近10年中學生物理競賽研究的量化分析與啟示

邵雪艷 陸建隆

(南京師范大學教師教育學院,江蘇 南京 210046)

1 中學生物理競賽及其重要性

全國中學生物理競賽(對外可稱中國物理奧林匹克,Chinese Physics Olympiad,縮寫為CPHO),是各省(市、自治區)中學生自愿參加的群眾性的課外學科競賽活動,主要面向高中階段的中學生.這項活動由中國科學技術協會主管,中國物理學會主辦,并得到國家教育部的批準.競賽的目的是激發學生學習物理的興趣和主動性,促使他們改進學習方法,增強學習能力,提高物理思維品質;幫助學校開展多樣化的物理課外活動;發現具有突出才能潛質的青少年,以便更好地對他們進行培養.[1]全國中學生物理競賽分預賽(理論)、復賽、決賽(理論以及實驗),經過層層選拔,決賽一等獎的選手將進入集訓隊,經過培訓最終再選拔出參加國際奧林匹克物理競賽的中國選手.自1984年北京承辦第一屆比賽至今,已經連續舉辦了34屆,參加物理競賽的學生從最早的每年幾萬人,發展到了如今的每年幾十萬人,可以說,全國中學生物理競賽已經得到了廣泛的開展,成為國內最受關注、規模最大的物理賽事.

近年來國家教委一再強調要“減輕中小學生的負擔”,然而“減負”絕不意味著降低對學生的要求,反之,當今社會對人才質量的要求只會越來越高．“減負”絕不能減輕對學生能力、思維品質、創新精神等的培養,且只有致力于培養“英才”,使學生潛能得到充分發揮,學校才能提高教學效率,在減負的同時高質量地進行人才培養．在建設高品質高中以及“英才教育”的背景下,中學生物理競賽的指導思想與培養創新人才的理念不謀而合.《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010—2020年)》中就指出:“中國未來發展、中華民族偉大復興,關鍵靠人才,基礎在教育”.也明確提出要探索高中階段拔尖學生的培養模式.[2]因此,在“創一流教育,培養一流人才”的道路上,積極地開展對物理競賽的研究是重要且必要的,研究中學生物理競賽,從淺層次來講,可以幫助師生全面了解競賽,提高競賽教學的質量,提高學生在競賽中所取得的成績.更重要的是,競賽研究從科學的角度探索創新人才的培養與選拔,有利于提高英才教育的質量,乃至使整個高中物理教學走向高品質、精品化.

2 中學生物理競賽研究的量化分析設計

2.1 研究目標與樣本選擇

研究目標是首先在對物理競賽研究的一些維度的定量化結果基礎上,盡可能客觀展現出當前研究的整體表層現狀,進而通過對一些典型個案的深入分析,探索其中反映的本質問題,反思現狀,展望未來,最終對如何進一步提高中學生物理競賽研究水平、優化競賽教學、實施高質量的“英才教育”提出一些針對性建議.

為了盡可能有代表性地、真實地了解研究現狀,筆者選擇了《物理教師》、《物理教學》兩本期刊作為本文的樣本來源,這兩本期刊在中學物理教育期刊中較權威,閱讀熱度很高.在二次文獻中國人民大學書報資料中心復印報刊資料《中學物理教與學》中,轉載自這兩本刊物的文章數目多年來始終排名前列,其轉載文章只看文章質量,足見《物理教師》與《物理教學》中選登文章的質量之高.這兩本期刊中也都有關于競賽研究的專欄,以奧賽為主,具有一定的代表性.筆者將樣本年份選在2008年—2017年間,是由于近10年間,高中進入新課改后,關于高中物理課程、教學以及學生培養等的研究十分豐富多樣,成果頗豐,而對于中學生物理競賽的研究相對而言就較為薄弱,對這10年的研究再進行分析研究,從而反思現狀,對于提高競賽研究水平和競賽教學質量、培養拔尖創新人才、以及提高教師專業化發展水平等具有非常重要的現實意義.

以中國知網為平臺,筆者通過期刊導航獲取了近10年《物理教師》、《物理教學》的電子資源,首先從目錄標題出發,其次大致瀏覽文章的摘要、關鍵詞,在這兩本期刊中篩選出共263篇物理競賽研究類的文章,其中絕大部分都是對奧賽進行研究,只有11篇是關于初中生物理競賽或IYPT等其他競賽的,數目偏少,為了使所得的結論更具有針對性,故刪去這11篇文章,對其余252篇針對奧賽研究的文章進行分析.其中,選自《物理教師》的文章共169篇,選自《物理教學》的文章共83篇,這252篇文獻就是本文的研究樣本.

