2021年新高考物理试题中关键能力的考查研究

李小鹏 邓 磊 蒋 敏 游佳雪

（1.西南大学科学教育研究中心，重庆 400700；2.西南大学附属中学校，重庆 400700）

高考评价体系是深化新时代高考内容改革的理论支撑和实践指南，是统筹推进高考综合改革和高中育人方式改革的重要载体，是提升高考治理能力的重要基础.［1］随着高考评价体系的实施，高考命题已经从能力立意转变为价值引领，素养导向，能力为重，知识为基，因此关键能力是高考重要的考查目标，是测试和评价的核心指标和因素.［2］关键能力——即将进入高等学校的学习者在面对与学科相关的生活实践或学习探索问题情境时，高质量地认识问题、分析问题、解决问题所必须具备的能力.［3］依据课程标准所构建的物理科关键能力为理解能力、推理论证能力、模型建构能力、实验探究能力、创新能力这5种.

近年来，以高考评价体系为导向的试题研究已成为物理教育领域关注的热点.此类研究主要涉及：① 依据高考评价体系对试题进行整体的质性和量化评价，［4－5］② 选取“一核、四层、四翼”的具体某一视角对试题进行评价分析.［6－8］这些研究或对某一套特定试卷进行分析，或对同类型的多套试卷进行比较，而从5种关键能力的角度对不同试卷进行比较的研究较少.鉴于此，本研究以2021年新高考方案下的5套高考物理试卷（全国甲卷、全国乙卷、湖南卷、河北卷、广东卷）为研究对象，评析其在5中关键能力上的考查差异，旨在全面认识新高考物理试题的关键能力考查特点和命题趋势，以期为师生的教学提供建议.

1 研究设计

1.1 研究对象

2021年新高考物理试卷共16套.本研究选择全国卷（甲卷、乙卷）2套（由教育部考试中心命制）以及作为全国第三批新高考综合改革“3＋1＋2”模式的自命题卷（湖南卷、河北卷、广东卷）3套（由各省考试院自主命制）.

1.2 评价框架的确定

本研究采用张春丽［9］给出的5种关键能力界定为编码标准，对2021年5套高考物理试卷中的每道试题进行关键能力编码与统计，如表1所示.

表1 关键能力内涵及试题案例

续表

1.3 编码方法

为了确保编码的客观性，编码人员首先对5种关键能力进行了细化，研讨5种关键能力的具体评价标准；然后各自独立对5套试卷进行编码；接着对编码结果进行一致性检验（肯德尔和谐系数为0.827，显著性水平小于0.01），说明编码结果具有很高的一致性；再次组织编码人员共同讨论存在分歧的题目；最后共同确定试题所考查的具体关键能力.

确定每道试题所考查的关键能力后，将5种关键能力所对应试题的分值所占比重对应为能力结构比重，并进行量化统计分析.如湖南卷第1题考查学生理解能力，该题分值为4分，故对应理解能力计4分；若某题同时考查多种能力，按照 “核心关键能力与分支关键能力各占一半”的原则进行分配，如全国乙卷第21题，该题分值为6分，其所考查的核心关键能力——推理论证能力记3分；分支关键能力的模型建构能力、理解能力，分别记1.5分.

2 研究结果

2.1 5套试卷的关键能力权重比较

通过统计5套试卷中各题考查的关键能力分值，计算出了5种关键能力在各套试卷中的权重.由于全国卷（甲卷、乙卷）和自命题卷（湖南卷、河北卷、广东卷）的题量和总分各不同：全国卷110分，13题（必考题12道，选考题1道（2选1））；自命题卷100分，15题（必考题14道，选考题1道（2选1））.因此，为了保证权重的归一性，本研究将全国卷按110分计，自命题卷按100分计.

为了呈现5种关键能力在5套试卷中的考查情况，本研究绘制了如图1～图5所示的柱状图，分别呈现5套试卷对5种关键能力的考查权重与平均权重.

2.1.1 理解能力

（1）必考内容的理解能力考查差异比较.

5套试卷对理解能力考查并不均衡：全国卷（甲、乙）超过平均权重（0.234），自命题卷都低于平均权重（图1）.独立样本t检验显示，全国卷（甲、乙）与自命题卷在对理解能力的考查上存在显著性差异（p＝0.039＜0.05）.进一步分析显示，全国乙卷在理解能力的考查上显著地高于与其他4套试卷（p＝0.022＜0.05），说明全国乙卷是5套试卷中最关注理解能力考查的.

