我國高中生物理核心素養：現狀、問題和建議

專家論壇

【專家介紹】

鄧磊，副教授，碩士生導師。全國高等物理教育研究會理事。《物理教學探討》雜志編輯，主編助理。西南大學科學教育研究中心副主任。全國基礎教育教學專家庫成員，重慶市高等教育教學管理咨詢專家庫成員，教育部學位中心通訊評議專家。

摘" "要：基于中國知網和萬方數據知識服務平臺，對“高中生物理核心素養評價”研究現狀進行總結分析。然后聚焦于現有評價研究對我國高中生物理核心素養現狀進行梳理，發現約95%的高中生物理學科核心素養達到2水平，接近80%達到3水平，約30%達到4水平，由此可見我國高中生物理學科核心素養以3水平為主。最后，從高中生物理核心素養評價內容、維度、方法角度探討了目前評價存在的問題及改進建議。

關鍵詞：高中生；物理核心素養評價；現狀；問題

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A " " 文章編號：1003-6148（2025）1-0001-4

2016年9月，《中國學生發展核心素養》總體框架發布。2017年底頒布了《普通高中物理課程標準（2017年版）》（以下簡稱《課標》），界定了物理學科核心素養。在此次的高中物理課程改革中，最引人矚目的變化是基于物理學科核心素養對高中生的學業質量水平進行評價。《課標》實施距今7年來，我國高中生的物理學科核心素養水平現狀如何？還存在哪些問題？該如何實施有效舉措改善當前高中生物理核心素養評價中存在的問題？

1" " 高中生物理核心素養評價現狀

基于中國知網、萬方數據知識服務平臺兩大數據庫，使用“高級檢索”功能，設置檢索主題為“（核心素養評價/核心素養測評）、高中生、物理學科核心素養”，得到檢索文獻數分別為 104 篇、160 篇（檢索日期為 2017 年 1 月 1 日至 2024 年 9 月 1 日）。然后，使用 Note Express 進行數據清洗，刪除重復、無效的數據，最終得到有效期刊文獻 40 篇，碩博論文 188 篇，共計 228 篇。

對這228篇文獻按照物理學科核心素養的4個維度及其要素進行歸類后發現：評價高中生科學思維水平的研究最多（約占總研究文獻的57%），其次是物理觀念水平（約占18%）和科學探究水平（約占13%），最少的是評價高中生科學態度與責任水平的研究（約占12%）。進一步統計顯示，在對高中生物理觀念各要素評價的研究中，評價高中生“運動與相互作用觀念”水平的最多（約占67%），幾乎沒有專門評價學生“物質觀念”水平的研究；在對科學思維各要素評價的研究中，評價高中生“模型建構”水平的研究最多（約占46%），其次是評價“科學論證”水平（約占27%）和“科學推理”水平（約占20%），對評價“質疑創新”水平的研究最少（約占7%）；只有1篇評價高中生科學探究“問題”水平的研究；在評價高中生科學態度與責任的研究中，評價“科學態度”水平的研究最多（約占46%），其次是評價“科學本質觀”水平（約占38%），評價“社會責任感”水平的數量最少（約占15%）。

2" " 我國高中生物理學科核心素養水平

2.1" " 高中生物理觀念現狀

研究者基于學習進階理論和《課標》要求建構了高中生物理觀念水平的五級模型：第一層級——物理現象，第二層級——物理概念與規律，第三層級——物理核心概念（大概念），第四層級——物理子觀念，第五層級——物理觀念。測評顯示：在物理觀念維度，我國約93.4%的高中生達到學業質量水平合格性（2水平）要求，約81.6%達到學業質量3水平，約38.5%達到并超過高校招錄所要求的學業質量等級性4水平。進一步研究顯示，高中女生的物理觀念水平略微高于男生，但男、女生無顯著差異；高中生物理觀念水平與物理學業成績不存在相關性［1］。

