宋志懷 張 睿

(同濟(jì)大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，上海 200093)

物理學(xué)是研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、物質(zhì)之間的相互作用及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一門學(xué)科，作為自然科學(xué)的基礎(chǔ)，它與其他學(xué)科有著緊密的聯(lián)系，因而無論是在高等教育還是在基礎(chǔ)教育中，物理教學(xué)都起著重要作用。物理學(xué)中所涉及的概念、原理和解決問題的方法在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)、激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新精神方面起著非常重要的作用。但是近年來，我國基礎(chǔ)物理教育課程發(fā)生了重大改革，2010年教育部決定全國全面實(shí)行中學(xué)新課標(biāo)，新課標(biāo)注重提高全體學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、促進(jìn)學(xué)生個(gè)性發(fā)展和自主學(xué)習(xí)。按照中學(xué)物理新課標(biāo)的規(guī)定，中學(xué)物理課程的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容發(fā)生了特別大的變化。新課標(biāo)將課程結(jié)構(gòu)模塊化，期望學(xué)生根據(jù)自己的愛好和專業(yè)取向來選擇不同的基礎(chǔ)模塊，以構(gòu)建適合今后學(xué)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)知識(shí)結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上2014年國務(wù)院印發(fā)了《關(guān)于深化考試招生制度改革的實(shí)施意見》[1]，特別是2017年上海市和浙江省率先實(shí)施高考改革試點(diǎn)，兩地區(qū)一方面對高中物理內(nèi)容做了大幅度的調(diào)整和改革，中學(xué)物理學(xué)科要求大幅度降低，中學(xué)生的物理基礎(chǔ)也隨之下降，中學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容與大學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容嚴(yán)重脫節(jié)；另一方面新高考實(shí)行“3+3”考試科目設(shè)置, 語文、數(shù)學(xué)、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(xué)、生物、技術(shù)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(xiàn)了考生選考物理科目人數(shù)持續(xù)下降，很多沒有選考物理科目的考生物理基礎(chǔ)非常薄弱，這些考生一旦進(jìn)入高校以后發(fā)現(xiàn)他們的物理水平明顯落后于其他省市的考生，在學(xué)習(xí)大學(xué)物理課程時(shí)，明顯感到學(xué)習(xí)有困難。因此在新高考背景下，分析中學(xué)物理的知識(shí)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而把大學(xué)物理課程和中學(xué)物理課程有機(jī)地銜接起來成為大學(xué)物理老師和中學(xué)物理老師共同關(guān)注的問題[3]。

1 浙江省和上海市高考改革的特點(diǎn)

作為高考改革試點(diǎn)，浙江省和上海市的高考改革具體實(shí)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(shù)學(xué)、外語各為150分，3門選考科目在政治、歷史、地理、物理、化學(xué)、生物、技術(shù)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(shù)學(xué)、外語各為150分，3門選考科目在政治、歷史、地理、物理、化學(xué)、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(shí)際分?jǐn)?shù)按比例進(jìn)行分級排序，然后按級次再轉(zhuǎn)換為百分制分?jǐn)?shù)計(jì)入總分。比如浙江省選考物理科目的考生以高中物理學(xué)業(yè)水平考試合格成績?yōu)橘x分前提，高中物理學(xué)業(yè)水平考試不合格不賦分，起點(diǎn)賦分40分，滿分100分，共分21個(gè)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(xué)業(yè)水平合格考試成績?yōu)橘x分前提，合格考試不合格不賦分，起點(diǎn)賦分40分，滿分70分，共分11個(gè)等級，相鄰等級分差為3分。按等級賦分這樣一種改革設(shè)計(jì)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(shí)施效果是考生選考科目嚴(yán)重偏科，由于物理思維的獨(dú)特性使得許多中學(xué)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(xué)生選擇放棄選考物理科目。2017年上海市選考物理人數(shù)占總考生約38%，排名倒數(shù)第二，2018年上海市選考物理人數(shù)占總考生約30%，排名倒數(shù)第一。高考改革前的2016年浙江省選考物理人數(shù)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(shù)快速下降至只占總考生約27.5%，排名跌到倒數(shù)第二，2018年浙江省選考物理人數(shù)占總考生約24%，排名倒數(shù)第一，選考物理科目考生人數(shù)在不斷減少。為了解決這個(gè)問題，兩地及時(shí)地推出了物理選考科目的保障機(jī)制，浙江省把物理選考科目保障機(jī)制的基數(shù)確定為6.5萬人，而上海市把物理選考科目保障機(jī)制的基數(shù)確定為1.5萬人，當(dāng)物理選考科目某次考試賦分人數(shù)少于這一基數(shù)時(shí)，即以此基數(shù)從高到低進(jìn)行等級賦分。這一措施雖然緩解了選考物理考生人數(shù)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(shù)占比依然排在倒數(shù)第一或第二。高考的改革削弱了中學(xué)物理教學(xué)，使得高中生在初等教育階段沒有形成初步的科學(xué)思維能力和科學(xué)精神[4]。

