“科學(xué)探究”是物理學(xué)科核心素養(yǎng)之一，主要包括“問(wèn)題”“證據(jù)”“解釋\"和“交流\"等要素。在高考試題中，“科學(xué)探究”主要考查“證據(jù)\"和“解釋”要素。如何利用高考物理實(shí)驗(yàn)試題全面培養(yǎng)學(xué)生的“問(wèn)題”“證據(jù)”“解釋\"和“交流\"素養(yǎng)，一直是課堂教學(xué)的難點(diǎn)。本文嘗試?yán)肧OLO分類(lèi)評(píng)價(jià)理論構(gòu)建“科學(xué)探究\"素養(yǎng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)2024年湖北高考力學(xué)實(shí)驗(yàn)題進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，同時(shí)提出全面培養(yǎng)學(xué)生“科學(xué)探究\"素養(yǎng)的策略，以期解決教學(xué)難點(diǎn)，提高高中物理實(shí)驗(yàn)試題教學(xué)的效果。1“科學(xué)探究”的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)“科學(xué)探究”是指基于觀(guān)察和實(shí)驗(yàn)提出物理問(wèn)題、形成猜想和假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制訂方案、獲取和處理信息、基于證據(jù)得出結(jié)論并作出解釋?zhuān)约皩?duì)科學(xué)探究過(guò)程和結(jié)果進(jìn)行交流、評(píng)估、反思的能力?！镀胀ǜ咧形锢碚n程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》從“問(wèn)題”“證據(jù)”“解釋”“交流”四個(gè)方面制訂了五級(jí)水平劃分標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合SOLO分類(lèi)評(píng)價(jià)理論的思維能力四層次和科學(xué)探究的五級(jí)水平劃分，得到科學(xué)探究的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（表1）。表1科學(xué)探究的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)收稿日期：2024-10-21基金項(xiàng)目：2024年湖北省人文社科重點(diǎn)研究基地農(nóng)村教育與文化發(fā)展研究中心/市教育科學(xué)研究院基礎(chǔ)教育聯(lián)合課題“雙減背景下基于SOLO理論的高中物理分層習(xí)題設(shè)計(jì)的實(shí)踐研究\"（2024NJJC007）。作者簡(jiǎn)介：沈文炳（1973-），男，中學(xué)高級(jí)教師，湖北省“楚天名師”，湖北省名師工作室主持人，主要從事中學(xué)物理教學(xué)及研究。其中，“問(wèn)題”主要關(guān)注學(xué)生對(duì)信息的提取數(shù)量和質(zhì)量，提出問(wèn)題的質(zhì)量，猜想和假設(shè)的合理程度?！白C據(jù)”主要表現(xiàn)為實(shí)驗(yàn)方案的自我設(shè)計(jì)程度，實(shí)驗(yàn)器材操作的熟練程度，獲取數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確程度?！敖忉尅敝饕匾晫?duì)數(shù)據(jù)的處理過(guò)程，結(jié)論的合理性和解釋的質(zhì)量?！敖涣鳌敝饕P(guān)注學(xué)生撰寫(xiě)報(bào)告的規(guī)范程度、交流和反思的學(xué)科深度。受測(cè)試條件限制，在高考試題中，主要考查“證據(jù)”“解釋”以及“交流\"中的“反思”。試題中的“證據(jù)\"考查主要表現(xiàn)為實(shí)驗(yàn)方案的選擇和設(shè)計(jì)，器材的選擇和操作，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀(guān)察和儀器讀數(shù)?！敖忉孿"考查主要表現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理與分析，形成結(jié)論和科學(xué)解釋。“反思\"考查主要表現(xiàn)為實(shí)驗(yàn)錯(cuò)誤的分析、實(shí)驗(yàn)誤差的分析、實(shí)驗(yàn)方案的完善、實(shí)驗(yàn)器材的選擇、數(shù)據(jù)處理的優(yōu)化。2高考試題的分析和評(píng)價(jià)分析和評(píng)價(jià)2024年湖北省高考力學(xué)實(shí)驗(yàn)試題的能力層次要求及特點(diǎn)【高考真題】某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)測(cè)量重力加速度大小g的實(shí)驗(yàn)方案，所用器材有：2g砝碼若干、托盤(pán)1個(gè)、輕質(zhì)彈簧1根、米尺1把、光電門(mén)1個(gè)、數(shù)字計(jì)時(shí)器1臺(tái)等。具體步驟如下：①將彈簧豎直懸掛在固定支架上，彈簧下面掛上裝有遮光片的托盤(pán)，在托盤(pán)內(nèi)放入一個(gè)砝碼，如圖1（a）所示。②用米尺測(cè)量平衡時(shí)彈簧的長(zhǎng)度l，并安裝光電門(mén)。③將彈簧在彈性限度內(nèi)拉伸一定長(zhǎng)度后釋放，使其在豎直方向振動(dòng)。④用數(shù)字計(jì)時(shí)器記錄30次全振動(dòng)所用時(shí)間to⑤逐次增加托盤(pán)內(nèi)砝碼的數(shù)量，重復(fù)②③④的操作。該同學(xué)將振動(dòng)系統(tǒng)理想化為彈簧振子。已知彈簧振子的振動(dòng)周期M，其中k為彈簧的勁度系數(shù)，M為振子的質(zhì)量。（1）由步驟④，可知振動(dòng)周期T=（2）設(shè)彈簧的原長(zhǎng)為l0

