近10年中学生物理竞赛研究的量化分析与启示

邵雪艳 陆建隆

(南京师范大学教师教育学院,江苏 南京 210046)

1 中学生物理竞赛及其重要性

全国中学生物理竞赛(对外可称中国物理奥林匹克,Chinese Physics Olympiad,缩写为CPHO),是各省(市、自治区)中学生自愿参加的群众性的课外学科竞赛活动,主要面向高中阶段的中学生.这项活动由中国科学技术协会主管,中国物理学会主办,并得到国家教育部的批准.竞赛的目的是激发学生学习物理的兴趣和主动性,促使他们改进学习方法,增强学习能力,提高物理思维品质;帮助学校开展多样化的物理课外活动;发现具有突出才能潜质的青少年,以便更好地对他们进行培养.[1]全国中学生物理竞赛分预赛(理论)、复赛、决赛(理论以及实验),经过层层选拔,决赛一等奖的选手将进入集训队,经过培训最终再选拔出参加国际奥林匹克物理竞赛的中国选手.自1984年北京承办第一届比赛至今,已经连续举办了34届,参加物理竞赛的学生从最早的每年几万人,发展到了如今的每年几十万人,可以说,全国中学生物理竞赛已经得到了广泛的开展,成为国内最受关注、规模最大的物理赛事.

近年来国家教委一再强调要“减轻中小学生的负担”,然而“减负”绝不意味着降低对学生的要求,反之,当今社会对人才质量的要求只会越来越高．“减负”绝不能减轻对学生能力、思维品质、创新精神等的培养,且只有致力于培养“英才”,使学生潜能得到充分发挥,学校才能提高教学效率,在减负的同时高质量地进行人才培养．在建设高品质高中以及“英才教育”的背景下,中学生物理竞赛的指导思想与培养创新人才的理念不谋而合.《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2020年)》中就指出:“中国未来发展、中华民族伟大复兴,关键靠人才,基础在教育”.也明确提出要探索高中阶段拔尖学生的培养模式.[2]因此,在“创一流教育,培养一流人才”的道路上,积极地开展对物理竞赛的研究是重要且必要的,研究中学生物理竞赛,从浅层次来讲,可以帮助师生全面了解竞赛,提高竞赛教学的质量,提高学生在竞赛中所取得的成绩.更重要的是,竞赛研究从科学的角度探索创新人才的培养与选拔,有利于提高英才教育的质量,乃至使整个高中物理教学走向高品质、精品化.

2 中学生物理竞赛研究的量化分析设计

2.1 研究目标与样本选择

研究目标是首先在对物理竞赛研究的一些维度的定量化结果基础上,尽可能客观展现出当前研究的整体表层现状,进而通过对一些典型个案的深入分析,探索其中反映的本质问题,反思现状,展望未来,最终对如何进一步提高中学生物理竞赛研究水平、优化竞赛教学、实施高质量的“英才教育”提出一些针对性建议.

为了尽可能有代表性地、真实地了解研究现状,笔者选择了《物理教师》、《物理教学》两本期刊作为本文的样本来源,这两本期刊在中学物理教育期刊中较权威,阅读热度很高.在二次文献中国人民大学书报资料中心复印报刊资料《中学物理教与学》中,转载自这两本刊物的文章数目多年来始终排名前列,其转载文章只看文章质量,足见《物理教师》与《物理教学》中选登文章的质量之高.这两本期刊中也都有关于竞赛研究的专栏,以奥赛为主,具有一定的代表性.笔者将样本年份选在2008年—2017年间,是由于近10年间,高中进入新课改后,关于高中物理课程、教学以及学生培养等的研究十分丰富多样,成果颇丰,而对于中学生物理竞赛的研究相对而言就较为薄弱,对这10年的研究再进行分析研究,从而反思现状,对于提高竞赛研究水平和竞赛教学质量、培养拔尖创新人才、以及提高教师专业化发展水平等具有非常重要的现实意义.

以中国知网为平台,笔者通过期刊导航获取了近10年《物理教师》、《物理教学》的电子资源,首先从目录标题出发,其次大致浏览文章的摘要、关键词,在这两本期刊中筛选出共263篇物理竞赛研究类的文章,其中绝大部分都是对奥赛进行研究,只有11篇是关于初中生物理竞赛或IYPT等其他竞赛的,数目偏少,为了使所得的结论更具有针对性,故删去这11篇文章,对其余252篇针对奥赛研究的文章进行分析.其中,选自《物理教师》的文章共169篇,选自《物理教学》的文章共83篇,这252篇文献就是本文的研究样本.

