指向科學(xué)探究素養(yǎng)考查的高考實(shí)驗(yàn)試題研究

摘 要：培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)，不僅是高中物理課程的重要目標(biāo)之一，更是物理學(xué)科育人價值的重要體現(xiàn)。如何開展科學(xué)探究素養(yǎng)的測評，不僅是基于核心素養(yǎng)考試評價的關(guān)鍵，還是設(shè)計和實(shí)施核心素養(yǎng)教學(xué)的重要依據(jù)。分析２０２３年各省高考物理實(shí)驗(yàn)試題考查的核心素養(yǎng)要求，可以發(fā)現(xiàn)各省實(shí)驗(yàn)試題的考查普遍重視解釋要素，同時關(guān)注證據(jù)要素和交流要素，凸顯了“基礎(chǔ)性”和“創(chuàng)新性”要求。因此，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)更加關(guān)注學(xué)生基本實(shí)驗(yàn)的操作實(shí)踐，提供足夠的機(jī)會讓學(xué)生自行設(shè)計及探究。

關(guān)鍵詞：科學(xué)探究素養(yǎng)；２０２３年高考；物理實(shí)驗(yàn)試題

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2024）9-0038-6

《中國高考評價體系》于2020年由教育部考試中心發(fā)布，強(qiáng)調(diào)了高考在“引導(dǎo)教學(xué)”方面的功能和作用。深入分析高考物理試題的特點(diǎn)和要求，能夠?yàn)楦咧形锢斫虒W(xué)提供方向性指引。

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（２０１７年版２０２０年修訂）》（以下簡稱“課程標(biāo)準(zhǔn)”）對物理核心素養(yǎng)的水平提出了相關(guān)要求。本文以此為基礎(chǔ)，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)化考試試題的規(guī)范要求，研制了物理實(shí)驗(yàn)試題的分析框架體系，并對２０２３年各地方卷物理實(shí)驗(yàn)試題進(jìn)行了分析，以探索物理實(shí)驗(yàn)試題的核心素養(yǎng)考查意圖，為進(jìn)一步改進(jìn)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供指引。

１ 物理實(shí)驗(yàn)試題分析量表的建構(gòu)

課程標(biāo)準(zhǔn)將核心素養(yǎng)明確劃分成逐級遞進(jìn)的五個水平，并在學(xué)業(yè)質(zhì)量中明確指出水平２為合格性水平要求，水平４為學(xué)業(yè)水平等級性考試要求［１］。為了增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)試題分析的可操作性，本研究結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)化考試試題的特點(diǎn)和要求，研制出實(shí)驗(yàn)試題分析量表（圖1）。

作為標(biāo)準(zhǔn)化考試的高考，為提高評價的客觀性和準(zhǔn)確性，實(shí)驗(yàn)試題中一般都有明確的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，以免學(xué)生從不同角度提出問題和猜想，因此試題幾乎不考查學(xué)生提出問題和猜想等沒有客觀評價標(biāo)準(zhǔn)的能力［2］；問題意識的考查則體現(xiàn)在交流要素中，要求學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)的過程和現(xiàn)象，分析產(chǎn)生問題的原因，探討改進(jìn)方案。因此，本研究主要圍繞證據(jù)、解釋、交流三個要素，分析它們在試題中的表現(xiàn)（表１）。

根據(jù)表１的分析結(jié)果，我們可以根據(jù)證據(jù)、解釋、交流三個要素在試題中的表現(xiàn)，將它們分成低階、中階、高階逐漸遞進(jìn)的水平，并用編號進(jìn)行表示，如表２所示。

下面以２０２３年湖南卷第１２題為例，分析該量表在實(shí)驗(yàn)試題分析中的應(yīng)用（表3）。

例題 １ （２０２３年湖南卷第 １２題）（９分）某探究小組利用半導(dǎo)體薄膜壓力傳感器等元件設(shè)計了一個測量微小壓力的裝置，其電路如圖2（ａ）所示，Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３為電阻箱，ＲＦ為半導(dǎo)體薄膜壓力傳感器，Ｃ、Ｄ間連接電壓傳感器（內(nèi)阻無窮大）。

２ ２０２３年高考物理實(shí)驗(yàn)試題統(tǒng)計分析

我們以２０２３年全國卷以及不同省份高考物理實(shí)驗(yàn)試題作為研究對象，應(yīng)用實(shí)驗(yàn)試題分析量表（表2）對試題進(jìn)行分析，結(jié)果如表4所示。

2.1 科學(xué)探究素養(yǎng)不同要素考查情況

從整體上看，科學(xué)探究各關(guān)鍵要素的考查比例如圖3所示。２０２３年高考實(shí)驗(yàn)試題側(cè)重考查解釋要素，占比高達(dá)６３．８２％，證據(jù)要素次之，占比約２６．３1％，而交流要素考查比例最少，僅占９．８７％。

