我国高中生物理核心素养：现状、问题和建议

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【专家介绍】

邓磊，副教授，硕士生导师。全国高等物理教育研究会理事。《物理教学探讨》杂志编辑，主编助理。西南大学科学教育研究中心副主任。全国基础教育教学专家库成员，重庆市高等教育教学管理咨询专家库成员，教育部学位中心通讯评议专家。

摘   要：基于中国知网和万方数据知识服务平台，对“高中生物理核心素养评价”研究现状进行总结分析。然后聚焦于现有评价研究对我国高中生物理核心素养现状进行梳理，发现约95%的高中生物理学科核心素养达到2水平，接近80%达到3水平，约30%达到4水平，由此可见我国高中生物理学科核心素养以3水平为主。最后，从高中生物理核心素养评价内容、维度、方法角度探讨了目前评价存在的问题及改进建议。

关键词：高中生；物理核心素养评价；现状；问题

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2025）1-0001-4

2016年9月，《中国学生发展核心素养》总体框架发布。2017年底颁布了《普通高中物理课程标准（2017年版）》（以下简称《课标》），界定了物理学科核心素养。在此次的高中物理课程改革中，最引人瞩目的变化是基于物理学科核心素养对高中生的学业质量水平进行评价。《课标》实施距今7年来，我国高中生的物理学科核心素养水平现状如何？还存在哪些问题？该如何实施有效举措改善当前高中生物理核心素养评价中存在的问题？

1    高中生物理核心素养评价现状

基于中国知网、万方数据知识服务平台两大数据库，使用“高级检索”功能，设置检索主题为“（核心素养评价/核心素养测评）、高中生、物理学科核心素养”，得到检索文献数分别为 104 篇、160 篇（检索日期为 2017 年 1 月 1 日至 2024 年 9 月 1 日）。然后，使用 Note Express 进行数据清洗，删除重复、无效的数据，最终得到有效期刊文献 40 篇，硕博论文 188 篇，共计 228 篇。

对这228篇文献按照物理学科核心素养的4个维度及其要素进行归类后发现：评价高中生科学思维水平的研究最多（约占总研究文献的57%），其次是物理观念水平（约占18%）和科学探究水平（约占13%），最少的是评价高中生科学态度与责任水平的研究（约占12%）。进一步统计显示，在对高中生物理观念各要素评价的研究中，评价高中生“运动与相互作用观念”水平的最多（约占67%），几乎没有专门评价学生“物质观念”水平的研究；在对科学思维各要素评价的研究中，评价高中生“模型建构”水平的研究最多（约占46%），其次是评价“科学论证”水平（约占27%）和“科学推理”水平（约占20%），对评价“质疑创新”水平的研究最少（约占7%）；只有1篇评价高中生科学探究“问题”水平的研究；在评价高中生科学态度与责任的研究中，评价“科学态度”水平的研究最多（约占46%），其次是评价“科学本质观”水平（约占38%），评价“社会责任感”水平的数量最少（约占15%）。

2    我国高中生物理学科核心素养水平

2.1    高中生物理观念现状

研究者基于学习进阶理论和《课标》要求建构了高中生物理观念水平的五级模型：第一层级——物理现象，第二层级——物理概念与规律，第三层级——物理核心概念（大概念），第四层级——物理子观念，第五层级——物理观念。测评显示：在物理观念维度，我国约93.4%的高中生达到学业质量水平合格性（2水平）要求，约81.6%达到学业质量3水平，约38.5%达到并超过高校招录所要求的学业质量等级性4水平。进一步研究显示，高中女生的物理观念水平略微高于男生，但男、女生无显著差异；高中生物理观念水平与物理学业成绩不存在相关性［1］。

对高中生物理观念各要素水平的测评显示：①我国高中生的“运动与相互作用观念”处于3水平。具体来说，高中生在“运动观念”“相互作用观念”“运动与相互作用观念”3个子观念的平均发展水平均处于3水平，仅高三学生在“运动观念”上处于4水平。进一步研究显示，高中生“运动与相互作用观念”的发展水平与性别无显著差异，与物理学习兴趣显著正相关［2］。②高中生的“能量观念”总体较好，约98.7%的学生达到2水平，约84.4%达到3水平，约48.7%达到4水平，约17.53%达到5水平。具体来说，高中生的“能量的形式观念”水平最高，“能量的耗散观念”水平最低，“能量的转化和转移观念”“能量的守恒观念”水平居中。进一步研究显示，男、女生的“能量观念”水平存在显著性差异，男生平均为4水平，显著高于女生的3水平［3］。