2 浙江省和上海市中學(xué)物理學(xué)科知識(shí)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)與對比

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

2.1 浙江省中學(xué)物理學(xué)科知識(shí)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

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(xué)習(xí)《物理必修1》、《物理必修2》的全部和《物理選修3-1》一部分內(nèi)容，這些內(nèi)容作為必考內(nèi)容，共有58個(gè)物理知識(shí)點(diǎn)，包含了力學(xué)、電學(xué)和磁學(xué)的知識(shí)范圍(見表1)。

選考物理科目的考生在必考內(nèi)容的基礎(chǔ)上還必須進(jìn)一步學(xué)習(xí)《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(nèi)容，也有58個(gè)物理知識(shí)點(diǎn)，包含了動(dòng)量守恒定律、電磁感應(yīng)、振動(dòng)和波動(dòng)、光學(xué)和原子等主要內(nèi)容，選考物理科目的考生共計(jì)要學(xué)習(xí)116個(gè)物理知識(shí)點(diǎn)，是沒有參加選考物理科目的學(xué)生所學(xué)物理內(nèi)容的2倍。

由此可知，新課標(biāo)課程結(jié)構(gòu)的模塊化設(shè)計(jì)使得沒有參加選考物理科目的學(xué)生，他們僅學(xué)習(xí)了力學(xué)、電學(xué)和磁學(xué)3個(gè)模塊的內(nèi)容，他們的知識(shí)結(jié)構(gòu)有一定的深度，但缺乏廣度。即對于他們所學(xué)的力學(xué)、電學(xué)和磁學(xué)3部分內(nèi)容基本上還能滿足大學(xué)物理課程要求。以電場內(nèi)容為例，其知識(shí)點(diǎn)包含電荷及其守恒定律、庫侖定律、電場強(qiáng)度、電勢、電勢能和電容器等，那些不學(xué)的物理內(nèi)容完全達(dá)不到大學(xué)物理課程要求，這些學(xué)生在進(jìn)入大學(xué)物理課程學(xué)習(xí)以前，要完成動(dòng)量守恒定律、電磁感應(yīng)、振動(dòng)和波動(dòng)、熱學(xué)、光學(xué)和原子結(jié)構(gòu)等內(nèi)容的先修課程，才能夠適應(yīng)大學(xué)物理的學(xué)習(xí)。對于選考物理科目的學(xué)生，浙江省物理選考內(nèi)容刪除包含熱學(xué)內(nèi)容的《物理選修3-3》課程，這些學(xué)生在進(jìn)入大學(xué)物理課程學(xué)習(xí)以前，要完成熱學(xué)內(nèi)容先修課程。

2.2 上海市中學(xué)物理學(xué)科知識(shí)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

上海市考生使用的是上?？茖W(xué)技術(shù)出版社出版的高中物理教材，全部考生在高中階段要求學(xué)習(xí)《物理》高中一、二年級共4個(gè)學(xué)期的4本教材，這些必考(也稱為合格考試)內(nèi)容有69個(gè)物理知識(shí)點(diǎn)，而且其中有2個(gè)知識(shí)點(diǎn)的要求比高考改革之前提高了，另有8個(gè)知識(shí)點(diǎn)的要求被降低了，69個(gè)物理知識(shí)點(diǎn)包含了力學(xué)、電磁學(xué)、振動(dòng)和波動(dòng)、熱學(xué)、光學(xué)和原子等高中物理的主要內(nèi)容，其中力學(xué)、電場和磁場內(nèi)容要求見表1。

選考物理科目的考生在必考內(nèi)容的基礎(chǔ)上還必須進(jìn)一步學(xué)習(xí)華東師范大學(xué)出版社出版的《物理-拓展型課程》，選考(也稱為等級考試)內(nèi)容有32個(gè)物理知識(shí)點(diǎn)，內(nèi)容與必考內(nèi)容類似，包含了力學(xué)、電磁學(xué)、振動(dòng)和波動(dòng)、光學(xué)和原子等，但是其知識(shí)點(diǎn)更多，評價(jià)要求也更高。選考物理科目的考生共計(jì)要學(xué)習(xí)101個(gè)物理知識(shí)點(diǎn)。