2.2 研究内容的维度与研究方法

关于中学生物理竞赛的研究并无统一的标准,为了看到研究的各方面整体情况,除对文章本身内容的统计分析之外,笔者还增加了一些维度.在分类上对文章主要从时间、属地、来源单位、内容、方法这几个维度展开分析研究,时间上统计、分析每个年份文献数量的变化,地域上反映作者所属地区的情况,来源上反映研究单位情况,然后着重对主要的研究内容和研究方法进行二维的统计分析,反映作者采取何种研究方法对什么内容进行了研究.

在研究内容维度上,通过简单了解文章内容,将研究内容具体分为以下几类.第一类:题目解法研究,主要对竞赛题目的解法、思路、步骤进行研究;第二类:题目风格研究,主要从命题风格以及题目涉及的知识点、领域等进行赏析研究;第三类:竞赛教学研究,主要从如何进行教学、如何培养竞赛生的角度进行研究．在研究方法维度上,不作细分,仅分为定性研究法与定量研究法,如个案研究法、经验总结法、行动研究法等为定性研究法;而问卷调查法、测量法、内容分析法等为定量研究法．

本文的研究方法采用定量与定性相结合,通过对数据进行统计,深入分析得出相关结论.

3 近10年中学生物理竞赛研究的量化结果及分析

3.1 竞赛研究的论文数量随年份的变化:研究热度较为平稳

图1所示为近10年来所选取的样本文章数量随着年份的变化情况.

图1 物理竞赛研究的论文数量随年份变化情况

从图1看出,每年的竞赛研究类论文的数量是比较稳定的,从趋势线看并无大升或者大降的趋势.2015年教育部颁布了《关于做好2016年高校部分特殊类型招生工作的通知》,提出竞赛中除了进入集训队的学生可以获得保送外,其他获奖都取消加分.笔者之前也认为物理竞赛获奖的优惠政策的削弱可能会导致对竞赛研究文章的锐减,但是从统计结果来看,数量偶有波动但是整体较为稳定.可见政策虽时有变动,但是竞赛仍是许多高校自主招生的重要门槛,无论是招生还是教学上对学生能力的重视都有增无减,除去一些附加的功利目的,竞赛本身对于知识的掌握、能力的培养都是有利无害的,师生对于竞赛的重要性还是认可的,对于竞赛研究也已形成了一个相对稳定的群体.那么这个研究热度是否算高呢?为了对比,笔者对这两本杂志中对高考研究的文章也进行了数量的统计,图2所示即为近10年来两本杂志中高考研究类文章数量随着年份的变化情况.

图2 高考研究类论文数量随年份变化情况

由上图可以看到,几乎每一个年份高考研究类文章的数量都在竞赛研究类文章的3至4倍,且从图2的趋势线我们可以清晰地看到高考研究类文章是呈明显的上升趋势的.对于高考的研究其实已经相当广泛、成熟,但是上升的趋势还是非常明显,而对于竞赛的研究起步较晚,尚在摸索中,数量上较少或许还情有可原,但作为一个理应正在发展的研究领域,研究的平稳其实反映出了研究发展的低迷,没有得到更多研究者的关注.

3.2 论文作者属地统计:研究实力分布不均,地区差距显著

论文的第一作者所属地域的统计结果如图3所示.

图3 文献第一作者地域分布情况

经过统计,在涉及到的23个省份/直辖市中,可以看到排名前5位的依次是: (1) 江苏(占26.98%)、(2) 浙江(占26.19%)、(3) 辽宁(占7.14%)、(4) 安徽(占5.16%)、(5) 湖北(占3.57%),剩下的江西、河南、贵州等17个省份共78篇,约占了30.95%.还有一些省份甚至“榜上无名”,并没有相关研究文章刊登在这两本杂志上.

相对于参加国际奥赛选手属地的不确定性,从文章数量上看,江浙两地的竞赛研究热度是排在最前列的.可见江、浙的研究者们对于物理竞赛价值的认可以及对物理竞赛的重视程度相当高.关于竞赛研究的区域不平衡现象其实与该省份的竞赛成绩、学生的竞赛水平并无太大的关系,许多坊间所传的“竞赛强省”排名也并非十分靠前,但这确实很大程度上反映了该省份对于物理竞赛、甚至是高考物理学科的重视程度,也一定程度上体现了教师的专业化水平,如竞赛教学水平和科研能力.

