高考改革后上海市和浙江省大一新生物理知識水平的比較研究

宋志懷 張 睿

(同濟大學物理科學與技術學院，上海 200093)

物理學是研究物質的結構、物質之間的相互作用及其運動規律的一門學科，作為自然科學的基礎，它與其他學科有著緊密的聯系，因而無論是在高等教育還是在基礎教育中，物理教學都起著重要作用。物理學中所涉及的概念、原理和解決問題的方法在培養學生科學素養、激發學生創新精神方面起著非常重要的作用。但是近年來，我國基礎物理教育課程發生了重大改革，2010年教育部決定全國全面實行中學新課標，新課標注重提高全體學生的科學素養、促進學生個性發展和自主學習。按照中學物理新課標的規定，中學物理課程的結構和內容發生了特別大的變化。新課標將課程結構模塊化，期望學生根據自己的愛好和專業取向來選擇不同的基礎模塊，以構建適合今后學業發展的基礎知識結構。在此基礎上2014年國務院印發了《關于深化考試招生制度改革的實施意見》[1]，特別是2017年上海市和浙江省率先實施高考改革試點，兩地區一方面對高中物理內容做了大幅度的調整和改革，中學物理學科要求大幅度降低，中學生的物理基礎也隨之下降，中學物理教學內容與大學物理教學內容嚴重脫節；另一方面新高考實行“3+3”考試科目設置, 語文、數學、外語為必考，另3門選考科目由考生在政治、歷史、地理、物理、化學、生物、技術中自主選擇，由于受到文理不再分科、高校選考科目要求低，尤其是賦分方式不夠合理等因素的影響[2]，出現了考生選考物理科目人數持續下降，很多沒有選考物理科目的考生物理基礎非常薄弱，這些考生一旦進入高校以后發現他們的物理水平明顯落后于其他省市的考生，在學習大學物理課程時，明顯感到學習有困難。因此在新高考背景下，分析中學物理的知識結構，進而把大學物理課程和中學物理課程有機地銜接起來成為大學物理老師和中學物理老師共同關注的問題[3]。

1 浙江省和上海市高考改革的特點

作為高考改革試點，浙江省和上海市的高考改革具體實施方案有所不同。浙江省的“3+3”考試科目總成績750分，3門必考科目語文、數學、外語各為150分，3門選考科目在政治、歷史、地理、物理、化學、生物、技術中選擇，各為100分。上海市的“3+3”考試科目總成績660分，3門必考科目語文、數學、外語各為150分，3門選考科目在政治、歷史、地理、物理、化學、生物中選擇，各為70分。選考科目得分不是通常的考試卷面得分，而是采用等級賦分方式，即將考生卷面實際分數按比例進行分級排序，然后按級次再轉換為百分制分數計入總分。比如浙江省選考物理科目的考生以高中物理學業水平考試合格成績為賦分前提，高中物理學業水平考試不合格不賦分，起點賦分40分，滿分100分，共分21個等級，相鄰等級分差為3分；而上海市選考物理的考生以高中物理學業水平合格考試成績為賦分前提，合格考試不合格不賦分，起點賦分40分，滿分70分，共分11個等級，相鄰等級分差為3分。按等級賦分這樣一種改革設計其初衷是為了使各選考科目的高考成績更為公平、具有可比性，但是近3年的實施效果是考生選考科目嚴重偏科，由于物理思維的獨特性使得許多中學生感到物理考試競爭激烈，難以在賦分制情況下獲得高分，從而很多學生選擇放棄選考物理科目。2017年上海市選考物理人數占總考生約38%，排名倒數第二，2018年上海市選考物理人數占總考生約30%，排名倒數第一。高考改革前的2016年浙江省選考物理人數占總考生約60%，名列第一，高考改革后的2017浙江省選考物理人數快速下降至只占總考生約27.5%，排名跌到倒數第二，2018年浙江省選考物理人數占總考生約24%，排名倒數第一，選考物理科目考生人數在不斷減少。為了解決這個問題，兩地及時地推出了物理選考科目的保障機制，浙江省把物理選考科目保障機制的基數確定為6.5萬人，而上海市把物理選考科目保障機制的基數確定為1.5萬人，當物理選考科目某次考試賦分人數少于這一基數時，即以此基數從高到低進行等級賦分。這一措施雖然緩解了選考物理考生人數的快速下滑趨勢，但是沒有從根本上解決問題，在各選考科目中，選考物理的考生人數占比依然排在倒數第一或第二。高考的改革削弱了中學物理教學，使得高中生在初等教育階段沒有形成初步的科學思維能力和科學精神[4]。

