中考物理试题对科学探究要素考查的研究

邹丽华 张 瑾

（1.大连教育学院，辽宁 大连 116021；2.大连教育学院附属中学，辽宁 大连 116021）

《全日制义务教育物理课程标准（实验稿）》［1］明确指出“科学探究既是学生的学习目标，又是重要的教学方式之一.”同时也明确要求“科学探究的要素应灵活渗透在教材和教学的各个方面.”这使科学探究在物理学习过程中有了核心地位.科学探究的基本要素包括提出问题、猜想与假设、制订计划与设计实验、进行实验与收集证据、分析与论证、评估、交流与合作.在新课程标准实施以来，各地中考物理试卷都对学生进行了科学探究要素的考查，以测评学生在科学探究能力方面的学业水平，充分发挥了中考试题对物理探究教学的导向作用.本文以大连市2013年中考物理试卷为例，通过对中考物理试卷测评框架的分析及科学探究要素测试结果的统计分析，探究试卷对科学探究要素的考查情况.

1 中考物理试卷的测评框架

大连市2013年中考物理试卷题型结构包括选择题、填空题、计算题、简答题和综合题5种题型.全卷32道题，满分值为90分.依据《全日制义务教育物理课程标准（实验稿）》（以下简称《课标》）及《大连市2013年初中毕业升学物理学业考试说明》，将中考物理试卷测评框架分为科学内容和测评目标两个维度.所考查的科学内容维度按着知识块划分为力学、热学、电学、光学和声学等5个部分；所考查测评目标维度划分为认知过程、独立操作和经历.认知过程水平又细化为了解、认识和理解，独立操作目标是指对实验基本技能的考查，经历是指对实验探究能力的考查.表1显示了大连市2013年中考物理试卷测评框架.

表1

由表1可知，从科学内容角度看，对力学、热学、电学、光学、声学等科学内容所考查的试题分值分别为29分、18分、29分、12分、2分，其分值比例与相应部分的教学时数比例基本吻合；所考查力学和电学试题的分值最大，各占总分的32.22%，声学试题只考一道2分的选择题.从测评目标角度看，对“了解”、“认识”、“理解”、“实验基本技能”和“经历实验探究”所考查认知操作试题的分值分别为12分、25分、32分、8分和13分.总之，对认知过程维度的考查以认识和理解水平层次为主，兼顾实验基本技能、科学方法及科学探究能力的考查.对科学实验探究能力考查的试题所占分值为13分，分值占比为14.44%.

2 中考物理试题对科学探究要素的考查

不同题型的特点和功能不同，题型差异可反映考生在不同认知能力层次水平的作答表现情况.目前，大多数省市中考物理试卷中用综合题型或实验探究题型考查实验基本技能和科学实验探究能力.大连市中考物理试卷主要采用综合题型考查科学探究能力.综合题是指题型的综合，在同一道试题中含有选择、填空、简答或计算题等常用基本题型，即题型不唯一.这类试题特点是在具体的实验情境中，比较灵活、深入地考查学生的实验基本技能和科学探究能力，同时也能考查学生对知识的识记、理解和运用的水平，以及分析、推理、计算和科学语言的表达能力.

《课标》中规定了科学探究七大要素，以及每一要素对应若干“对科学探究能力的基本要求”，即二级测评目标.表2显示了大连市2013年中考物理试卷各综合题所考查的科学探究内容、科学探究要素、分值及具体能力测评目标.