，則l與g，l0，T的關(guān)系式為l=。（3）由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出的l-T2

圖線(xiàn)如圖1（b）所示，可得保留三位有效數(shù)字，π2

取9.87）。（4）本實(shí)驗(yàn)的誤差來(lái)源包括（雙選，填標(biāo)號(hào)）。A.空氣阻力B.彈簧質(zhì)量不為零C.光電門(mén)的位置稍微偏離托盤(pán)的平衡位置圖1高考真題示意圖試題分析：第（1）小題主要考查“解釋”中的“初步整理數(shù)據(jù)”，屬于單點(diǎn)結(jié)構(gòu)能力層次問(wèn)題。本小題具體考查學(xué)生對(duì)全振動(dòng)概念的理解?？梢运愠稣駝?dòng)周期為T(mén)=-t第（2）小題主要考查“解釋\"中的“分析數(shù)據(jù)，形成結(jié)論”，屬于弱關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)能力層次問(wèn)題。本小題具體考查胡克定律、二力平衡和彈簧振子的振動(dòng)周期的綜合應(yīng)用。首先，學(xué)生需要清楚振子平衡時(shí)彈簧的彈力和重力大小相等，知道通過(guò)胡克定律表達(dá)彈簧的伸長(zhǎng)量和彈力的關(guān)系，即振子平衡時(shí)滿(mǎn)足Mg=k（l-l0）。其次，要知道可以通過(guò)題目給定的彈簧振子的振動(dòng)周期M建立振子周期和質(zhì)量的關(guān)系。最后，需要通過(guò)聯(lián)立上述兩式，解方程得到l=lo+gT2第（3）小題主要考查“解釋\"中的“分析數(shù)據(jù)，形成結(jié)論”，屬于弱關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)能力層次問(wèn)題。本小題需要通過(guò)第（2）小題的表達(dá)式理解圖1（b）中圖線(xiàn)的斜率;同時(shí)，還需要從圖1（b）中取兩個(gè)相隔較遠(yuǎn)的點(diǎn)，讀出兩個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)值，計(jì)算出斜率k的大小，然后通過(guò)運(yùn)算得到重力加速度g的大小?？梢赃x擇點(diǎn)（0.58，0.542）和點(diǎn)（0.30，0.474），通過(guò)關(guān)系式-g，=，求得。第（4）小題主要考查“交流\"中的“反思”，屬于強(qiáng)關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)能力層次問(wèn)題。學(xué)生需要通過(guò)分析和綜合進(jìn)行判斷。正確答案為A和B選項(xiàng)?？諝庾枇Φ拇嬖跁?huì)使振子的振幅越來(lái)越小，在光電門(mén)固定的情況下會(huì)導(dǎo)致振子的測(cè)量周期變化，故A選項(xiàng)正確。根據(jù)彈簧振子周期公式可知，振子的質(zhì)量影響振子的周期，通過(guò)光電門(mén)測(cè)量出的周期T為振子的真實(shí)周期。而根據(jù)第（3）小題求出的l-T2