為了深入了解各省試題對科學(xué)探究各要素的考查情況，現(xiàn)對各要素的情況進(jìn)行進(jìn)一步分析。

（１）證據(jù)要素的考查情況

如圖4所示，除了全國乙卷和江蘇卷，其余省份對證據(jù)的考查分值都控制在３分左右，一般考查的是應(yīng)用常見儀器進(jìn)行測量的能力。例如，考查歐姆表讀數(shù)、螺旋測微器讀數(shù)、紅黑表筆接法等基本實(shí)驗(yàn)操作問題。

（２）解釋要素的考查情況

如圖5所示，除江蘇卷外，其余省份解釋要素均作為考查的主要內(nèi)容，占比皆超過50%。新高考實(shí)驗(yàn)試題突出體現(xiàn)了對解釋要素的重視，要求學(xué)生能夠運(yùn)用獲得的證據(jù)對研究的問題進(jìn)行解釋、預(yù)測，得出相關(guān)結(jié)論。

（３）交流要素的考查情況

如圖6所示，不同省份對交流要素的考查有高有低，大多數(shù)占比在１５％左右，江蘇卷占比最多（２０％），湖南卷次之（１８．７５％），而全國卷在這部分幾乎不做針對性設(shè)問（０％）。

可見，不同試卷對不同要素考查側(cè)重略有不同，證據(jù)要素的考查分值雖不高，但各套試卷均有涉及，對解釋要素的考查相對較為穩(wěn)定，而對交流要素的整體考查不多，均未超過２０％。

2.2 科學(xué)探究素養(yǎng)各要素水平層次考查情況

（１）２０２３年高考物理實(shí)驗(yàn)試題各要素水平考查整體情況分析

２０２３年高考物理實(shí)驗(yàn)試題的各要素水平考查結(jié)果如圖7所示。在證據(jù)要素中Ａ１考查力度最大，占比１８．６９％；解釋要素中Ｂ２、Ｂ３考查力度相對較大，分別為３８．３２％和１９．６３％；交流要素中Ｃ２考查力度最大，占比１１．２１％?？梢?，各省實(shí)驗(yàn)試題普遍重視對應(yīng)用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和解釋問題能力的考查，同時關(guān)注對實(shí)驗(yàn)基本操作和誤差分析的考查。

（２）２０２３年各省物理實(shí)驗(yàn)試題考查特點(diǎn)

不同省份實(shí)驗(yàn)試題證據(jù)要素水平的考查結(jié)果如圖8所示。

各省均重視低階證據(jù)要素的考查，其中只有廣東卷和重慶卷涉及對證據(jù)要素高階Ａ３的考查，要求學(xué)生選擇合適的儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。江蘇卷特別突出了對低階證據(jù)要素的考查，通過設(shè)置一個實(shí)驗(yàn)探究情境來對實(shí)驗(yàn)試題進(jìn)行全要素考查［3］，突出考查實(shí)驗(yàn)探究的完整過程。

解釋要素水平的考查結(jié)果如圖9所示。

各省對低階解釋Ｂ１的考查相對較少，只有湖南卷和廣東卷略有涉及。大部分省份均呈現(xiàn)集中考查中階解釋Ｂ２和高階解釋Ｂ３的現(xiàn)象，要求學(xué)生能夠分析數(shù)據(jù)、解釋現(xiàn)象。其中，對中階解釋Ｂ２的考查較為突出的是福建卷（５８．３３％）、湖北卷（４１．１８％）以及廣東卷（４１．１８％）；對高階解釋Ｂ３的考查是遼寧卷最為突出，占比３５．７１％，其次是湖南卷和重慶卷，二者均占２５．００％。

交流要素水平的考查結(jié)果如圖10所示，各省在該要素的考查上差異較大。

只有福建卷對低階交流Ｃ１有考查要求，要求學(xué)生能夠在完成實(shí)驗(yàn)后完整、準(zhǔn)確地總結(jié)和陳述實(shí)驗(yàn)結(jié)論；大部分省份對交流要素的考查體現(xiàn)在中階Ｃ２的誤差分析上；僅有湖南卷對高階Ｃ３能力提出了考查要求。對試題深入分析發(fā)現(xiàn)，對交流要素的考查更多體現(xiàn)在試題的創(chuàng)新命制中——在原有的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ突A(chǔ)上挖掘新問題、新方案、新器材、新結(jié)論，這逐漸成為了新高考的創(chuàng)新命題思路［4］。

