中考物理实验与探究试题的量化分析研究

摘   要：2022年4月教育部颁布的《义务教育物理课程标准（2022年版）》提出了培养学生物理学科核心素养的课程目标，并提高了实验探究在物理学习中的地位。运用内容分析法对2018—2022年青岛市中考物理实验与探究试题从考查内容、科学探究要素及物理学科核心素养等方面进行了量化研究。发现这五年青岛市中考物理考查力学与电磁学实验较多，考频最高的实验有“用电流表测量电流”等4项实验。对科学探究要素的考频从高到低依次是“解释”“证据”和“交流”，这三个要素分别从不同的角度进行了考查。另外，这五年中考物理试题也逐步将物理观念和科学思维的考查渗透其中。

关键词：中考物理试题；实验与探究试题；科学探究要素；量化

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2023）9-0048-8

收稿日期：2023-06-12

作者简介：李玉清（2001-），女，硕士研究生，主要研究方向：物理学科教学研究。

*通信作者：程茸（1980-），女，副教授，主要研究方向：物理学科教学研究。

实验教学是中学物理教学的重要组成部分。物理实验教学，不仅有助于学生形成物理概念，提高动手和操作能力，更重要的是有助于学生经历探究物理规律的过程，增强提出、分析和解决问题的能力，培养科学态度和精神，初步形成科学的自然观，发展物理学科核心素养。

2011年底教育部颁布了《义务教育物理课程标准（2011年版）》（以下简称“2011版课标”），把科学探究作为学习目标和教学方式［1］。2022年4月教育部又正式颁布了《义务教育物理课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”），更是将“实验探究”列入到课程内容一级主题中，并详细说明了其学业要求和教学提示［2］。可见，实验探究从原来的学习目标和教学方式提升为课程目标之一，实验探究在物理学习过程中的重要性也进一步得到了提升。

物理教育测验是检验物理教育教学是否达到物理课程标准要求的主要手段。义务教育阶段最重要的教育测验之一便是中考。因此，中考物理试题应体现新课标的要求和理念。那么，现阶段中考物理试题中实验探究题的考查内容、考查重点及角度是怎样的？考查的内容和重点与新课标的要求是否一致？这些都是基础物理教育研究者和广大一线物理教师关注的问题。

近年来，对中考物理实验与探究试题的研究主要有以下六个角度：一是分析试题体现的育人价值［3-6］。如戴岳为等以长沙市中考物理实验题为例分析中考物理实验题命制的理念、特点及评价和育人功能［3］。二是以实验与探究试题为例分析某一科学方法［7-8］。如张佳等以2022年甘肃省庆阳市一道中考物理实验探究题为例，从试题设置、学生认知以及知识三方面分析“近似”思想的考查［7］。三是对某实验试题的商榷［9-11］。如杨正高指出了2020年徐州中考物理试卷中的4处错误，其中一处出现在“探究电流与电压的关系”的实验试题中，问题在于题目所给数据超出了滑动变阻器阻值的最大范围，与实际相违背［9］。四是将实验分类，论述解题策略［12-14］。如于洪波将实验题分为直接测量型实验题、设计型实验题以及开放型实验题，并分别通过一道具体的实验题目进行解法分析以及解析［12］。五是按照布鲁姆认知领域教育目标分类量化探究实验试题［15-16］。如张跃从两个维度进行量化分析，发现中考物理实验考查从知识转为能力导向，对探究能力的考查多样化并且逐年重视实验与思维融合［15］。六是按照实验探究要素量化探究实验试题［17-19］。如廖伯琴等指出试题侧重“分析与论证”“制订计划与设计实验”“进行实验与收集证据”和“评估”能力的考查，对每一能力下的基本要求的考查也不尽相同；有的试题涉及了多个探究能力的考查［17］。

本研究将运用内容分析法对2018—2022年青岛市中考物理试题中的实验与探究题进行多角度的量化分析，以了解实验探究笔试测验的现状，特别是与新课标要求的一致性，为初中物理实验探究教学研究提供参考。