2.2 研究內容的維度與研究方法

關于中學生物理競賽的研究并無統一的標準,為了看到研究的各方面整體情況,除對文章本身內容的統計分析之外,筆者還增加了一些維度.在分類上對文章主要從時間、屬地、來源單位、內容、方法這幾個維度展開分析研究,時間上統計、分析每個年份文獻數量的變化,地域上反映作者所屬地區的情況,來源上反映研究單位情況,然后著重對主要的研究內容和研究方法進行二維的統計分析,反映作者采取何種研究方法對什么內容進行了研究.

在研究內容維度上,通過簡單了解文章內容,將研究內容具體分為以下幾類.第一類:題目解法研究,主要對競賽題目的解法、思路、步驟進行研究;第二類:題目風格研究,主要從命題風格以及題目涉及的知識點、領域等進行賞析研究;第三類:競賽教學研究,主要從如何進行教學、如何培養競賽生的角度進行研究．在研究方法維度上,不作細分,僅分為定性研究法與定量研究法,如個案研究法、經驗總結法、行動研究法等為定性研究法;而問卷調查法、測量法、內容分析法等為定量研究法．

本文的研究方法采用定量與定性相結合,通過對數據進行統計,深入分析得出相關結論.

3 近10年中學生物理競賽研究的量化結果及分析

3.1 競賽研究的論文數量隨年份的變化:研究熱度較為平穩

圖1所示為近10年來所選取的樣本文章數量隨著年份的變化情況.

圖1 物理競賽研究的論文數量隨年份變化情況

從圖1看出,每年的競賽研究類論文的數量是比較穩定的,從趨勢線看并無大升或者大降的趨勢.2015年教育部頒布了《關于做好2016年高校部分特殊類型招生工作的通知》,提出競賽中除了進入集訓隊的學生可以獲得保送外,其他獲獎都取消加分.筆者之前也認為物理競賽獲獎的優惠政策的削弱可能會導致對競賽研究文章的銳減,但是從統計結果來看,數量偶有波動但是整體較為穩定.可見政策雖時有變動,但是競賽仍是許多高校自主招生的重要門檻,無論是招生還是教學上對學生能力的重視都有增無減,除去一些附加的功利目的,競賽本身對于知識的掌握、能力的培養都是有利無害的,師生對于競賽的重要性還是認可的,對于競賽研究也已形成了一個相對穩定的群體.那么這個研究熱度是否算高呢?為了對比,筆者對這兩本雜志中對高考研究的文章也進行了數量的統計,圖2所示即為近10年來兩本雜志中高考研究類文章數量隨著年份的變化情況.

圖2 高考研究類論文數量隨年份變化情況

由上圖可以看到,幾乎每一個年份高考研究類文章的數量都在競賽研究類文章的3至4倍,且從圖2的趨勢線我們可以清晰地看到高考研究類文章是呈明顯的上升趨勢的.對于高考的研究其實已經相當廣泛、成熟,但是上升的趨勢還是非常明顯,而對于競賽的研究起步較晚,尚在摸索中,數量上較少或許還情有可原,但作為一個理應正在發展的研究領域,研究的平穩其實反映出了研究發展的低迷,沒有得到更多研究者的關注.

3.2 論文作者屬地統計:研究實力分布不均,地區差距顯著

論文的第一作者所屬地域的統計結果如圖3所示.

圖3 文獻第一作者地域分布情況

經過統計,在涉及到的23個省份/直轄市中,可以看到排名前5位的依次是: (1) 江蘇(占26.98%)、(2) 浙江(占26.19%)、(3) 遼寧(占7.14%)、(4) 安徽(占5.16%)、(5) 湖北(占3.57%),剩下的江西、河南、貴州等17個省份共78篇,約占了30.95%.還有一些省份甚至“榜上無名”,并沒有相關研究文章刊登在這兩本雜志上.

相對于參加國際奧賽選手屬地的不確定性,從文章數量上看,江浙兩地的競賽研究熱度是排在最前列的.可見江、浙的研究者們對于物理競賽價值的認可以及對物理競賽的重視程度相當高.關于競賽研究的區域不平衡現象其實與該省份的競賽成績、學生的競賽水平并無太大的關系,許多坊間所傳的“競賽強省”排名也并非十分靠前,但這確實很大程度上反映了該省份對于物理競賽、甚至是高考物理學科的重視程度,也一定程度上體現了教師的專業化水平,如競賽教學水平和科研能力.

