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初中生物理分析论证能力现状调查及培养策略

2023-11-14 95 上传者：管理员

摘要：《义务教育物理课程标准(2022年版)》(以下简称“新课标”)提出物理学科核心素养，包含物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四个方面.分析论证是科学思维的重要组成部分，培养初中生的分析论证能力对提升其物理学科核心素养具有重要价值[1].物理教师通过了解初中生的物理分析论证能力现状，能更有针对性地进行教学，并在此基础上改进相应的教学策略，以促进学生全方面的均衡发展.本研究课题对初中生物理分析论证能力的培养具有参考意义.

关键词：
分析论证
初中生物理
均衡发展
核心素养
科学思维
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1、物理分析论证能力的内涵

图尔敏认为分析论证的结构包含六大要素：主张、资料、正当理由、支援、限定条件和反驳，前三个要素在分析论证结构中必须存在，后三个要素作为补充要素[2].主张是指论证者本人提出的观点；资料指论证者用来支持自身所提观点的事实性资料；正当理由指能证明主张和资料之间合理关系的科学依据，支援是指作为辅助以补充或者支持主张与资料之间关系的理由；限定条件也叫作修饰，是为说明主张和资料的关系是在某些特定情况下才成立；反驳是指对其他意见的辩驳[2].

库恩认为分析论证是个体在科学现象面前，能说明论点和论据之间的因果关系，基于此得出结论，搜集证据来支持主张，且有强化所给理由的理论依据，并能反驳他人的主张或进行再反驳[4,5].他提出“科学即论证”,强调将理论和证据进行统一，分析论证既是一种结果，又是一种科学的交流过程，双方在不同观点的讨论中，通过交流获得新知，得出一个被大家认可的结论[6].

不同学者提出的分析论证模型侧重点不同，图尔敏侧重于分析论证的过程，库恩侧重于分析论证的逻辑[6].本文将物理分析论证能力的内涵界定如下：物理分析论证能力即将分析论证过程具体到物理学科，个体应具备的能力，具体来说是指对物理学科中的某个物理问题或物理现象，个体能提出合理的主张，基于主张搜集资料，运用已知物理条件进行有意义的推理，并在主张和资料之间建立逻辑联系的能力.

对于分析论证能力水平的划分，Erduran、Simon和Osborne根据图尔敏的理论将学生的分析论证能力划分为五种水平：第一级水平是提出主张；第二级水平是提出主张和结合资料分析；第三级水平是提出主张，通过根据和资料说明主张；第四级水平是提出主张，通过根据对资料进行说明主张后，有支援性材料对其主张和推理过程进行补充说明；第五级水平是在提出主张、依据、资料的基础上，不仅提出了支援，还提出了对主张的反驳[2].Erduran等人明确了分析论证能力各个水平的标准，重视论证结构的完整程度.

对于初中生物理分析论证能力水平，主要借鉴图尔敏和库恩的理论.依据这两个理论以及Erduran等人对于分析论证能力水平的划分，我们将其划分为4种水平，由低到高依次是：(Ⅰ)能根据现象或应答要求提出主张；(Ⅱ)能够根据题中所给情景或生活语言得出对应的物理已知或条件；(Ⅲ)能进行有效的推理；(Ⅳ)能结合附加条件对主张限度，形成连续的逻辑层次[6].

2、问卷调查的设计与实施

2.1研究对象

调查对象为濮阳市某所乡镇初级中学110名初中二年级学生.学校位于乡镇，生源质量、教学设施等属中等水平.本次测试采取随机抽样的方法，在初中二年级中随机选取两个班级的学生作为调查对象.所选调查对象的性别情况见表1.

2.2问卷设计

研究工具包括调查问卷和评分标准两部分，参照了学者熊丹妮的调查问卷和评分标准[10].之所以参照熊丹妮的调查问卷，是因为其问卷中的试题难度适中，考查的知识点来源于初中物理的核心内容，紧扣“测试初中生物理分析论证能力”主题展开，每道试题均对应一定的能力水平区间.调查问卷的信度为0.722,效度为0.782,信度、效度、区分度良好，能有效地检测初中生的物理分析论证能力水平.评分分档设置较为合理，考查的能力水平划分清晰.

调查问卷要求学生独立完成，作答时间为45分钟，并填写学校名称和性别，包含5道试题，具体如下.试题1小明想通过如图1所示的装置完成“真空中不能传声”的实验探究.小欢认为小明的实验装置存在问题，她指出闹铃直接与底座接触，即使抽真空后声音仍会从底座传出来.对此小欢提出她的方案：将闹钟用一根细绳悬挂起来，与底座不接触.

(1)你认为小欢的方案是否解决了问题___,你的判断依据是___.

(2)除小欢的方案以外，请再说出一个能解决上述问题的实验方案.

(3) 小明按你的方案进行实验，抽气过程中听到闹铃声音明显减弱，说明声音的传播需要介质，但小欢认为也有可能是闹铃在抽气过程中没电导致声音变小，请你增加一个实验步骤进一步判断到底谁的说法正确.