對高中生物理觀念各要素水平的測評顯示：①我國高中生的“運動與相互作用觀念”處于3水平。具體來說，高中生在“運動觀念”“相互作用觀念”“運動與相互作用觀念”3個子觀念的平均發展水平均處于3水平，僅高三學生在“運動觀念”上處于4水平。進一步研究顯示，高中生“運動與相互作用觀念”的發展水平與性別無顯著差異，與物理學習興趣顯著正相關［2］。②高中生的“能量觀念”總體較好，約98.7%的學生達到2水平，約84.4%達到3水平，約48.7%達到4水平，約17.53%達到5水平。具體來說，高中生的“能量的形式觀念”水平最高，“能量的耗散觀念”水平最低，“能量的轉化和轉移觀念”“能量的守恒觀念”水平居中。進一步研究顯示，男、女生的“能量觀念”水平存在顯著性差異，男生平均為4水平，顯著高于女生的3水平［3］。

2.2" " 高中生科學思維現狀

研究者基于SOLO理論和《課標》要求對科學思維的4個要素進行了5個水平劃分。測評顯示，我國接近96%的高中生科學思維達到學業質量合格的2水平，約80.4%達到3水平，只有不到四分之一的學生科學思維達到4水平。進一步研究顯示，學生的科學思維水平在高中三年間發展趨勢呈線性增長，在性別上存在顯著差異，與學業成績呈現正相關［4］。

具體來說：①對于“模型建構”要素，約93.1%的學生達到2水平，約68.4%達到3水平，約24.1%達到4水平，約2.9%達到5水平［5］；研究還顯示出高中生的“模型建構”水平在性別上無顯著差異［6］，在年級和學校層次上存在顯著差異。②對于“科學推理”要素，約97.2%的學生達到2水平，約76.3%達到3水平，約28.8%達到4水平，約5.6%達到5水平；在“守恒推理”“相關推理”“概率推理”“比例推理”“假設演繹推理”中，學生的“守恒推理”水平最強。進一步研究顯示，學生的“科學推理”水平在性別上無顯著差異，與物理學業成績、班級類型正相關，還會受到初中時就讀學校類型的影響［7］。③對于“科學論證”要素，幾乎所有研究都顯示，高中生的“主張”水平最高，“反駁”和“理由”水平最弱，“證據”水平居中。學生的“科學論證”水平在性別上不存在顯著差異，在年級上存在顯著差異，與物理成績、班級類型有關，會受到知識呈現方式的影響［8］。④對于“質疑創新”要素，約97.6%的學生達到2水平，約96.4%達到3水平，約20.8%達到4水平，約2.4%達到5水平。高中生“質疑創新”水平多集中于2水平和3水平，且處于低水平的學生比例明顯高于處于高水平的學生比例。物理學習過程中的幸福感、自我效能感和教學方法對學生“質疑創新”發展具有正向促進作用，學生“質疑創新”水平與學生物理知識儲備的廣度有關，教學方法會通過影響學生的心理因素促進學生物理“質疑創新”水平發展。此外，學生的創造性人格、智力水平、物理知識面都跟他們的物理“質疑創新”水平有著顯著相關性。

2.3" " 高中生科學探究現狀

研究者根據《課標》和專家訪談，將高中物理科學探究能力整合為“提出問題與假設（問題）”“制訂方案與實施（證據）”“信息分析與解釋（解釋）”“報告交流與反思（交流）”4要素。然后，再根據《課標》中科學探究學業質量的5級水平，按4項要素進行了測評。結果顯示，高二學生科學探究水平（平均分70.6）高于合格性考試要求的2水平（［60，70）），低于等級性考試要求的4水平（［80，90）），整體處于3水平（［70，80））的下游。其中，“問題”和“解釋”要素處于3水平（平均分分別為74.5和73.6），“交流”和“證據”要素處于2水平（平均分分別為64.8和69.5）［9］。進一步研究顯示，高中生科學探究水平在性別上存在顯著差異——整體處于3水平中下游的男生（平均分72.3）科學探究水平顯著高于處于2水平中上游的女生（平均分68.0）；在年級、省份層面也存在顯著差異［10］。

具體來說，“問題”要素中學生“發現問題”水平最高，“形成可探究問題”和“猜想與假設”水平最低；“證據”要素中“設計實驗方案”水平最低；“解釋”要素中“數據處理”和“誤差分析”水平最低；“交流”要素中“撰寫實驗報告”水平最低 ［11］。

