基于高中物理實驗探究的核心素養問題的因子分析

劉思佳+張迪

摘 要： 實驗探究是核心素養的重要組成部分，從而提出核心素養下的實驗教學.本文基于對高中生物理實驗探究能力的調查，并對問卷進行測評、得出結果，將實驗探究能力分為四個因素，分別為自我回溯、實驗操作、合作交流、知識汲取.并提出有待提高的三個部分：包括結合生活實際、夯實核心概念、建立知識框架等，以促進學生核心素養的提升.

關鍵詞： 高中物理；實驗探究；核心素養；問卷調查；因子分析

核心素養是學生通過接受相應階段教育的過程中，逐漸形成適合個人終生發展與社會發展需求的必備品格和關鍵能力[1].物理課程教學希望給予學生的便是物理核心素養，物理研究的實驗現象、規律總結、定理定則，可能會被遺忘，但是科學的思維方法，習慣態度，會長長久久地留在學生頭腦中，被他們終身保留，成為他們學習生活的行為習慣，這就是物理課程的育人價值[2].

在高中階段的理科重要科目物理，被學生普遍認為難學，這主要因為它歸屬科學類，并且相對抽象，學生的物理素養不高便很難學好物理，這就決定了核心素養作為教學的基礎地位，而實驗教學就是核心素養最重要的組成部分，學生進行物理實驗的動力就是在實驗教學中內化形成的解決實際問題的能力[3].

面對2018年課改，當前有很多學者做關于核心素養的研究，提出了相應的界定與分類.北京師范大學郭玉英教授確定了物理學科能力的三個維度、九項指標的表現框架，并劃分了學生物理學科表現的七級水平.山東師范大學畢華林教授運用德爾菲法，得出中學理科課程應重點培養學生發展13項科學能力和價值觀念[4].國內學者段金梅等[5]，基于心理學對能力的界定，提出中學物理教學中要注意培養的6種能力.閆金鐸教授也強調中學應重點培養的三種物理能力[6].喬際平教授結合物理學科特點將物理能力分為四大點[7].文獻綜述表明，我國學者在物理核心素養的界定和分類中都體現了實驗探究的重要性.

然而對于這個方向的實證研究還不夠完善，本文基于以往學者的研究結果[8]，以及物理核心素養的基礎理論，從問卷的方式出發，設計相關物理實驗課程核心素養題目28道[9].以班級為單位，抽樣選取不同程度，不同年級高中學生，并將數據以SPSS24.0處理分析，探索在物理課程上，物理核心素養中實驗探究素養的結構、表現測評，為后續物理核心素養的研究提供基礎和實證依據.

1 對象與方法

1.1 對象

1.1.1 樣本

項目分析和探索性因素分析的被試來自不同地區的4所高中，以班級為單位，對高中生進行集體施測，發放問卷600份，其中黑龍江省齊齊哈爾第十一中學150份，齊齊哈爾中學230份，黑龍江省綏化市青岡第一中學70份，浙江省衢州高級中學150份.剔除無效問卷78份（漏答或虛偽答題），剩余有效問卷522份.其中男180人，女342人，高一249份，高二273份.

1.1.2 缺失值的處理

采用表列刪除法，即在一條記錄中，只要存在一項缺失，則刪除該記錄.最終得到508條數據，基于此部分數據進行分析.

1.2 工具

基于高中物理實驗課程核心素養問題的調查分析問卷，共28個條目，包含了物理核心素養的四部分要素，前22題使用5級評分，總分越高，代表物理素養越好.問卷條目采用疑問句形式，最后，經兩名專家的反復核對和修改后，形成該問卷[10].

1.3 統計分析

采用SPSS24.0對數據進行項目分析、探索性因素分析、相關分析、信度分析，均值差異比較，采用Amos21.0進行驗證性因素分析.

2 結果

2.1 項目分析

采用樣本的數據進行項目分析，項目分析的標準為題總相關系數，結果顯示各條目均在0.30以上，各維度Alpha系數分別為0.938、0.938、0.939、0.940，總體Alpha系數為0.937，此處克隆巴赫信度系數極好，項目分析表明條目與總問卷的相關性滿足要求（除14題之外），故刪除14題保留了其他5級評分條目.

2.2 效度分析

2.2.1 探索性因素分析

在項目分析的基礎上，采用SPSS中的主成分分析法，Promax斜交旋轉對樣本數據進行探索性因素分析，結果顯示，KMO值為0.933，Bartlett的球形度檢驗值為4289.592，P<0.001，表明適合進一步的分析.參考碎石圖，得到特征根大于1的4個因子，方差的總解釋率為55.905，因此探究性因素分析得出21個條目歸屬于4個因子，各條目的共同度較好.本文依據結構矩陣（見表1）將4個因子分別命名為自我回溯、實驗操作、合作交流、知識汲取，如第8題因子載荷為0.790，各維度按因子載荷大小排序得出表1的結構矩陣.