的關(guān)系是不考慮彈簧質(zhì)量的關(guān)系式。這二者中的T是不相等的，故B選項(xiàng)正確。根據(jù)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的規(guī)律可知，只要從開(kāi)始計(jì)時(shí)起，振子的速度第二次與開(kāi)始計(jì)時(shí)的速度相等即為一個(gè)周期，與振子是否在平衡位置無(wú)關(guān)，故C選項(xiàng)錯(cuò)誤。總之，2024年湖北高考物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)試題主要考查了科學(xué)探究中的“解釋”和“交流”兩個(gè)要素。其中，“解釋\"部分主要考查多角度處理數(shù)據(jù)的能力，要求學(xué)生達(dá)到弱關(guān)聯(lián)思維能力層次；“交流\"部分主要考查學(xué)生對(duì)誤差的分析能力，要求學(xué)生達(dá)到強(qiáng)關(guān)聯(lián)思維能力層次。3“科學(xué)探究\"的教學(xué)策略3.1設(shè)置“提問(wèn)表格”，提高自我提問(wèn)能力李政道認(rèn)為，我們學(xué)習(xí)知識(shí)，目的是要做“學(xué)問(wèn)”。學(xué)習(xí)，就是學(xué)習(xí)問(wèn)問(wèn)題，學(xué)習(xí)怎樣問(wèn)問(wèn)題。觀(guān)察是提問(wèn)的前提。教師在設(shè)置觀(guān)察情境時(shí)，要把抽象的、不可見(jiàn)的現(xiàn)象轉(zhuǎn)換為清晰的、可見(jiàn)的物理現(xiàn)象，要使多過(guò)程、多變量情境中的關(guān)鍵物理現(xiàn)象凸顯出來(lái)，要引導(dǎo)學(xué)生觀(guān)察研究對(duì)象的外部形態(tài)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)關(guān)系。在圖1（a）中，學(xué)生應(yīng)該觀(guān)察到如下信息：彈簧放置在水平桌面和豎直懸掛時(shí)的長(zhǎng)度不相同，托盤(pán)在短時(shí)間內(nèi)是振幅幾乎不變的周期性運(yùn)動(dòng)，遮光片每半個(gè)周期計(jì)時(shí)一次，放入不同砝碼彈簧的長(zhǎng)度不同，放人不同砝碼托盤(pán)運(yùn)動(dòng)的周期不同。聚焦是提問(wèn)的關(guān)鍵。提問(wèn)焦點(diǎn)，就是教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的的需要，呈現(xiàn)可供學(xué)生觀(guān)察的具有簡(jiǎn)潔提示探究主題的圖片、錄像、視頻等物理情境，促進(jìn)學(xué)生傾向性地提問(wèn)。圖1（a）的提問(wèn)焦點(diǎn)應(yīng)該是托盤(pán)、砝碼和彈簧系統(tǒng)的受力以及運(yùn)動(dòng)的周期、能量轉(zhuǎn)化等方面。學(xué)生在思考和選擇“提問(wèn)焦點(diǎn)\"的過(guò)程中，可以利用“提問(wèn)表格”2誘發(fā)學(xué)生思考提問(wèn)。“表格”是提問(wèn)的保障?！疤釂?wèn)表格”就是用水平表格表示物理情境的相關(guān)物理量，用豎直表格表示研究對(duì)象的運(yùn)動(dòng)形式或狀態(tài)，橫和豎對(duì)應(yīng)的交點(diǎn)表格為可能的提問(wèn)焦點(diǎn)。表2為圖1（a）物理情境對(duì)應(yīng)的提問(wèn)表格。實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生可能會(huì)根據(jù)提問(wèn)表格提出表2中的問(wèn)題。其中，問(wèn)題1為多點(diǎn)結(jié)構(gòu)能力層次，問(wèn)題4為弱關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)能力層次，問(wèn)題3、5、6為強(qiáng)關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)能力層次。表2提問(wèn)表格3.2運(yùn)用PTA量表，提升證據(jù)收集能力趙凱華說(shuō)，科學(xué)是建筑在證據(jù)和理性思維（邏輯思維）基礎(chǔ)之上的。