高考改革后上海市和浙江省大一新生物理知识水平的比较研究

宋志怀 张 睿

(同济大学物理科学与技术学院，上海 200093)

物理学是研究物质的结构、物质之间的相互作用及其运动规律的一门学科，作为自然科学的基础，它与其他学科有着紧密的联系，因而无论是在高等教育还是在基础教育中，物理教学都起着重要作用。物理学中所涉及的概念、原理和解决问题的方法在培养学生科学素养、激发学生创新精神方面起着非常重要的作用。但是近年来，我国基础物理教育课程发生了重大改革，2010年教育部决定全国全面实行中学新课标，新课标注重提高全体学生的科学素养、促进学生个性发展和自主学习。按照中学物理新课标的规定，中学物理课程的结构和内容发生了特别大的变化。新课标将课程结构模块化，期望学生根据自己的爱好和专业取向来选择不同的基础模块，以构建适合今后学业发展的基础知识结构。在此基础上2014年国务院印发了《关于深化考试招生制度改革的实施意见》[1]，特别是2017年上海市和浙江省率先实施高考改革试点，两地区一方面对高中物理内容做了大幅度的调整和改革，中学物理学科要求大幅度降低，中学生的物理基础也随之下降，中学物理教学内容与大学物理教学内容严重脱节；另一方面新高考实行“3+3”考试科目设置, 语文、数学、外语为必考，另3门选考科目由考生在政治、历史、地理、物理、化学、生物、技术中自主选择，由于受到文理不再分科、高校选考科目要求低，尤其是赋分方式不够合理等因素的影响[2]，出现了考生选考物理科目人数持续下降，很多没有选考物理科目的考生物理基础非常薄弱，这些考生一旦进入高校以后发现他们的物理水平明显落后于其他省市的考生，在学习大学物理课程时，明显感到学习有困难。因此在新高考背景下，分析中学物理的知识结构，进而把大学物理课程和中学物理课程有机地衔接起来成为大学物理老师和中学物理老师共同关注的问题[3]。

1 浙江省和上海市高考改革的特点

作为高考改革试点，浙江省和上海市的高考改革具体实施方案有所不同。浙江省的“3+3”考试科目总成绩750分，3门必考科目语文、数学、外语各为150分，3门选考科目在政治、历史、地理、物理、化学、生物、技术中选择，各为100分。上海市的“3+3”考试科目总成绩660分，3门必考科目语文、数学、外语各为150分，3门选考科目在政治、历史、地理、物理、化学、生物中选择，各为70分。选考科目得分不是通常的考试卷面得分，而是采用等级赋分方式，即将考生卷面实际分数按比例进行分级排序，然后按级次再转换为百分制分数计入总分。比如浙江省选考物理科目的考生以高中物理学业水平考试合格成绩为赋分前提，高中物理学业水平考试不合格不赋分，起点赋分40分，满分100分，共分21个等级，相邻等级分差为3分；而上海市选考物理的考生以高中物理学业水平合格考试成绩为赋分前提，合格考试不合格不赋分，起点赋分40分，满分70分，共分11个等级，相邻等级分差为3分。按等级赋分这样一种改革设计其初衷是为了使各选考科目的高考成绩更为公平、具有可比性，但是近3年的实施效果是考生选考科目严重偏科，由于物理思维的独特性使得许多中学生感到物理考试竞争激烈，难以在赋分制情况下获得高分，从而很多学生选择放弃选考物理科目。2017年上海市选考物理人数占总考生约38%，排名倒数第二，2018年上海市选考物理人数占总考生约30%，排名倒数第一。高考改革前的2016年浙江省选考物理人数占总考生约60%，名列第一，高考改革后的2017浙江省选考物理人数快速下降至只占总考生约27.5%，排名跌到倒数第二，2018年浙江省选考物理人数占总考生约24%，排名倒数第一，选考物理科目考生人数在不断减少。为了解决这个问题，两地及时地推出了物理选考科目的保障机制，浙江省把物理选考科目保障机制的基数确定为6.5万人，而上海市把物理选考科目保障机制的基数确定为1.5万人，当物理选考科目某次考试赋分人数少于这一基数时，即以此基数从高到低进行等级赋分。这一措施虽然缓解了选考物理考生人数的快速下滑趋势，但是没有从根本上解决问题，在各选考科目中，选考物理的考生人数占比依然排在倒数第一或第二。高考的改革削弱了中学物理教学，使得高中生在初等教育阶段没有形成初步的科学思维能力和科学精神[4]。