(4) 试题2如图2所示，使一束光射入杯中后，会在杯底形成光斑.请你判断：若逐渐往杯中加水，其所观察到的光斑将会如何移动?并说明理由，必要时可画图作为辅助.

(5) 试题3如图3所示，是在用弹簧测力计测量石块重力.请你回答：

(6) (1)在测量石块重力时，需使弹簧测力计保持何种状态?其中利用到哪些物理知识?

(7) (2)请你利用上述所回答的物理知识说明：为什么弹簧测力计的示数大小即为石块的重力大小?

(8) 试题4如图4所示，是两张意思相近但图片相反的安全告示牌，请你作出判断：这两幅图分别在提示人们什么问题；并用所学过的物理知识解释做此判断的理由.

(9) 试题5如图5所示，将三个完全相同的玻璃缸装满水，其中(a)中只有水，(b)水中漂浮着一只小鸭子，(c)水中漂浮着一只大鸭子.若把三个缸分别放到台秤上称量，可知它们的质量

A.(a)最大B.(b)最大

C.(c)最大D.一样大

请写出你做此判断的理由：.

其中，第1题考查的知识点是声音的传播，设有3小问，第1问、第2问均考查能力水平Ⅰ、Ⅱ,第3问考查能力水平Ⅰ至Ⅳ.第2题、第4题Ⅰ至Ⅳ,考查的知识点分别是光的折射、摩擦力和惯性，均考查能力水平.第3题考查的知识点是二力平衡、力的相互作用，设有两问，第1问考查能力水平Ⅰ、Ⅱ,能力水平Ⅱ包含两项二级指标，第2问考查能力水平Ⅲ、Ⅳ,能力水平Ⅲ包含两项二级指标，所属的知识点范围是二力平衡、力的相互作用.第5题考查的知识点重力、阿基米德原理，设有两问，第1问考查能力水平Ⅰ,第2问考查能力水平Ⅰ至水平Ⅳ,评分标准见表2

每道题中各个能力水平的总分值为1分，第1题的总分为8分，第2题、第4题的总分均为4分，第3题总分为4分，第5题总分为5分.题型不同，每个能力水平的二级指标个数也不同，二级指标的个数在表2的括号中体现，每个二级指标所占的分数为其对应的能力水平的总分值乘以该能力水平包含的二级指标的个数.

对于问卷总得分的合格标准，规定以调查问卷总分乘以60%所得的分数为划分标准，大于或等于其为合格.针对物理分析论证能力的各个能力水平的合格标准，规定以调查问卷中测试该项能力的总分乘以60%所得的分数为划分标准，大于或等于其为合格，反之则为不合格.

2.3调查结论

对选取的110名调查对象进行测试，空白问卷、未填写性别的问卷均视为无效，剔除4份无效问卷，有效问卷为106份，调查问卷回收有效率为96.36%.

2.3.1物理分析论证能力水平分析

通过对调查问卷评阅结果的整理，可以得出结果：物理分析论证能力总得分的最低分为8分，最高分为23.5分，测试成绩的平均分为15.915分.详细数据见表3.

按照总得分的划分标准，合格分数为15分，15.915分位于15分之上，所以本研究选取的调查对象的平均总得分合格.

对于初中生物理分析论证能力水平Ⅰ,所选取调查对象的平均得分为6.198分，该项的满分为8分，根据该项的划分标准，合格分数为4.8分，6.198分位于4.8分之上，所以，所选调查对象的平均能力水平Ⅰ合格.

对于初中生物理分析论证能力水平Ⅱ,所选取调查对象的平均得分为4.995分，该项的满分为7分，根据该项的划分标准，对应合格分数为4.2分，4.995分位于4.2分之上，所以，所选调查对象的平均能力水平Ⅱ合格.

对于初中生物理分析论证能力水平Ⅲ,所选取调查对象的平均得分为2.637分，该项的满分为5分，根据该项的划分标准，对应的合格分数为3分，2.637分位于3分之下，所以，所选调查对象的平均能力水平Ⅲ不合格.

对于初中生物理分析论证能力水平Ⅳ,所选取调查对象的平均得分为2.085分，该项的满分为5分，按照该项的划分标准，对应的合格分数为3分，2.085分位于3分之下，所以，所选调查对象的平均能力水平Ⅳ不合格.

综上所述：初中二年级学生的物理分析论证能力水平总体上处于合格状态，但是学生的有效推理能力及能结合附加条件对主张限度，形成连续的逻辑层次能力不合格.

2.3.2初中生物理分析论证能力的性别差异分析

调查将男、女生的测试成绩分别进行统计.根据相应的划分标准，调查发现：在所选取的调查对象中，男生、女生的物理分析论证能力水平Ⅰ、水平Ⅱ的总得分均为合格，水平Ⅲ、水平Ⅳ均为不合格.要得出初中生物理分析论证能力与性别的关系，需要对其进行独立样本检验，详细数据见表4.

从独立样本t检验的数据中可以知道：对于本次选取的调查对象，其物理分析论证能力总得分、水平Ⅰ、水平Ⅱ、水平Ⅲ、水平Ⅳ的成绩对应的P值分别为：0.378、0.979、0.079、0.780、0.436,均大于0.05.所以，初中二年级学生的物理分析论证能力与性别无明显关联.