1    试题的内容分析

2018—2022年青岛市中考物理试题中的实验与探究题通常在选择题之后以一个独立模块出现，该模块包含了几个具体的实验题目，每一个实验大题又包含若干小题。

1.1    试题的分值情况

我们首先对实验与探究试题包括的大题的题目数量占总题目数量比例（实线）和分值占试卷总分比例（虚线）进行了统计，如图1所示。

由图1可见，2018年无论题量还是分值都是最多的。2019—2022年实验与探究试题分值稳定。2019年大题题量虽少，但一道题目中包含了多项实验。

1.2    实验与探究试题涉及的实验及知识结构的统计分析

知识结构是指物理学中所研究的各分支学科，包括力学、光学、热学、电磁学和声学。若某实验在某一年的中考试题中出现2次，如2022年中考试题中“用电流表测电流”实验在23题和24题中均有涉及，则在当年该模块下记2次。

图2是2018—2022年青岛市中考物理实验与探究试题考查实验的考频统计图，横坐标是实验名称，纵坐标是近五年考查的次数。

从图2可以看出，近五年青岛市中考物理实验与探究试题中有4个实验考查的次数大于2次，分别是“用电流表测量电流”6次、“电流与电阻的关系”4次、“浮力大小的影响因素”3次、“阻力对物体运动的影响”3次。有12个实验分别考查过2次，18个实验分别考查过1次。

按照知识结构分析近五年青岛市中考物理实验与探究试题可知，考查的电磁学实验与力学实验的数量是最多的，声学实验是最少的。力学共考查了15个实验，共考查了20次，考频最高的三个实验是：“浮力大小的影响因素”“阻力对物体运动的影响”以及“测液体密度”，分别考查了3次、3次、2次。热学考查了5个实验，共考查了9次，有4个实验考查的次数为2次，分别为“用常见温度计测温度”“水在沸腾前后温度变化的特点”“比热容”以及“固体熔化时温度变化的规律”。光学考查了3个实验，各考查过2次。电磁学考查了10个实验，共考查了22次，考频最高的两个实验是：“用电流表测量电流”和“电流与电阻的关系”，分别考查了6次和4次。声学只考查了“声音的产生与特性”实验，且只在2018年出现过1次。

1.3    新课标要求必做实验的统计分析

新课标将“实验探究”列入一级主题。实验探究包括测量类必做实验11个和探究类必做实验14个，每类必做实验给出了具体的实验名称。笔者统计了近五年青岛市中考物理实验与探究试题考查到的新课标要求的必做实验，并统计出各实验考频及所属知识结构。某些测量类实验考查学生对仪器的使用，仪器使用属于实验探究中的某一过程，因此在出题时测量类实验不单独考查，而是作为探究类实验大题中的某一小题出现。在统计时，若此题考查的是探究类实验，但此题中的小题里涉及了测量类实验，则这两类实验均作统计。统计结果如图3所示，图中横坐标是实验名称，纵坐标是实验考频。

从图3可以看出，近五年青岛市中考物理实验与探究试题涉及到新课标要求的25个必做实验中，有3个实验考查的次数大于等于3次，分别是“用电流表测量电流”6次、“电流与电阻的关系”4次、“浮力大小的影响因素”3次。在25个必做实验中，有5个实验考题没有涉及，分别为测量类必做实验中的“用表测时间”，探究类必做实验中的“滑动摩擦力大小的影响因素”“通电螺线管外部磁场方向”“串联电路中电流、电压的特点”以及“并联电路中电流、电压的特点”。

从实验类型分析，测量类实验考频最高的是“用电流表测量电流”，近五年共考查了6次。探究类实验中考频最高的是“电流与电阻的关系”，近五年共考查过4次。

从实验所属知识结构分析，考频最多的是电磁学实验，涉及5个实验，共考查了16次。其次是力学实验，涉及9个实验，共考查了12次。热学与光学实验情况相同，均为3个实验，各考查了6次。新课标对声学实验没有必做要求。

