基于核心素養(yǎng)下的紙筆測試科學探究題的效度研究

石 弘

(湖北省宜昌市第六中學，湖北 宜昌 443000)

1 問題的提出

物理學科的核心素養(yǎng)是由“物理觀念”、“科學思維”、“科學探究”和“科學態(tài)度和責任”4個要素組成,其中科學探究是物理學習的主要方式,是形成其他物理核心素養(yǎng)的主要途徑．所以科學探究能力的培養(yǎng)是發(fā)展學生核心素養(yǎng)的關鍵．在現(xiàn)階段我國基礎教育升學體制的大環(huán)境下,紙筆測試還是選拔學生進入高一級學校的主要依據(jù),所以升學考試依然是現(xiàn)階段物理教學的主要依據(jù)之一.怎樣在紙筆測試中體現(xiàn)學生的核心素養(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探究筆試題．但筆者發(fā)現(xiàn)也有一部分科學探究題沒有達到真正考查學生科學探究能力的目的.在平時的課堂和課外探究活動中探究能力很弱的學生在這樣的紙筆測試中往往也會取得很好的成績．那么什么樣的探究題能真正達到考查學生的科學探究能力的目的,具有良好的效度呢?為此,筆者于2019年春季在其學校8年級8個班中進行了研究．

2 基本假設

探究題在能力水平層次中屬于理解和問題的解決層次,考查的目標在課程標準中已經(jīng)有清楚的界定.它是通過對設置的一個具體的物理情景的研究來考查學生在研究過程中表現(xiàn)出來的科學探究能力．怎樣才能在紙筆測試中考查出這種能力呢?筆者認為,學生已經(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,考查不出學生真正的探究能力.要想在紙筆測試中考查出學生的探究能力,一定要在探究試題的設計中觸及到學生的思維.學生在答題過程中必須有探究過程,即必須有現(xiàn)場的探究行為．

3 研究過程

在2019年春我校8年級的單元測驗和期中考試的命題中,筆者對試卷中科學探究題部分進行了不同的設置,并在考試后對考試結果進行了分析,分析過程如下.

案例1.

1. (2019年春《第7章 力單元測試》)表1是小明測得的數(shù)據(jù),請你根據(jù)數(shù)據(jù)在圖1所示坐標中描點.

(1) 作出G-m關系的圖像．

(2) 根據(jù)畫出的圖像得出G-m關系為____________．

表1

2. (2019年春期中測試)小明想用橡皮筋作為材料自制一個彈簧測力計．制作前,小明對橡皮筋的伸長與所受拉力的關系進行了探究．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,得出的結論是橡皮筋的伸長與所受拉力________正比(填“成”“不成”)．

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

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

表3

圖3

兩道題的第1問,3個組的得分率都沒有發(fā)生較大的變化,中、高分組得分較高,說明學生描點作圖這種技能還是掌握得較好,兩次考試均有較高的效度．第二問是我在實驗室測出的橡皮筋真實數(shù)據(jù),測量結果橡皮筋與彈簧不一樣,它的伸長與拉力是不成正比的,這個結論通過ΔL-F圖像不是一條過原點的直線很容易得出,這個結論應該與第1題的第2問的難度是相當?shù)?但各個組的得分率都大幅下降．進一步分析不難得出,第1題學生得分率較高的原因并不是答對的學生都具備了用圖像處理數(shù)據(jù)的能力,而是這個結論學生學過,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,實際上考查的是記憶層次．高分組的學生學習一般都比較認真,教師講過的知識都能記住,所以第一題高分組學生的得分率能達到100%．第2題學生遇到的是他沒有見過的情景,不可能憑記憶作答,這時學生利用圖像處理數(shù)據(jù)能力的差異就顯現(xiàn)出來．對學生利用圖像進行數(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與拉力不成正比并非難事,但學生的得分并不高．這反映出我們的教學在科學探究能力素養(yǎng)的培養(yǎng)方面還是有待加強的．

圖4

案例2.

