基于高中物理实验探究的核心素养问题的因子分析

刘思佳+张迪

摘 要： 实验探究是核心素养的重要组成部分，从而提出核心素养下的实验教学.本文基于对高中生物理实验探究能力的调查，并对问卷进行测评、得出结果，将实验探究能力分为四个因素，分别为自我回溯、实验操作、合作交流、知识汲取.并提出有待提高的三个部分：包括结合生活实际、夯实核心概念、建立知识框架等，以促进学生核心素养的提升.

关键词： 高中物理；实验探究；核心素养；问卷调查；因子分析

核心素养是学生通过接受相应阶段教育的过程中，逐渐形成适合个人终生发展与社会发展需求的必备品格和关键能力[1].物理课程教学希望给予学生的便是物理核心素养，物理研究的实验现象、规律总结、定理定则，可能会被遗忘，但是科学的思维方法，习惯态度，会长长久久地留在学生头脑中，被他们终身保留，成为他们学习生活的行为习惯，这就是物理课程的育人价值[2].

在高中阶段的理科重要科目物理，被学生普遍认为难学，这主要因为它归属科学类，并且相对抽象，学生的物理素养不高便很难学好物理，这就决定了核心素养作为教学的基础地位，而实验教学就是核心素养最重要的组成部分，学生进行物理实验的动力就是在实验教学中内化形成的解决实际问题的能力[3].

面对2018年课改，当前有很多学者做关于核心素养的研究，提出了相应的界定与分类.北京师范大学郭玉英教授确定了物理学科能力的三个维度、九项指标的表现框架，并划分了学生物理学科表现的七级水平.山东师范大学毕华林教授运用德尔菲法，得出中学理科课程应重点培养学生发展13项科学能力和价值观念[4].国内学者段金梅等[5]，基于心理学对能力的界定，提出中学物理教学中要注意培养的6种能力.闫金铎教授也强调中学应重点培养的三种物理能力[6].乔际平教授结合物理学科特点将物理能力分为四大点[7].文献综述表明，我国学者在物理核心素养的界定和分类中都体现了实验探究的重要性.

然而对于这个方向的实证研究还不够完善，本文基于以往学者的研究结果[8]，以及物理核心素养的基础理论，从问卷的方式出发，设计相关物理实验课程核心素养题目28道[9].以班级为单位，抽样选取不同程度，不同年级高中学生，并将数据以SPSS24.0处理分析，探索在物理课程上，物理核心素养中实验探究素养的结构、表现测评，为后续物理核心素养的研究提供基础和实证依据.

1 对象与方法

1.1 对象

1.1.1 样本

项目分析和探索性因素分析的被试来自不同地区的4所高中，以班级为单位，对高中生进行集体施测，发放问卷600份，其中黑龙江省齐齐哈尔第十一中学150份，齐齐哈尔中学230份，黑龙江省绥化市青冈第一中学70份，浙江省衢州高级中学150份.剔除无效问卷78份（漏答或虚伪答题），剩余有效问卷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

采用表列删除法，即在一条记录中，只要存在一项缺失，则删除该记录.最终得到508条数据，基于此部分数据进行分析.

1.2 工具

基于高中物理实验课程核心素养问题的调查分析问卷，共28个条目，包含了物理核心素养的四部分要素，前22题使用5级评分，总分越高，代表物理素养越好.问卷条目采用疑问句形式，最后，经两名专家的反复核对和修改后，形成该问卷[10].

1.3 统计分析

采用SPSS24.0对数据进行项目分析、探索性因素分析、相关分析、信度分析，均值差异比较，采用Amos21.0进行验证性因素分析.

2 结果

2.1 项目分析

采用样本的数据进行项目分析，项目分析的标准为题总相关系数，结果显示各条目均在0.30以上，各维度Alpha系数分别为0.938、0.938、0.939、0.940，总体Alpha系数为0.937，此处克隆巴赫信度系数极好，项目分析表明条目与总问卷的相关性满足要求（除14题之外），故删除14题保留了其他5级评分条目.

2.2 效度分析

2.2.1 探索性因素分析

在项目分析的基础上，采用SPSS中的主成分分析法，Promax斜交旋转对样本数据进行探索性因素分析，结果显示，KMO值为0.933，Bartlett的球形度检验值为4289.592，P<0.001，表明适合进一步的分析.参考碎石图，得到特征根大于1的4个因子，方差的总解释率为55.905，因此探究性因素分析得出21个条目归属于4个因子，各条目的共同度较好.本文依据结构矩阵（见表1）将4个因子分别命名为自我回溯、实验操作、合作交流、知识汲取，如第8题因子载荷为0.790，各维度按因子载荷大小排序得出表1的结构矩阵.

