楊君

（北京教育考試院，北京 100083）

小議高考物理實驗?zāi)芰涂茖W探究素養(yǎng)的考查

楊君

（北京教育考試院，北京 100083）

實驗教學是高中物理教學的重要內(nèi)容，實驗?zāi)芰κ歉呖嘉锢碓囶}重點考查的能力。通過對2016年全國卷及各省級行政區(qū)域高考物理實驗試題的分類對比，分析了高考物理實驗試題的特點，并在此基礎(chǔ)上就如何培養(yǎng)考生的實驗?zāi)芰驮诟呖贾袕娀茖W探究素養(yǎng)的考查進行分析，提出應(yīng)基于教材進行實驗?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)，并在考試中通過逐步探索科學探究類實驗以及創(chuàng)新實驗類試題加強科學探究核心素養(yǎng)的考查。

高考改革；高考物理；實驗?zāi)芰?；核心素養(yǎng)

1 引言

物理學是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然科學。在高中物理課程各個模塊中都安排了一些典型的科學探究課題或物理實驗。實驗教學是高中物理教學的重要組成部分，也是培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力的重要方式。

《普通高中物理課程標準（實驗）》在“教學建議”中明確提出要發(fā)揮實驗在物理教學中的作用，包括重視學生對物理實驗的理解、重視學生實驗技能的提高。課程標準還指出，實驗是了解、研究自然規(guī)律的重要方式，它的作用不只是為了獲取信息；應(yīng)該讓學生認識到實驗操作是在相關(guān)原理的指引下進行的，學會把實驗獲得的信息演繹、歸納成結(jié)論，只動腦不動手和只動手不動腦都是不正確的。正在修訂的課程標準也提出，讓學生經(jīng)歷實驗探究的過程，掌握實驗探究和科學思維的方法，發(fā)展科學探究能力、科學思維能力、自主學習能力、實踐能力和創(chuàng)新能力。可見，學生實驗在高中物理教學中占據(jù)十分重要的特殊地位。

學生實驗是培養(yǎng)和測量科學思維、探究能力以及創(chuàng)新意識的重要載體，因此，作為檢驗考生能力和水平的重要參照，也為實現(xiàn)高效的區(qū)分和選拔功能，高考歷來把對實驗?zāi)芰Φ目疾閿[在十分突出的位置。

目前，各地高考均采用紙筆測試的形式。事實上，采用紙筆測試的方式來考查考生的實驗?zāi)芰κ鞘掷щy的，因為十分重要的實驗觀察能力、動手操作能力等是無法通過筆試的方式進行考查和展示的。在紙筆測試的形式下實現(xiàn)對考生實驗?zāi)芰Φ纳钊肟疾槭歉呖嘉锢硪恢痹谂μ剿骱蛯嵺`的課題。本文對2016年全國卷以及各自主命題省、市的物理實驗試題進行對比分析，分析各地在實驗試題命制中的做法及特點，探索實驗命題的新思路、新方法，從而提升實驗題的質(zhì)量，強化實驗?zāi)芰涂茖W探究素養(yǎng)的考查。

2 高考物理實驗題的特點

2.1 全國卷

全國卷采用理綜3科合卷的模式，其中物理110分，化學100分，生物90分。物理試題中，實驗題占15分，占分值比例為13.6%。一般包含2道試題，5~6個小問，電學實驗和力學實驗各1個，覆蓋力學和電磁學兩大主干模塊。

總體來看，全國卷對考生實驗?zāi)芰Φ目疾轶w現(xiàn)以下2個特點。

（1）注重考查考生基于理解實驗原理基礎(chǔ)上的實驗操作技能。如2016年全國Ⅰ卷中的“組裝由熱敏電阻控制的報警系統(tǒng)”實驗，以及2016年全國Ⅱ卷中的“研究彈簧的彈性勢能”實驗，考查了考生選擇儀器、連接電路以及安排實驗步驟等操作技能。此外，基本的數(shù)據(jù)處理能力及必要的數(shù)學運算能力也是考查的重點。表1中的6個實驗，除Ⅰ卷中的“組裝由熱敏電阻控制的報警系統(tǒng)”實驗外，其他5個實驗均涉及實驗數(shù)據(jù)處理能力的考查。2015年的全國卷同樣如此，除全國Ⅰ卷中的實驗題（23（3））外，幾乎都是考查考生的數(shù)據(jù)處理及運算能力的試題。