2 浙江省和上海市中学物理学科知识结构的特点与对比

浙江省和上海市的高考各自命题，他们使用的中学物理课程教材不同，中学物理的基本要求也不同，大学入学考试的内容要求也有较大差异。

2.1 浙江省中学物理学科知识结构的特点

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，全部考生在高中阶段要求学习《物理必修1》、《物理必修2》的全部和《物理选修3-1》一部分内容，这些内容作为必考内容，共有58个物理知识点，包含了力学、电学和磁学的知识范围(见表1)。

选考物理科目的考生在必考内容的基础上还必须进一步学习《物理选修3-1》《物理选修3-2》《物理选修3-4》《物理选修3-5》的课程，这些课程作为选考内容，也有58个物理知识点，包含了动量守恒定律、电磁感应、振动和波动、光学和原子等主要内容，选考物理科目的考生共计要学习116个物理知识点，是没有参加选考物理科目的学生所学物理内容的2倍。

由此可知，新课标课程结构的模块化设计使得没有参加选考物理科目的学生，他们仅学习了力学、电学和磁学3个模块的内容，他们的知识结构有一定的深度，但缺乏广度。即对于他们所学的力学、电学和磁学3部分内容基本上还能满足大学物理课程要求。以电场内容为例，其知识点包含电荷及其守恒定律、库仑定律、电场强度、电势、电势能和电容器等，那些不学的物理内容完全达不到大学物理课程要求，这些学生在进入大学物理课程学习以前，要完成动量守恒定律、电磁感应、振动和波动、热学、光学和原子结构等内容的先修课程，才能够适应大学物理的学习。对于选考物理科目的学生，浙江省物理选考内容删除包含热学内容的《物理选修3-3》课程，这些学生在进入大学物理课程学习以前，要完成热学内容先修课程。

2.2 上海市中学物理学科知识结构的特点

上海市考生使用的是上海科学技术出版社出版的高中物理教材，全部考生在高中阶段要求学习《物理》高中一、二年级共4个学期的4本教材，这些必考(也称为合格考试)内容有69个物理知识点，而且其中有2个知识点的要求比高考改革之前提高了，另有8个知识点的要求被降低了，69个物理知识点包含了力学、电磁学、振动和波动、热学、光学和原子等高中物理的主要内容，其中力学、电场和磁场内容要求见表1。

选考物理科目的考生在必考内容的基础上还必须进一步学习华东师范大学出版社出版的《物理-拓展型课程》，选考(也称为等级考试)内容有32个物理知识点，内容与必考内容类似，包含了力学、电磁学、振动和波动、光学和原子等，但是其知识点更多，评价要求也更高。选考物理科目的考生共计要学习101个物理知识点。

从数据上看，没有参加选考物理科目的学生所学物理内容占选考物理科目的学生所学物理内容的68%，但是进一步分析发现，必考的69个知识点中绝大部分的要求是知道和理解，要求掌握的知识点仅为4个(它们是初速度为零的匀加速直线运动、牛顿第二定律、机械能守恒定律和串并联电路)，要求综合运用的知识点为零。这些学生的知识结构虽然有一定的广度，但缺乏深度。即知识面较宽，高中物理的主要内容均有所涉及，但是对所学内容的评价要求却很低，例如对直线运动内容只要求学习到初速度为零的匀加速直线运动为止，而对电场内容仅学习电荷及其守恒定律、电场强度和电场线，知识要求也只是知道和理解。这些学生的物理知识结构远达不到学习大学物理课程的要求。他们在进入大学物理课程学习以前，要完成力学、电磁学、热学和光学等内容的先修课程。

对于选考物理科目的学生，虽然知识点与要求相对必考内容均有所提高，但是其与改革试点前相比还是有所降低。有16处知识点被删除，新的选考要求删去了力矩及力矩平衡、运动合成与分解、平抛运动、动能定理、理想气体的状态方程、匀强电场中电场强度与电势差的关系、多用电表和逻辑电路、法拉第定律等，原来选学的动量及动量守恒定律和人造地球卫星也不再要求。即使要求的内容难度也大大降低，牛顿第二定律和机械能守恒定律的拓展部分均被删去。在101个物理知识点中，评价要求综合运用的知识点仅为1个(它是导体棒切割磁感线时产生的感应电动势)，而原来为4个。因此对于参加选考物理科目的学生，在进入大学物理课程学习以前，也要完成相关内容的先修课程。

