.關(guān)于質(zhì)疑創(chuàng)新能力的測(cè)試，試題應(yīng)盡可能是開放性的，可以是物理情境的開放，還可以是基于構(gòu)建的物理模型的不同，體現(xiàn)采用不同的方式解決物理問題的能力，也可以是結(jié)論的開放，達(dá)到充分測(cè)試學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和能力的目的.關(guān)于開放性，此案例體現(xiàn)得不明顯.

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（收稿日期：2020-11-11）