表1 2016年高考全國卷物理實驗題考查詳表

（2）通過設(shè)計新的實驗情境，重視考查考生創(chuàng)新實驗設(shè)計的能力。如“組裝由熱敏電阻控制的報警系統(tǒng)”和“研究彈簧的彈性勢能”等實驗，需要考生結(jié)合所學知識，深入理解新的實驗情境，并在此基礎(chǔ)上，結(jié)合所學知識完成實驗設(shè)計、實驗數(shù)據(jù)分析等。2015年全國Ⅰ卷中的“粗測玩具小車通過凹形橋最低點時的速度的實驗”也同樣創(chuàng)新實驗情境。值得一提的是，雖然考查的是新的實驗情境，但也都是基于教材，源于教材，需要考生對教材中的學生實驗以及學科知識的深入理解和靈活運用。

2.2 北京卷

北京卷采用理綜3科合卷的模式，其中物理120分，化學100分，生物80分。物理試題中，實驗題包含2道試題，選擇題和論述題各1道，占24分，占分值比例為20%。共涉及3個實驗的考查，包括2個電學實驗和1個力學實驗。3個實驗的考查功能各不相同，選擇題（第19題）主要考查考生對實驗方案的宏觀設(shè)計能力，要求考生對實驗原理和相應(yīng)的物理規(guī)律有深入的理解。論述題中的21（1）是一個小實驗，用于考查考生最基本的實驗技能和理解能力。21（2）是實驗題的主要部分，通過一個實驗全面考查考生的實驗?zāi)芰Γ▽嶒炘淼睦斫?、器材的選擇、步驟及操作、數(shù)據(jù)的獲取及處理、誤差的分析、對實驗過程和數(shù)據(jù)處理方法的深入思考。

表2 2016年高考北京卷物理實驗題考查詳表

總體上看，北京卷對實驗?zāi)芰Φ目疾槌尸F(xiàn)如下特點。

（1）在考查方式上重視實驗?zāi)芰疾榈娜采w。這也是北京卷堅持能力立意的結(jié)果。全國卷及其他自主命題省、市的物理試題都以論述題的形式考查，且著重考查實驗操作及實驗數(shù)據(jù)分析及處理能力，并不強調(diào)實驗?zāi)芰Φ娜采w。需要指出的是，高中物理課程標準中提出，科學探究及物理實驗包含7個要素：提出問題、猜想和假設(shè)、制訂計劃和設(shè)計實驗、進行實驗與搜集證據(jù)、分析與論證、評估、交流與合作。這7個要素中，有些是教學中應(yīng)該培養(yǎng)卻難以通過紙筆測試進行考查的（如提出問題以及交流與合作）。這里提出的實驗?zāi)芰Φ娜采w指的是在紙筆測試的情形下，盡可能多地覆蓋實驗?zāi)芰Φ母鱾€方面。

（2）實驗試題占分比高，突出實驗?zāi)芰Φ目疾?。對比各省、市的試卷可看出，北京卷對實驗?zāi)芰Φ目疾橛绕渲匾暎种嫡嘉锢砭砜偡值?0%。這也是北京從自主命題開始就一直堅持的命題思路，始終把實驗?zāi)芰Φ目疾閿[在十分突出的位置，希望發(fā)揮高考“指揮棒”的正向引導(dǎo)作用，引導(dǎo)中學重視物理實驗教學，注重學生實驗?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)，以此作為提升中學物理教學質(zhì)量的重要途徑

（3）實驗試題難度穩(wěn)定，區(qū)分高效。第21題整題難度在0.7~0.75。各小問難度覆蓋范圍廣，既有難度在0.8~0.9的容易題，也有0.4~0.6的中等題，還包括難度在0.3以下的難題。區(qū)分范圍很廣，能實現(xiàn)對全體考生的區(qū)分。值得一提的是最后一問（21（2）⑤），雖然難度較高（0.28），但考查的不是考生的數(shù)據(jù)處理、誤差分析等單一能力，而是要求考生親自動手做實驗，并在此基礎(chǔ)上反思實驗過程，對實驗過程的各步驟進行深入的思考。

（4）創(chuàng)新實驗題的設(shè)計，增強開放性和探究性。近年來，北京卷的實驗試題在保持穩(wěn)定的同時，逐步深化對實驗?zāi)芰Φ目疾椋疾榭忌鷮嶒灥纳钊胨伎?，包括實驗前對實驗方案的思考?016年第19題）、實驗過程中對實驗過程的整體思考、完成實驗后對實驗的反思（2016年21（2））以及對實驗的改進及創(chuàng)新設(shè)計（如2015年21（2）⑤）等。在深化能力考查的同時，試題的形式也逐步開放，設(shè)問也不局限于定量計算，定性或半定量分析也有所涉及，考查考生思維的邏輯性和運用專業(yè)術(shù)語進行表達交流的能力，引導(dǎo)課堂教學重視實驗探究能力的培養(yǎng)。