2    科学探究要素的统计分析

2011版课标在“科学探究”部分指出“科学探究要素涉及提出问题、猜想与假设、设计实验与制订计划、进行实验与收集证据、分析与论证、评估、交流与合作等要素”［1］。

新课标指出，科学探究是指基于观察和实验提出物理问题、形成猜想与假设、设计实验与制订方案、获取与处理信息、基于证据得出结论并作出解释，以及对科学探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力。科学探究主要包括问题、证据、解释、交流等要素［2］。可见，新课标提出的科学探究培养的各项能力与2011版课标提出的科学探究“七要素”基本一致，且新课标提出的科学探究“四要素”是对“七要素”的高度概括。

笔者结合2011版课标和新课标制订了科学探究要素计量表（表1）。由于纸笔测试的局限性，课标中要求的“能口头表述发现的问题”等口述问题以及“了解……意义”“有……意识”等情感方面的问题无法考查，因此不计入量表中。

2.1    科学探究要素的统计分析

笔者根据表1对近五年青岛市中考物理实验与探究试题按科学探究要素进行内容分析。有些题目考查的内容不属于科学探究要素中的内容，如2018年16题②，考查比热容的概念；2020年17题（1）③，考查应用凸透镜成像原理可制成生活中的哪些工具；2021年17题（2），考查与该实验所用科学方法相同的实验等。此部分的统计将这些内容排除在外。图4为2018—2022年青岛市中考物理实验与探究试题科学探究要素图，横坐标表示各科学探究要素，左侧纵坐标表示此要素考查分值占4个要素总分值的比例，右侧纵坐标表示分值。柱状图为近五年每一年实验与探究试题中考查各探究要素的分数，折线图表示近五年某探究要素总分数占实验与探究试题总分数的百分比。

由图4可知，从整体上看，在四个探究要素中，近五年青岛市中考物理实验与探究试题重点考查了“解释”要素，分值比例达56.94%；其次是“证据”要素，分值比例为39.58%。这两个科学探究要素每年都有试题对其进行考查。“交流”要素考查极少，分值比例为3.47%。近五年的实验与探究题没有考查“问题”要素。

2.2    科学探究要素的考查角度

近五年青岛市中考物理实验与探究试题从多个角度对不同的科学探究要素进行了考查，结合典型试题分述如下：

（一）问题

近五年青岛市中考物理试题中未考查该要素，一般把“问题”作为该题的情境，引导学生接下来的探究方向，而不是直接考查。

（二）证据

①猜想与假设

在这类题目中，难以直接考查学生对某一具体物理知识掌握的情况，且没有标准答案，会增加批卷难度。因此，在近五年青岛市中考物理试题中只有一道题对此能力进行了考查。

例1 ［2020年18题（1）④］

伽利略对类似实验进行了分析，认识到：运动的物体受到的阻力越小，它运动的时间就越长，它的速度减小得越_________。他进一步推测：在理想情况下，如果水平表面绝对光滑，物体受到的阻力为零，这时物体将_________。

分析 此题考查的是力学实验。在本题中，题目给出了物理情境，交代了相关的物理问题。第一问通过具体的且学生熟知的实验现象考查学生“根据已有知识对问题可能的答案提出猜想”。第二问创设理想情境，合理、科学地引导学生结合知识，对结果进行推测。

②设计实验与制订方案

此能力基本都考查了基本要求中的“设计实验与制订计划”。根据表1对近五年青岛市中考物理实验与探究试题进行分析，此能力主要从以下五个角度考查：

角度一：根据实验目的设计实验方案。如：2018年15题③。

角度二：根据实验目的选择实验器材。如：2021年21题（1）。

角度三：根据实验目的写出实验依据的公式。如：2019年21题（1）。

角度四：根据实验目的设计电路图。如：2019年18题（1）。