物理思维能力表现标准的开发研究

王焕霞

(1. 曲阜师范大学教师教育学院,山东 曲阜 273165; 2. 中国教育大数据研究院,山东 曲阜 273165)

·教育理论研究·

物理思维能力表现标准的开发研究

王焕霞1,2

(1. 曲阜师范大学教师教育学院,山东 曲阜 273165; 2. 中国教育大数据研究院,山东 曲阜 273165)

物理学科能力表现标准的研究可有效指导一线教师的课堂教学与评价,并为大规模学业评价提供参考．思维能力的培养在物理学习和教学中处于重要地位,开发物理思维能力表现标准具有重要意义．本文结合物理思维能力的基本要素和分类,分别对知识再现和辨认能力、知识运用能力、建立数学模型解决物理问题能力、理解能力、选择解决问题最佳方案能力开发了相应的能力表现标准．而物理思维能力表现标准包括“表现描述”、“表现水平”与“作业实例及评注”．

中学物理;学科能力;思维能力;表现标准

1 问题的提出

新一轮基础教育课程改革积极推进素质教育,重视培养学生的综合素质和能力发展．而物理课程着眼于提高21世纪公民的科学素养,构建了“知识与技能”、“过程与方法”、“情感态度与价值观”3个维度的物理课程与教学目标体系．与新课程在教学目标上突出学科能力培养相吻合,广大一线中学物理教师在教学中积极探索培养学生的物理学科能力．而物理学科能力表现标准作为评价中学生物理学科能力发展程度的依据,为全面实现物理课程与教学目标提供了保障．思维能力的培养在物理学习和教学中处于重要地位,开发物理思维能力表现标准具有重要的理论意义和实践价值．

2 物理思维能力表现标准概念内涵

由美国国家教育和经济中心、匹兹堡大学合作研制的《英语、数学、科学、应用学习能力表现标准》在美国基础教育课程改革中发挥了引领作用．其能力表现标准包括能力表现说明、作业实例和对作业实例的评注．“能力表现说明”阐释学生在中学阶段的学习中应该掌握什么;应如何显示他们学得的知识和技能．“作业实例”展示出设定的能力表现标准和与之相关的标准内容．“评注”解释阐明“能力表现说明”是如何在这个作业实例中得以反映的,为什么根据一个或多个相关能力表现说明就可证明该作业是符合标准的．[1]

以美国开发的能力表现标准为基础,国内外的相关研究者对学科能力表现标准开展了较为深入的研究．学科能力表现标准明确指出学生在某一阶段应达到的学习表现,它以清晰的文本形式呈现出来,给一线教师的教学评价带来便利,同时也为基础教育质量监测工程提供基石．

学科能力表现标准主要包括“表现描述”、“表现水平”与“作业实例及评注”等．“表现描述”是指根据课程标准的总目标出发逐步分解的层级体系,最低一级为表现指标,描述学生学习的表现行为,要具备可观察和可测量的特征;“表现水平”一般划分为若干等级,如优秀、比较优秀、一般(或表现优异、合格、有待提高)等;“作业实例及评注”是指选取适合的学生作业样例并对其加以评注,作业样例应来自真实的教学场景,作业样例应尽可能丰富以使其反应各个表现水平,评注指的是根据表现标准水平来描述说明该作品达到了哪一级水平．[1]

物理学科能力表现标准是指,学生经过物理学习之后应达成的物理学科能力、关键技能的目标规定,是衡量学生物理学习结果的准则,一般包括“表现描述”、“表现水平”与“作业实例及评注”等．[2]而物理思维就是将物理观察和物理实验所得到的感性认识上升为理性认识,并从已有的理性认识获得新的理性认识的过程．物理学的概念、规律、理论体系体现了科学思维的严密性、精确性和逻辑性．中学生通过物理学习,不但能形成严密的逻辑思维习惯,掌握物理思维的特点和科学的思维方法,而且能改善思维的品质,思维能力会得到极大提高．

物理思维能力包括知识再现和辨认能力、知识运用能力、建立数学模型解决物理问题能力、理解能力、选择解决问题的最佳方案的能力等．[3]与学科能力表现标准的内涵相对应,本研究开发的物理思维能力表现标准包括“表现描述”、“表现水平”与“作业实例及评注”．

3 物理思维能力表现标准的开发

结合物理思维能力的基本要素和分类,本研究分别对知识再现和辨认能力、知识运用能力、建立数学模型解决物理问题能力、理解能力、选择解决问题最佳方案能力开发了相应的能力表现标准．这里展示了物理思维能力表现标准的构成要素“表现描述”和“表现水平”．

