物理思維能力表現標準的開發研究

王煥霞

(1. 曲阜師范大學教師教育學院,山東 曲阜 273165; 2. 中國教育大數據研究院,山東 曲阜 273165)

·教育理論研究·

物理思維能力表現標準的開發研究

王煥霞1,2

(1. 曲阜師范大學教師教育學院,山東 曲阜 273165; 2. 中國教育大數據研究院,山東 曲阜 273165)

物理學科能力表現標準的研究可有效指導一線教師的課堂教學與評價,并為大規模學業評價提供參考．思維能力的培養在物理學習和教學中處于重要地位,開發物理思維能力表現標準具有重要意義．本文結合物理思維能力的基本要素和分類,分別對知識再現和辨認能力、知識運用能力、建立數學模型解決物理問題能力、理解能力、選擇解決問題最佳方案能力開發了相應的能力表現標準．而物理思維能力表現標準包括“表現描述”、“表現水平”與“作業實例及評注”．

中學物理;學科能力;思維能力;表現標準

1 問題的提出

新一輪基礎教育課程改革積極推進素質教育,重視培養學生的綜合素質和能力發展．而物理課程著眼于提高21世紀公民的科學素養,構建了“知識與技能”、“過程與方法”、“情感態度與價值觀”3個維度的物理課程與教學目標體系．與新課程在教學目標上突出學科能力培養相吻合,廣大一線中學物理教師在教學中積極探索培養學生的物理學科能力．而物理學科能力表現標準作為評價中學生物理學科能力發展程度的依據,為全面實現物理課程與教學目標提供了保障．思維能力的培養在物理學習和教學中處于重要地位,開發物理思維能力表現標準具有重要的理論意義和實踐價值．

2 物理思維能力表現標準概念內涵

由美國國家教育和經濟中心、匹茲堡大學合作研制的《英語、數學、科學、應用學習能力表現標準》在美國基礎教育課程改革中發揮了引領作用．其能力表現標準包括能力表現說明、作業實例和對作業實例的評注．“能力表現說明”闡釋學生在中學階段的學習中應該掌握什么;應如何顯示他們學得的知識和技能．“作業實例”展示出設定的能力表現標準和與之相關的標準內容．“評注”解釋闡明“能力表現說明”是如何在這個作業實例中得以反映的,為什么根據一個或多個相關能力表現說明就可證明該作業是符合標準的．[1]

以美國開發的能力表現標準為基礎,國內外的相關研究者對學科能力表現標準開展了較為深入的研究．學科能力表現標準明確指出學生在某一階段應達到的學習表現,它以清晰的文本形式呈現出來,給一線教師的教學評價帶來便利,同時也為基礎教育質量監測工程提供基石．

學科能力表現標準主要包括“表現描述”、“表現水平”與“作業實例及評注”等．“表現描述”是指根據課程標準的總目標出發逐步分解的層級體系,最低一級為表現指標,描述學生學習的表現行為,要具備可觀察和可測量的特征;“表現水平”一般劃分為若干等級,如優秀、比較優秀、一般(或表現優異、合格、有待提高)等;“作業實例及評注”是指選取適合的學生作業樣例并對其加以評注,作業樣例應來自真實的教學場景,作業樣例應盡可能豐富以使其反應各個表現水平,評注指的是根據表現標準水平來描述說明該作品達到了哪一級水平．[1]

物理學科能力表現標準是指,學生經過物理學習之后應達成的物理學科能力、關鍵技能的目標規定,是衡量學生物理學習結果的準則,一般包括“表現描述”、“表現水平”與“作業實例及評注”等．[2]而物理思維就是將物理觀察和物理實驗所得到的感性認識上升為理性認識,并從已有的理性認識獲得新的理性認識的過程．物理學的概念、規律、理論體系體現了科學思維的嚴密性、精確性和邏輯性．中學生通過物理學習,不但能形成嚴密的邏輯思維習慣,掌握物理思維的特點和科學的思維方法,而且能改善思維的品質,思維能力會得到極大提高．

物理思維能力包括知識再現和辨認能力、知識運用能力、建立數學模型解決物理問題能力、理解能力、選擇解決問題的最佳方案的能力等．[3]與學科能力表現標準的內涵相對應,本研究開發的物理思維能力表現標準包括“表現描述”、“表現水平”與“作業實例及評注”．

3 物理思維能力表現標準的開發

結合物理思維能力的基本要素和分類,本研究分別對知識再現和辨認能力、知識運用能力、建立數學模型解決物理問題能力、理解能力、選擇解決問題最佳方案能力開發了相應的能力表現標準．這里展示了物理思維能力表現標準的構成要素“表現描述”和“表現水平”．