2.4" " 高中生科學態度與責任現狀

研究者根據《課標》中科學態度與責任維度的5個水平和專家訪談，調查了高中生科學態度與責任水平。調查顯示：約96%的高中生科學態度與責任達到2水平，約74%達到3水平，約22%達到4水平，約1%達到5水平。其中，①在“科學本質觀”要素，約90%的學生達到了2水平，約60%達到3水平，約13.5%達到4水平，不到1%的學生達到5水平；②在“科學態度”要素，約96.7%的學生達到2水平，約75.4%達到3水平，約36.1%達到4水平，約3.3%達到5水平；③在“社會責任感”要素，約96.5%的學生達到2水平，約85.2%達到3水平，約58.9%達到4水平，約16.1%達到5水平。進一步調查顯示，物理類學生的科學態度與責任均值（75.97）顯著高于歷史類學生（71.68）；高中生的科學態度與責任水平不存在性別上的顯著差異；物理學習成績對科學態度與責任水平有顯著影響［12］。

3" " 高中生物理學科核心素養水平現狀與存在問題

通過對我國高中生物理學科核心素養現狀的梳理發現：①物理概念不等于物理觀念，良好地掌握物理概念（規律）的學生并不意味著形成了良好的物理觀念——學業成績與物理觀念間無正相關關系可以說明；②物理學科的學習可以促進學生科學思維的發展，越是學業成績優秀的男生科學思維水平越高——科學思維水平線性增長可以說明；③“理科組合”，特別是物理類學科組合能提升學生的科學態度與責任水平——物理學習成績對科學態度與責任水平有顯著影響。

同時，研究還發現：①高中生最熟悉的物理內容是“運動學”，因此“運動觀念”水平最高；②男生的“能量觀念”水平顯著高于女生——與該觀念對應的高中物理課程內容涉及機械能、內能、電磁能等，反映出這部分抽象內容男生掌握水平更好；③雖然物理教學讓高中生的科學思維水平有了長足發展，但是在“質疑創新”維度上還較為薄弱，這需要加以重視；④男生的科學探究能力顯著高于女生，說明物理實驗和實踐依然沒有讓女生積極參與其中，這也反映在高校理工科女生比例較低的現狀上。

總體而言，我國約95%的高中生物理學科核心素養達到2水平（合格性考試水平），這為很多省份合格性考試通過考生人數95%分段劃分合格線的做法找到了依據。此外，高中生當前物理學科核心素養接近80%達到3水平，約30%達到4水平（等級性考試水平），也與當前高考錄取中不同批次招錄比例的現狀保持一致。研究顯示，經過7年高中物理新課程改革后，我國高中生物理學科核心素養總體來說已經達到3水平，正在向更高的4水平發展——高中物理教學取得了很大的突破，這是不容置喙的現狀。

4" " 高中生物理核心素養評價中存在的問題及建議

4.1" " 評價內容不均衡

當前關于高中生物理學科核心素養評價的研究在評價內容上存在不均衡的現象：在評價維度上以科學思維水平評價為重點，對科學態度與責任水平的評價略顯不足。這其實也反映出當前教學中的弊端，大量教師和研究者認為物理學科是一門發展學生邏輯思維的學科，所以強調發展學生的科學思維水平，重視讓學生通過“模型建構”“科學推理”“科學論證”“質疑創新”來解決問題，發展高階科學思維水平。他們會在無意識中忽視物理學科的教育價值，忽視對“物理是什么”“物理是怎么產生的”“物理如何發揮作用”的關注。殊不知，強化科學態度與責任不僅可以加深學生對物理學習的認識，還能形成正確的價值觀和世界觀。

此外，當前研究對各維度下不同要素水平的評價也不均衡：雖然對科學思維水平的評價是最“熱門”的，但是對“質疑創新”要素水平的測評也很少（不到十分之一）；雖然研究者們也關注物理觀念水平，可是對“物質觀念”要素水平的研究幾乎沒有；對科學探究維度4個要素的研究就更欠缺，可能原因是大家更接受以前科學探究7個環節的探究邏輯，導致對當前“問題”“證據”“解釋”“交流”的界定不明，導致相關研究比較缺乏；對科學態度與責任中“社會責任感”要素水平的研究也很薄弱。

正是由于評價內容的不均衡導致了評價結果準確性有待商榷，因為現在的研究結論可能存在以偏概全的問題，要真正展現我國高中生物理學科核心素養的水平，就需要全面展現各維度、各要素的水平。