3.3 论文作者所在单位统计:研究主体为中学教师,缺乏合作研究

笔者将所有文章作者的来源单位分为以下4种:中学、高校、教研所以及合作单位.前3种表明只有单一作者或者多个作者都来自于同种单位,合作单位则表明有多个作者且来自于不同单位,比如中学教师和高校师生的合作、高校师生与教研所教研员的合作等.例如罗新勇、许新胜的《非完整简谐运动周期的一种简单求法》[3]就是由分别来自于高校与中学的作者合作而成的.统计结果记录如图4.

图4 文献作者所在单位分布情况

可以清晰地看到竞赛研究的文章作者单位来源较单一,研究主体是中学教师(约占总数的84.52%),之后依次是来自于高校单位、合作单位以及教研所,来自高校、教研所以及合作单位的文献数量与来自中学的相比就称得上“小巫见大巫”,微乎其微了.

当前在竞赛教学中,中学与高校的联系与合作是十分紧密的,竞赛生在中学由物理教师在竞赛课上对他们进行辅导,在假期则组成校队前往高校由教授对他们进行更深入的集训.中学教师是接触竞赛生的一线工作者,日常辅导经验最为丰富;而高校教授的学科专业背景强大,且对竞赛命题经验颇丰,对于竞赛研究可以起到引领的作用.而上文的竞赛研究作者统计结果反映出竞赛研究的主体却只是中学教师,来自于其他单位或者合作单位的研究者非常少,可见竞赛的合作研究尚未发展起来,更没有跟上竞赛的合作教学的脚步.

3.4 研究内容与研究方法的统计分析:研究内容倾向明显,研究方法单一

笔者通读这些文章,以文章的摘要、关键词等为主要参考,根据前文的分类标准,将研究内容与研究方法两个方面合并统计于表1中.如A-1代表通过定性研究的方法对竞赛题目的解法进行研究,其他则类似.

从表1数据可以看出,研究方法上定性研究法处于主导地位,比如针对具体题目的“案例研究法”、由自己的教学经验得来的“经验总结法”等,且研究方法上并不十分规范,竞赛研究也属于教育研究的一部分,教育是一门经验科学,更是一门实证科学,定性与定量的研究都不可或缺,而统计结果中看出研究者几乎仅采用定性研究的一类研究方法,单一的研究方法反映了研究不够规范、缺乏科学性.研究内容上,针对竞赛题目解法的研究则是热点,包括了对于题目的步骤分析或是对于题目的创新解法、错题勘误、变式拓展等,共229篇,占了总数的90%,对竞赛进行题目风格的赏析、命题方向的研究只有14篇,而对于竞赛教学上的研究只有9篇.

表1 研究内容与研究方法的二维统计

物理竞赛题大多集新、难、繁于一身,确实具有很高的研究价值,故竞赛题也成了广大教师乐于去研究的对象.教师对于研究角度更青睐于微观视角,偏向于研究单道或几道竞赛题,大多从解答的具体步骤或者解答时使用的方法入手研究,旨在研究得精细且深入.这样的研究角度指向微观且单一,致力于解决具体的问题,问题导向性突出,如果再从这些研究的题目中涉及到的解法、技巧、特点等出发再进行粗略的统计,还可以得到更多具有启发性的信息:题目的情境来自于学科专业知识的占得最多,也就是说常规题仍是研究中的重点;也有相当一部分来自于科学技术和社会生活,近年来竞赛对于现代前沿科技以及物理对社会生活的影响、作用也较为关注,这类题也就逐渐成为竞赛研究的热点题目;对题目的“一题多解”的解法研究出现的频次是最高的,这体现出了不管是竞赛命题还是教学也好,都十分重视学生的发散性、创造性思维;在具体思维方法上除基本的“归纳与演绎法”、“分析与综合法”等,“图像法”、“微元法”、“模型法”等在研究中出现的频次也较高,体现了对学生应用数学知识解决物理问题的能力以及建模能力的重视……这些研究热点都传达着竞赛与教学中所重视的学生思维品质以及能力.