３ 教學(xué)建議

基于上述分析，不難發(fā)現(xiàn)２０２３年各省實(shí)驗(yàn)題普遍重視解釋要素的考查，同時關(guān)注證據(jù)要素和交流要素，注重創(chuàng)新與實(shí)踐，并且呈現(xiàn)集中考查解釋要素中高階水平Ｂ２、Ｂ３的特點(diǎn)。因此，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)該注意加強(qiáng)以下方面的教學(xué)。

（1）高考實(shí)驗(yàn)試題對證據(jù)要素的考查側(cè)重基本儀器的操作和使用。因此，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)該重視學(xué)生對實(shí)驗(yàn)操作的真實(shí)體驗(yàn)，讓學(xué)生真正有操作各種儀器、測量數(shù)據(jù)的經(jīng)歷，掌握這些常見儀器的使用方法，真正理解器材的原理［5］。教學(xué)中可以指導(dǎo)學(xué)生在實(shí)際操作中學(xué)會實(shí)驗(yàn)儀器的使用和數(shù)據(jù)獲取方法，從而加深對實(shí)驗(yàn)儀器原理的認(rèn)識，并提升實(shí)驗(yàn)操作能力。

（2）高考實(shí)驗(yàn)試題側(cè)重對解釋要素的考查［6］。這可能讓一部分教師產(chǎn)生誤解，誤認(rèn)為可以通過“講”實(shí)驗(yàn)的方式提升學(xué)生分析數(shù)據(jù)得出結(jié)論的能力。但教師要意識到解釋的前提是要明確數(shù)據(jù)的來源，明確測量的意圖，即證據(jù)獲取的過程和方法直接影響了解釋的成敗。這在２０２１年和２０２２年福建卷的實(shí)驗(yàn)試題中得到充分驗(yàn)證。２０２１年福建卷第１２題的最后一問，分析數(shù)據(jù)的正確率為９５％，但得出結(jié)論的正確率僅為５％［7］。因此，教師應(yīng)該為學(xué)生提供更多自主設(shè)計、自主操作、自主分析、自主研究的機(jī)會，給學(xué)生足夠的時間和空間對問題進(jìn)行思考，對方案進(jìn)行設(shè)計，獲取數(shù)據(jù)，解釋結(jié)論，有效開展探究。

（３）高考試題展現(xiàn)出顯著特征：注重基礎(chǔ)性的同時兼顧交流要素的靈活滲透，在基本實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上創(chuàng)設(shè)新的情境來考查學(xué)生解決一個新問題的能力。實(shí)驗(yàn)的原型雖源自課本，但解答試題需結(jié)合新的情境融入新的思考，這要求教師在實(shí)際教學(xué)中應(yīng)該在注重學(xué)生基礎(chǔ)能力的同時，要有意識地提升學(xué)生的高階思維，教學(xué)中要善于引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用不同的方法來處理、分析數(shù)據(jù)，特別是借助圖像法運(yùn)用數(shù)形結(jié)合豐富和發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新思維［8］，鼓勵學(xué)生真探究、真發(fā)現(xiàn)，設(shè)問激疑引導(dǎo)學(xué)生善于發(fā)現(xiàn)新問題，解決新問題。

參考文獻(xiàn)：

［１］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）［Ｓ］．北京：人民教育出版社，２０２０．

［2］梁旭．科學(xué)探究不同要素試題的特點(diǎn)及對教學(xué)的啟示［Ｊ］．物理教學(xué)，２０２１，４３（２）：４７－５２．

［3］李永．新高考江蘇卷實(shí)驗(yàn)探究試題分析與思考［Ｊ］．物理教學(xué)，２０２３，４５（１２）：５７－６０．

［4］閆寒，童大振．立足教材 重視基礎(chǔ) 注重探究——２０２３年高考物理實(shí)驗(yàn)試題分析［Ｊ］．中學(xué)物理，２０２３，４１（２１）：６２－６５．

［5］胡穎毅，張恩德．近十年高考物理實(shí)驗(yàn)讀數(shù)類試題的命題特點(diǎn)及教學(xué)啟示［Ｊ］．物理教學(xué)，２０２３，４５（４）：７１－７６，５８．

［6］劉健智，楊麒蓉，曾紅鳳．基于科學(xué)探究素養(yǎng)的高考物理試題分析及啟示——以近三年新課標(biāo)全國卷為例［Ｊ］．西華師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），２０２２，４３（４）：４７４－４８０．

［7］福建教育考試院．福建省普通高考學(xué)科評價報告［Ｍ］．福州：福建人民出版社，２０２１．

［8］熊小勤．聚焦電學(xué)實(shí)驗(yàn)圖像 凸顯創(chuàng)新思維能力——以２０２３年高考物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)試題為例［Ｊ］．中學(xué)物理教學(xué)參考，２０２３，５２（２２）：５６－６１．

（欄目編輯 鄧 磊）