從數(shù)據(jù)上看，沒有參加選考物理科目的學(xué)生所學(xué)物理內(nèi)容占選考物理科目的學(xué)生所學(xué)物理內(nèi)容的68%，但是進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，必考的69個(gè)知識(shí)點(diǎn)中絕大部分的要求是知道和理解，要求掌握的知識(shí)點(diǎn)僅為4個(gè)(它們是初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)、牛頓第二定律、機(jī)械能守恒定律和串并聯(lián)電路)，要求綜合運(yùn)用的知識(shí)點(diǎn)為零。這些學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)雖然有一定的廣度，但缺乏深度。即知識(shí)面較寬，高中物理的主要內(nèi)容均有所涉及，但是對所學(xué)內(nèi)容的評價(jià)要求卻很低，例如對直線運(yùn)動(dòng)內(nèi)容只要求學(xué)習(xí)到初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)為止，而對電場內(nèi)容僅學(xué)習(xí)電荷及其守恒定律、電場強(qiáng)度和電場線，知識(shí)要求也只是知道和理解。這些學(xué)生的物理知識(shí)結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)達(dá)不到學(xué)習(xí)大學(xué)物理課程的要求。他們在進(jìn)入大學(xué)物理課程學(xué)習(xí)以前，要完成力學(xué)、電磁學(xué)、熱學(xué)和光學(xué)等內(nèi)容的先修課程。

對于選考物理科目的學(xué)生，雖然知識(shí)點(diǎn)與要求相對必考內(nèi)容均有所提高，但是其與改革試點(diǎn)前相比還是有所降低。有16處知識(shí)點(diǎn)被刪除，新的選考要求刪去了力矩及力矩平衡、運(yùn)動(dòng)合成與分解、平拋運(yùn)動(dòng)、動(dòng)能定理、理想氣體的狀態(tài)方程、勻強(qiáng)電場中電場強(qiáng)度與電勢差的關(guān)系、多用電表和邏輯電路、法拉第定律等，原來選學(xué)的動(dòng)量及動(dòng)量守恒定律和人造地球衛(wèi)星也不再要求。即使要求的內(nèi)容難度也大大降低，牛頓第二定律和機(jī)械能守恒定律的拓展部分均被刪去。在101個(gè)物理知識(shí)點(diǎn)中，評價(jià)要求綜合運(yùn)用的知識(shí)點(diǎn)僅為1個(gè)(它是導(dǎo)體棒切割磁感線時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢)，而原來為4個(gè)。因此對于參加選考物理科目的學(xué)生，在進(jìn)入大學(xué)物理課程學(xué)習(xí)以前，也要完成相關(guān)內(nèi)容的先修課程。

2.3 浙江省和上海市中學(xué)物理學(xué)科知識(shí)結(jié)構(gòu)對比

浙江省必考內(nèi)容為力學(xué)、電學(xué)和磁學(xué)，上海市必考內(nèi)容為力學(xué)、電磁學(xué)、振動(dòng)和波動(dòng)、熱學(xué)、光學(xué)和原子。表1給出了浙江省與上海市必考的物理內(nèi)容中相同的知識(shí)點(diǎn)對比，從表格中可以得出，在考核同一物理內(nèi)容時(shí)，浙江省對內(nèi)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(nèi)容知識(shí)點(diǎn)對比

注：表中學(xué)習(xí)水平評價(jià)(a)知道，(b)理解，(c)掌握，(d)綜合運(yùn)用。

對于選考物理科目的學(xué)生，即使浙江省的考生比上海市的考生缺失了熱學(xué)模塊內(nèi)容，其要求學(xué)習(xí)的116個(gè)物理知識(shí)點(diǎn)仍然高于上海市的101個(gè)知識(shí)點(diǎn)。浙江省的116個(gè)知識(shí)點(diǎn)中，學(xué)習(xí)水平評價(jià)(a)知道有14個(gè)、(b)理解有42個(gè)、(c)掌握有49個(gè)、(d)綜合運(yùn)用11個(gè)；上海市的101個(gè)知識(shí)點(diǎn)中，學(xué)習(xí)水平評價(jià)(a)知道有41個(gè)、(b)理解有47個(gè)、(c)掌握有12個(gè)、(d)綜合運(yùn)用1個(gè)，可以得出浙江省的考生對內(nèi)容要求整體上高于上海市的考生對內(nèi)容要求。

