高考物理试卷能力层次分析*——以2019年高考5套物理试卷为例

李冰弦 宋善炎

(湖南师范大学物理与电子科学学院 湖南 长沙 410081)

1 问题提出

在我国，高考承担了人才筛选和阶层流动的功能，它体现了社会对一个人素质和能力的要求.因此物理高考直接指导着中学物理教学，对教学方法、教学资源的选择等都有着明显的导向作用.

目前高考对于能力要求的研究主要集中在试卷对能力类型的要求上，但对试卷的能力层次要求却鲜有关注.从恢复高考开始，我们对培养学生的要求从知识立意到能力立意，强调物理学科的育人功能.其中问题解决能力始终是学生能力中非常重要的一环，《普通高中物理课程标准》(2017年版)中也提出“更加强调提高学生综合运用知识解决实际问题的能力”[1].高考作为重要的评价和分流方式，要基于物理学科核心素养的视角，对学生问题解决能力进行考察.

SOLO分类理论最初用于判断学生回答问题时所处的思维层次[2]，后来一些研究者发现考试的每道题目都可以对应特定的SOLO层次，从而将不同的考试试题分成由低到高4个思维层次——单一结构水平、多元结构水平、关联结构水平和扩展的抽象水平，分别用符号U,M,R,E表示[3].高考充当着课堂教学指挥棒的角色，因此一些研究者开始利用SOLO理论分析高考的思维层次分布情况.

而学生解决问题能力的不同水平层次可用SOLO理论的4个思维层次来反映.因此,本文通过SOLO理论，判断高考试卷中的每道题对学生问题解决能力层次的要求，了解高考要求学生达到的能力层次的分布特点，以期对优化试卷能力结构和教师教学提供参考.

2 分析框架

随着全国高考改革试点的推进，上海、浙江从2017年起开始实行新高考政策.从2020年开始，其他地区也会陆续进入新高考的大门.那么在2017年颁布的新课程标准背景下，2019年的高考物理试卷能力层次要求如何，各地区又如何在以后的命题和教学中向新高考的要求靠拢呢？

笔者选择了2019年高考新课标Ⅰ卷、新课标Ⅱ卷、新课标Ⅲ卷、北京卷和江苏卷共5套物理试卷作为研究对象，其中新课标Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ卷是教育部考试中心组织命制的适用于全国大部分省区的高考试卷，具有较好的代表性；北京作为2017年的改革试点，命题始终走在前端；江苏省从2008年起，就实行“3+学业水平测试+综合素质评价”高考方案，与我们改革的大方向较为一致，具有研究的意义.

SOLO理论中的思维层次越高，相应的问题解决能力也就越强.考虑到目前课程标准对学生的要求，并参考其中对问题解决能力的描述，笔者总结出了物理试题的4个能力层次所对应的能力要求与高考题实例，以此说明各层次划分的方法和依据.如表1所示.

表1 SOLO理论下的高考物理试题能力层次划分

基于表1，可分析出高考物理试题能力层次的分布情况.

3 2019年高考物理试卷能力层次划分

下面对2019年高考新课标Ⅰ卷、新课标Ⅱ卷、新课标Ⅲ卷、江苏卷以及北京卷进行能力层次的划定与归类，从而分析每套试卷的能力层次分布特点.

高考的知识板块包括力学、热学、电磁学、光学和原子物理学，分别用力、热、电磁、光、原表示.题目中包含两个知识模块的，如带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的题型，按电磁学与力学各占一半分值来进行统计.

为保证能力层次划分的可信度，笔者邀请了5位一线教师与6位硕士研究生对这5套试卷进行能力层次的划分，再经过交流讨论，得出了5套试卷中每道试题的等级划分情况，以新课标Ⅱ卷为例,如表2所示.

表2 2019年高考新课标Ⅱ卷知识板块和能力等级划定情况

从而总结出每套试卷分题型和分模块能力层次分布情况.

3.1 新课标Ⅰ卷能力层次分布情况

表3为2019年高考新课标Ⅰ卷分题型和分模块能力层次分布情况.

