中考物理实验与探究试题的量化分析研究

李玉清 程茸

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］。如戴岳為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，难以直接考查學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）。

角度五：设计实验数据记录表。如：2019年18题（2）。

篇幅所限，下面以角度一为例进行详细分析。

例2 （2018年15题③）

如图5所示，如果要探究反射光线与入射光线、法线是否在同一平面内，应将硬纸板的右半面F_______。

分析 此题考查的实验是光学实验，考查“设计实验与制订计划”能力。在题目中说明了探究目的，并给出了图示帮助学生理解。该题需要学生“明确探究目的和已知条件”，题目中给出了设计提示，降低了难度，让学生利用已知器材设计实验。

③获取与处理信息

该科学探究能力主要锻炼学生的动手操作本领。由于纸笔测试的局限性，该能力考查的效度不高。根据表1并结合近五年青岛市中考物理实验与探究试题分析发现，此能力主要从以下四个角度考查：

角度一：连接实物图（包括实验开始前的准备工作，如天平调零，滑动变阻器调到最大阻值处等）。如：2022年23题（1）（2）。

角度二：描述操作过程中出现的现象。如：2021年16题（1）（3）。

角度三：器材读数。如：2022年23题（2）。

角度四：将实验所得数据描点作图。如：2021年20题（5）。

篇幅所限，下面以角度一为例进行详细分析。

例3  ［（2022年23题（1）（2）］

23.小明做“探究电流和电阻的关系”的实验，所用电源电压为3 V，三个定值电阻的阻值分别为5 Ω、10 Ω和20 Ω，滑动变阻器的规格为“20 Ω 2 A”。

（1）图6甲是小明连接的部分电路，请用笔画线代替导线，将电路连接完整。

（2）先用5 Ω的定值电阻进行实验，将滑动变阻器的滑片P移至阻值最_______处，闭合开关，调节滑片P到合适位置，记录电压表和电流表的示数，其中电流表示数如图6乙所示，电流大小为________A。

分析 此题考查的实验是电磁学实验。题干明确了探究目的，给出了实验器材。在第（1）问中，既考查学生按照仪器使用规则连接电路，又考查学生根据实验器材判断所选电压表的量程。由于纸笔测验的局限性，不能直接考查操作能力，以笔代手完成电路连接。在第（2）问中，考查“在实验开始前滑动变阻器应该调到阻值最大处”这一使用规则。考查的基本要求是“阅读简单仪器的说明书，按要求操作”。

（三）解释

此要素能很好地锻炼学生的科学思维能力，涉及的知识点全面且答案确定，因此中考试题重点考查此要素。根据表1并结合近五年青岛市中考物理实验与探究试题分析发现，此要素主要从以下六个角度考查：

角度一：根据实验现象归纳科学规律。如：2022年21题（2）（3）（4）。

角度二：通过实验数据归纳出实验规律（结论）。如：2019年18题（1）②。

角度三：对信息进行判断分析。如：2022年25题（4）。

角度四：分析图像。如：2020年16题（2）。

角度五：电路故障分析。如：2021年20题（3）。

角度六：对实验现象进行解释。如：2022年24题（1）②。

篇幅所限，下面以角度四为例进行详细分析。

例4  [2020年16题（2）]

16.探究固体熔化时温度的变化规律

如图7甲所示，用“水浴法”给试管中某固态物质加热，得到该物质温度随时间变化的图像如图7乙所示。

（2）由图像可知，该固体是_______（选填“晶体”或“非晶体”），图像中的_______（选填“AB”“BC”或“CD”）段表示它的熔化过程，该物质在AB段的比热容________（选填“大于”“等于”或“小于”）CD段的比热容。

分析 此题考查的实验是热学实验。本小问考查学生的识图能力，需要学生在课堂上做晶体与非晶体熔化和凝固实验，对晶体的熔化曲线和非晶体的熔化曲线有一定印象，清楚曲线各段物质的状态，考查“经历从物理现象和实验中归纳科学规律的过程”。能够通过熔化曲线判断是晶体还是非晶体，分析某段曲线代表的物质状态及过程。考查“对探究结果进行描述和解释”。

（四）交流

根據表1并结合近五年青岛市中考物理实验与探究试题分析发现，此要素主要从以下两个角度考查：

角度一：关注并尝试解决新出现的问题。如：2019年18题（1）③。

角度二：指出实验存在的问题或需要改进的地方。如：2020年22题（3）②。

篇幅所限，下面以角度二为例进行详细分析。

例5  ［2020年22题（3）②］

（3）排除电路故障后，小明先后用5 Ω，10 Ω的定值电阻进行实验。实验中，通过______控制定值电阻两端的电压不变，得到的实验数据如图丙（图略）。小明据此得出结论：电流与电阻成反比。

请指出实验存在的问题或需要改进的地方__________________（写出一条即可）。

分析 此题考查的实验是电磁学实验。第（3）小题第二问需要学生反思整个实验过程，从实验的计划、电路的连接、数据的处理与分析等方面思考实验存在的问题并改进。考查“改进探究方案”这一基本要求。

3    物理学科核心素养的分析

物理学科核心素养是学生通过学习物理课程逐步形成的适应个人终身发展和社会发展需要的正确价值观、必备品格和关键能力。物理课程要培养的核心素养主要包括物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任［2］。

