中考物理試題對科學探究要素考查的研究

鄒麗華 張 瑾

（1.大連教育學院，遼寧 大連 116021；2.大連教育學院附屬中學，遼寧 大連 116021）

《全日制義務教育物理課程標準（實驗稿）》［1］明確指出“科學探究既是學生的學習目標，又是重要的教學方式之一.”同時也明確要求“科學探究的要素應靈活滲透在教材和教學的各個方面.”這使科學探究在物理學習過程中有了核心地位.科學探究的基本要素包括提出問題、猜想與假設、制訂計劃與設計實驗、進行實驗與收集證據、分析與論證、評估、交流與合作.在新課程標準實施以來，各地中考物理試卷都對學生進行了科學探究要素的考查，以測評學生在科學探究能力方面的學業水平，充分發揮了中考試題對物理探究教學的導向作用.本文以大連市2013年中考物理試卷為例，通過對中考物理試卷測評框架的分析及科學探究要素測試結果的統計分析，探究試卷對科學探究要素的考查情況.

1 中考物理試卷的測評框架

大連市2013年中考物理試卷題型結構包括選擇題、填空題、計算題、簡答題和綜合題5種題型.全卷32道題，滿分值為90分.依據《全日制義務教育物理課程標準（實驗稿）》（以下簡稱《課標》）及《大連市2013年初中畢業升學物理學業考試說明》，將中考物理試卷測評框架分為科學內容和測評目標兩個維度.所考查的科學內容維度按著知識塊劃分為力學、熱學、電學、光學和聲學等5個部分；所考查測評目標維度劃分為認知過程、獨立操作和經歷.認知過程水平又細化為了解、認識和理解，獨立操作目標是指對實驗基本技能的考查，經歷是指對實驗探究能力的考查.表1顯示了大連市2013年中考物理試卷測評框架.

表1

由表1可知，從科學內容角度看，對力學、熱學、電學、光學、聲學等科學內容所考查的試題分值分別為29分、18分、29分、12分、2分，其分值比例與相應部分的教學時數比例基本吻合；所考查力學和電學試題的分值最大，各占總分的32.22%，聲學試題只考一道2分的選擇題.從測評目標角度看，對“了解”、“認識”、“理解”、“實驗基本技能”和“經歷實驗探究”所考查認知操作試題的分值分別為12分、25分、32分、8分和13分.總之，對認知過程維度的考查以認識和理解水平層次為主，兼顧實驗基本技能、科學方法及科學探究能力的考查.對科學實驗探究能力考查的試題所占分值為13分，分值占比為14.44%.

2 中考物理試題對科學探究要素的考查

不同題型的特點和功能不同，題型差異可反映考生在不同認知能力層次水平的作答表現情況.目前，大多數省市中考物理試卷中用綜合題型或實驗探究題型考查實驗基本技能和科學實驗探究能力.大連市中考物理試卷主要采用綜合題型考查科學探究能力.綜合題是指題型的綜合，在同一道試題中含有選擇、填空、簡答或計算題等常用基本題型，即題型不唯一.這類試題特點是在具體的實驗情境中，比較靈活、深入地考查學生的實驗基本技能和科學探究能力，同時也能考查學生對知識的識記、理解和運用的水平，以及分析、推理、計算和科學語言的表達能力.

《課標》中規定了科學探究七大要素，以及每一要素對應若干“對科學探究能力的基本要求”，即二級測評目標.表2顯示了大連市2013年中考物理試卷各綜合題所考查的科學探究內容、科學探究要素、分值及具體能力測評目標.

表2

由表2可知，以教材中規定的學生探究性實驗為載體，用3道綜合題考查了力、熱、電3個方面的重要實驗內容、基本技能及科學探究能力.綜合題滿分值為16分，其中考查實驗基本技能分值占3分，實驗探究能力分值占13分.《課標》中7個科學探究要素考查了4個，即“制定計劃與設計實驗”、“進行實驗與收集證據”、“分析與論證”、“評估”，其所占的分值分別為4分、2分、3分、4分.“制訂計劃與設計實驗”和“評估”所考查的分值百分比最高（25%），具體見表3所示.這與中考物理對不同科學探究要素考查分布情況的實證研究結果基本一致，主要以考查“制定計劃與設計實驗”、“進行實驗與收集證據”、“分析與論證”和“評估”要素為主.［2］