图1 理解能力考查权重

在选修3-3中，全国甲卷超过平均权重（0.040），自命题卷与平均权重值相同，全国乙卷低于平均权重.独立样本t检验显示，全国卷（甲、乙）与自命题试卷在对理解能力的考查上无显著差异（p＝0.806＞0.05）.进一步分析显示，全国甲

（2）选考内容的理解能力考查差异比较.卷在理解能力的考查上非常显著地高于另外4套试卷（p＝0.007＜0.01），说明全国甲卷在选修3-3中最注重对理解能力的考查.

在选修3-4中，只有全国乙卷、湖南卷和广东卷超过平均权重（0.038）.独立样本t检验显示全国卷（甲、乙）与自命题卷在对理解能力的考查上无显著性差异（p＝0.528＞0.05）.进一步分析显示，全国乙卷在理解能力的考查上显著性高于另外4套试卷（p＝0.038＜0.05），说明全国乙卷在选修3-4中最注重对理解能力的考查.

综上，在必考内容上，全国卷与自命题卷对理解能力的考查存在显著性差异，全国乙卷更加显著重视对理解能力的考查；在选考选修3-3上全国甲卷、选修3-4上全国乙卷更显著重视对理解能力的考查.

2.1.2 推理论证能力

（1）必考内容的推理论证能力考查差异比较.

在对推理论证能力的考查上，仅全国乙卷和河北卷高于平均权重（0.256）（图2）.独立样本t检验显示，全国卷（甲、乙）与自命题卷对推理论证能力的考查不存在显著性差异（p＝0.796＞0.05）.进一步分析显示，全国乙卷在对推理论证能力的考查上显著性高于另外4套试卷（p＝0.022＜0.05），说明全国乙卷最重视对推理论证能力的考查.

图2 推理论证能力考查权重

（2）选考内容的推理论证能力考查差异比较.

在选修3-3上，全国卷（甲、乙）考查权重高于平均权重（0.046），自命题卷都低于平均权重.独立样本t检验显示，全国卷（甲、乙）与自命题卷对推理论证能力的考查存在显著性差异（p＝0.026＜0.05）.进一步分析显示，全国乙卷在推理论证能力的考查上显著地高于另外4套试卷（p＝0.020＜0.05），说明全国乙卷在选修3-3中也最重注对推理论证能力的考查.

在选修3-4上，全国卷（甲、乙）权重高于平均权重（0.042），自命题试卷都低于平均权重.独立样本t检验显示，全国卷（甲、乙）与自命题卷对推理论证能力的考查不存在显著性差异（p＝0.093＞0.05）.进一步分析显示，全国甲卷在推理论证能力的考查上显著性高于另外4套试卷，（p＝0.015＜0.05），说明在选修3-4中全国甲卷最重视对推理论证能力的考查.

综上，在必考内容上，虽然全国卷（甲、乙）与自命题试卷对推理论证能力的考查不存在显著性差异，但进一步分析却显示全国乙卷更加注重对该能力的考查；在选考内容方面上，全国乙卷（在选修3-3中），全国甲卷（在选修3-4中）最重视对推理论证能力的考查.

2.1.3 模型建构能力

（1）必考内容的模型建构能力考查差异比较.

在对模型建构能力的考查上，全国卷（甲、乙）都低于平均权重值（0.141），自命题卷（湖南卷、河北卷）都高于平均权重（图3）.独立样本t检验显示，全国卷（甲、乙）和自命题卷在模型建构能力的考查上不存在显著性差异（p＝0.109＞0.05）.进一步分析显示，河北卷在模型建构能力的考查上显著地高于其他4套试卷（p＝0.037＜0.05），说明河北卷在必考内容方面最重视模型建构能力的考查.

图3 模型建构能力考查权重

（2）选考内容的模型建构能力考查差异比较.

在选修3-3中，除了广东卷外，其他试卷的考查权重值都超过平均权重（0.025）.独立样本t检验显示，全国卷（甲、乙）与自命题卷对模型建构能力的考查不存在显著差异（p＝0.678＞0.05）.进一步分析显示，在对模型建构能力的考查上，广东卷非常显著低于另外4套试卷（p＝0.00＜0.01），说明广东卷应该进一步加大对该能力的考查.

在选修3-4中，只有全国甲卷和河北卷、广东卷的考查权重超过平均权重（0.029）.独立样本t检验显示，全国卷与自命题卷在模型建构能力的考查上不存在显著差异（p＝0.416＞0.05）.进一步分析显示，全国甲卷在模型建构能力的考查上显著地高于另外4套试卷（p＝0.030＜0.05），说明在选修3-4中全国甲卷最重视对模型建构能力的考查.