2 浙江省和上海市中學物理學科知識結構的特點與對比

浙江省和上海市的高考各自命題，他們使用的中學物理課程教材不同，中學物理的基本要求也不同，大學入學考試的內容要求也有較大差異。

2.1 浙江省中學物理學科知識結構的特點

浙江省考生使用的是人民教育出版社出版的高中物理的教材，全部考生在高中階段要求學習《物理必修1》、《物理必修2》的全部和《物理選修3-1》一部分內容，這些內容作為必考內容，共有58個物理知識點，包含了力學、電學和磁學的知識范圍(見表1)。

選考物理科目的考生在必考內容的基礎上還必須進一步學習《物理選修3-1》《物理選修3-2》《物理選修3-4》《物理選修3-5》的課程，這些課程作為選考內容，也有58個物理知識點，包含了動量守恒定律、電磁感應、振動和波動、光學和原子等主要內容，選考物理科目的考生共計要學習116個物理知識點，是沒有參加選考物理科目的學生所學物理內容的2倍。

由此可知，新課標課程結構的模塊化設計使得沒有參加選考物理科目的學生，他們僅學習了力學、電學和磁學3個模塊的內容，他們的知識結構有一定的深度，但缺乏廣度。即對于他們所學的力學、電學和磁學3部分內容基本上還能滿足大學物理課程要求。以電場內容為例，其知識點包含電荷及其守恒定律、庫侖定律、電場強度、電勢、電勢能和電容器等，那些不學的物理內容完全達不到大學物理課程要求，這些學生在進入大學物理課程學習以前，要完成動量守恒定律、電磁感應、振動和波動、熱學、光學和原子結構等內容的先修課程，才能夠適應大學物理的學習。對于選考物理科目的學生，浙江省物理選考內容刪除包含熱學內容的《物理選修3-3》課程，這些學生在進入大學物理課程學習以前，要完成熱學內容先修課程。

2.2 上海市中學物理學科知識結構的特點

上海市考生使用的是上海科學技術出版社出版的高中物理教材，全部考生在高中階段要求學習《物理》高中一、二年級共4個學期的4本教材，這些必考(也稱為合格考試)內容有69個物理知識點，而且其中有2個知識點的要求比高考改革之前提高了，另有8個知識點的要求被降低了，69個物理知識點包含了力學、電磁學、振動和波動、熱學、光學和原子等高中物理的主要內容，其中力學、電場和磁場內容要求見表1。

選考物理科目的考生在必考內容的基礎上還必須進一步學習華東師范大學出版社出版的《物理-拓展型課程》，選考(也稱為等級考試)內容有32個物理知識點，內容與必考內容類似，包含了力學、電磁學、振動和波動、光學和原子等，但是其知識點更多，評價要求也更高。選考物理科目的考生共計要學習101個物理知識點。

從數據上看，沒有參加選考物理科目的學生所學物理內容占選考物理科目的學生所學物理內容的68%，但是進一步分析發現，必考的69個知識點中絕大部分的要求是知道和理解，要求掌握的知識點僅為4個(它們是初速度為零的勻加速直線運動、牛頓第二定律、機械能守恒定律和串并聯電路)，要求綜合運用的知識點為零。這些學生的知識結構雖然有一定的廣度，但缺乏深度。即知識面較寬，高中物理的主要內容均有所涉及，但是對所學內容的評價要求卻很低，例如對直線運動內容只要求學習到初速度為零的勻加速直線運動為止，而對電場內容僅學習電荷及其守恒定律、電場強度和電場線，知識要求也只是知道和理解。這些學生的物理知識結構遠達不到學習大學物理課程的要求。他們在進入大學物理課程學習以前，要完成力學、電磁學、熱學和光學等內容的先修課程。

對于選考物理科目的學生，雖然知識點與要求相對必考內容均有所提高，但是其與改革試點前相比還是有所降低。有16處知識點被刪除，新的選考要求刪去了力矩及力矩平衡、運動合成與分解、平拋運動、動能定理、理想氣體的狀態方程、勻強電場中電場強度與電勢差的關系、多用電表和邏輯電路、法拉第定律等，原來選學的動量及動量守恒定律和人造地球衛星也不再要求。即使要求的內容難度也大大降低，牛頓第二定律和機械能守恒定律的拓展部分均被刪去。在101個物理知識點中，評價要求綜合運用的知識點僅為1個(它是導體棒切割磁感線時產生的感應電動勢)，而原來為4個。因此對于參加選考物理科目的學生，在進入大學物理課程學習以前，也要完成相關內容的先修課程。