2.2.2 验证性因素分析

采用Amos软件，根据问卷中的相关问题及上述探索性因素得出的4因素进行验证性因素分析，在模型拟合过程中使用最大似然估计进行模型运算.结果显示：绝对拟合指数（卡方值）χ2=732.923，RMSEA=0.076；相对拟合指数NFI=0.834，CFI=0.868；信息指数AIC=870.923，根据查阅模型拟合评价表，可见该问卷的4因素模型的拟合效果良好.值得注意的是，拟合指数的作用是考察理论模型与数据的适配程度，并不能作为判断模型是否成立的唯一依据，拟合度高的模型可以作为参考，但是仍然要根据研究问题的背景知识进行合理性讨论才更具有研究意义.

2.2.3 各分量表之间的相关

通过SPSS计算得出，该问卷总分和各个维度之间的相关系数在0.621-0.916之间，呈中高度相关；各维度之间的相关系数在0.433-0.580之间，呈中低度相关，符合问卷编制的要求.endprint

2.3 信度分析

内部一致性信度，统计21个条目得：问卷的Alpha系数为0.917，自我回溯、实验操作、合作交流、知识汲取的Alpha系数分别为0.938、0.938、0.939、0.940，表明信度良好，可靠性高.

3 思考与讨论

该问卷测试为在校高中生，符合测试内容，经过项目分析，探索性因素分析等，形成了21个条目，4个维度的问卷，包括2个分问卷.许多专家认为通过使用合适的分问卷来代替总问卷的形式，可以增强相关的外部标准，所以构建物理核心素养中的实验探究多维结构能够形成更加明确的核心素养条目，有助于教师明确教学目标，具体而言，反应物理核心素养的实验探究要素，可以被拆分为4个维度，问卷具有良好的结构效度，探索性因素分析的结果显示各拟合指数均符合取值标准，表示物理核心素养的4个因素模型的基本适配指标较好，各维度之间的中低度相关进一步说明问卷较为理想.可以得出结论：实验探究可以被分为四个维度，分别为自我回溯、实验操作、合作交流、知识汲取.

基于本文的研究，衡量学生物理实验探究素养主要关注以下几点：能否用规范的物理实验用语阐述问题；用基本的物理思维来思考物理问题；运用建构的模型解决实际问题；从定性和定量两方面确定问题的本质属性、内在规律及相互关系.而这些能力的形成被认为是学生对实验课程的感知、接受、熟悉、形成的过程，这与物理核心素养的提高相吻合.

综上所述，物理实验探究素养有待提高的部分主要有：

3.1 结合生活实际

培养学生的核心素养中重要的是解决生活中的原始问题，物理实验教学也是如此，脱离实际的物理实验都是不科学的，鼓励学生从生活中探究物理实验的痕迹，并运用到学习生活中，要让学生知道物理来源于生活，才能达到提高物理实验教学的目的，从而引导学生的思维越来越适应社会的发展.

3.2 夯实核心概念

自我回溯就是对知识的再掌握，这是个知识体系构建的过程，学生乐于从实验探究寻找乐趣，对于相关概念往往重彼輕此，但物理概念却是全部物理课程的基础，若学生对核心概念的掌握不够扎实，在特定实验现象理解上就会产生偏差，在实验课程教学中，对核心概念的巩固依然不能轻视，这样可以帮助学生形成抽象知识概念.

3.3 建立知识框架

学生物理思维的形成不是一蹴而就的，物理知识也不是零散分立的，学生科学思维方法的内化主要是模型建构能力和科学推理能力，而这些最基本素养的形成就要求学生建立知识之间的联系，形成知识框架，从整体的角度来把握物理知识.

通过上述基于高中物理实验课程的核心素养水平及发展的现状测量和分析，可以认识到实验课程教学是培养学生核心素养的主要途径之一，而核心素养是学生顺利健康学习成长的重要支持，因此，基于核心素养的物理实验教学，是培养学生综合素质全面发展的重要途径.

参考文献：

[1]郭玉英. 物理学科能力及其表现研究[J]. 教育学报， 2016（4）： 57-63.

[2]蒋天林. 基于学生物理核心素养提升的教学实践[J]. 物理教师， 2017（1）： 7-15.

[3]曾雪琴. 基于核心素养的高中物理实验教学探究[J]. 读与写杂志， 2016（11）： 146-147.

[4]毕华林. 核心素养：基于理科课程的一个实证研究[J]. 课程.教材.教法， 2016（9）： 34-37.

[5]段金梅， 武建时. 物理教学心理学[M]. 北京： 北京师范大学出版社， 1988.

[6]闫金铎， 段金梅. 物理教学论[M]. 南京： 江苏教育出版社， 1991： 185.

[7]乔际平， 邢红军. 物理教育心理学[M]. 桂林： 广西教育出版社， 2002.

[8]郭玉英. 物理思维能力的因子分析模型及主因素研究[J]. 北京师范大学学报， 1988（4）： 107-111.

[9]风笑天. 社会调查中的问卷设计[M]. 北京： 中国人民大学出版社， 2014.

[10]刘波. 新课标下高中物理探究性实验教学的研究[D]. 武汉： 华中师范大学， 2005.endprint