2.2    高中生科学思维现状

研究者基于SOLO理论和《课标》要求对科学思维的4个要素进行了5个水平划分。测评显示，我国接近96%的高中生科学思维达到学业质量合格的2水平，约80.4%达到3水平，只有不到四分之一的学生科学思维达到4水平。进一步研究显示，学生的科学思维水平在高中三年间发展趋势呈线性增长，在性别上存在显著差异，与学业成绩呈现正相关［4］。

具体来说：①对于“模型建构”要素，约93.1%的学生达到2水平，约68.4%达到3水平，约24.1%达到4水平，约2.9%达到5水平［5］；研究还显示出高中生的“模型建构”水平在性别上无显著差异［6］，在年级和学校层次上存在显著差异。②对于“科学推理”要素，约97.2%的学生达到2水平，约76.3%达到3水平，约28.8%达到4水平，约5.6%达到5水平；在“守恒推理”“相关推理”“概率推理”“比例推理”“假设演绎推理”中，学生的“守恒推理”水平最强。进一步研究显示，学生的“科学推理”水平在性别上无显著差异，与物理学业成绩、班级类型正相关，还会受到初中时就读学校类型的影响［7］。③对于“科学论证”要素，几乎所有研究都显示，高中生的“主张”水平最高，“反驳”和“理由”水平最弱，“证据”水平居中。学生的“科学论证”水平在性别上不存在显著差异，在年级上存在显著差异，与物理成绩、班级类型有关，会受到知识呈现方式的影响［8］。④对于“质疑创新”要素，约97.6%的学生达到2水平，约96.4%达到3水平，约20.8%达到4水平，约2.4%达到5水平。高中生“质疑创新”水平多集中于2水平和3水平，且处于低水平的学生比例明显高于处于高水平的学生比例。物理学习过程中的幸福感、自我效能感和教学方法对学生“质疑创新”发展具有正向促进作用，学生“质疑创新”水平与学生物理知识储备的广度有关，教学方法会通过影响学生的心理因素促进学生物理“质疑创新”水平发展。此外，学生的创造性人格、智力水平、物理知识面都跟他们的物理“质疑创新”水平有着显著相关性。

2.3    高中生科学探究现状

研究者根据《课标》和专家访谈，将高中物理科学探究能力整合为“提出问题与假设（问题）”“制订方案与实施（证据）”“信息分析与解释（解释）”“报告交流与反思（交流）”4要素。然后，再根据《课标》中科学探究学业质量的5级水平，按4项要素进行了测评。结果显示，高二学生科学探究水平（平均分70.6）高于合格性考试要求的2水平（［60，70）），低于等级性考试要求的4水平（［80，90）），整体处于3水平（［70，80））的下游。其中，“问题”和“解释”要素处于3水平（平均分分别为74.5和73.6），“交流”和“证据”要素处于2水平（平均分分别为64.8和69.5）［9］。进一步研究显示，高中生科学探究水平在性别上存在显著差异——整体处于3水平中下游的男生（平均分72.3）科学探究水平显著高于处于2水平中上游的女生（平均分68.0）；在年级、省份层面也存在显著差异［10］。

具体来说，“问题”要素中学生“发现问题”水平最高，“形成可探究问题”和“猜想与假设”水平最低；“证据”要素中“设计实验方案”水平最低；“解释”要素中“数据处理”和“误差分析”水平最低；“交流”要素中“撰写实验报告”水平最低 ［11］。

2.4    高中生科学态度与责任现状

研究者根据《课标》中科学态度与责任维度的5个水平和专家访谈，调查了高中生科学态度与责任水平。调查显示：约96%的高中生科学态度与责任达到2水平，约74%达到3水平，约22%达到4水平，约1%达到5水平。其中，①在“科学本质观”要素，约90%的学生达到了2水平，约60%达到3水平，约13.5%达到4水平，不到1%的学生达到5水平；②在“科学态度”要素，约96.7%的学生达到2水平，约75.4%达到3水平，约36.1%达到4水平，约3.3%达到5水平；③在“社会责任感”要素，约96.5%的学生达到2水平，约85.2%达到3水平，约58.9%达到4水平，约16.1%达到5水平。进一步调查显示，物理类学生的科学态度与责任均值（75.97）显著高于历史类学生（71.68）；高中生的科学态度与责任水平不存在性别上的显著差异；物理学习成绩对科学态度与责任水平有显著影响［12］。