3、提高初中生物理分析论证能力的培养策略

对被测试者的物理分析论证能力总得分和各能力水平得分进行分析统计，尤其是成绩不理想的学生，寻找其测试成绩背后的原因，下面笔者针对两种典型个案及总体情况分别给出培养策略，具体如下.

3.1学会转换物理语言，提高有效推理能力

以被试学生A为例，其物理分析论证能力水平Ⅲ得分低于平均得分，其余水平得分高于平均得分.如该生在作答第3题第2问时写“石块的重力和弹簧对石块的拉力是平衡力，所以弹簧测力计的示数大小为石块所受重力大小”.在该题中，“弹簧测力计的示数反映石块对弹簧测力计的拉力大小”,学生明白这一点之后，若对物理概念理解到位，便可以顺利作答：“小石块的重力和弹簧测力计对小石块的拉力是一对平衡力，小石块对弹簧测力计的拉力和弹簧测力计对小石块的拉力是一对相互作用力，所以弹簧测力计的示数大小即为石块的重力大小.”在物理分析论证过程中，将“主张”“证据”建立合理联系的过程需要一定量的物理知识，而主张的提出和证据的搜集可以来源于生活，因此需要在物理知识和生活之间搭建桥梁，教师在教学中可以设置应用环节.如在讲解“二力平衡”时，在课堂结尾可以让学生讨论“生活中二力平衡的例子有哪些?”或者提问学生“用弹簧测力计测重力涉及哪些知识?”引导学生把生活经验转化为物理观念，利用所掌握的物理术语把生活语言转变成物理语言；学生可以充分发挥自主能动性，有意识地将两种语言进行转化[11].

3.2注重课堂合理设问，提升物理逻辑层次

以被试学生B为例，其物理分析论证能力仅水平Ⅳ低于平均得分.如该生在作答第2题说明光斑右移的理由时，出现逻辑不完整的答案：“加水时，液面升高，但入射角度不变，相应的折射角不变，光斑向右移动.”此答案缺失关键的一点，即“折射点右移”,逻辑完整的答案应该是“保持入射光的方向不变，往杯中加水时，液面渐涨，折射点向右移，入射角度不变，对应的折射角不变，光斑右移.”该生对于此题有一定的作答思路，但并不完整.对于该类学生，教师在课堂上讲解此种问题时，可以由因及果，即不让学生由结论反去解释主张和证据之间的联系，即在学生提出主张和依据的情况下，对于逻辑转折点，可以设置3个问题进行提问和引导，使得学生充分利用证据思考以逐渐加深物理逻辑的层次.如第2题，教师在讲解时可以通过设置3个具有逻辑关系的问题来达到目的：(1)往杯中逐渐加水，液面如何变化?(2)保持入射光的方向不变，折射点所处的位置如何变化?(3)入射角、折射角如何变化?学生自己也可以在平时的学习中遇到问题多问自己几个为什么，并尝试给出答案，理顺解决问题的思路.

3.3成绩好坏无关性别，消除男女性别歧视

调查发现女生的各项平均成绩均高于男生的各项平均成绩，但是这并不代表任一女生的物理分析论证能力均优于男生，通过独立样本t检验发现：性别与物理分析论证能力没有明显关系.部分教师认为男生物理成绩要优于女生，而且在课堂之上，不论是语言还是作业，教师对于男生的要求普遍高于女生.结合教育现状和本次调查结果，笔者给出如下建议：教师首先在认识上要改变，学生的学习成绩是多方面因素综合作用的结果，而非性别决定成绩；在态度上，教师要以个体是否达到教学目标来要求学生，而不是以性别为类别来对照教学目标，应避免带有性别刻板印象.在行动上，要以发展性目标对待学生，以课堂提问物理问题为例，学生无法回答时，教师对女生不应该过于温柔，基础知识点必须掌握；教师对男生不应该过于严厉，虽然学生应该达到教学要求的目标，但学生个体能力存在差异性.

参考文献:

[1]中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准(2022年版)[s].北京:北京师范大学出版社,2022.

[2]商博慧.高中生物理科学论证能力的调查研究[d].太原:山西师范大学,2019.

[4]韩葵葵.中学生的科学论证能力[d].西安:陕西师范大学,2016.

[5]田紫薇.高中生科学探究素养之分析与论证能力的表现性评价[d].哈尔滨:哈尔滨师范大学,2022.

[6]李丽萍.高中物理科学论证能力评价量表的研制及应用研究[d].长沙:湖南师范大学,2021.

[10]熊丹妮.初中生物理论证能力培养的实践研究[d].重庆:西南大学,2022.

[11] 彭妙.指向分析与论证能力培养的初中物理教学策略研究[j].中学物理,2019,37(24):12-14.

基金资助:深圳市科技计划项目,编号:201302071;

文章来源:侯新杰,李芳真.初中生物理分析论证能力现状调查及培养策略[j].中学物理,2023,41(22):13-16.