3.3 論文作者所在單位統計:研究主體為中學教師,缺乏合作研究

筆者將所有文章作者的來源單位分為以下4種:中學、高校、教研所以及合作單位.前3種表明只有單一作者或者多個作者都來自于同種單位,合作單位則表明有多個作者且來自于不同單位,比如中學教師和高校師生的合作、高校師生與教研所教研員的合作等.例如羅新勇、許新勝的《非完整簡諧運動周期的一種簡單求法》[3]就是由分別來自于高校與中學的作者合作而成的.統計結果記錄如圖4.

圖4 文獻作者所在單位分布情況

可以清晰地看到競賽研究的文章作者單位來源較單一,研究主體是中學教師(約占總數的84.52%),之后依次是來自于高校單位、合作單位以及教研所,來自高校、教研所以及合作單位的文獻數量與來自中學的相比就稱得上“小巫見大巫”,微乎其微了.

當前在競賽教學中,中學與高校的聯系與合作是十分緊密的,競賽生在中學由物理教師在競賽課上對他們進行輔導,在假期則組成校隊前往高校由教授對他們進行更深入的集訓.中學教師是接觸競賽生的一線工作者,日常輔導經驗最為豐富;而高校教授的學科專業背景強大,且對競賽命題經驗頗豐,對于競賽研究可以起到引領的作用.而上文的競賽研究作者統計結果反映出競賽研究的主體卻只是中學教師,來自于其他單位或者合作單位的研究者非常少,可見競賽的合作研究尚未發展起來,更沒有跟上競賽的合作教學的腳步.

3.4 研究內容與研究方法的統計分析:研究內容傾向明顯,研究方法單一

筆者通讀這些文章,以文章的摘要、關鍵詞等為主要參考,根據前文的分類標準,將研究內容與研究方法兩個方面合并統計于表1中.如A-1代表通過定性研究的方法對競賽題目的解法進行研究,其他則類似.

從表1數據可以看出,研究方法上定性研究法處于主導地位,比如針對具體題目的“案例研究法”、由自己的教學經驗得來的“經驗總結法”等,且研究方法上并不十分規范,競賽研究也屬于教育研究的一部分,教育是一門經驗科學,更是一門實證科學,定性與定量的研究都不可或缺,而統計結果中看出研究者幾乎僅采用定性研究的一類研究方法,單一的研究方法反映了研究不夠規范、缺乏科學性.研究內容上,針對競賽題目解法的研究則是熱點,包括了對于題目的步驟分析或是對于題目的創新解法、錯題勘誤、變式拓展等,共229篇,占了總數的90%,對競賽進行題目風格的賞析、命題方向的研究只有14篇,而對于競賽教學上的研究只有9篇.

表1 研究內容與研究方法的二維統計

物理競賽題大多集新、難、繁于一身,確實具有很高的研究價值,故競賽題也成了廣大教師樂于去研究的對象.教師對于研究角度更青睞于微觀視角,偏向于研究單道或幾道競賽題,大多從解答的具體步驟或者解答時使用的方法入手研究,旨在研究得精細且深入.這樣的研究角度指向微觀且單一,致力于解決具體的問題,問題導向性突出,如果再從這些研究的題目中涉及到的解法、技巧、特點等出發再進行粗略的統計,還可以得到更多具有啟發性的信息:題目的情境來自于學科專業知識的占得最多,也就是說常規題仍是研究中的重點;也有相當一部分來自于科學技術和社會生活,近年來競賽對于現代前沿科技以及物理對社會生活的影響、作用也較為關注,這類題也就逐漸成為競賽研究的熱點題目;對題目的“一題多解”的解法研究出現的頻次是最高的,這體現出了不管是競賽命題還是教學也好,都十分重視學生的發散性、創造性思維;在具體思維方法上除基本的“歸納與演繹法”、“分析與綜合法”等,“圖像法”、“微元法”、“模型法”等在研究中出現的頻次也較高,體現了對學生應用數學知識解決物理問題的能力以及建模能力的重視……這些研究熱點都傳達著競賽與教學中所重視的學生思維品質以及能力.