表2

由表2可知，以教材中规定的学生探究性实验为载体，用3道综合题考查了力、热、电3个方面的重要实验内容、基本技能及科学探究能力.综合题满分值为16分，其中考查实验基本技能分值占3分，实验探究能力分值占13分.《课标》中7个科学探究要素考查了4个，即“制定计划与设计实验”、“进行实验与收集证据”、“分析与论证”、“评估”，其所占的分值分别为4分、2分、3分、4分.“制订计划与设计实验”和“评估”所考查的分值百分比最高（25%），具体见表3所示.这与中考物理对不同科学探究要素考查分布情况的实证研究结果基本一致，主要以考查“制定计划与设计实验”、“进行实验与收集证据”、“分析与论证”和“评估”要素为主.［2］

表3

实验探究能力是初中物理重要的学科综合能力，实验探究是科学探究的一种重要方法.综合题命题的素材直接取材于课本实验，由教材实验进行演化变成新题，问题取材于学生实验和教师教学过程中发现的一些有价值的信息.目前，在科学探究的视野下，中考试题主要是通过对设计实验、进行实验、分析与论证和评估要素的考查，实现对实验探究能力的考查.而对提出问题、猜想与假设、交流与合作3个要素的考查还是存在着一定的困难.

3 科学探究要素考查的测试统计结果及分析

3.1 测试统计结果

表4显示了所考查科学探究要素的测试统计结果.第2～4列依次给出了各综合题的满分值、试题难度和区分度，第8、9列显示了试题对所考查科学探究要素的难度和区分度.本文用相关系数表示区分度指标.

由表4可知，3道综合题属于不同难度类型的试题，即第30题中等难度、第31题容易题、第32题难题，但3道题目都属于中度区分试题［3］.不同实验探究要素的差异，以及实验探究层次不同，各探究要素考查的难度不同，区分程度也不同.例如，第32题（4）对设计实验的考查最难，难度系数为0.19；第31（2）用图像法处理表格中实验数据的考查最易，难度系数为0.96；第30题（4）对实验方法进行评估的考查，难度较易，区分程度最低.

表4

3.2 对科学探究各要素的考查情况分析

3.2.1 对“设计实验”要素的考查

实验设计是从操作的角度把探究的猜想与假设具体化、程序化.试题通过设计“实验方案”和“实验表格”考查学生“设计实验”的能力.

（1）设计实验表格.

例如，第32题（1）通过“画出实验用的表格，表中要有必要的信息”.统计结果为p＝0.56，r＝0.661.结果显示，大部分考生能够掌握设计表格的基本思路，该项得分与总分中度相关.设计表格的基本思路：首先要要进行变量分析，即找到自变量、因变量、相关变量以及需要测量的物理量；其次，根据探究实验的类型，确定实验次数.最后，预设自变量并控制相关变量.本题是“探究导体中的电流与电阻的关系”的实验，自变量是电阻，因变量是电流，相关变量是电压，所有物理量都能准确测量.因此至少需要做6次实验.失分原因是未控制相关变量，实验次数不合乎要求.

（2）设计实验方案.

根据所列条件选择实验仪器、选择探究方法，设计电路图.例如，第32题（4）通过“如果要用另一种方案完成该实验，可供选择的实验器材不变.请画出新方案的实验电路图，并写出必要的文字说明.”统计结果为p＝0.19，r＝0.369.结果显示，有19%的考生在该考查要素上得分.失分的原因主要是由于试题考查了学生高水平的科学探究能力.加之题目新颖，具有一定的开放性，教师及考生准备不足，使得一些考生面对这一试题无从下手.应该看设计实验方案需要考生高水平的创造性思维，因此教师在课堂教学中应对实验方案的设计环节适度的放开，有目的的培养学生依据要求设计不同方案从而形成良好的思维习惯.

3.2.2 对“进行实验与收集证据”要素的考查

“进行实验与收集证据”要素是整个探究实验的核心.科学的解释、判断和结论都必须建立在事实证据的基础上，这是科学探究区别于其他活动最重要的特征之一.“进行实验与收集证据”要素包括读取数据，连接电路实物图，从仪器说明书或商标上获取信息，安全操作.“进行实验”更多的是对实验基本技能的考查.

例如，第30题（3）“根据记录的实验数据表（表5）中的信息，得出“F1l1＝F2l2”的结论.这个结论是否具有普遍性？________.”

