高考物理試題推理論證能力的層次分析研究

【摘要】《中國高考評價體系》提出關鍵能力是高水平人才培養(yǎng)體系所必須的.推理論證能力作為物理學科的五種關鍵能力之一，在高考試題中對學生能力的考查起著十分重要的作用.本文參考SOLO分類理論對高考物理試題的推理論證能力進行層次劃分，并對2023年遼寧卷電磁學部分的非實驗題進行具體分析.

【關鍵詞】SOLO分類理論；高中物理；解題技巧

《中國高考評價體系》是衡量學生綜合素質(zhì)和能力的重要標準，而關鍵能力是高考考查的重點內(nèi)容.關鍵能力屬于思維認知能力群，是指即將進入高等學校的學習者在面對與學科相關的生活實踐或?qū)W習探索問題情境時，高質(zhì)量地認識問題、分析問題、解決問題所必須具備的能力.SOLO分類理論將學生學習的結果由低到高分成五個不同的層次，即前結構（P）、單點結構（U）、多點結構（M）、關聯(lián)結構（R）和拓展抽象結構（E）.本文基于SOLO分類理論對高考物理試題推理論證能力進行層次劃分，并對2023年遼寧卷中電磁學部分的非實驗題體現(xiàn)的推理論證能力進行層次分析，以期為教師和學生提供參考.

1 高考物理試題推理論證能力層次分析框架的建立

為了準確分析高考物理試題對學生推理論證能力的考查，本文基于SOLO分類理論，結合子知識點的數(shù)量及不同子知識點的推理步驟對試題的推理論證能力水平進行劃分.由于P層次是學習者被無關方面所誤導不能以任務中所涉及方式處理任務，所以針對試題的分析不考慮此層次.而E層次考查學生的抽象拓展能力并且對創(chuàng)新性有較高要求，在高考物理中僅用一張試卷難以考查，因此本文也不考慮E層次.

為了方便描述，推理論證能力的層次可以用符號Zx-y表示，其中字母Z代表SOLO層次，即Z = U、M和R.字母x代表子知識點的個數(shù)NA，當NA= 1，2，3，NA≥4時x = 0，1，2，3；字母y代表每個子知識點的推理步驟N，當全部的N均小于等于1時，y=0；當至少有一個N小于等于1時，y=1；當全部的N均大于等于2時，y=2.其中有一特例，當Z = U時，由于涉及的子知識點個數(shù)僅為1，所以即使其推理步驟N≥2時，y也取值為1.例如，U0-1層級，代表試題的SOLO層次為單點結構水平，僅考查1個子知識點，且其推理步驟N ≥2；同理，R3-1代表試題的SOLO層次為關聯(lián)結構水平，考查的子知識點個數(shù)大于等于4，其中至少有一個知識點的推理步驟小于等于1.此外，根據(jù)NA和N的大小，對推理論證能力的層級進行了水平劃分：U0-0，M1-0，M2-0和M3-0層級對推理論證能力的要求為水平1，U0-1、M1-1和R1-0層級對應水平2，M1-2，M2-1和R1-1層級對應水平3，M2-2，M3-1，R1-2和R2-1層級對應水平4，M3-2和R3-1層級對應水平5，最后R3-2層級對應水平6.

2 2023年遼寧卷電磁學部分非實驗題分析

根據(jù)表1中2023年遼寧卷中電磁學部分的非實驗題（選擇題和計算題）對推理論證水平能力的考查情況可看出，2023年遼寧卷的非實驗題共考查了四道電磁學題，共計28分，其中第4題為單項選擇題，第9～10題都為多項選擇題，第14題為計算題.

試卷考查的電磁學部分總計三道選擇題，而單項選擇題僅一題，分值占電磁學非實驗題總分值的14.2%，表明電磁學部分對學生的推理論證能力的考查重點并不在該題型上.第4題考查的是導體棒在勻強磁場中繞固定的豎直軸勻速轉(zhuǎn)動時，導體棒兩端的電勢差隨時間變化的圖像.該題分別涉及磁場的性質(zhì)和電磁感應現(xiàn)象兩個主知識點中的左手定則和法拉第電磁感應定律兩個子知識點，且該兩個子知識點相互關聯(lián).另外學生在解題過程中，首先由左手定則可判斷導體棒電流方向發(fā)生的變化，然后根據(jù)法拉第電磁感應公式既可知導體棒兩端的電勢差隨時間變化的圖像為余弦圖像.在整個過程中兩個子知識點均僅用了1步推理論證，所以該題的推理論證層次為R1-0，對推理論證水平的考查為水平2.