PTA（PrimaryTraitAnalysis）即基本要素分析法[3]，是分析具體任務(wù)中的基本要素，并對(duì)學(xué)生在這些基本要素上的行為表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。把PTA量表嵌入證據(jù)收集過(guò)程，使方案設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)操作更具體、清晰，提高了設(shè)計(jì)的科學(xué)性和操作的準(zhǔn)確性，也有利于學(xué)生在自評(píng)和互評(píng)中更客觀(guān)，提升了學(xué)生的證據(jù)收集能力。實(shí)驗(yàn)方案的基本評(píng)價(jià)要素主要有“變量設(shè)置與控制”“實(shí)驗(yàn)儀器的選擇”“實(shí)驗(yàn)步驟的設(shè)計(jì)”“數(shù)據(jù)記錄表的設(shè)計(jì)”；實(shí)驗(yàn)操作主要評(píng)價(jià)要素有“實(shí)驗(yàn)器材組裝”“操作和數(shù)據(jù)記錄”“整理實(shí)驗(yàn)器材”。表3為2024年湖北高考物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)試題的方案設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)操作的PTA量表。如果分?jǐn)?shù)少于7分，思維能力處于多點(diǎn)結(jié)構(gòu)，學(xué)生更習(xí)慣根據(jù)已有實(shí)驗(yàn)方案和常用的基本器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；如果分?jǐn)?shù)介于7和9之間，思維能力處于弱關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)，學(xué)生在老師和成員的指導(dǎo)下利用常見(jiàn)器材可以完成實(shí)驗(yàn)；如果分?jǐn)?shù)介于10和12之間，思維能力處于強(qiáng)關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)，學(xué)生可以自己完成方案設(shè)計(jì)，并選用合適的器材完成實(shí)驗(yàn)；如果分?jǐn)?shù)處于13和14，思維能力處于拓展抽象，學(xué)生可以設(shè)計(jì)具有創(chuàng)意的科學(xué)方案，靈活選用器材完成實(shí)驗(yàn)。表3證據(jù)收集能力PTA量表3.3搭建PTDR框架，訓(xùn)練科學(xué)解釋能力探究教學(xué)中的“解釋”是指在獲得實(shí)證的基礎(chǔ)上，將探究結(jié)果與學(xué)生原有的知識(shí)聯(lián)系起來(lái)，運(yùn)用分析、綜合、歸納、演繹等科學(xué)思維進(jìn)行科學(xué)論證，形成超越學(xué)生原有知識(shí)和當(dāng)前觀(guān)察結(jié)果的新的理解，是學(xué)習(xí)者進(jìn)行規(guī)律構(gòu)建和概念內(nèi)化的過(guò)程[4]。PTDR框架可以促進(jìn)科學(xué)解釋的顯性化[5]?？茖W(xué)解釋的PTDR框架包括四個(gè)要素：待解釋現(xiàn)象/預(yù)測(cè)（Phenomenon/Prediction）、理論（Theory）、資料（Data）推理（Reasoning）。其中，現(xiàn)象為實(shí)驗(yàn)過(guò)程中觀(guān)察到的具有本質(zhì)特征的物理現(xiàn)象；資料包括直接測(cè)量的第一手?jǐn)?shù)據(jù)和經(jīng)數(shù)據(jù)處理后的第二手?jǐn)?shù)據(jù)；理論是分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象涉及的物理原理和規(guī)律；推理為通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的演繹推理，形成結(jié)論。利用PTDR框架，對(duì)2024年湖北高考物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)試題的科學(xué)解釋過(guò)程如下。（1）現(xiàn)象：托盤(pán)放置砝碼時(shí)彈簧伸長(zhǎng)，向下拉托盤(pán)后放手，托盤(pán)上下振動(dòng)。（2）資料：第一手?jǐn)?shù)據(jù)主要有“彈簧的原長(zhǎng)l0

