指向科学探究素养考查的高考实验试题研究

摘 要：培养学生科学探究素养，不仅是高中物理课程的重要目标之一，更是物理学科育人价值的重要体现。如何开展科学探究素养的测评，不仅是基于核心素养考试评价的关键，还是设计和实施核心素养教学的重要依据。分析２０２３年各省高考物理实验试题考查的核心素养要求，可以发现各省实验试题的考查普遍重视解释要素，同时关注证据要素和交流要素，凸显了“基础性”和“创新性”要求。因此，物理实验教学应更加关注学生基本实验的操作实践，提供足够的机会让学生自行设计及探究。

关键词：科学探究素养；２０２３年高考；物理实验试题

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2024）9-0038-6

《中国高考评价体系》于2020年由教育部考试中心发布，强调了高考在“引导教学”方面的功能和作用。深入分析高考物理试题的特点和要求，能够为高中物理教学提供方向性指引。

《普通高中物理课程标准（２０１７年版２０２０年修订）》（以下简称“课程标准”）对物理核心素养的水平提出了相关要求。本文以此为基础，结合标准化考试试题的规范要求，研制了物理实验试题的分析框架体系，并对２０２３年各地方卷物理实验试题进行了分析，以探索物理实验试题的核心素养考查意图，为进一步改进物理实验教学提供指引。

１ 物理实验试题分析量表的建构

课程标准将核心素养明确划分成逐级递进的五个水平，并在学业质量中明确指出水平２为合格性水平要求，水平４为学业水平等级性考试要求［１］。为了增强实验试题分析的可操作性，本研究结合标准化考试试题的特点和要求，研制出实验试题分析量表（图1）。

作为标准化考试的高考，为提高评价的客观性和准确性，实验试题中一般都有明确的实验目的，以免学生从不同角度提出问题和猜想，因此试题几乎不考查学生提出问题和猜想等没有客观评价标准的能力［2］；问题意识的考查则体现在交流要素中，要求学生根据实验的过程和现象，分析产生问题的原因，探讨改进方案。因此，本研究主要围绕证据、解释、交流三个要素，分析它们在试题中的表现（表１）。

根据表１的分析结果，我们可以根据证据、解释、交流三个要素在试题中的表现，将它们分成低阶、中阶、高阶逐渐递进的水平，并用编号进行表示，如表２所示。

下面以２０２３年湖南卷第１２题为例，分析该量表在实验试题分析中的应用（表3）。

例题 １ （２０２３年湖南卷第 １２题）（９分）某探究小组利用半导体薄膜压力传感器等元件设计了一个测量微小压力的装置，其电路如图2（ａ）所示，Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３为电阻箱，ＲＦ为半导体薄膜压力传感器，Ｃ、Ｄ间连接电压传感器（内阻无穷大）。

２ ２０２３年高考物理实验试题统计分析

我们以２０２３年全国卷以及不同省份高考物理实验试题作为研究对象，应用实验试题分析量表（表2）对试题进行分析，结果如表4所示。

2.1 科学探究素养不同要素考查情况

从整体上看，科学探究各关键要素的考查比例如图3所示。２０２３年高考实验试题侧重考查解释要素，占比高达６３．８２％，证据要素次之，占比约２６．３1％，而交流要素考查比例最少，仅占９．８７％。

为了深入了解各省试题对科学探究各要素的考查情况，现对各要素的情况进行进一步分析。

（１）证据要素的考查情况

如图4所示，除了全国乙卷和江苏卷，其余省份对证据的考查分值都控制在３分左右，一般考查的是应用常见仪器进行测量的能力。例如，考查欧姆表读数、螺旋测微器读数、红黑表笔接法等基本实验操作问题。

（２）解释要素的考查情况

如图5所示，除江苏卷外，其余省份解释要素均作为考查的主要内容，占比皆超过50%。新高考实验试题突出体现了对解释要素的重视，要求学生能够运用获得的证据对研究的问题进行解释、预测，得出相关结论。

（３）交流要素的考查情况

如图6所示，不同省份对交流要素的考查有高有低，大多数占比在１５％左右，江苏卷占比最多（２０％），湖南卷次之（１８．７５％），而全国卷在这部分几乎不做针对性设问（０％）。

可见，不同试卷对不同要素考查侧重略有不同，证据要素的考查分值虽不高，但各套试卷均有涉及，对解释要素的考查相对较为稳定，而对交流要素的整体考查不多，均未超过２０％。

2.2 科学探究素养各要素水平层次考查情况

（１）２０２３年高考物理实验试题各要素水平考查整体情况分析

２０２３年高考物理实验试题的各要素水平考查结果如图7所示。在证据要素中Ａ１考查力度最大，占比１８．６９％；解释要素中Ｂ２、Ｂ３考查力度相对较大，分别为３８．３２％和１９．６３％；交流要素中Ｃ２考查力度最大，占比１１．２１％。可见，各省实验试题普遍重视对应用实验数据分析和解释问题能力的考查，同时关注对实验基本操作和误差分析的考查。