3    高中生物理学科核心素养水平现状与存在问题

通过对我国高中生物理学科核心素养现状的梳理发现：①物理概念不等于物理观念，良好地掌握物理概念（规律）的学生并不意味着形成了良好的物理观念——学业成绩与物理观念间无正相关关系可以说明；②物理学科的学习可以促进学生科学思维的发展，越是学业成绩优秀的男生科学思维水平越高——科学思维水平线性增长可以说明；③“理科组合”，特别是物理类学科组合能提升学生的科学态度与责任水平——物理学习成绩对科学态度与责任水平有显著影响。

同时，研究还发现：①高中生最熟悉的物理内容是“运动学”，因此“运动观念”水平最高；②男生的“能量观念”水平显著高于女生——与该观念对应的高中物理课程内容涉及机械能、内能、电磁能等，反映出这部分抽象内容男生掌握水平更好；③虽然物理教学让高中生的科学思维水平有了长足发展，但是在“质疑创新”维度上还较为薄弱，这需要加以重视；④男生的科学探究能力显著高于女生，说明物理实验和实践依然没有让女生积极参与其中，这也反映在高校理工科女生比例较低的现状上。

总体而言，我国约95%的高中生物理学科核心素养达到2水平（合格性考试水平），这为很多省份合格性考试通过考生人数95%分段划分合格线的做法找到了依据。此外，高中生当前物理学科核心素养接近80%达到3水平，约30%达到4水平（等级性考试水平），也与当前高考录取中不同批次招录比例的现状保持一致。研究显示，经过7年高中物理新课程改革后，我国高中生物理学科核心素养总体来说已经达到3水平，正在向更高的4水平发展——高中物理教学取得了很大的突破，这是不容置喙的现状。

4    高中生物理核心素养评价中存在的问题及建议

4.1    评价内容不均衡

当前关于高中生物理学科核心素养评价的研究在评价内容上存在不均衡的现象：在评价维度上以科学思维水平评价为重点，对科学态度与责任水平的评价略显不足。这其实也反映出当前教学中的弊端，大量教师和研究者认为物理学科是一门发展学生逻辑思维的学科，所以强调发展学生的科学思维水平，重视让学生通过“模型建构”“科学推理”“科学论证”“质疑创新”来解决问题，发展高阶科学思维水平。他们会在无意识中忽视物理学科的教育价值，忽视对“物理是什么”“物理是怎么产生的”“物理如何发挥作用”的关注。殊不知，强化科学态度与责任不仅可以加深学生对物理学习的认识，还能形成正确的价值观和世界观。

此外，当前研究对各维度下不同要素水平的评价也不均衡：虽然对科学思维水平的评价是最“热门”的，但是对“质疑创新”要素水平的测评也很少（不到十分之一）；虽然研究者们也关注物理观念水平，可是对“物质观念”要素水平的研究几乎没有；对科学探究维度4个要素的研究就更欠缺，可能原因是大家更接受以前科学探究7个环节的探究逻辑，导致对当前“问题”“证据”“解释”“交流”的界定不明，导致相关研究比较缺乏；对科学态度与责任中“社会责任感”要素水平的研究也很薄弱。

正是由于评价内容的不均衡导致了评价结果准确性有待商榷，因为现在的研究结论可能存在以偏概全的问题，要真正展现我国高中生物理学科核心素养的水平，就需要全面展现各维度、各要素的水平。

4.2    评价维度较为割裂

当前高中生物理学科核心素养水平的研究很少看到完整的呈现，基本上都是研究物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任单一维度的水平。可是，物理学科核心素养是学生通过物理学科多年学习而逐步形成的，是一个人内隐性素养长期发展的产物，是物理观念、科学思维、科学探究以及科学态度与责任的融合。因此，不应该存在单一维度的测量结果，每个测量结果都应该是多维度和多要素的共同反映。因为不管是测试题还是问卷，很难测量单一维度和单一要素的相关情况。比如，高中生科学探究水平与科学思维、物理观念等核心素养维度有不可分割的关系，因此如果将调查数据只作为科学探究的结果，就是不客观、不科学的。当然，量表中很多问题还需要学生根据自身情况进行判断，这种融合了多维素养的主观判断也可能会影响最终水平呈现。