4.2" " 評價維度較為割裂

當前高中生物理學科核心素養水平的研究很少看到完整的呈現，基本上都是研究物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任單一維度的水平。可是，物理學科核心素養是學生通過物理學科多年學習而逐步形成的，是一個人內隱性素養長期發展的產物，是物理觀念、科學思維、科學探究以及科學態度與責任的融合。因此，不應該存在單一維度的測量結果，每個測量結果都應該是多維度和多要素的共同反映。因為不管是測試題還是問卷，很難測量單一維度和單一要素的相關情況。比如，高中生科學探究水平與科學思維、物理觀念等核心素養維度有不可分割的關系，因此如果將調查數據只作為科學探究的結果，就是不客觀、不科學的。當然，量表中很多問題還需要學生根據自身情況進行判斷，這種融合了多維素養的主觀判斷也可能會影響最終水平呈現。

所以，建議進行全面的高中生物理學科核心素養水平的研究，將研究試題、方法以多維融合的方式呈現，即使一道試題也應該以知識為載體，思維方法為指引，探究做策略，態度與責任作為產物，這樣的設計才能全面考查學生的整體素養水平。

4.3" " 評價方式單一

高中生物理核心素養評價在評價方式上存在方法單一的問題。目前的測評基本上都是通過試題、問卷和訪談進行的。可是不管是試題還是問卷都存在信度、效度的問題，即使經過專家咨詢、成熟問卷改編等技術手段，但由于評價方式的單一，導致評價結果存在誤差。當然，樣本的選擇也是評價結果不夠準確的其他因素，雖然當前研究都是大樣本，但是我國地域廣闊，樣本的代表性可以更“深思熟慮”。

要解決評價方式單一的問題，可以制訂基于物理核心素養的課堂表現、活動表現評價表，注重過程性評價，如使用檔案袋評價法對高中生的每個發展階段進行個性化的動態評價，以保證評價方式的多元化；還可以從評價主體多樣化的角度讓學生在進行自我評價、師生評價的同時進行同伴互評。此外，人工智能技術的迅猛發展為智能化監測學生的物理核心素養水平提供了可能。一方面，教師可以利用人工智能具有儲存更加全面、長期、精準的數據功能，收集各個班級、年級、地區學生核心素養測評的歷史數據，對每一位學生的物理核心素養準確、統一評價的同時進行差異性分析，大力推進學業評價向形成性評價與終結性評價相結合逐步轉變，真正實現學生的動態評價；另一方面，實時動作捕捉技術已較為成熟，通過跟蹤學生的身體動作和表情，實現對學生的實時監測和分析，從而借由該智能監測系統的助力，從學生的日常行為中更客觀地評價學生的物理學科核心素養水平。

參考文獻：

［1］許華清.高中生物理觀念水平的定量化研究及測量［D］.上海：上海師范大學，2021.

［2］李道星.高中生運動與相互作用觀念發展水平現狀調查研究［D］.長春：東北師范大學，2023.

［3］姜楠.高中生物理能量觀念的測評研究［D］.蘇州：蘇州大學，2020.

［4］陸玫琳.高中生物理科學思維能力發展趨勢研究［D］.蘇州：蘇州大學，2019.

［5］吉帥.高中生物理建模能力評價研究［D］.濟南：山東師范大學，2022.

［6］秦曉陽.高中生物理建模能力研究［D］.曲阜：曲阜師范大學，2019.

［7］劉成英.學生科學推理能力測評與分析［D］.重慶：西南大學，2020.

［8］周彬.基于TAP的高中生物理科學論證能力的調查研究［D］.蘇州：蘇州大學，2021.

［9］何璐.高中物理問題解決中培養創造性思維的策略研究［D］.上海：上海師范大學，2019.

［10］楊清宇.基于高中物理核心素養的科學探究實驗學業水平調查與實踐研究［D］.銀川：寧夏大學，2021.

［11］陶濤.高中生物理學科科學探究素養調查研究——以合肥市某高中為例［D］.上海：華東師范大學，2022.

［12］楊昆黨.基于物理核心素養的高中生科學態度與責任調查研究［D］.蘭州：西北師范大學，2019.

（欄目編輯" " 廖伯琴）