2.2.2 驗證性因素分析

采用Amos軟件，根據問卷中的相關問題及上述探索性因素得出的4因素進行驗證性因素分析，在模型擬合過程中使用最大似然估計進行模型運算.結果顯示：絕對擬合指數（卡方值）χ2=732.923，RMSEA=0.076；相對擬合指數NFI=0.834，CFI=0.868；信息指數AIC=870.923，根據查閱模型擬合評價表，可見該問卷的4因素模型的擬合效果良好.值得注意的是，擬合指數的作用是考察理論模型與數據的適配程度，并不能作為判斷模型是否成立的唯一依據，擬合度高的模型可以作為參考，但是仍然要根據研究問題的背景知識進行合理性討論才更具有研究意義.

2.2.3 各分量表之間的相關

通過SPSS計算得出，該問卷總分和各個維度之間的相關系數在0.621-0.916之間，呈中高度相關；各維度之間的相關系數在0.433-0.580之間，呈中低度相關，符合問卷編制的要求.endprint

2.3 信度分析

內部一致性信度，統計21個條目得：問卷的Alpha系數為0.917，自我回溯、實驗操作、合作交流、知識汲取的Alpha系數分別為0.938、0.938、0.939、0.940，表明信度良好，可靠性高.

3 思考與討論

該問卷測試為在校高中生，符合測試內容，經過項目分析，探索性因素分析等，形成了21個條目，4個維度的問卷，包括2個分問卷.許多專家認為通過使用合適的分問卷來代替總問卷的形式，可以增強相關的外部標準，所以構建物理核心素養中的實驗探究多維結構能夠形成更加明確的核心素養條目，有助于教師明確教學目標，具體而言，反應物理核心素養的實驗探究要素，可以被拆分為4個維度，問卷具有良好的結構效度，探索性因素分析的結果顯示各擬合指數均符合取值標準，表示物理核心素養的4個因素模型的基本適配指標較好，各維度之間的中低度相關進一步說明問卷較為理想.可以得出結論：實驗探究可以被分為四個維度，分別為自我回溯、實驗操作、合作交流、知識汲取.

基于本文的研究，衡量學生物理實驗探究素養主要關注以下幾點：能否用規范的物理實驗用語闡述問題；用基本的物理思維來思考物理問題；運用建構的模型解決實際問題；從定性和定量兩方面確定問題的本質屬性、內在規律及相互關系.而這些能力的形成被認為是學生對實驗課程的感知、接受、熟悉、形成的過程，這與物理核心素養的提高相吻合.

綜上所述，物理實驗探究素養有待提高的部分主要有：

3.1 結合生活實際

培養學生的核心素養中重要的是解決生活中的原始問題，物理實驗教學也是如此，脫離實際的物理實驗都是不科學的，鼓勵學生從生活中探究物理實驗的痕跡，并運用到學習生活中，要讓學生知道物理來源于生活，才能達到提高物理實驗教學的目的，從而引導學生的思維越來越適應社會的發展.

3.2 夯實核心概念

自我回溯就是對知識的再掌握，這是個知識體系構建的過程，學生樂于從實驗探究尋找樂趣，對于相關概念往往重彼輕此，但物理概念卻是全部物理課程的基礎，若學生對核心概念的掌握不夠扎實，在特定實驗現象理解上就會產生偏差，在實驗課程教學中，對核心概念的鞏固依然不能輕視，這樣可以幫助學生形成抽象知識概念.

3.3 建立知識框架

學生物理思維的形成不是一蹴而就的，物理知識也不是零散分立的，學生科學思維方法的內化主要是模型建構能力和科學推理能力，而這些最基本素養的形成就要求學生建立知識之間的聯系，形成知識框架，從整體的角度來把握物理知識.

通過上述基于高中物理實驗課程的核心素養水平及發展的現狀測量和分析，可以認識到實驗課程教學是培養學生核心素養的主要途徑之一，而核心素養是學生順利健康學習成長的重要支持，因此，基于核心素養的物理實驗教學，是培養學生綜合素質全面發展的重要途徑.

參考文獻：

[1]郭玉英. 物理學科能力及其表現研究[J]. 教育學報， 2016（4）： 57-63.

[2]蔣天林. 基于學生物理核心素養提升的教學實踐[J]. 物理教師， 2017（1）： 7-15.

[3]曾雪琴. 基于核心素養的高中物理實驗教學探究[J]. 讀與寫雜志， 2016（11）： 146-147.

[4]畢華林. 核心素養：基于理科課程的一個實證研究[J]. 課程.教材.教法， 2016（9）： 34-37.

[5]段金梅， 武建時. 物理教學心理學[M]. 北京： 北京師范大學出版社， 1988.

[6]閆金鐸， 段金梅. 物理教學論[M]. 南京： 江蘇教育出版社， 1991： 185.

[7]喬際平， 邢紅軍. 物理教育心理學[M]. 桂林： 廣西教育出版社， 2002.

[8]郭玉英. 物理思維能力的因子分析模型及主因素研究[J]. 北京師范大學學報， 1988（4）： 107-111.

[9]風笑天. 社會調查中的問卷設計[M]. 北京： 中國人民大學出版社， 2014.

[10]劉波. 新課標下高中物理探究性實驗教學的研究[D]. 武漢： 華中師范大學， 2005.endprint