笔者在阅读文章的时候还发现一个现象,文章中选用的题目或试卷的样本全都选自本国的物理竞赛理论试题或竞赛教学中的练习题,有对于实验题或国外竞赛题的研究.另外,将竞赛与高考、高中教学结合起来进行比较研究的也很少.统计发现,在252篇文章中,只有12篇中的题目选自国外竞赛,5篇选自实验题目;研究运用了比较融合研究的文章只有9篇,比如章慧雄、陆晖的《从竞赛题到2013年高考题的分析与教学反思》,[4]是将一道竞赛题与高考题进行了比较研究.而对于竞赛教学中评价的研究,更是只有唯一一篇:鲁志祥的《多元智力视野下的中学物理竞赛实验教学与评价》.[5]

物理奥赛的资源是相当丰富的,可研究的角度多、范围大,可适用的研究方法也很多样化.但从统计结果来看,研究者们对于研究对象、研究范围、研究方法的选取相当受限制,选择的都是自己较常接触到的题目,比如物理竞赛预赛、复赛中的理论试题,也几乎只进行与题解相关的研究,反映了教师科研水平不足以及研究时视野不够开阔、目光不够长远.

4 进一步提高物理竞赛研究水平与英才教育质量的建议

在量化统计分析的基础上,笔者发现近10年间对高中物理竞赛的研究表现出许多鲜明的特点,也反映出一些不足需要改进,比如研究手段上要加强合作研究,扩大影响力;研究方法上注意多样化以及科学化等.深化分析具体的研究内容,其中则反映出许多重要缺失,针对进一步提高物理竞赛研究水平,落实好资优生的竞赛教学工作并提升物理英才教育的质量,提出以下建议:

4.1 加强竞赛教育模式的研究,提高竞赛教学的系统性、结构性与层次性

对于竞赛教育的研究既需要指向实际问题解决的微观应用,更需要高屋建瓴,探索指向宏观、持续性的教育模式的研究.物理竞赛活动需要与高中物理教学接轨,又要适应小部分拔尖学生乃至于与大学物理教育接轨,该模式应依托于传统物理教育模式,更要区别于传统物理教育模式,这在具体操作上对于学校、教师都是不小的挑战,故中学非常需要具有指导意义的竞赛教育模式.然而因为竞赛所面向的学生较少,竞赛教学与学校的主要工作联系并不紧密,目前许多学校并没有相关的完整、长期的工作计划,更谈不上成熟的竞赛教育模式．已有研究中较多的“就题论题”或表面的泛泛而谈对广大中学的意义都不大,成熟的竞赛教育模式,在组织、编排与管理上都应将各种关联因素考虑在内,注重系统性、结构性与层次性．故研究竞赛教育模式,应在充分了解竞赛的意义与价值以及相关学科知识、教育学、心理学理论等的基础上,加强对竞赛教育从最初的选拔启蒙一直到进入国际赛场的连续性、长期性的模式研究.

4.2 加强物理竞赛校本课程建设的研究,重视与高中物理教学内在的衔接

竞赛研究中最直接的实践支撑、最显化的成果展现就是校本课程的开发与建设.一门优质的物理竞赛类校本课程体现了研究的价值,现如今不乏有一些重点高中正探索着开设较为成熟的物理竞赛类校本课程,但是大部分学校在物理竞赛辅导时还是采用“题海战术”,试图通过大量的讲解练习短期内提高学生的竞赛水准,这种“习题课”甚至谈不上“校本课程”,它离学生原先的认知太远,缺乏与高中物理教学的契合点．环境模式是开发校本课程的常见模式,其代表人物为斯基尔贝克.该模式由5个部分组成:环境分析;目标制定;计划制定;实施;评价、反馈与改进.[6]一个优质校本课程的建设要遵循结构化的模式,并且要时刻重视与高中物理教学内在的衔接.鉴于此,研究、建设一门物理竞赛类校本课程要特别关注以下几点.

(1) 明确物理竞赛校本课程基本价值取向:培养学生的物理核心素养.也即明确“为什么而教”,对物理竞赛类校本课程而言,不同的课程环境如不同学校层次等对具体课程开发有着很大的影响.但是可以肯定的是,物理竞赛类校本课程在基本价值取向上是一定的,应与高中物理教学保持一致,不应把“竞赛获奖”、“选拔成功”作为最终目的,而是以培养、提高每一个学生的物理核心素养作为基本价值取向,成绩的提高只是附加产物.

