对以科学史为素材的中考试题的评析与改进

林君祥

[摘   要]以科学史为素材的试题如能多角度设置考查点，不仅能体现能力立意的命题思想，还能实现对学生探究性思维的考查。基于这两点，对一道以科学史为素材的中考试题进行了评析、质疑和改进。

[关键词]科学史;中考试题;评析;改进

[中图分类号]   G633.98        [文献标识码]   A        [文章编号]   1674-6058（2019）02-0078-02

纵观近三年浙江省各地市科学中考试题，可以发现以科学史为素材的试题在普及化，9个地区的科学中考试卷中均有不同程度的体现，且杭州、绍兴、台州、衢州4个地区的科学中考试卷中每年均有一题是基于科学史素材的实验探究题或解答题。命题者以独特的科学史材料或科学家设计的经典实验为背景命制的试题，既巧妙灵活又具有综合性，因此颇受一线教师的好评。由于科学史多是以实验为支撑，作为中考试题的素材具有重要的意义和价值，不仅体现了以能力立意的命题思想，也突出考查了学生的科学素养。这样的试题往往具有以下一些特点：①设计新颖，素材真实;②重视对学生学科核心素养的考查;③有一定的探究性和开放性。

笔者认为，以科学史为素材的试题如果能做到用词规范，题意明确，突出对学生运用所学知识解决问题能力的考查，确实能为试卷的评价增分不少。因为这样的试题在设计上考查了学生对知识的深层次理解和应用;在问题设置上，能充分考虑学生的学习背景，引发学生的思考和知识迁移，突出对学生推理能力的考查;在命题目标上，指向学生的认知过程，关注分数背后隐藏的不同的认知结构和解决策略。但是如果运用不当的话，会在试题的科学性和适标性上留人以话柄。下面以2018年衢州市科学中考试题第26题为例来加以评析、质疑和改进。

[原题]材料一：两千多年前，亚里士多德认为空气没有“重量”，真空是不存在的。

材料二：至少从1614年开始，伽利略却认为空气是有重量的。他的同事兼学生托里拆利在1643年做了如图1实验：把一端封闭的长玻璃管装满水银倒置在一个敞口的水银槽里，水银从玻璃管的顶部下降了一段距离后，液面不再下降，高度总保持距槽中水银面30英寸（76厘米）左右。1646年帕斯卡重复了这一实验。

材料三：在17世纪中叶，对该实验的两个关键问题的回答都有代表性的支持者和反对者（如下表）。

[关键问题的回答 支持者 反对者 大气压力支撑水银柱 笛卡尔

帕斯卡 所有亚里士多德学派

罗贝瓦尔 水银柱上方存在真空 罗贝瓦尔

波义耳 所有亚里士多德学派、笛卡尔、伽利略、霍布斯 ]

（1）一些反对者认为，由于管内水银产生了蒸汽，使水银减少，水银液面下降。为了反驳这一观点，帕斯卡同时拿出酒和水，询问反对者：用酒和水做托里拆利实验，酒柱与水柱哪个液面下降得更多？反对者们认为酒的液面下降得更多，原因是             。但是实验现象却是水柱液面下降得更多。

（2）另一些反对者认为，由于管内遗留了少量空气，才使水银液面下降。帕斯卡利用1米左右长、不同直径的玻璃管进行托里拆利实验，如果观察到的实验现象是             ，就可以反驳反对者们的观点。