表3

實驗探究能力是初中物理重要的學科綜合能力，實驗探究是科學探究的一種重要方法.綜合題命題的素材直接取材于課本實驗，由教材實驗進行演化變成新題，問題取材于學生實驗和教師教學過程中發現的一些有價值的信息.目前，在科學探究的視野下，中考試題主要是通過對設計實驗、進行實驗、分析與論證和評估要素的考查，實現對實驗探究能力的考查.而對提出問題、猜想與假設、交流與合作3個要素的考查還是存在著一定的困難.

3 科學探究要素考查的測試統計結果及分析

3.1 測試統計結果

表4顯示了所考查科學探究要素的測試統計結果.第2～4列依次給出了各綜合題的滿分值、試題難度和區分度，第8、9列顯示了試題對所考查科學探究要素的難度和區分度.本文用相關系數表示區分度指標.

由表4可知，3道綜合題屬于不同難度類型的試題，即第30題中等難度、第31題容易題、第32題難題，但3道題目都屬于中度區分試題［3］.不同實驗探究要素的差異，以及實驗探究層次不同，各探究要素考查的難度不同，區分程度也不同.例如，第32題（4）對設計實驗的考查最難，難度系數為0.19；第31（2）用圖像法處理表格中實驗數據的考查最易，難度系數為0.96；第30題（4）對實驗方法進行評估的考查，難度較易，區分程度最低.

表4

3.2 對科學探究各要素的考查情況分析

3.2.1 對“設計實驗”要素的考查

實驗設計是從操作的角度把探究的猜想與假設具體化、程序化.試題通過設計“實驗方案”和“實驗表格”考查學生“設計實驗”的能力.

（1）設計實驗表格.

例如，第32題（1）通過“畫出實驗用的表格，表中要有必要的信息”.統計結果為p＝0.56，r＝0.661.結果顯示，大部分考生能夠掌握設計表格的基本思路，該項得分與總分中度相關.設計表格的基本思路：首先要要進行變量分析，即找到自變量、因變量、相關變量以及需要測量的物理量；其次，根據探究實驗的類型，確定實驗次數.最后，預設自變量并控制相關變量.本題是“探究導體中的電流與電阻的關系”的實驗，自變量是電阻，因變量是電流，相關變量是電壓，所有物理量都能準確測量.因此至少需要做6次實驗.失分原因是未控制相關變量，實驗次數不合乎要求.

（2）設計實驗方案.

根據所列條件選擇實驗儀器、選擇探究方法，設計電路圖.例如，第32題（4）通過“如果要用另一種方案完成該實驗，可供選擇的實驗器材不變.請畫出新方案的實驗電路圖，并寫出必要的文字說明.”統計結果為p＝0.19，r＝0.369.結果顯示，有19%的考生在該考查要素上得分.失分的原因主要是由于試題考查了學生高水平的科學探究能力.加之題目新穎，具有一定的開放性，教師及考生準備不足，使得一些考生面對這一試題無從下手.應該看設計實驗方案需要考生高水平的創造性思維，因此教師在課堂教學中應對實驗方案的設計環節適度的放開，有目的的培養學生依據要求設計不同方案從而形成良好的思維習慣.

3.2.2 對“進行實驗與收集證據”要素的考查

“進行實驗與收集證據”要素是整個探究實驗的核心.科學的解釋、判斷和結論都必須建立在事實證據的基礎上，這是科學探究區別于其他活動最重要的特征之一.“進行實驗與收集證據”要素包括讀取數據，連接電路實物圖，從儀器說明書或商標上獲取信息，安全操作.“進行實驗”更多的是對實驗基本技能的考查.

例如，第30題（3）“根據記錄的實驗數據表（表5）中的信息，得出“F1l1＝F2l2”的結論.這個結論是否具有普遍性？________.”