（２）２０２３年各省物理实验试题考查特点

不同省份实验试题证据要素水平的考查结果如图8所示。

各省均重视低阶证据要素的考查，其中只有广东卷和重庆卷涉及对证据要素高阶Ａ３的考查，要求学生选择合适的仪器进行实验。江苏卷特别突出了对低阶证据要素的考查，通过设置一个实验探究情境来对实验试题进行全要素考查［3］，突出考查实验探究的完整过程。

解释要素水平的考查结果如图9所示。

各省对低阶解释Ｂ１的考查相对较少，只有湖南卷和广东卷略有涉及。大部分省份均呈现集中考查中阶解释Ｂ２和高阶解释Ｂ３的现象，要求学生能够分析数据、解释现象。其中，对中阶解释Ｂ２的考查较为突出的是福建卷（５８．３３％）、湖北卷（４１．１８％）以及广东卷（４１．１８％）；对高阶解释Ｂ３的考查是辽宁卷最为突出，占比３５．７１％，其次是湖南卷和重庆卷，二者均占２５．００％。

交流要素水平的考查结果如图10所示，各省在该要素的考查上差异较大。

只有福建卷对低阶交流Ｃ１有考查要求，要求学生能够在完成实验后完整、准确地总结和陈述实验结论；大部分省份对交流要素的考查体现在中阶Ｃ２的误差分析上；仅有湖南卷对高阶Ｃ３能力提出了考查要求。对试题深入分析发现，对交流要素的考查更多体现在试题的创新命制中——在原有的实验模型基础上挖掘新问题、新方案、新器材、新结论，这逐渐成为了新高考的创新命题思路［4］。

３ 教学建议

基于上述分析，不难发现２０２３年各省实验题普遍重视解释要素的考查，同时关注证据要素和交流要素，注重创新与实践，并且呈现集中考查解释要素中高阶水平Ｂ２、Ｂ３的特点。因此，物理实验教学应该注意加强以下方面的教学。

（1）高考实验试题对证据要素的考查侧重基本仪器的操作和使用。因此，物理实验教学应该重视学生对实验操作的真实体验，让学生真正有操作各种仪器、测量数据的经历，掌握这些常见仪器的使用方法，真正理解器材的原理［5］。教学中可以指导学生在实际操作中学会实验仪器的使用和数据获取方法，从而加深对实验仪器原理的认识，并提升实验操作能力。

（2）高考实验试题侧重对解释要素的考查［6］。这可能让一部分教师产生误解，误认为可以通过“讲”实验的方式提升学生分析数据得出结论的能力。但教师要意识到解释的前提是要明确数据的来源，明确测量的意图，即证据获取的过程和方法直接影响了解释的成败。这在２０２１年和２０２２年福建卷的实验试题中得到充分验证。２０２１年福建卷第１２题的最后一问，分析数据的正确率为９５％，但得出结论的正确率仅为５％［7］。因此，教师应该为学生提供更多自主设计、自主操作、自主分析、自主研究的机会，给学生足够的时间和空间对问题进行思考，对方案进行设计，获取数据，解释结论，有效开展探究。

（３）高考试题展现出显著特征：注重基础性的同时兼顾交流要素的灵活渗透，在基本实验基础上创设新的情境来考查学生解决一个新问题的能力。实验的原型虽源自课本，但解答试题需结合新的情境融入新的思考，这要求教师在实际教学中应该在注重学生基础能力的同时，要有意识地提升学生的高阶思维，教学中要善于引导学生运用不同的方法来处理、分析数据，特别是借助图像法运用数形结合丰富和发展学生的创新思维［8］，鼓励学生真探究、真发现，设问激疑引导学生善于发现新问题，解决新问题。

参考文献：

［１］中华人民共和国教育部．普通高中物理课程标准（２０１７年版２０２０年修订）［Ｓ］．北京：人民教育出版社，２０２０．

［2］梁旭．科学探究不同要素试题的特点及对教学的启示［Ｊ］．物理教学，２０２１，４３（２）：４７－５２．

［3］李永．新高考江苏卷实验探究试题分析与思考［Ｊ］．物理教学，２０２３，４５（１２）：５７－６０．

［4］闫寒，童大振．立足教材 重视基础 注重探究——２０２３年高考物理实验试题分析［Ｊ］．中学物理，２０２３，４１（２１）：６２－６５．

［5］胡颖毅，张恩德．近十年高考物理实验读数类试题的命题特点及教学启示［Ｊ］．物理教学，２０２３，４５（４）：７１－７６，５８．

［6］刘健智，杨麒蓉，曾红凤．基于科学探究素养的高考物理试题分析及启示——以近三年新课标全国卷为例［Ｊ］．西华师范大学学报（自然科学版），２０２２，４３（４）：４７４－４８０．

［7］福建教育考试院．福建省普通高考学科评价报告［Ｍ］．福州：福建人民出版社，２０２１．

［8］熊小勤．聚焦电学实验图像 凸显创新思维能力——以２０２３年高考物理电学实验试题为例［Ｊ］．中学物理教学参考，２０２３，５２（２２）：５６－６１．

（栏目编辑 邓 磊）