（3）下列关于科学本质及科学发现过程的描述正确的有             。

A.公元1646年前，所有人都赞同亚里士多德提出的“真空不存在”的观点

B.科學实验中要努力得到和前人一样的实验结论

C.科学发现是一个不断完善、不断修正的过程

D.实验是科学研究的重要方法

试题评析：这是一道实验探究题，需要考生阅读科学史材料，了解科学的发展进程，考查了学生将知识运用到新情境中，并与已有知识建立联系，分析有关现象，提出解决问题的途径和方法的能力。根据课程标准三维目标分类，本题属于知识性考试水平要求中的“应用水平层次”，技能性考试水平要求中的“迁移水平层次”，体验性考试水平要求中的“领悟水平层次”。第（1）小题主要考查学生“能对提出的猜想和假设陈述理由”，考生要在理解反对者提出的观点的前提下才有可能做出正确回答。由题中所给材料可知，反对者认为水银蒸汽的产生是一种“蒸发现象”，水银蒸发是导致水银液面下降的原因，考生要在理解反对者的观点的同时将已学知识——酒精的蒸发能力远大于水，应用到该小题中。根据反对者的观点将错就错，蒸发能力强的酒精液面应该下降得多，然而事实上是水柱液面下降得更多，自然就证伪了反对者的观点。第（2）小题主要考查了学生对可能出现的实验结果进行推测的能力，根据液体压强的特点：液体的压强大小取决于液体的密度和液体所处的深度，在管内外压强差不变时，水银柱的高度与管径粗细无关，因此可以推测出“当水银在上方为真空时，不同直径的玻璃管内的水银柱高度相同”这一实验现象来反驳反对者的观点。这样的科学史材料充分展现了科学家的探究性思维，也检测了考生思维的深刻性、灵活性和创新性，是单纯的知识和理论考查所无法比拟的。第（3）小题侧重于考查学生对科学本质的理解。科学态度和科学精神是科学核心素养的重要内容之一，从题中的素材可看出，科学史是科学家不断求实、创新、质疑、批判和进步的发展史。科学史更是人类智慧的结晶，不仅包含科学家从实验探究中得到的理论和方法，还包括科学家严谨的科学态度和不断创新的科学精神。因此，像本题这样的以科学史为素材命制的试题，它关注了考生知识形成的过程，注重对考生科学素养的考查，同时还能较好地引导初中科学学科的教与学。

质疑与改进：笔者认为該试题的第（2）小题仍存在不足之处。一是如果玻璃管上方是真空，那么可以观察到粗细不同的玻璃管内的水银柱的高度相等，但是管内水银柱高度相等只能说明管内外气压差相等，而不能说明管内水银柱上方没有空气;二是查阅相关资料也不难发现，当时帕斯卡等科学家是采用“逐渐倾斜玻璃管，管内水银柱的竖直高度不变，当继续倾斜玻璃管到一定程度时，管内会充满水银”的方法来说明管内确实没有空气。科学家用内径不同的玻璃管和长短不同的玻璃管重做这个实验，发现水银柱的竖直高度不变，是用来说明大气压强与玻璃管的粗细、长短无关。即参考答案“各管内水银柱的高度相等”只是反驳反对者的观点的必要不充分条件。因此，笔者认为该小题的参考答案应改为“当把不同直径的玻璃管倾斜到一定程度时，管内会充满水银”更为合理。

思考与建议：第一，基于科学史材料的试题多取材于科学发展史中的一些重大的科学进展，如与诺贝尔奖相关的科学发现过程或研究进展，或是教材中的一些重要规律、原理的得出过程，其研究成果具有一定的科学性和权威性等，利用这样的材料进行命题，不仅可考查学生对科学核心知识的理解程度，有效检测学生的知识建构、迁移能力以及解决问题的能力，还能较好地体现能力立意的命题思想。第二，科学试题中相对翔实的资料能生动地展现科学家的探究思维过程，以科学史为素材的试题考查点可以涉及提出问题、建立猜想、设计实验方案、获取事实与证据、表达与交流等各个方面。因此，能实现对学生探究性思维的考查。第三，以科学史为材料的试题编制要避免各小题都是单一的知识性考查，考查点设置应多角度，如考查相关的科学方法、实验方案的设计、根据相关数据得出结论、对原有实验方案的评价和改进以及对科学本质的理解等多个方面。如此命制而成的试题才会考查面广、导向性好，在评价时备受青睐。

[  参   考   文   献  ]

[1]  浙江省教育厅教研室.2018年浙江省初中毕业生学业考试说明[M].杭州：浙江摄影出版社，2018.

[2]  杨舟.基于国际科学教育测评试题分析的中学生物学试题命制研究[D].上海：华中师范大学，2017.

[3]  孙秀秀.2012-2016年高考生物STSE试题分析[D].上海：华中师范大学，2017.

（责任编辑    黄春香）