新课标中提到义务教育阶段物理课程的教育目标由三维目标转向培养学生物理学科核心素养，并在学业考试部分明确指出：考试命题要坚持素养立意，全面考查学生的物理学科核心素养［2］。因此，分析中考物理实验与探究试题如何体现物理学科核心素养有着重要意义。

下面我们对近五年中考物理实验与探究试题中物理学科核心素养的体现进行分析。

（一）物理观念

例1 ［2021年18题（1）（2）（4）］

18.探究阻力对物体运动的影响

（1）如图8所示，使小车从斜面顶端______滑下，目的是让小车到达水平面时的速度相同。

（2）观察小车在毛巾、棉布、木板表面滑行的距离，发现小车在______表面滑行的距离最远，说明小车在此表面受到的阻力最小，速度减小得最慢。由此推理，若小车运动是不受阻力，它将做__________。

（4）小车从斜面上滑下时，它的_______能转化成动能。

分析 该题的情境是生活中常见且学生们熟知的斜面问题。第（1）题明确告知了此步骤的目的，考查实现此目的的做法，学生需要回顾“重力”“直线运动”以及“能量转化”部分的知识，运用到解决此问题的情境中。考查了学生的运动和相互作用观以及能量观。第（2）题第二小问在实验现象的基础上运用“机械运动”“牛顿第二定律”的知识进行推论，考查学生的运动与相互作用观。第（4）题需要学生应用“机械能”“能量的转化和转移”的知识分析问题，考查了学生的能量观。

例2 [2022年24题（1）②③]

24.小明对电流表指针偏转的原因产生了兴趣，他在实验室找到一只可拆卸的电流表，进行了如下探究。

（1）打开外壳，观察电流表的内部结构，示意图如图9所示。按照操作规范将电流表____联接入电路，通电后线圈转动，带动指针偏转；撤去磁体再次通电，指针不动。这说明电流表指针偏转的原因是通电线圈在_____中受力转动，这与_______的工作原理相同。

分析 该题涉及电和磁部分“导体在磁场中运动时产生感应电流”的知识，通过这一实验现象考查学生对物理术语的掌握，并思考此原理的应用。这两道题将所学的物理知识与实际相关联，从物理学的视角去发现、看待周围的物品。考查了运动和相互作用观念。

（二）科学思维

例3  ［2022年22题（5）］

（5）你知道吗，通过降温居然也能使水沸腾。如图10所示，将刚停止沸腾的水装入烧瓶，迅速塞上瓶塞并倒置，然后向瓶底浇冷水，发现水重新沸腾起来，原因是瓶内气体温度降低，气压减小，水的沸点______。

分析 此题考查学生根据已掌握的“水沸腾”“压强与沸点的关系”知识，对新现象“刚停止沸腾的水装入烧瓶迅速倒置，在瓶底浇冷水，水会重新沸腾”进行逻辑推理，从物理学的视角思考水沸腾说明水的温度达到了沸点，经过科学推理得出现象产生的原因是“气体温度低，气压减小，水的沸点降低”。

例4 （2020年17题）

17.探究凸透镜成像的规律

（1）实验所用凸透镜的焦距为10 cm。某次实验情形如图11甲所示，此时光屏上恰好得到烛焰清晰的像，则物距u=_______ cm，烛焰的像应为图11乙中的_______，生活中的______就是利用这一原理工作的。

（2）在图11甲所示的实验情形下，紧靠凸透镜加放另一透鏡，发现光屏上的像变模糊。保持蜡烛和凸透镜的位置不变，只将光屏向右移动又重新得到清晰的像，则所加的透镜为________。

分析 此题考查凸透镜成像的物理模型，运用凸透镜成像规律进行简单的演绎推理，回答题目问的问题。第（1）问应用规律，从物理学视角判断凸透镜成像特点，且根据这一原理联系生活中的物品去解释生活中的实际问题。将蜡烛成像的不同方式类比放大镜、照相机、投影仪的成像方式，考查学生“科学推理”以及“模型建构”的能力。第（2）问利用透镜模型解决出现的问题，通过描述的现象判断所加透镜的类型。

（三）科学探究

实验与探究试题通过创设物理探究情境、引导学生经历探究过程、归纳探究结论、解决实验中出现的问题或新现象、并尝试对实验全过程进行反思与创新来考查学生的探究能力，这与科学探究的4个要素完美契合。因此，实验与探究试题相比于其他题型对培养与考查学生的科学探究素养更完整且透彻。

（四）科学态度与责任

科学态度与责任在教学中往往作为一种精神态度层面的升华，是在具体过程中显现的，因此近五年青岛市中考物理实验与探究试题没有出现具体考查学生科学态度与责任的题目，但是有的题目却可以反映学生的科学态度与责任。比如，电路出现故障后，需要对电路进行分析，找出故障原因；在器材读数时需要细致认真，不能模棱两可等，培养学生严谨认真的科学态度。

未来中考物理实验与探究试题将会进一步体现新课标的理念和要求。通过实验探究教育，学生的物理学科核心素养将会进一步得到提升。

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（欄目编辑    刘   荣）