(2019年春期中測試)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為基礎,以真實的實驗為原型,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．

(1) 伽利略在研究阻力對物體,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,結果發(fā)現(xiàn):運動物體受到的阻力越小,速度減小得越________,伽利略以這個事實為基礎,用理想模型法推理得出的結論是____________________,科學家們經(jīng)過進一步的研究,在此基礎上得出了著名的______________．

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,就能得到一個推論．在研究中,你基于的可靠事實是____________________,推理得出的結論是____________________,通過后來的物理學習,我們知道這個推論是____________(填“正確”或“不正確”)

本題是對學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,學生在教師的帶領下經(jīng)歷了從伽利略、笛卡爾到牛頓的研究和推理過程,學習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)化為學生的科學素養(yǎng),這就是本題的考察目標,應該屬于理解層次．筆者設置了兩問,第1問是學生在課堂上已經(jīng)經(jīng)歷過的探究過程重現(xiàn),第2問是讓學生利用這種物理思維方法去研究另一個問題,實際上這個問題也不是新的,是在8年級上學期學過的聲現(xiàn)象,只不過當時沒有用這種方法來推理．學生考試情況如表4所示.

表4

第1問是經(jīng)常考的一道常規(guī)題,學生多次反復練習,所以得分率很高,但這是不是意味著學生對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生這種科學思維方式的養(yǎng)成情況,第一問很明顯達不到目標,作為考查科學思維方法,第2問明顯具有更高的效度．

案例3.

1. (2018年秋期末測試)為了探究同種物質的質量與體積的關系,小明利用鋁塊和木塊測得4組數(shù)據(jù),填在表5中.

表5

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

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

表6

圖6

圖7

(1) 根據(jù)以上數(shù)據(jù),你得出的結論是

①________________②________________

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

(3) 圖7是小明奶奶上街買菜時使用的彈簧秤(實際上就是一個彈簧測力計)．小明認為它只能大致測出物體的質量,不能準確測出物體的質量．他的看法對嗎?說出你的看法．

第1題是這屆學生在8年級上學期的期末考試題,這里只是摘取了第1問,在智學網(wǎng)上調出了當時學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,我的目的主要是對比兩道題的第1問．

第1題的第1問“探究同種物質的質量與體積的關系”是學生經(jīng)歷過的,教師教學生怎么得出兩個物理量間定量的關系,得出“同種物質質量與體積的比值是一定的”,然后對比另一組數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)比值變了,而條件的變化就是物質變成了另一種,所以得出“不同物質,這個比值是不同的”,從而引出密度的概念.我相信每一個教師都是這么教的．這個環(huán)節(jié)除了在知識上得出密度的概念外,關鍵是要培養(yǎng)學生探究活動中分析論證的能力．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,重力與質量的比值是一定的”,然后比較兩地的比值,得出“不同地點,這個比值是不一樣的”．

學生考試情況如表7所示.

表7

第1題同樣是學生反復訓練的問題,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驗,但課堂的實驗并沒有探究不同地點的g的值是不一樣的,所以這道題學生是無法通過記憶來回答的,只能用從前學過的分析論證方法現(xiàn)場分析得出結論.很明顯不少成績好的孩子并不具備這種能力,所以第2空丟分比較嚴重．兩道題的對比充分說明第1題很多學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生的分析論證能力,是幾乎沒有效度的．

4 研究結論

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

5 研究的意義

本研究結束后,筆者和教研組的教師們對實驗結果都很驚訝,沒有想到我們的高分組學生科學探究能力這么弱.我們在本學期的校本教研活動中通過這次研究結果對我們的課堂教學進行了反思.

(1) 核心素養(yǎng)背景下的物理課堂構建我們已經(jīng)開展了好幾年,學習了不少核心素養(yǎng)方面的理論文章,參加了不少類似的學習培訓,自己以為已經(jīng)在核心素養(yǎng)下的初中物理課堂教學構建方面邁開了較大的步子,但這次研究結果表明我們在課堂上對學生科學思維和科學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的識記為主,在探究活動中總是以教師演示和講解為主,沒有以學生為主體,在學生自主探究的過程中有意識地滲透核心素養(yǎng)．究其原因,還是因為教師們覺得用傳統(tǒng)的講授式教學不難對付這些常規(guī)的科學探究試題．

(2) 在復習備考的過程中,教師們一是熱衷于去挖掘教材實驗中可以作為探究考題背景的所謂“亮點”,以押寶的心態(tài)讓學生反復訓練,期待自己能在中考中“中大獎”,二是通過傳統(tǒng)的題海戰(zhàn)術將教材上的探究任務一網(wǎng)打盡．通過這次校本研討,教師們覺得對付科學探究題的真正辦法是在物理的學習中讓學生形成獨立研究問題的物理思維,提高科學探究的能力．

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