筆者在閱讀文章的時候還發現一個現象,文章中選用的題目或試卷的樣本全都選自本國的物理競賽理論試題或競賽教學中的練習題,有對于實驗題或國外競賽題的研究.另外,將競賽與高考、高中教學結合起來進行比較研究的也很少.統計發現,在252篇文章中,只有12篇中的題目選自國外競賽,5篇選自實驗題目;研究運用了比較融合研究的文章只有9篇,比如章慧雄、陸暉的《從競賽題到2013年高考題的分析與教學反思》,[4]是將一道競賽題與高考題進行了比較研究.而對于競賽教學中評價的研究,更是只有唯一一篇:魯志祥的《多元智力視野下的中學物理競賽實驗教學與評價》.[5]

物理奧賽的資源是相當豐富的,可研究的角度多、范圍大,可適用的研究方法也很多樣化.但從統計結果來看,研究者們對于研究對象、研究范圍、研究方法的選取相當受限制,選擇的都是自己較常接觸到的題目,比如物理競賽預賽、復賽中的理論試題,也幾乎只進行與題解相關的研究,反映了教師科研水平不足以及研究時視野不夠開闊、目光不夠長遠.

4 進一步提高物理競賽研究水平與英才教育質量的建議

在量化統計分析的基礎上,筆者發現近10年間對高中物理競賽的研究表現出許多鮮明的特點,也反映出一些不足需要改進,比如研究手段上要加強合作研究,擴大影響力;研究方法上注意多樣化以及科學化等.深化分析具體的研究內容,其中則反映出許多重要缺失,針對進一步提高物理競賽研究水平,落實好資優生的競賽教學工作并提升物理英才教育的質量,提出以下建議:

4.1 加強競賽教育模式的研究,提高競賽教學的系統性、結構性與層次性

對于競賽教育的研究既需要指向實際問題解決的微觀應用,更需要高屋建瓴,探索指向宏觀、持續性的教育模式的研究.物理競賽活動需要與高中物理教學接軌,又要適應小部分拔尖學生乃至于與大學物理教育接軌,該模式應依托于傳統物理教育模式,更要區別于傳統物理教育模式,這在具體操作上對于學校、教師都是不小的挑戰,故中學非常需要具有指導意義的競賽教育模式.然而因為競賽所面向的學生較少,競賽教學與學校的主要工作聯系并不緊密,目前許多學校并沒有相關的完整、長期的工作計劃,更談不上成熟的競賽教育模式．已有研究中較多的“就題論題”或表面的泛泛而談對廣大中學的意義都不大,成熟的競賽教育模式,在組織、編排與管理上都應將各種關聯因素考慮在內,注重系統性、結構性與層次性．故研究競賽教育模式,應在充分了解競賽的意義與價值以及相關學科知識、教育學、心理學理論等的基礎上,加強對競賽教育從最初的選拔啟蒙一直到進入國際賽場的連續性、長期性的模式研究.

4.2 加強物理競賽校本課程建設的研究,重視與高中物理教學內在的銜接

競賽研究中最直接的實踐支撐、最顯化的成果展現就是校本課程的開發與建設.一門優質的物理競賽類校本課程體現了研究的價值,現如今不乏有一些重點高中正探索著開設較為成熟的物理競賽類校本課程,但是大部分學校在物理競賽輔導時還是采用“題海戰術”,試圖通過大量的講解練習短期內提高學生的競賽水準,這種“習題課”甚至談不上“校本課程”,它離學生原先的認知太遠,缺乏與高中物理教學的契合點．環境模式是開發校本課程的常見模式,其代表人物為斯基爾貝克.該模式由5個部分組成:環境分析;目標制定;計劃制定;實施;評價、反饋與改進.[6]一個優質校本課程的建設要遵循結構化的模式,并且要時刻重視與高中物理教學內在的銜接.鑒于此,研究、建設一門物理競賽類校本課程要特別關注以下幾點.

(1) 明確物理競賽校本課程基本價值取向:培養學生的物理核心素養.也即明確“為什么而教”,對物理競賽類校本課程而言,不同的課程環境如不同學校層次等對具體課程開發有著很大的影響.但是可以肯定的是,物理競賽類校本課程在基本價值取向上是一定的,應與高中物理教學保持一致,不應把“競賽獲獎”、“選拔成功”作為最終目的,而是以培養、提高每一個學生的物理核心素養作為基本價值取向,成績的提高只是附加產物.