表5

统计结果为p＝0.72，r＝0.578.结果显示，多数考生能判断出由题目中的实验数据得到“杠杆平衡条件”这一结论是否具有普遍性.通过对“进行实验”过程中证据的收集，实现了对科学方法的考查.该实验结论至少需要做3次实验，3次实验的数据具有一般意义，得到的结论才具有普遍性.由上表中数据看，该实验是做了3次，但第2、第3次实验中动力臂与阻力臂的比值都是1，相当于1次实验，所以不具有普遍性.该题失分原因是学生只死记硬背3次实验就具有普遍性，导致作答错误.

3.2.3 对“分析与论证”要素的考查

“分析与论证”是在实验数据基础上，运用物理知识和方法，对实验数据进行比较、归类、推理和概括等思维过程，经历从物理现象和实验中归纳科学规律的过程.“分析与论证”也包括对探究结果的描述和解释.

（1）用图像法处理实验数据.

表格和图像法是物理常用两种处理信息方法.用图像法能更加直观地看出所测量物理量的变化趋势.例如，第31题（2）“根据表中的正确数据，在方格纸上画出温度与时间的关系图象.”统计结果为p＝0.96，r＝0.446.结果显示，几乎所有考生都能会用图像法处理信息，该项得分与物理总分低度相关.说明考生基本上都具备了用图像法处理信息的能力，学生能较好地在表格中“描点标出测量数据，连线得出数据的变化趋势”.

（2）对探究结果进行描述.

例如，第31题（3）“根据图像，得出的探究结论是：

_______.”统计结果为p＝0.36，r＝0.422.结果显示，少数考生能对实验探究结果进行准确描述.失分原因：一是极少数学生看不出曲线的变化趋势；二是分段描述曲线变化趋势不是很准确.正确答案是：“在0～25min，随时间的增加，水的温度降低得越来越慢；在25～35min，随时间的增加，水的温度不变.”而很多学生只答在第一时间段随着时间的增加，温度下降，未答出水温下降的快慢程度.

3.2.4 对“评估”要素的考查

评估是对探究过程的质疑和反思，通过对自己或他人实验过程中信息的科学性、过程的严密性、数据的可靠性的重新审视，养成严谨的科学态度.［4］

（1）实验数据可靠性的评估.

例如，第31题（1）通过“表格中有一个温度值是错误的，错误的温度值是_____℃.”考查学生根据实验过程中评估实验数据的可靠性.统计结果为p＝0.95，r＝0.351.结果显示，绝大多数考生都能根据实验数据的变化趋势，正确判断异常数据.

（2）实验方案的评估.

例如，第30题（4）“如果用杠杆一端挂钩码另一端用弹簧测力计竖直向下拉的方法做实验.请分析说明用这种方法做实验的好处.”通过对题目中两种实验方案的比较，以考查学生评估能力.统计结果为p＝0.80，r＝0.19.结果表明，大部分考生能较好地准确描述出来，但该项得分与总分不相关.比较两种实验方案的优劣，一般从安全性、准确性和操作难易程度3个方面进行比较.本题是在安全性和准确性相同的情况下，分析用弹簧测力计竖直向下更容易使杠杠平衡的原因，是从操作难易方面对“评估”要素进行考查的.

总之，对科学探究能力的考查，主张通过具体问题情境的设置，考查学生科学探究方法的理解和运用的水平.通过中考物理试题对学生科学探究要素的考查和测评结果的分析，发现部分学生对实验操作和实验现象、实验评估以及实验改进方案题目的作答情况不是很理想，希望物理教学应有计划有针对性地加强学生参与动手实验并亲自经历科学探究的过程，加强学生对实验现象和原因的深入思考，不断提高学生的科学探究能力.

1 中华人民共和国教育部.全日制义务教育物理课程标准（实验稿）［M］.北京：北京师范大学出版社，2001.

2 廖伯琴.2009年中考物理试题对探究能力考查的特点探析［J］.基础教育课程，2013（3）：71-75.

3 邹丽华.区分度在中考试题质量分析中的应用［J］.大连教育学院学报，2011（4）：27-30.

4 窦兴民.科学探究要素的考查特征.物理教学探讨［J］，2013（11）：4-5.