3.1 知識再現和辨認能力的表現標準

表現描述:遇到問題時,能迅速辨認知識所屬類型,并且通過對原有知識的回憶,再現知識及相關內容．融會貫通中學物理的知識內容,根據題目信息,再現學生頭腦中已有的知識,將知識點統攝整理使之網絡化,從而有序地存儲在學生頭腦中．

表現水平:表現優異、合格、有待提高．具體見表1所示．

表1 知識再現和辨認能力表現標準

3.2 知識運用能力表現標準

表現描述:看懂題目,明白題目所要考察的物理規律、原理,通過分析與綜合、抽象與概括等,能夠靈活地運用所學知識,把物理規律、原理準確地運用到題目中,使物理問題得到解決．

表現水平:表現優異、合格、有待提高，具體見表2所示．

表2 知識運用能力表現標準

3.3 建立數學模型解決物理問題能力表現標準

表現描述:能將遇到的物理問題轉化為數學問題,利用數學工具,通過計算和推理(結合物理知識),解決物理問題．

表現水平:表現優異、合格、有待提高，具體見表3所示.

表3 建立數學模型解決物理問題能力表現標準

3.4 理解能力表現標準

表現描述:理解物理概念和物理規律的確切含義,理解規律的成立條件和適用范圍;能清楚地認識概念和規律的各種表達方式,并從不同的側面或不同的角度進行解釋和說明;能鑒別概念和規律的各種說法,理解相關知識的聯系與區別;能建立相關概念之間的關系網絡;善于將物理公式靈活地變形,并弄清含義;善于概括各種物理問題的類型,并能正確地做出判斷．

表現水平:表現優異、合格、有待提高，具體見表4所示．

表4 理解能力表現標準

3.5 選擇解決問題最佳方案能力表現標準

表現描述:對一個具體物理問題的解決包含多種可行性方案,通過分析和綜合、比較和論證,在眾多方案中選擇出一種或幾種最有利于實際操作或解決問題的方案．

表現水平:表現優異、合格、有待提高，具體見表5所示．

表5 選擇解決問題最佳方案能力表現標準

4 物理思維能力表現標準的案例研究

這里展示物理思維能力表現標準的構成要素“作業實例及評注”(學生的一份作業案例，見表6所示)．

4.1 作業要求

在空間某點以同樣的速率v在鉛直平面內沿各個不同的方向同時拋出幾個物體,證明這些物體在同一時刻總是散落在同一圓周上．

4.2 完成條件

課堂作業、獨立完成、有教師反饋、有時間限制、有修改機會．

4.3 對應標準

建立數學模型解決物理問題的能力:能將遇到的物理問題轉化為數學問題,利用數學工具,通過計算和推理(結合物理知識),解決物理問題．

4.4 學生作業

學生作業見表6.

表6 學生作業

4.5 教師評注

從作業可以看出,學生善于將物理問題轉化為數學模型,能融會貫通地利用數學知識解決物理問題．由運動規律列出方程組,通過數學消元法,得出一個圓的標準方程,從而證明了這些物體在同一時刻總是散落在同一圓周上．對照“表3建立數學模型解決物理問題能力表現標準”,可以判斷學生表現水平為“表現優異”．

上述展示了“建立數學模型解決物理問題能力表現標準”的構成要素和“作業實例及評注”．由于表現標準提供了學生作業樣本來顯示學生已經達到表現標準中的“表現水平”的等級,作業實例展示后,不僅教師可以方便地指導和檢測學生的學習結果,學生也可參照作業實例判斷自己達到何種程度水平．

需要說明的是,由于解決一道相對復雜的物理問題時可能需要學生綜合運用多種物理能力才能實現,例如一道試題既考查了物理思維能力又考查了物理實驗能力,我們以試題最核心考查的能力指標為準．

5 研究結論

物理學科能力表現標準可有效指導一線教師的課堂教學與評價,并為大規模學業評價提供參考．思維能力的培養在物理學習和教學中處于重要地位,開發物理思維能力表現標準具有重要意義．結合物理思維能力的基本要素和分類,分別對知識再現和辨認能力、知識運用能力、建立數學模型解決物理問題能力、理解能力、選擇解決問題最佳方案能力開發了相應的能力表現標準．物理思維能力表現標準包括“表現描述”、“表現水平”與“作業實例及評注”．本研究開發的物理思維能力表現標準具有現實的借鑒價值．

1 美國國家教育和經濟中心,匹茲堡大學.上海市教育科學研究院譯.美國高中學科能力表現標準[M].北京:人民教育出版社,2004:1-18.

2 王煥霞.物理學科能力表現標準開發研究[J].湖南中學物理,2015(6):1-3.

3 王煥霞.物理學科能力評價指標體系構建研究[J].湖南中學物理,2015(5):1-3.

本文系全國教育科學規劃教育部青年課題“教學與課程標準的一致性評價指標體系構建及實踐研究”(項目編號:EHA140392)的階段性研究成果．

2016-10-23)