2.3 浙江省和上海市中學物理學科知識結構對比

浙江省必考內容為力學、電學和磁學，上海市必考內容為力學、電磁學、振動和波動、熱學、光學和原子。表1給出了浙江省與上海市必考的物理內容中相同的知識點對比，從表格中可以得出，在考核同一物理內容時，浙江省對內容要求均高于上海市的要求。

表1 對浙江省與上海市的必考的共同物理內容知識點對比

注：表中學習水平評價(a)知道，(b)理解，(c)掌握，(d)綜合運用。

對于選考物理科目的學生，即使浙江省的考生比上海市的考生缺失了熱學模塊內容，其要求學習的116個物理知識點仍然高于上海市的101個知識點。浙江省的116個知識點中，學習水平評價(a)知道有14個、(b)理解有42個、(c)掌握有49個、(d)綜合運用11個；上海市的101個知識點中，學習水平評價(a)知道有41個、(b)理解有47個、(c)掌握有12個、(d)綜合運用1個，可以得出浙江省的考生對內容要求整體上高于上海市的考生對內容要求。

3 上海，浙江兩地新生質量比較

我們對同濟大學，上海，浙江兩地的2019級新生進行了摸底測試，測試學生中上海生源210人，浙江生源 101人。摸底測試的知識點以力學，電磁學與熱學為主，測試結果見表2。

表2 同濟大學2019級新生摸底考試結果

上海學生的平均值較浙江學生明顯偏低(p<0.05),對于熱學部分的計算題(計算一)，上海學生得分明顯高于浙江學生，兩樣本平均值的差大約6分。對于洛倫茲力的計算題(計算二)，浙江學生得分明顯高于上海學生，兩樣本平均值的差大約5分。可以看出兩地區學生的差距主要源于教學內容的不同，而不是學生本身的差距。

我們還針對同濟大學大學物理先導班的學生作了學習態度的問卷調查，調查問卷采用科羅拉多科學學習態度問卷(CLASS)，調查對象中上海生源51人，浙江生源16人。

科羅拉多科學學習態度問卷[5]一共有42個問題，涉及8個維度的學習態度，這8個維度包括(1)一般問題的解決能力，(2)解題信心，(3)復雜問題的解決能力，(4)個人興趣，(5)與現實生活的聯系，(6)努力程度，(7)概念理解，(8)概念應用。問卷按照李克特量表的形式設計，選項設定為非常反對為1，反對為2，不置可否為3，贊成為4，非常贊成為5。

根據專家意見與式(1)，確定各小題回答的歸一化答案：

(1)

式中Ai為歸一化答案，ai為原始答案，asi為標準答案(同意時，asi=4；不同意時，asi=2)。也就是說當學習態度完全正向時，Ai=100，學習態度完

表3 大學物理先導班學生學習態度調查結果

全負向時，Ai=0。通過計算各個樣本特征組的歸一化結果，可以表征和比較各個樣本組的學習態度不同維度的結果。

調查結果(表3)顯示，總體上浙江生源和上海生源相比學習態度沒有顯著差異，但浙江生源在物理概念的理解與應用上要好于上海生源，上海生源解決復雜問題的能力也偏低。由于使用的樣本較少，有關結果還需要進一步研究驗證。

4 結語

浙江省中學物理課程是按物理內容的模塊化結構來實施教學，沒有選考物理科目的考生與選考物理科目的考生在知識結構上的差異體現在所選的模塊多少，因此只要在大學物理先修課程中將它們缺失的模塊內容補上，就能與大學物理課程銜接。上海市沒有選考物理科目的考生與選考物理科目的考生在知識結構上的差異體現在知識點的廣度和難度上，這直接影響到上海生源對物理概念的理解與應用，對他們而言大學物理先修課程的任務一方面要拓展他們的知識面，另一方面也要加強對知識的綜合應用能力，提高學生對物理概念的理解與掌握。

新的高中課程改革與高考改革，目的是從知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀等方面培養學生，但是在實施過程中也反映出一些問題。我們欣喜地看到第三批高考改革的8個省市在今年發布的高考綜合改革實施方案中明確從2021年高考實施“3+1+2”模式。“3”為全國統考科目語文、數學、外語；“1”為首選科目，考生須在高中學業水平考試的物理、歷史科目中選擇一科；“2”為再選科目，考生可在化學、生物、思想政治、地理4個科目中選擇兩科。物理或歷史使用試卷原始成績計入考生總成績，每門滿分100分。這一方案將有助于大學物理課程和中學物理課程的銜接。