指向科學探究素養考查的高考實驗試題研究

摘 要：培養學生科學探究素養，不僅是高中物理課程的重要目標之一，更是物理學科育人價值的重要體現。如何開展科學探究素養的測評，不僅是基于核心素養考試評價的關鍵，還是設計和實施核心素養教學的重要依據。分析２０２３年各省高考物理實驗試題考查的核心素養要求，可以發現各省實驗試題的考查普遍重視解釋要素，同時關注證據要素和交流要素，凸顯了“基礎性”和“創新性”要求。因此，物理實驗教學應更加關注學生基本實驗的操作實踐，提供足夠的機會讓學生自行設計及探究。

關鍵詞：科學探究素養；２０２３年高考；物理實驗試題

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2024）9-0038-6

《中國高考評價體系》于2020年由教育部考試中心發布，強調了高考在“引導教學”方面的功能和作用。深入分析高考物理試題的特點和要求，能夠為高中物理教學提供方向性指引。

《普通高中物理課程標準（２０１７年版２０２０年修訂）》（以下簡稱“課程標準”）對物理核心素養的水平提出了相關要求。本文以此為基礎，結合標準化考試試題的規范要求，研制了物理實驗試題的分析框架體系，并對２０２３年各地方卷物理實驗試題進行了分析，以探索物理實驗試題的核心素養考查意圖，為進一步改進物理實驗教學提供指引。

１ 物理實驗試題分析量表的建構

課程標準將核心素養明確劃分成逐級遞進的五個水平，并在學業質量中明確指出水平２為合格性水平要求，水平４為學業水平等級性考試要求［１］。為了增強實驗試題分析的可操作性，本研究結合標準化考試試題的特點和要求，研制出實驗試題分析量表（圖1）。

作為標準化考試的高考，為提高評價的客觀性和準確性，實驗試題中一般都有明確的實驗目的，以免學生從不同角度提出問題和猜想，因此試題幾乎不考查學生提出問題和猜想等沒有客觀評價標準的能力［2］；問題意識的考查則體現在交流要素中，要求學生根據實驗的過程和現象，分析產生問題的原因，探討改進方案。因此，本研究主要圍繞證據、解釋、交流三個要素，分析它們在試題中的表現（表１）。

根據表１的分析結果，我們可以根據證據、解釋、交流三個要素在試題中的表現，將它們分成低階、中階、高階逐漸遞進的水平，并用編號進行表示，如表２所示。

下面以２０２３年湖南卷第１２題為例，分析該量表在實驗試題分析中的應用（表3）。

例題 １ （２０２３年湖南卷第 １２題）（９分）某探究小組利用半導體薄膜壓力傳感器等元件設計了一個測量微小壓力的裝置，其電路如圖2（ａ）所示，Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３為電阻箱，ＲＦ為半導體薄膜壓力傳感器，Ｃ、Ｄ間連接電壓傳感器（內阻無窮大）。

２ ２０２３年高考物理實驗試題統計分析

我們以２０２３年全國卷以及不同省份高考物理實驗試題作為研究對象，應用實驗試題分析量表（表2）對試題進行分析，結果如表4所示。

2.1 科學探究素養不同要素考查情況

從整體上看，科學探究各關鍵要素的考查比例如圖3所示。２０２３年高考實驗試題側重考查解釋要素，占比高達６３．８２％，證據要素次之，占比約２６．３1％，而交流要素考查比例最少，僅占９．８７％。

為了深入了解各省試題對科學探究各要素的考查情況，現對各要素的情況進行進一步分析。

（１）證據要素的考查情況

如圖4所示，除了全國乙卷和江蘇卷，其余省份對證據的考查分值都控制在３分左右，一般考查的是應用常見儀器進行測量的能力。例如，考查歐姆表讀數、螺旋測微器讀數、紅黑表筆接法等基本實驗操作問題。

（２）解釋要素的考查情況

如圖5所示，除江蘇卷外，其余省份解釋要素均作為考查的主要內容，占比皆超過50%。新高考實驗試題突出體現了對解釋要素的重視，要求學生能夠運用獲得的證據對研究的問題進行解釋、預測，得出相關結論。

（３）交流要素的考查情況

如圖6所示，不同省份對交流要素的考查有高有低，大多數占比在１５％左右，江蘇卷占比最多（２０％），湖南卷次之（１８．７５％），而全國卷在這部分幾乎不做針對性設問（０％）。

可見，不同試卷對不同要素考查側重略有不同，證據要素的考查分值雖不高，但各套試卷均有涉及，對解釋要素的考查相對較為穩定，而對交流要素的整體考查不多，均未超過２０％。

2.2 科學探究素養各要素水平層次考查情況

（１）２０２３年高考物理實驗試題各要素水平考查整體情況分析

２０２３年高考物理實驗試題的各要素水平考查結果如圖7所示。在證據要素中Ａ１考查力度最大，占比１８．６９％；解釋要素中Ｂ２、Ｂ３考查力度相對較大，分別為３８．３２％和１９．６３％；交流要素中Ｃ２考查力度最大，占比１１．２１％。可見，各省實驗試題普遍重視對應用實驗數據分析和解釋問題能力的考查，同時關注對實驗基本操作和誤差分析的考查。