(2) 严格制定目标与计划,灵活实施.即关注具体“怎么教”和“教什么”.制定目标与计划时,首先要严格落实国家对于高中物理教学、校本课程教学的教育方针,依托于全国中学生物理竞赛内容提要、大纲.但严格并不意味着死板,重视与高中物理教学内在的衔接也绝不是要在教学内容、难度上与高中物理完全对应,在符合大的方针政策前提下,在具体操作过程中更要灵活变通.“教什么”只是客观事物的呈现,重要的是背后反映客观事物的思维品质,只要最终指向有利于培养学生的物理思维品质,就能在灵活的课程实施中发挥课程最大的实效．不管是普通物理教学还是校本课程的竞赛教学,都能使学生获得连贯一致的培养,符合学生发展的需要．

(3) 钻研课程案例,反思改进.即明确“教的效果”来评价、反馈与改进.物理竞赛校本课程的开发绝非一蹴而就,需要对每一节课进行记录、总结、反思.对于教师自身而言也应像日常教学研究一样进行物理竞赛校本课程的研究,且课程的建设与研究应该是同步进行的.教师应利用自己直接接触普通物理教学和竞赛教学的优势,将开发校本课程中所得的优秀研究成果以案例形式供更多的人欣赏学习,扩大影响力,同时也要关注其他教师的优秀案例.比如邱刚的《巧用错题 激发兴趣 培养能力——对一道科学性错误试题教学价值的探讨》中对一道错题进行分析拓展时就利用“问题连续体”理论,对竞赛辅导课进行了一次创新实践,并以课堂实录形式发表,这样的研究成果就体现出了实践价值.[7]

4.3 加强竞赛内容的选择研究,重视竞赛教学的基础性与挑战性

中学生物理竞赛资源极为丰富,如何在浩如烟海的内容中进行选择,如何选择最为重要的、最能体现英才教育水准的内容,也是研究中缺失但极为必要的一环.全国中学生物理竞赛本身的特点十分鲜明,它面向全体高中生,以高中物理课程为基础,具有一定的基础性,但是它又有选拔人才的作用,显示出高水平、高难度与挑战性．所以,在竞赛内容的选择研究时,要联系竞赛的特点,兼顾竞赛教学的基础性与选拔性．研究的角度可以相当多样,可以根据官方的内容提要以及大纲选择最为基础的内容;可以从命题的风格、趋势选择热点内容;可以为拓宽视野,增强灵活性选择新颖、不同风格的内容;可以从所辅导的学生出发选择最能提高某项能力的针对性内容等……重要的是研究要适应竞赛教学的特征:立足于学生最基础的物理能力、思维、素养等,但致力于使学生的各方面都达到卓越的水平．

4.4 加强竞赛的实验教学研究,切实提高学生的实践创新能力

竞赛的实验教学研究的重要性体现在两点,一是大部分竞赛生甚至教师目光不够长远,前期的教学仅以进入复赛为目标.有的学生因未得到充分的实验教学,能力没有完全发挥出来,可能就遗憾止步于复赛;二是目前在整个高中物理教学阶段,实验都没有受到应有的重视.所以,加强实验教学研究不仅能使学生的竞赛之路更长远、更平坦、填补英才教育中必不可少的空缺,也能对普通物理实验教学起到补充与引领的作用,切切实实地提高学生的实践创新能力.研究物理实验教学一定要有意识地注重其开放性与探索性,将目光放远于培养一名真正的科学家,对它的研究应当要平稳扎根基础,放眼实践创新卓越.从基本仪器的使用到实验素养的培养,从基础实验操作到综合运用知识解决实验问题的能力培养,从实验技能的提升到探索创新精神的培养.

4.5 加强对竞赛学生特质的研究,重视竞赛教学的个性化

对于竞赛教育的研究不仅要包括对教学的研究,还要包括对育人的研究.每个参与物理竞赛的学生个性鲜明、能力突出,主动性也较强,对于这样的学生,教师如果还是采取对一般中学生的教育教学方式,那么可能在传授知识方面并不困难,但在培养能力,尤其是特殊能力方面就收效甚微了,学生可能也不会买账.对于这样的学生,分层教学、个性化教学就显得尤为必要,这里的分层教学并非指按参与竞赛的学生成绩高低之分,而是指要针对学生的特质,如不同的性格特征、知识基础、接受能力、学习风格、教育背景等设定多层次多样化的教学目标与方法,尽可能地进行个性化地教学.比如对不同的学生提个性化问题、布置个性化任务、进行个性化评价等,以达到令学生主动并全面发展的素质教育目的.这就需要教师与学生多互动,在课堂内外都要加强交流讨论,师生相互尊重、相互悦纳,共同探索、共同进步．只有这样师生之间才能充分了解,教师才能做到针对每一个人的扬长补短.如研究对思维敏捷但基础不扎实的学生要如何加强其知识框架构建,对实验操作不擅长的学生要如何加强相关训练,对心理素质较弱的学生如何进行心理辅导等.