(2) 嚴格制定目標與計劃,靈活實施.即關注具體“怎么教”和“教什么”.制定目標與計劃時,首先要嚴格落實國家對于高中物理教學、校本課程教學的教育方針,依托于全國中學生物理競賽內容提要、大綱.但嚴格并不意味著死板,重視與高中物理教學內在的銜接也絕不是要在教學內容、難度上與高中物理完全對應,在符合大的方針政策前提下,在具體操作過程中更要靈活變通.“教什么”只是客觀事物的呈現,重要的是背后反映客觀事物的思維品質,只要最終指向有利于培養學生的物理思維品質,就能在靈活的課程實施中發揮課程最大的實效．不管是普通物理教學還是校本課程的競賽教學,都能使學生獲得連貫一致的培養,符合學生發展的需要．

(3) 鉆研課程案例,反思改進.即明確“教的效果”來評價、反饋與改進.物理競賽校本課程的開發絕非一蹴而就,需要對每一節課進行記錄、總結、反思.對于教師自身而言也應像日常教學研究一樣進行物理競賽校本課程的研究,且課程的建設與研究應該是同步進行的.教師應利用自己直接接觸普通物理教學和競賽教學的優勢,將開發校本課程中所得的優秀研究成果以案例形式供更多的人欣賞學習,擴大影響力,同時也要關注其他教師的優秀案例.比如邱剛的《巧用錯題 激發興趣 培養能力——對一道科學性錯誤試題教學價值的探討》中對一道錯題進行分析拓展時就利用“問題連續體”理論,對競賽輔導課進行了一次創新實踐,并以課堂實錄形式發表,這樣的研究成果就體現出了實踐價值.[7]

4.3 加強競賽內容的選擇研究,重視競賽教學的基礎性與挑戰性

中學生物理競賽資源極為豐富,如何在浩如煙海的內容中進行選擇,如何選擇最為重要的、最能體現英才教育水準的內容,也是研究中缺失但極為必要的一環.全國中學生物理競賽本身的特點十分鮮明,它面向全體高中生,以高中物理課程為基礎,具有一定的基礎性,但是它又有選拔人才的作用,顯示出高水平、高難度與挑戰性．所以,在競賽內容的選擇研究時,要聯系競賽的特點,兼顧競賽教學的基礎性與選拔性．研究的角度可以相當多樣,可以根據官方的內容提要以及大綱選擇最為基礎的內容;可以從命題的風格、趨勢選擇熱點內容;可以為拓寬視野,增強靈活性選擇新穎、不同風格的內容;可以從所輔導的學生出發選擇最能提高某項能力的針對性內容等……重要的是研究要適應競賽教學的特征:立足于學生最基礎的物理能力、思維、素養等,但致力于使學生的各方面都達到卓越的水平．

4.4 加強競賽的實驗教學研究,切實提高學生的實踐創新能力

競賽的實驗教學研究的重要性體現在兩點,一是大部分競賽生甚至教師目光不夠長遠,前期的教學僅以進入復賽為目標.有的學生因未得到充分的實驗教學,能力沒有完全發揮出來,可能就遺憾止步于復賽;二是目前在整個高中物理教學階段,實驗都沒有受到應有的重視.所以,加強實驗教學研究不僅能使學生的競賽之路更長遠、更平坦、填補英才教育中必不可少的空缺,也能對普通物理實驗教學起到補充與引領的作用,切切實實地提高學生的實踐創新能力.研究物理實驗教學一定要有意識地注重其開放性與探索性,將目光放遠于培養一名真正的科學家,對它的研究應當要平穩扎根基礎,放眼實踐創新卓越.從基本儀器的使用到實驗素養的培養,從基礎實驗操作到綜合運用知識解決實驗問題的能力培養,從實驗技能的提升到探索創新精神的培養.

4.5 加強對競賽學生特質的研究,重視競賽教學的個性化

對于競賽教育的研究不僅要包括對教學的研究,還要包括對育人的研究.每個參與物理競賽的學生個性鮮明、能力突出,主動性也較強,對于這樣的學生,教師如果還是采取對一般中學生的教育教學方式,那么可能在傳授知識方面并不困難,但在培養能力,尤其是特殊能力方面就收效甚微了,學生可能也不會買賬.對于這樣的學生,分層教學、個性化教學就顯得尤為必要,這里的分層教學并非指按參與競賽的學生成績高低之分,而是指要針對學生的特質,如不同的性格特征、知識基礎、接受能力、學習風格、教育背景等設定多層次多樣化的教學目標與方法,盡可能地進行個性化地教學.比如對不同的學生提個性化問題、布置個性化任務、進行個性化評價等,以達到令學生主動并全面發展的素質教育目的.這就需要教師與學生多互動,在課堂內外都要加強交流討論,師生相互尊重、相互悅納,共同探索、共同進步．只有這樣師生之間才能充分了解,教師才能做到針對每一個人的揚長補短.如研究對思維敏捷但基礎不扎實的學生要如何加強其知識框架構建,對實驗操作不擅長的學生要如何加強相關訓練,對心理素質較弱的學生如何進行心理輔導等.