表3 2019年高考新课标Ⅰ卷分题型和分模块能力层次分布情况

新课标Ⅰ卷的选做题都为M层次，因此选修的15分都归为M层次.从知识模块来看，力学、电磁学和原子物理学占比逐渐减少；从能力层次分布来看，力学各层次都有分布，电磁学集中在R层次，原子物理学只有一道U层次的选择题，只对单个知识点的理解有要求.选修集中在M层次.最后一道计算题是E层次，对学生剖析模型、数学计算的要求较高.总体来看高层次占据优势.

3.2 新课标Ⅱ卷能力层次分布情况

表4为2019年高考新课标Ⅱ卷分题型和分模块能力层次分布情况.

表4 2019年高考新课标Ⅱ卷分题型和分模块能力层次分布情况

由表2可得，选做题第(1)问为5分，33题与34题分别为M和R层次，按两模块各有50%的考生选择来算，记为M,R层次各2.5分.从知识模块来看，力学、电磁学和原子物理学占比逐渐减少.从能力层次分布来看，力学题E层次占比最多，而电磁学M层次有优势，原子物理学只有一道U层次的选择题.总体来看对于知识点和综合运用的考察较为均衡.

3.3 新课标Ⅲ卷能力层次分布情况

表5为2019年高考新课标Ⅲ卷分题型和分模块能力层次分布情况.

表5 2019年高考新课标Ⅲ卷分题型和分模块能力层次分布情况

从知识模块来看，力学占比最多，没有原子物理的内容.

从能力层次分布来看，力学、电磁学在U，M，R3个层次都有分布，其中R层次在力学中最多，M层次在电磁学中较有优势.总体来看R，M，U层次的占比逐渐降低，R层次略超过总分的一半，高能力层次的题考察较多.

3.4 江苏卷能力层次分布情况

表6为2019年高考江苏卷分题型和分模块能力层次分布情况.

表6 2019年高考江苏卷分题型和分模块能力层次分布情况

从知识模块来看，电磁学部分占比最多，力学紧随其后.

从能力层次分布来看，力学和电磁学都是M层次较多，考察多个知识点的掌握，选修部分都为M层次.总体来看主要集中在M层次.

3.5 北京卷能力层次分布情况

北京与全国卷和江苏卷不同的是，热学、光学、原子物理学也作为必修在试题中考察.

表7为2019年高考北京卷分题型和分模块能力等级划定情况.

表7 2019年高考北京卷分题型和分模块能力等级划定情况

从知识模块来看，力学部分最有优势.

从能力层次分布来看，力学、电磁学部分M层次分数占比较多.热学、光学和原子物理学部分以单选题的形式出现，且都处于M层次，只要求考生掌握基础知识点.总体来看北京卷主要集中在M层次，占比达到70.00%，总体能力要求不高，但出现了E层次的题目.

3.6 能力层次分布横向比较分析

本文横向比较了5套试卷的能力层次分布情况，从而了解不同地区试卷的特征和异同点.

2019年高考新课标Ⅰ卷、Ⅱ卷总体分布较为均衡，其中M，R层次较为突出，而Ⅰ卷的R层次占比较多，重视综合运用的题型，Ⅱ卷的M层次更有优势，注重知识点的覆盖.新课标Ⅲ卷中R，M，U层次逐渐减少，R层次占比在5套试卷中最高.相比新课标Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ卷，江苏卷和北京卷的M层次占比都非常突出，且北京卷高于江苏卷，其中北京卷力学、热学、电学、光学、原子物理学5部分内容都为必考，因此在知识点广度上尤为突出.R层次占比为北京卷低于江苏卷，且都明显比新课标卷要少.除新课标Ⅲ卷外，都有一道E层次的计算题，有效地拉高了总体能力层次.

图1 2019年能力层次分布情况横向对比

以U,M,R和E层次分别对应着水平1,2,3,4，根据公式(A,B,C,D分别为处于U,M,R,E能力层次的试题占总分的百分比)，可计算出试卷的总体能力要求为：新课标Ⅰ卷>新课标Ⅱ卷>北京卷>新课标Ⅲ卷>江苏卷.