综上，在必考内容方面河北卷最重视对模型建构能力的考查；在选考选修3-3中，广东卷的模型建构能力考查最弱，应该加大力度；选修3-4中全国甲卷最重视对模型建构能力的考查.

2.1.4 实验探究能力

在实验探究能力考查上，全国卷（甲卷、乙卷）的考查权重都低于平均权重值（0.147），而自命题卷的考查权重则都超过平均权重（图4）.独立样本t检验显示，全国卷在实验探究能力的考查上显著地低于自命题卷（p＝0.029＜0.05），反映出第三批综合改革“3＋1＋2”模式的新高考省份更加重视对实验探究能力的考查，更加关注学生实验设计能力，数据的获取、处理与分析能力.进一步分析显示，广东卷在实验探究能力的考查上显著地高于另外4套试卷（p＝0.024＜0.05），由此表明广东卷最重视该能力的考查.

图4 实验探究能力考查权重

2.1.5 创新能力

（1）必考内容的创新能力考查差异比较.

在对创新能力的考查上，只有全国甲卷和广东卷考查权重超过平均权重（0.094）（图5）.独立t检验显示，全国卷（甲、乙）与自命题卷在对创新能力的考查上不存在显著差异（p＝0.798＞0.05）.进一步分析显示，广东卷在创新能力的考查上显著地高于另外4套试卷（p＝0.027＜0.05），说明广东卷最重视对该能力的考查.

图5 创新能力考查权重

（2）选考内容的创新能力考查差异比较.

在选考选修3-3中，自命题卷考查权重值全部超过平均权重（0.018），而全国卷（甲、乙）则都低于平均权重.独立样本t检验显示，自命题卷在创新能力的考查上显著地高于全国卷（甲、乙）（p＝0.045＜0.05）.进一步分析显示，广东卷显著地高于另外4套试卷（p＝0.016＜0.05），说明自广东卷在选修3-3中最重视创新能力的考查.

在选修3-4中，只有湖南卷和河北卷考查权重值超过平均权重（0.019）.独立样本t检验显示，全国卷（甲、乙）与自命题卷不存在显著差异（p＝0.474＞0.05）.进一步分析显示，湖南卷在创新能力的考查上非常显著高于另外4套试卷（p＝0.003＜0.05），说明在选修3-4中自命题湖南卷最重视对该能力的考查.

综上，在必考内容方面广东卷最重视对创新能力的考查；在选考选修3-3中，广东卷最重视对创新能力的考查；选修3-4中，湖南卷最重视对该能力的考查.

2.2 5种关键能力考查权重整体分析

5套试卷对5种关键能力考查的平均权重如图6所示.

图6 5种关键能力考查权重

如图6所示：理解能力、推理论证能力的考查权重在20%以上，模型建构能力、实验探究能力的权重在15%左右，创新能力的考查权重仅约11%.单样本t检验显示，5套试卷在对5种关键能力的考查上并无显著差异（p＝0.406＞0.05）.进一步分析显示，对推理论证能力的考查显著地高于其他4种关键能力（p＝0.037＜0.05），表明2021年新高考依旧最注重对推理论证能力的考查，强调学生运用物理规律和数学方法确定各物理量之间的定量关系，需要学生通过运算、估算等方法进行科学推理和论证，应用正确的物理观念思考问题、分析和解决问题，并能把推证过程和结果正确地表达出来.

为了了解5套试卷中5种关键能力分值的总体分布是否存在显著差异，进行了多个独立样本的非参数检验，结果显示（表2）5种关键能力的渐进显著性p值均大于0.05，说明5套试卷在5种关键能力的分值分布上无显著性差异.此外，研究发现创新能力考查权重最少，也就是说虽然5套试卷对5种关键能力在其总体考查分布时无差异，但创新能力与其他能力相比依然存在一定程度的不足，说明试卷对关键能力的考查存在差异，应该注重各关键能力之间的均衡.

表2 5套试卷考查5种关键能力分值的显著性检验

3 结论与启示

3.1 结论

（1）5种关键能力考查不均衡.

5种关键能力在5套试卷中的考查并不均衡，其中推理论证能力考查最多，其次是理解能力，而模型建构能力和实验探究能力考查只占15%左右，创新能力考查最少.其中，推理论证能力相较其他4种关键能力的考查显著地高，表明2021年新高考依旧注重对推理能力、分析综合能力和应用数学处理物理问题能力考查，而缺乏对创新能力的考查.