3.1 知识再现和辨认能力的表现标准

表现描述:遇到问题时,能迅速辨认知识所属类型,并且通过对原有知识的回忆,再现知识及相关内容．融会贯通中学物理的知识内容,根据题目信息,再现学生头脑中已有的知识,将知识点统摄整理使之网络化,从而有序地存储在学生头脑中．

表现水平:表现优异、合格、有待提高．具体见表1所示．

表1 知识再现和辨认能力表现标准

3.2 知识运用能力表现标准

表现描述:看懂题目,明白题目所要考察的物理规律、原理,通过分析与综合、抽象与概括等,能够灵活地运用所学知识,把物理规律、原理准确地运用到题目中,使物理问题得到解决．

表现水平:表现优异、合格、有待提高，具体见表2所示．

表2 知识运用能力表现标准

3.3 建立数学模型解决物理问题能力表现标准

表现描述:能将遇到的物理问题转化为数学问题,利用数学工具,通过计算和推理(结合物理知识),解决物理问题．

表现水平:表现优异、合格、有待提高，具体见表3所示.

表3 建立数学模型解决物理问题能力表现标准

3.4 理解能力表现标准

表现描述:理解物理概念和物理规律的确切含义,理解规律的成立条件和适用范围;能清楚地认识概念和规律的各种表达方式,并从不同的侧面或不同的角度进行解释和说明;能鉴别概念和规律的各种说法,理解相关知识的联系与区别;能建立相关概念之间的关系网络;善于将物理公式灵活地变形,并弄清含义;善于概括各种物理问题的类型,并能正确地做出判断．

表现水平:表现优异、合格、有待提高，具体见表4所示．

表4 理解能力表现标准

3.5 选择解决问题最佳方案能力表现标准

表现描述:对一个具体物理问题的解决包含多种可行性方案,通过分析和综合、比较和论证,在众多方案中选择出一种或几种最有利于实际操作或解决问题的方案．

表现水平:表现优异、合格、有待提高，具体见表5所示．

表5 选择解决问题最佳方案能力表现标准

4 物理思维能力表现标准的案例研究

这里展示物理思维能力表现标准的构成要素“作业实例及评注”(学生的一份作业案例，见表6所示)．

4.1 作业要求

在空间某点以同样的速率v在铅直平面内沿各个不同的方向同时抛出几个物体,证明这些物体在同一时刻总是散落在同一圆周上．

4.2 完成条件

课堂作业、独立完成、有教师反馈、有时间限制、有修改机会．

4.3 对应标准

建立数学模型解决物理问题的能力:能将遇到的物理问题转化为数学问题,利用数学工具,通过计算和推理(结合物理知识),解决物理问题．

4.4 学生作业

学生作业见表6.

表6 学生作业

4.5 教师评注

从作业可以看出,学生善于将物理问题转化为数学模型,能融会贯通地利用数学知识解决物理问题．由运动规律列出方程组,通过数学消元法,得出一个圆的标准方程,从而证明了这些物体在同一时刻总是散落在同一圆周上．对照“表3建立数学模型解决物理问题能力表现标准”,可以判断学生表现水平为“表现优异”．

上述展示了“建立数学模型解决物理问题能力表现标准”的构成要素和“作业实例及评注”．由于表现标准提供了学生作业样本来显示学生已经达到表现标准中的“表现水平”的等级,作业实例展示后,不仅教师可以方便地指导和检测学生的学习结果,学生也可参照作业实例判断自己达到何种程度水平．

需要说明的是,由于解决一道相对复杂的物理问题时可能需要学生综合运用多种物理能力才能实现,例如一道试题既考查了物理思维能力又考查了物理实验能力,我们以试题最核心考查的能力指标为准．

5 研究结论

物理学科能力表现标准可有效指导一线教师的课堂教学与评价,并为大规模学业评价提供参考．思维能力的培养在物理学习和教学中处于重要地位,开发物理思维能力表现标准具有重要意义．结合物理思维能力的基本要素和分类,分别对知识再现和辨认能力、知识运用能力、建立数学模型解决物理问题能力、理解能力、选择解决问题最佳方案能力开发了相应的能力表现标准．物理思维能力表现标准包括“表现描述”、“表现水平”与“作业实例及评注”．本研究开发的物理思维能力表现标准具有现实的借鉴价值．

1 美国国家教育和经济中心,匹兹堡大学.上海市教育科学研究院译.美国高中学科能力表现标准[M].北京:人民教育出版社,2004:1-18.

2 王焕霞.物理学科能力表现标准开发研究[J].湖南中学物理,2015(6):1-3.

3 王焕霞.物理学科能力评价指标体系构建研究[J].湖南中学物理,2015(5):1-3.

本文系全国教育科学规划教育部青年课题“教学与课程标准的一致性评价指标体系构建及实践研究”(项目编号:EHA140392)的阶段性研究成果．

2016-10-23)