（２）２０２３年各省物理實驗試題考查特點

不同省份實驗試題證據要素水平的考查結果如圖8所示。

各省均重視低階證據要素的考查，其中只有廣東卷和重慶卷涉及對證據要素高階Ａ３的考查，要求學生選擇合適的儀器進行實驗。江蘇卷特別突出了對低階證據要素的考查，通過設置一個實驗探究情境來對實驗試題進行全要素考查［3］，突出考查實驗探究的完整過程。

解釋要素水平的考查結果如圖9所示。

各省對低階解釋Ｂ１的考查相對較少，只有湖南卷和廣東卷略有涉及。大部分省份均呈現集中考查中階解釋Ｂ２和高階解釋Ｂ３的現象，要求學生能夠分析數據、解釋現象。其中，對中階解釋Ｂ２的考查較為突出的是福建卷（５８．３３％）、湖北卷（４１．１８％）以及廣東卷（４１．１８％）；對高階解釋Ｂ３的考查是遼寧卷最為突出，占比３５．７１％，其次是湖南卷和重慶卷，二者均占２５．００％。

交流要素水平的考查結果如圖10所示，各省在該要素的考查上差異較大。

只有福建卷對低階交流Ｃ１有考查要求，要求學生能夠在完成實驗后完整、準確地總結和陳述實驗結論；大部分省份對交流要素的考查體現在中階Ｃ２的誤差分析上；僅有湖南卷對高階Ｃ３能力提出了考查要求。對試題深入分析發現，對交流要素的考查更多體現在試題的創新命制中——在原有的實驗模型基礎上挖掘新問題、新方案、新器材、新結論，這逐漸成為了新高考的創新命題思路［4］。

３ 教學建議

基于上述分析，不難發現２０２３年各省實驗題普遍重視解釋要素的考查，同時關注證據要素和交流要素，注重創新與實踐，并且呈現集中考查解釋要素中高階水平Ｂ２、Ｂ３的特點。因此，物理實驗教學應該注意加強以下方面的教學。

（1）高考實驗試題對證據要素的考查側重基本儀器的操作和使用。因此，物理實驗教學應該重視學生對實驗操作的真實體驗，讓學生真正有操作各種儀器、測量數據的經歷，掌握這些常見儀器的使用方法，真正理解器材的原理［5］。教學中可以指導學生在實際操作中學會實驗儀器的使用和數據獲取方法，從而加深對實驗儀器原理的認識，并提升實驗操作能力。

（2）高考實驗試題側重對解釋要素的考查［6］。這可能讓一部分教師產生誤解，誤認為可以通過“講”實驗的方式提升學生分析數據得出結論的能力。但教師要意識到解釋的前提是要明確數據的來源，明確測量的意圖，即證據獲取的過程和方法直接影響了解釋的成敗。這在２０２１年和２０２２年福建卷的實驗試題中得到充分驗證。２０２１年福建卷第１２題的最后一問，分析數據的正確率為９５％，但得出結論的正確率僅為５％［7］。因此，教師應該為學生提供更多自主設計、自主操作、自主分析、自主研究的機會，給學生足夠的時間和空間對問題進行思考，對方案進行設計，獲取數據，解釋結論，有效開展探究。

（３）高考試題展現出顯著特征：注重基礎性的同時兼顧交流要素的靈活滲透，在基本實驗基礎上創設新的情境來考查學生解決一個新問題的能力。實驗的原型雖源自課本，但解答試題需結合新的情境融入新的思考，這要求教師在實際教學中應該在注重學生基礎能力的同時，要有意識地提升學生的高階思維，教學中要善于引導學生運用不同的方法來處理、分析數據，特別是借助圖像法運用數形結合豐富和發展學生的創新思維［8］，鼓勵學生真探究、真發現，設問激疑引導學生善于發現新問題，解決新問題。

參考文獻：

［１］中華人民共和國教育部．普通高中物理課程標準（２０１７年版２０２０年修訂）［Ｓ］．北京：人民教育出版社，２０２０．

［2］梁旭．科學探究不同要素試題的特點及對教學的啟示［Ｊ］．物理教學，２０２１，４３（２）：４７－５２．

［3］李永．新高考江蘇卷實驗探究試題分析與思考［Ｊ］．物理教學，２０２３，４５（１２）：５７－６０．

［4］閆寒，童大振．立足教材 重視基礎 注重探究——２０２３年高考物理實驗試題分析［Ｊ］．中學物理，２０２３，４１（２１）：６２－６５．

［5］胡穎毅，張恩德．近十年高考物理實驗讀數類試題的命題特點及教學啟示［Ｊ］．物理教學，２０２３，４５（４）：７１－７６，５８．

［6］劉健智，楊麒蓉，曾紅鳳．基于科學探究素養的高考物理試題分析及啟示——以近三年新課標全國卷為例［Ｊ］．西華師范大學學報（自然科學版），２０２２，４３（４）：４７４－４８０．

［7］福建教育考試院．福建省普通高考學科評價報告［Ｍ］．福州：福建人民出版社，２０２１．

［8］熊小勤．聚焦電學實驗圖像 凸顯創新思維能力——以２０２３年高考物理電學實驗試題為例［Ｊ］．中學物理教學參考，２０２３，５２（２２）：５６－６１．

（欄目編輯 鄧 磊）