4 命题与教学建议

基于以上研究，笔者从命题与教学两方面，对一线教师提出以下建议.

4.1 命题建议

(1)合理设置M层次占比，保证试题的全面性

高考试题所涉及的知识内容应该是具有代表性的概念、规律、思想和方法，因此通过M层次来增大知识点考察面是很好的选择.总体来看新课标Ⅰ卷的M层次相对较少，试题对物理思维与计算能力要求很高，但试题的新颖性和情境性不突出，对提升学生问题解决能力的作用有限，可考虑地方差异适当增加M层次，设计涵盖多知识点的现实问题情境，与前沿科技、生活时事结合紧密.同时，多知识模块融合的题型也是探索的方向.

(2)巧妙安排R层次比例，加强试题的综合性

R层次强调多个知识点的综合应用，可同时满足考察知识点的广度和深度两个要求.通过R层次的计算题，可以看到学生呈现的解答过程，从而评价学生分析和解决问题的能力.北京卷的R层次处于较低水平，对力学、电磁学内容挖掘得不深，虽然部分试题注重创新和情景设置，但综合性问题不够多，不利于培养问题解决能力导向的形成.在保证全面考察的基础上可适当增加R层次，提高对数学能力的考察，在试题深度上下功夫.

(3)探索设计E层次题型，注重试题的开放性和创新性

E层次试题可通过新颖的试题场景考察学生联系、迁移从而解决问题的完整思维过程，更好地评价学生高层次的物理核心素养.这3套试卷都应该结合地区差异，每年保证一定的E层次试题的存在，可起到人才选拔和教学引领作用.因此,探索设计E层次的题型非常有必要，可要求学生通过实验题中的开放性问题进行新的实验设计；在计算题中进行新的物理模型的建构；或通过数学工具由特殊情况抽象出更一般的结论.整体来看，U层次注重基础性、M层次注重全面性、R层次注重综合性、E层次注重开放性和创新性，命题时需注重各层次分布的合理性，保证正常的梯度进阶.

4.2 教学建议

(1)在现实问题情景中保证物理概念和规律的掌握

新课程标准要求注重课程的基础性和选择性，即要有适当的M层次，保证知识点的覆盖力度.同时新课程背景下的M层次要求教师创设现实的问题情景，让学生切实感觉到知识学习也可以有声音、有画面.这要求教师能充分熟悉教材，善于观察生活，能在教学中为学生提供合适的支架，从而带领学生解决实际问题.

(2)在提升知识广度的基础上强调知识点的综合运用

R层次将知识点挖掘较深，教师需在M层次的基础上进行R层次的教学.教师可合理设置教学梯度，从单个到多个知识点教学，在原有知识点综合运用的基础上再进行深化拓展、迁移创新.从而锻炼科学思维，进行问题解决.新课程背景下的R层次教学要兼具综合性和应用性，因此，教学情境要具有问题性、真实性、探究性，此类的真实生活情景并不是随处可得，可结合STSE等跨学科项目进行学习，精准对焦现实问题，切实提高解决能力.

(3)在提高问题解决能力的过程中促进高层次物理学科核心素养的达成

E层次的题型包括开放性的实验题，要求物理建模的计算题等，具有创新性、拓展性、开放性等特点，能最大程度地展现学生问题解决能力的水平层次.现实情景的问题常常是复杂的、开放的，学习者不可能将已有的知识结构简单提取出来解答实际问题，而只能根据实际情况，以原有的经验知识为基础，建构用于指导问题的图式[4]，从而抽象出新的符合情景的物理模型.因此，在处理过程中可以最大限度地锻炼学生的创新和实践能力.

为了帮助学生达到E层次水平，要使学生亲身经历物理模型建构的过程，从而拥有独立建模的能力.因此,教学的任务情境要与日常生活、科技前沿等紧密联系，并积极创建真实的、复杂的问题情景，在解决问题的过程中，物理学科核心素养所提到的物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任都可以最大程度地体现，教师可以评价学生的表现，从而查漏补缺，促进学生高层次物理学科核心素养的达成.