如表1，兩道多項選擇題的分值占電磁學非實驗題總分值的42.85%，因多項選擇題需對每一選項都要進行推理論證，所以對學生的推理論證能力要求較高.第9題考查學生對電場中等勢面分布圖的分析，涉及電場力的特性和電場能的特性兩個主知識點下的電場強度/電場線/電勢和電勢能/等勢面兩個子知識點，且子知識點相互之間存在關聯(lián).在具體解答過程中需分析等勢面圖像，首先根據(jù)圖像中的正負電荷分布判斷等勢面的高低，推斷出P點電勢比M點的高，選項（A）錯誤；再由等勢面密集處場強大，判斷出P點電場強度大小小于M點，選項（B）錯誤；根據(jù)場強方向垂直等勢面，且沿電場線方向電勢逐漸降低，可推斷出M點電場強度方向沿z 軸正方向，選項（C）正確；最后根據(jù)圖像因x軸上各點電勢相等，推出沿x軸運動的帶電粒子電勢能不變，選項（D）正確.整個過程中分別對兩個子知識點進行了2步推理論證，所以該題的推理論證層次為R1-2，對推理論證水平的考查為水平4.

從表2可以看出，計算題對推理論證水平的考查為水平5.其分值占電磁學非實驗題總分值的42.85%，可見遼寧卷的計算題對學生的推理論證能力有較高的要求.第14題考查粒子在勻強電場和磁場中運動的問題，涉及力的特性、牛頓運動定律、曲線運動和磁場的性質(zhì)中的五個子知識點，并且子知識點之間存在關聯(lián).整個解題過程中需要運用1步電場強度、1步牛頓第二定律、4步拋體運動、1步運動的合成與分解和4步粒子在磁場中的運動的推理論證，所以該題的推理論證層次為R3-1，對推理論證水平的考查為水平5.

此外，由于計算題中每一小問所使用的知識點不盡相同，知識之間的結合也是不同的，所以對學生推理論證能力的考查是不同的.為了更加準確地考查學生的推理論證能力，本研究將計算題中每一小問中的推理論證水平也進行了劃分.第14題的第一小問，即14（1）題涉及電場強度、拋體運動和牛頓第二定律三個相互之間存在關聯(lián)的子知識點，解題過程中分別運用1步電場強度、1步牛頓第二定律和2步拋體運動的推理論證從而求出金屬板間的電勢差.即首先明確帶電粒子在板間做類平拋運動，根據(jù)題目板間距和板長的關系得板長，再由題目的兩板間的電場強度E=Ud和牛頓第二定律求出加速度，最后結合類平拋運動豎直方向和水平方向的運動規(guī)律求出電場強度的大小.綜上，本小題的推理論證層次為R2-1，對推理論證水平的考查為為水平4.第14題的第二小問，即14（2）題涉及拋體運動和粒子在磁場中的運動兩個相互關聯(lián)的子知識點，解題過程中兩個子知識點分別包括2步和3步推導，所以本小題的推理論證層次為R1-2，對推理論證水平的考查為為水平4.第14題的第三小問，即14（3）題涉及運動的合成與分解和粒子在磁場中的運動兩個子知識點，且兩個子知識各需要1步推導，所以本小題的推理論證層次為R1-0，對推理論證水平的考查為水平2.通過以上分析可以發(fā)現(xiàn)計算題三個小問對推理論證水平的考查并不是單調(diào)遞增的，出現(xiàn)此現(xiàn)象是由于第三小題為畫圖題，重點考查的是學生的模型建構能力而不是推理論證能力.另外，14題各小問的水平分別為水平4、水平4、水平2，均低于該試題的整體水平（水平5），這是由于本論文建立的推理論證能力層次分析框架與知識點數(shù)量有關，每小問所涉及到的知識點個數(shù)均少于整體試題知識點個數(shù).當學生能夠很好的完成整道試題時，說明其推理論證能力達到水平5的要求；當學生不能完整完成該題時，學生的推理論證能力水平由所答出小問的最高水平來衡量.

3 結語

綜上所述，本文基于SOLO分類理論，結合試題包含的子知識點數(shù)量的個數(shù)和每一個子知識點涉及的推理步驟構建出高考物理試題推理論證能力的層次分析框架，并且以2023遼寧卷電磁學部分的非實驗題為例進行了試題分析.研究發(fā)現(xiàn)2023年遼寧卷電磁學部分的四道非實驗題對推理論證能力的考查分別為水平2、水平4、水平5和水平5，其中僅一題為單項選擇題，且對學生的推理論證能力水平要求較低，多項選擇題和計算題的推理論證水平要求較高.由此可見試卷在試題設計上的均衡性和綜合性，符合高考考查規(guī)律，體現(xiàn)出整張試卷對學生綜合能力的考查，符合高考評價體系對學生的要求.

參考文獻：

［1］程力，李勇.基于高考評價體系的物理科考試內(nèi)容改革實施路徑［J］.中國考試，2019（12）：38-44.

［2］張春麗.對“基于高考評價體系的五種關鍵能力”含義界定的嘗試［J］.物理教學探討，2020，38（06）：41-45.

［3］何德強.基于核心素養(yǎng)的推理論證題的解答［J］.物理通報，2020（10）：87-90.

［4］約翰Ｂ.彼格斯，凱文Ｆ.科利斯.學習質(zhì)量評價：SOLO分類理論（可觀察的學習成果結構）［M］.高凌飚，張洪巖，譯.北京：人民教育出版社，2010.