2.3 上海卷

上海采用單科成卷的模式，總分150分。實驗題包含4道試題，共24分，占分值比例為16%。4道試題共涉及4個實驗的考查，其中包括2個電學實驗和1個力學實驗?？傮w上看，上海卷實驗試題呈現(xiàn)以下特點。

表3 2016年高考上海卷物理實驗題考查詳表

（1）單科成卷，題量較大，覆蓋模塊較多，涉及力、電、熱3個模塊，4個實驗，共9個小問題。能力考查覆蓋實驗原理的理解、實驗器材的選取、數(shù)據(jù)的獲取和處理以及誤差分析等方面，能力考查覆蓋面較廣。

（2）考查整個中學階段的物理知識積累，包括初中階段所學的知識點。如第29題的實驗“制作溫度計”將初中所學的大氣壓、力矩平衡等知識點加入考查內(nèi)容?？疾榱丝忌?、高中階段5年物理學習的積累，能力考查深入。

（3）緊跟時代發(fā)展，十分重視數(shù)字化實驗系統(tǒng)在物理實驗中的應(yīng)用。4個實驗中，有2個實驗涉及DIS的應(yīng)用。

（4）重視對考生實驗操作技能的考查，重視創(chuàng)新實驗設(shè)計，考查考生對新的實驗情境的理解能力。

2.4 其他省級行政區(qū)域自主命題試卷

總的來看，天津、江蘇、浙江和四川4個省級行政區(qū)域的實驗試題風格接近于全國卷，都是2個實驗，力學和電學各1個。從實驗題的分值占比上看，浙江卷最高，實驗題總分達到20分，占總分的16.7%。從能力考查上看，均注重考查考生的數(shù)據(jù)處理和實驗操作技能。

同全國卷一樣，4個省級行政區(qū)域的實驗試題也都關(guān)注實驗情境的創(chuàng)新。如江蘇卷的“探究金屬電阻的阻值R隨溫度t的變化關(guān)系”實驗是教材中不曾涉及的新實驗；“驗證機械能守恒定律”實驗雖然教材中有，但題中采用了新的實驗方案。四川卷中的“測量彈簧的彈性勢能”實驗與全國課標Ⅰ卷中的實驗情境相同，但采用了光電門作為速度測量的工具。

3 關(guān)于實驗?zāi)芰ε囵B(yǎng)及考查的思考

物理學基于觀察與實驗，建構(gòu)理想模型，應(yīng)用數(shù)學等工具，通過科學推理和論證，形成系統(tǒng)的理論體系和研究方法?？梢娢锢韺W的學習和研究的基礎(chǔ)是觀察和實驗。因此，實驗教學是物理教學的重要內(nèi)容，實驗?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)是教學的重要目標，對考生的實驗?zāi)芰Φ目疾閯t是高考物理的重要方面。

3.1 關(guān)于實驗設(shè)備的“新”

課程標準要求學校應(yīng)充分利用已有的實驗器材，努力開發(fā)適合本校情況的實驗課程資源，盡可能多讓學生自己動手做實驗?？梢娫趯嶒?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)過程中，應(yīng)利用現(xiàn)有的實驗器材，盡可能地讓學生親自動手做實驗。然而，隨著時代的發(fā)展，中學物理的實驗教學也隨之發(fā)生變化，出現(xiàn)了大量新的設(shè)備及教學儀器。高考試題是否應(yīng)關(guān)注新技術(shù)和新器材在實驗中的應(yīng)用，這是亟待解決的問題，也是引起很多爭議的問題。筆者以為，應(yīng)從以下兩方面進行考慮。一是應(yīng)考慮到所在地區(qū)的實驗教學實際，包括教學儀器的配備情況以及不同地區(qū)、不同層次學校實驗教學的差異。當然這也涉及由此帶來的考試公平的問題。二是僅從培養(yǎng)和考查實驗?zāi)芰Φ慕嵌瓤紤]，現(xiàn)有教材中所涉及的學生實驗已足以實現(xiàn)對考生的實驗?zāi)芰疾?。著名物理學家麥克斯韋說過“實驗的教育價值與儀器的復(fù)雜性成反比”。通過對教材中學生實驗的深入和全面的考查，不僅可以考查考生對基本實驗儀器的規(guī)范使用以及實驗過程的規(guī)范操作，也更加凸顯對物理規(guī)律的探究和驗證。因此，實驗教學中應(yīng)回歸教材，重視教材，避免盲目追求實驗儀器的高科技和實驗方法的現(xiàn)代化。當然，如何使用現(xiàn)有的實驗儀器以及身邊的事物改進實驗效果、豐富實驗方法是應(yīng)提倡的，這也是高考對實驗?zāi)芰疾榈囊粋€重要方面。