2.3 浙江省和上海市中学物理学科知识结构对比

浙江省必考内容为力学、电学和磁学，上海市必考内容为力学、电磁学、振动和波动、热学、光学和原子。表1给出了浙江省与上海市必考的物理内容中相同的知识点对比，从表格中可以得出，在考核同一物理内容时，浙江省对内容要求均高于上海市的要求。

表1 对浙江省与上海市的必考的共同物理内容知识点对比

注：表中学习水平评价(a)知道，(b)理解，(c)掌握，(d)综合运用。

对于选考物理科目的学生，即使浙江省的考生比上海市的考生缺失了热学模块内容，其要求学习的116个物理知识点仍然高于上海市的101个知识点。浙江省的116个知识点中，学习水平评价(a)知道有14个、(b)理解有42个、(c)掌握有49个、(d)综合运用11个；上海市的101个知识点中，学习水平评价(a)知道有41个、(b)理解有47个、(c)掌握有12个、(d)综合运用1个，可以得出浙江省的考生对内容要求整体上高于上海市的考生对内容要求。

3 上海，浙江两地新生质量比较

我们对同济大学，上海，浙江两地的2019级新生进行了摸底测试，测试学生中上海生源210人，浙江生源 101人。摸底测试的知识点以力学，电磁学与热学为主，测试结果见表2。

表2 同济大学2019级新生摸底考试结果

上海学生的平均值较浙江学生明显偏低(p<0.05),对于热学部分的计算题(计算一)，上海学生得分明显高于浙江学生，两样本平均值的差大约6分。对于洛伦兹力的计算题(计算二)，浙江学生得分明显高于上海学生，两样本平均值的差大约5分。可以看出两地区学生的差距主要源于教学内容的不同，而不是学生本身的差距。

我们还针对同济大学大学物理先导班的学生作了学习态度的问卷调查，调查问卷采用科罗拉多科学学习态度问卷(CLASS)，调查对象中上海生源51人，浙江生源16人。

科罗拉多科学学习态度问卷[5]一共有42个问题，涉及8个维度的学习态度，这8个维度包括(1)一般问题的解决能力，(2)解题信心，(3)复杂问题的解决能力，(4)个人兴趣，(5)与现实生活的联系，(6)努力程度，(7)概念理解，(8)概念应用。问卷按照李克特量表的形式设计，选项设定为非常反对为1，反对为2，不置可否为3，赞成为4，非常赞成为5。

根据专家意见与式(1)，确定各小题回答的归一化答案：

(1)

式中Ai为归一化答案，ai为原始答案，asi为标准答案(同意时，asi=4；不同意时，asi=2)。也就是说当学习态度完全正向时，Ai=100，学习态度完

表3 大学物理先导班学生学习态度调查结果

全负向时，Ai=0。通过计算各个样本特征组的归一化结果，可以表征和比较各个样本组的学习态度不同维度的结果。

调查结果(表3)显示，总体上浙江生源和上海生源相比学习态度没有显著差异，但浙江生源在物理概念的理解与应用上要好于上海生源，上海生源解决复杂问题的能力也偏低。由于使用的样本较少，有关结果还需要进一步研究验证。

4 结语

浙江省中学物理课程是按物理内容的模块化结构来实施教学，没有选考物理科目的考生与选考物理科目的考生在知识结构上的差异体现在所选的模块多少，因此只要在大学物理先修课程中将它们缺失的模块内容补上，就能与大学物理课程衔接。上海市没有选考物理科目的考生与选考物理科目的考生在知识结构上的差异体现在知识点的广度和难度上，这直接影响到上海生源对物理概念的理解与应用，对他们而言大学物理先修课程的任务一方面要拓展他们的知识面，另一方面也要加强对知识的综合应用能力，提高学生对物理概念的理解与掌握。

新的高中课程改革与高考改革，目的是从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观等方面培养学生，但是在实施过程中也反映出一些问题。我们欣喜地看到第三批高考改革的8个省市在今年发布的高考综合改革实施方案中明确从2021年高考实施“3+1+2”模式。“3”为全国统考科目语文、数学、外语；“1”为首选科目，考生须在高中学业水平考试的物理、历史科目中选择一科；“2”为再选科目，考生可在化学、生物、思想政治、地理4个科目中选择两科。物理或历史使用试卷原始成绩计入考生总成绩，每门满分100分。这一方案将有助于大学物理课程和中学物理课程的衔接。