表5

統計結果為p＝0.72，r＝0.578.結果顯示，多數考生能判斷出由題目中的實驗數據得到“杠桿平衡條件”這一結論是否具有普遍性.通過對“進行實驗”過程中證據的收集，實現了對科學方法的考查.該實驗結論至少需要做3次實驗，3次實驗的數據具有一般意義，得到的結論才具有普遍性.由上表中數據看，該實驗是做了3次，但第2、第3次實驗中動力臂與阻力臂的比值都是1，相當于1次實驗，所以不具有普遍性.該題失分原因是學生只死記硬背3次實驗就具有普遍性，導致作答錯誤.

3.2.3 對“分析與論證”要素的考查

“分析與論證”是在實驗數據基礎上，運用物理知識和方法，對實驗數據進行比較、歸類、推理和概括等思維過程，經歷從物理現象和實驗中歸納科學規律的過程.“分析與論證”也包括對探究結果的描述和解釋.

（1）用圖像法處理實驗數據.

表格和圖像法是物理常用兩種處理信息方法.用圖像法能更加直觀地看出所測量物理量的變化趨勢.例如，第31題（2）“根據表中的正確數據，在方格紙上畫出溫度與時間的關系圖象.”統計結果為p＝0.96，r＝0.446.結果顯示，幾乎所有考生都能會用圖像法處理信息，該項得分與物理總分低度相關.說明考生基本上都具備了用圖像法處理信息的能力，學生能較好地在表格中“描點標出測量數據，連線得出數據的變化趨勢”.

（2）對探究結果進行描述.

例如，第31題（3）“根據圖像，得出的探究結論是：

_______.”統計結果為p＝0.36，r＝0.422.結果顯示，少數考生能對實驗探究結果進行準確描述.失分原因：一是極少數學生看不出曲線的變化趨勢；二是分段描述曲線變化趨勢不是很準確.正確答案是：“在0～25min，隨時間的增加，水的溫度降低得越來越慢；在25～35min，隨時間的增加，水的溫度不變.”而很多學生只答在第一時間段隨著時間的增加，溫度下降，未答出水溫下降的快慢程度.

3.2.4 對“評估”要素的考查

評估是對探究過程的質疑和反思，通過對自己或他人實驗過程中信息的科學性、過程的嚴密性、數據的可靠性的重新審視，養成嚴謹的科學態度.［4］

（1）實驗數據可靠性的評估.

例如，第31題（1）通過“表格中有一個溫度值是錯誤的，錯誤的溫度值是_____℃.”考查學生根據實驗過程中評估實驗數據的可靠性.統計結果為p＝0.95，r＝0.351.結果顯示，絕大多數考生都能根據實驗數據的變化趨勢，正確判斷異常數據.

（2）實驗方案的評估.

例如，第30題（4）“如果用杠桿一端掛鉤碼另一端用彈簧測力計豎直向下拉的方法做實驗.請分析說明用這種方法做實驗的好處.”通過對題目中兩種實驗方案的比較，以考查學生評估能力.統計結果為p＝0.80，r＝0.19.結果表明，大部分考生能較好地準確描述出來，但該項得分與總分不相關.比較兩種實驗方案的優劣，一般從安全性、準確性和操作難易程度3個方面進行比較.本題是在安全性和準確性相同的情況下，分析用彈簧測力計豎直向下更容易使杠杠平衡的原因，是從操作難易方面對“評估”要素進行考查的.

總之，對科學探究能力的考查，主張通過具體問題情境的設置，考查學生科學探究方法的理解和運用的水平.通過中考物理試題對學生科學探究要素的考查和測評結果的分析，發現部分學生對實驗操作和實驗現象、實驗評估以及實驗改進方案題目的作答情況不是很理想，希望物理教學應有計劃有針對性地加強學生參與動手實驗并親自經歷科學探究的過程，加強學生對實驗現象和原因的深入思考，不斷提高學生的科學探究能力.

1 中華人民共和國教育部.全日制義務教育物理課程標準（實驗稿）［M］.北京：北京師范大學出版社，2001.

2 廖伯琴.2009年中考物理試題對探究能力考查的特點探析［J］.基礎教育課程，2013（3）：71-75.

3 鄒麗華.區分度在中考試題質量分析中的應用［J］.大連教育學院學報，2011（4）：27-30.

4 竇興民.科學探究要素的考查特征.物理教學探討［J］，2013（11）：4-5.