（2）5种关键能力在必考和选考内容方面存在显著性差异.

整体来看，全国卷与自命题卷对5种关键能力在必考和选考内容方面也存在显著性差异.必考内容，全国卷在对理解能力的考查上显著地强于自命题卷，而在实验探究能力考查上则显著地弱与自命题卷.选考选修3-3中，全国卷在推理论证能力的考查上显著地强于自命题卷，但在对创新能力的考查上则显著弱于自命题卷；选修3-4中，全国卷与自命题卷对各种关键能力考查无显著性差异，考查较为均衡.

（3）5套试卷对5种关键能力的考查侧重各有不同.

总体而言，全国卷（甲卷、乙卷）在必考内容方面注重理解能力和推理论证能力的考查；在选考内容方面选修3-3中全国甲卷注重理解能力、全国乙卷注重推理论证能力；在选修3-4中全国甲卷注重推理论证能力、模型建构能力，全国乙卷注重理解能力.

在必考内容方面湖南卷对各种关键能力考查更加均衡，河北卷注重模型建构能力的考查，广东卷注重实验探究能力、创新能力的考查；在选考选修3-3中，湖南卷注重理解能力、推理论证能力的考查，河北卷注重理解能力考查，广东卷注重创新能力；选修3-4中，湖南卷注重创新能力，河北卷注重推理论证能力的考查，广东卷注重理解能力、推理论证能力的考查.

3.2 命题建议

（1）统筹设置物理学科关键能力考查的均衡性，适当增加对创新能力的考查.

对学生关键能力的考查，不能仅仅停留在对知识的理解和推理论证上面，应该加大对学生的创新能力的考查力度.21世纪国家更加提倡创新型人才的竞争，如何培养更多更加具有创新能力的人才，是当前考试需要深度思考的问题.诚然，作为选拔性考试的高考，物理试题主要考查学生的知识理解和推理论证是必要的，但若对模型建构和创新能力的考查比例太低甚至完全缺失，则说明该套试卷的配置不太合理.通过上述比较分析发现，5套试卷对学生创新能力的考查比重普遍偏低，这与高考物理试卷对各种关键能力考查的均衡性要求不一致，也与国家所倡导的培养学生创新意识与创新能力的理念有偏差.因此，高考物理试卷应统筹设置各关键能力之间的合理梯度，适当加强对创新能力的考查，通过对试题的呈现方式和设问方式进行创新，转变以往的考查思路与切入点，使试题更加灵活和开放，学生通过发现问题、提出问题和解决问题，培养学生的问题意识，助力国家培养创新型人才.

（2）深度挖掘高考试卷中关键能力的特点，加强关键能力与考试内容之间的关系.

充分发挥高考评价体系对立德树人、引导教学、人才选拔的积极促进作用，高考是检查教学质量和人才选拔的重要途径，如何解决唯分数论，如何真正实现物理高考试卷选拔人才的有效性？是一直以来高考命题研究者思考的问题.因此，深度挖掘高考试卷中关键能力的命题特点和规律，明确关键能力考核的标准，真正实现人才选拔时达到所应该具有的关键能力.高考物理科命题依据课程标准，贴近中学物理教学实际，创设典型的问题情境，考查学生对基本物理概念、物理规律的理解和掌握，引导教学遵循教育规律，回归课程标准和教材.［10］更加关注传统文化和科技发展，贴近学生生活实际，减少试题陌生感，让学生的获得感更强，结合中学的实际教学情况，明确每道试题所考查学生的具体关键能力.在教学中，教师应该让学生经历物理概念、物理规律的建构过程，再现物理思想与方法，培养学生理解能力；引导学生在真实验中进行科学推理和论证，激发学生科学探究的兴趣，培养学生推理论证和科学探究能力；增加真实情境培养学生创新能力.

（3）积极开发多类型试题资源，同时兼顾关键能力考查的公平性.

高考需要客观公正地考查学生关键能力.由上述分析发现，由于经济、教育、文化等发展的差异，我国当前的高考物理试题类型具有多样化的特点，5套试卷对5种关键能力考查的分值总体分布无显著性差异，这在一定程度上说明了高考是当前最具权威性的考试，保证了考试的公平性.因此，我国高考应该积极探索，做到在保证公平性的同时，能够因地制宜、因时制宜地开发出多类型试题资源，保证人才选拔的高质量，做到“稳中求变”“求同存异”的命题导向，提升命题特色.