、放置不同砝碼后的長(zhǎng)度l以及運(yùn)動(dòng)30次的全振動(dòng)時(shí)間t′′

，第二手?jǐn)?shù)據(jù)為“振動(dòng)周期Tν

彈簧長(zhǎng)度l和周期平方T2

的關(guān)系圖像中的斜率大小和縱軸截距大小”。（3）理論：二力平衡、胡克定律、簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)周期公式。（4）推理：通過(guò)二力平衡、胡克定律和簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的周期公式確定出彈簧長(zhǎng)度l和周期平方T2

的表達(dá)式，然后對(duì)比l-T2

圖像，確定縱軸截距和斜率的表達(dá)式及其物理意義，并求解出重力加速度的值?？茖W(xué)解釋?zhuān)涸谕斜P(pán)中放置砝碼，彈簧的伸長(zhǎng)量與托盤(pán)和砝碼的總重力成正比。當(dāng)把托盤(pán)下拉到某位置自由釋放后，托盤(pán)和砝碼在豎直方向做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的周期和彈簧的勁度系數(shù)、托盤(pán)和砝碼的總質(zhì)量有關(guān)。托盤(pán)和砝碼的質(zhì)量越大，彈簧越長(zhǎng)，振動(dòng)周期越大，從而通過(guò)托盤(pán)和砝碼的重力把彈簧的長(zhǎng)度和振動(dòng)周期建立聯(lián)系。通過(guò)推理可以建立重力加速度和圖像斜率的關(guān)系。3.4深度“延伸拓展”，培養(yǎng)交流對(duì)話(huà)能力不同學(xué)生的生活環(huán)境和經(jīng)歷不同，學(xué)生可以在交流中多角度認(rèn)識(shí)科學(xué)探究過(guò)程[6。交流的內(nèi)容為師生間信息的多向交流，主要集中在失敗的教訓(xùn)和成功的經(jīng)驗(yàn)上。在交流過(guò)程中，要求學(xué)生大膽發(fā)言，積極參與；要求學(xué)生學(xué)會(huì)傾聽(tīng)，聽(tīng)清他人與自己的不同之處，聽(tīng)懂與眾不同的見(jiàn)解，聽(tīng)好自己疑惑的地方；學(xué)會(huì)質(zhì)疑，要求學(xué)生善于提出自己的問(wèn)題，運(yùn)用知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)去反駁；要求學(xué)生學(xué)會(huì)接受別人的意見(jiàn)，養(yǎng)成實(shí)事求是和善于納諫的優(yōu)秀品質(zhì)。通過(guò)交流，可以發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)探究中的不足，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案，培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維。交流的具體內(nèi)容主要為實(shí)驗(yàn)結(jié)果、實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)操作。實(shí)驗(yàn)結(jié)果主要關(guān)注結(jié)果的合理性和系統(tǒng)誤差分析。實(shí)驗(yàn)方案主要關(guān)注設(shè)計(jì)的合理性和器材的簡(jiǎn)易化。實(shí)驗(yàn)操作主要關(guān)注實(shí)驗(yàn)條件的控制和讀數(shù)的準(zhǔn)確性[4]。2024年湖北高考物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)試題的交流反思可以從以下角度開(kāi)