3 上海，浙江兩地新生質(zhì)量比較

我們對同濟(jì)大學(xué)，上海，浙江兩地的2019級新生進(jìn)行了摸底測試，測試學(xué)生中上海生源210人，浙江生源 101人。摸底測試的知識(shí)點(diǎn)以力學(xué)，電磁學(xué)與熱學(xué)為主，測試結(jié)果見表2。

表2 同濟(jì)大學(xué)2019級新生摸底考試結(jié)果

上海學(xué)生的平均值較浙江學(xué)生明顯偏低(p<0.05),對于熱學(xué)部分的計(jì)算題(計(jì)算一)，上海學(xué)生得分明顯高于浙江學(xué)生，兩樣本平均值的差大約6分。對于洛倫茲力的計(jì)算題(計(jì)算二)，浙江學(xué)生得分明顯高于上海學(xué)生，兩樣本平均值的差大約5分?？梢钥闯鰞傻貐^(qū)學(xué)生的差距主要源于教學(xué)內(nèi)容的不同，而不是學(xué)生本身的差距。

我們還針對同濟(jì)大學(xué)大學(xué)物理先導(dǎo)班的學(xué)生作了學(xué)習(xí)態(tài)度的問卷調(diào)查，調(diào)查問卷采用科羅拉多科學(xué)學(xué)習(xí)態(tài)度問卷(CLASS)，調(diào)查對象中上海生源51人，浙江生源16人。

科羅拉多科學(xué)學(xué)習(xí)態(tài)度問卷[5]一共有42個(gè)問題，涉及8個(gè)維度的學(xué)習(xí)態(tài)度，這8個(gè)維度包括(1)一般問題的解決能力，(2)解題信心，(3)復(fù)雜問題的解決能力，(4)個(gè)人興趣，(5)與現(xiàn)實(shí)生活的聯(lián)系，(6)努力程度，(7)概念理解，(8)概念應(yīng)用。問卷按照李克特量表的形式設(shè)計(jì)，選項(xiàng)設(shè)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(jù)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(biāo)準(zhǔn)答案(同意時(shí)，asi=4；不同意時(shí)，asi=2)。也就是說當(dāng)學(xué)習(xí)態(tài)度完全正向時(shí)，Ai=100，學(xué)習(xí)態(tài)度完

表3 大學(xué)物理先導(dǎo)班學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度調(diào)查結(jié)果

全負(fù)向時(shí)，Ai=0。通過計(jì)算各個(gè)樣本特征組的歸一化結(jié)果，可以表征和比較各個(gè)樣本組的學(xué)習(xí)態(tài)度不同維度的結(jié)果。

調(diào)查結(jié)果(表3)顯示，總體上浙江生源和上海生源相比學(xué)習(xí)態(tài)度沒有顯著差異，但浙江生源在物理概念的理解與應(yīng)用上要好于上海生源，上海生源解決復(fù)雜問題的能力也偏低。由于使用的樣本較少，有關(guān)結(jié)果還需要進(jìn)一步研究驗(yàn)證。

4 結(jié)語

浙江省中學(xué)物理課程是按物理內(nèi)容的模塊化結(jié)構(gòu)來實(shí)施教學(xué)，沒有選考物理科目的考生與選考物理科目的考生在知識(shí)結(jié)構(gòu)上的差異體現(xiàn)在所選的模塊多少，因此只要在大學(xué)物理先修課程中將它們?nèi)笔У哪K內(nèi)容補(bǔ)上，就能與大學(xué)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(shí)結(jié)構(gòu)上的差異體現(xiàn)在知識(shí)點(diǎn)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(yīng)用，對他們而言大學(xué)物理先修課程的任務(wù)一方面要拓展他們的知識(shí)面，另一方面也要加強(qiáng)對知識(shí)的綜合應(yīng)用能力，提高學(xué)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(shí)與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀等方面培養(yǎng)學(xué)生，但是在實(shí)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(gè)省市在今年發(fā)布的高考綜合改革實(shí)施方案中明確從2021年高考實(shí)施“3+1+2”模式?！?”為全國統(tǒng)考科目語文、數(shù)學(xué)、外語；“1”為首選科目，考生須在高中學(xué)業(yè)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(xué)、生物、思想政治、地理4個(gè)科目中選擇兩科。物理或歷史使用試卷原始成績計(jì)入考生總成績，每門滿分100分。這一方案將有助于大學(xué)物理課程和中學(xué)物理課程的銜接。