表4 2016年各省級行政區(qū)域自主命題高考物理實驗題考查詳表

3.2 關(guān)于“科學探究”

課程標準中關(guān)于科學探究及能力要求提出的7個要素中就包括“制訂計劃與設(shè)計實驗”，正在修訂的課程標準中“科學探究”這一核心素養(yǎng)的界定是：提出科學問題、形成猜想和假設(shè)、設(shè)計實驗與制訂方案、獲取和處理信息、基于證據(jù)得出結(jié)論并作出解釋，以及對科學探究過程和結(jié)果進行交流、評估、反思的能力。北京卷物理科考試說明在探究能力的具體要求中也提出：依據(jù)已有資源，設(shè)計簡單實驗，組合實驗步驟，探究所要解決的問題。可見，實驗教學不應(yīng)僅局限于驗證類的學生實驗和演示實驗，而應(yīng)擴展并深入到科學探究類的實驗。實驗?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)也不僅局限于實驗操作技能的規(guī)范以及實驗數(shù)據(jù)的處理和分析，而應(yīng)深入到考生提出問題并加以實驗探究得出結(jié)論乃至加以評價的能力。

目前，北京卷物理試題更多的是以教材中驗證類實驗為素材進行考查，能力考查也僅深入到對實驗過程的深入思考以及對實驗方案的改進等內(nèi)容，而很少涉及對一個新問題的探究類實驗的考查。隨著本輪教育及考試招生制度改革的深入，以及社會發(fā)展對創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的迫切需求，更深層次的科學探究核心素養(yǎng)的培養(yǎng)及考查將是教學及考試的重要內(nèi)容。因此，教學中如何培養(yǎng)以及考試中如何測量科學探究的核心素養(yǎng)，將是未來教學和考試的重要研究課題。

4 總結(jié)

實驗是物理學的基礎(chǔ)，實驗技能、動手能力以及貫穿實驗始終的探究能力和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)則是中學物理教學的重要目標，同時也應(yīng)是高考考查的重點。

課程標準對科學探究和物理實驗的構(gòu)成要素以及《2017年普通高等學校招生全國統(tǒng)一考試大綱》對實驗?zāi)芰Φ慕缍ǘ急砻?，實驗題考查的能力維度與其他試題有顯著的不同。因此實驗題不應(yīng)是“披著實驗外套”的計算題和選擇題，而應(yīng)是基于真實的實驗情境生成的問題，通過對實驗各環(huán)節(jié)的思考和設(shè)問，努力區(qū)分出用心做過實驗、深入思考過實驗且有較強實驗動手能力的考生。這也是北京卷的實驗試題一直追求的目標。唯有如此，才能充分發(fā)揮高考命題的育人功能和正面導(dǎo)向作用，引導(dǎo)中學摒棄題海的實驗復(fù)習模式，遠離“老師臺上講實驗，學生臺下記實驗，課后背實驗”的實驗教學模式，回歸真正的實驗教學，為學生適應(yīng)大學學習和社會生活打下堅實基礎(chǔ)。

[1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（實驗）[M].北京:人民教育出版社,2003.

[2]教育部.2017年普通高等學校招生全國統(tǒng)一考試大綱[EB/OL].（2016-10-14）[2016-12-12].http://www.moe.gov.cn/jyb_xwfb/gzdt_gzdt/s5987/201610/t20161014_284883.html.

Examination of Experimental Ability and Scientific Inquiry Literacy in College Entrance Examination

YANG Jun
（Beijing Education Examinations Authority,Beijing 100083,China）

Experimental teaching is an important part of Physics Teaching in Senior High School,and experimental ability is the focus of College Entrance Examination.Through classification and comparison of physics experiment items in 2016 College Entrance Examination,the characteristics of physics experiment items are analyzed,and the cultivation and assessment of experimental ability are considered.Proposed that the cultivation of experimental ability should be based on textbook,and assessment of the scientific inquiry literacy the experiment should be strengthened.

Reform of College Entrance Examination;Physics of College Entrance Examination;Experiment Ability;Key Competency

G405

A

1005-8427（2017）03-0025-6

10.19360/j.cnki.11-3303/g4.2017.03.005

（責任編輯：周黎明）

本文系國家自然科學基金項目“基于大規(guī)?？荚嚪謹?shù)數(shù)據(jù)的知識能力交互關(guān)系研究”（批準號：61671005）的階段性研究成果。

楊君（1982—），男，博士，北京教育考試院，助理研究員。