基于物理学科核心素养的近三年高考物理全国试卷分析 论文

基于物理学科核心素养的近三年高考物理全国1试卷分析

摘要：新修订的物理课程标准提出了物理学科核心素养的概念，研究以2018-2020年的高考物理全国I卷为研究对象，采用文献研究法对高考试题在物理学

科核心素养的各个维度的体现做了总结。关键词：物理学科核心素养高考试卷分析

一、问题提出教育部于2018年颁布了普通高中物理课程标准（2017版）（以下简称新课

标），并在其中提出了四大物理学科核心素养：物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任。然而在实际情况中，真正对高中物理教学起到主导作用

的是高考，很多教师在开展教学时，都是高考考什么，教师就教什么。学科核心素养如果想要落地，势必要经由高考这根“指挥棒”，因此我们想要知道在新

课标颁布之后高考试卷在多大程度上体现了物理学科核心素养，一方面是为日后开展教学提供一些借鉴，另一方面是参考课程标准的对高考接下来的改革方

向做一个预测，进而能够更有针对性地开展教学。二、研究过程

1、研究材料

研究选取的试题年份为2018-2020年，也就是新课标颁布之后三年的高考试题，以更好地体现出课标颁布之后高考试题的变化趋势。选择的高考卷是高

考物理全国I卷，之所以选择这套卷子有两方面原因，一是这套卷子由国家考试中心命题而不是各省独自命题，更能体现高考专家对于“考什么”的理解，

二是这套卷子的使用范围最广，覆盖人数最多，最具有代表性。、编码过程

我们对试题的编码主要依靠新课标中给出的物理学科核心素养的水平划分，除此之外还参考了课标修订组编写的《普通高中物理课程标准解读》以及

课变修订组负责人陕西师范大学胡卫平教授的解释。基于水平划分的描述，试题之间的差异可以分为两个维度，一个维度是内容上的差异，另一个维度是考

察水平上的差异，因此我们以这两个维度为标准进行编码。内容维度参考新课标中有关物理学科核心素养的表述。新课标认为，物理

学科核心素养主要包括“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方面。这四个方面又包括一系列的组成要素，具体划分如下表：

难度维度的划分依据的是新课标中物理学科核心素养的水平划分，新课标中将每个物理学科核心素养划分为

5

个水平，其中，水平

2

是高中毕业生应达

到的合格要求，是学业水平合格性考试的命题依据，水平

4

是用于高等院校招生的学业水平等级性考试的命题依据。下面以科学思维中的科学推理为例说明

编码过程。三、分析过程和结果

1、物理观念

物理观念”是从物理学视角形成的关于物质、运动与相互作用、能量等的“1基本认识；是物理概念和规律等在头脑中的提炼与升华；是从物理学视角解释

自然现象和解决实际问题的基础。与旧版课标所描述的三维目标：知识与技能相对应，甚至还高于之前三维目标中的知识与技能。“物理观念”主要包括物质

观念、运动与相互作用观念、能量观念等要素。新课标中将物理观念划分为以下五个水平。

水平物理观念

能从物理学的视角观察自然现象，具有将物理学与实际相联系的意识。

水平1形成初步的物理观念，能从物理学的视角解释一些自然现象，能应

用物理知识解决一些实际问题。水平2

水平3水平4

具有物理观念，能从物理学的视角描述和解释自然现象，能应用物理知识解决实际问题。

具有清晰的物理观念，能从物理学的视角正确描述和解释自然现象，能综合应用物理知识解决实际问题，能指导工作和生活实践。

具有清晰、系统的物理观念，能从物理学的视角正确描述和解释自水平

5

然现象，能灵活应用所学的物理知识解决实际问题，能有效指导工

作和生活实践。参照物理观念的水平划分，我们分析了2018、2019、2020三年的高考试

题，研究了这三年高考试题中关于物理观念的考察水平。此外，我们也通过数据编码分析了这三年物理观念部分在整套高考内容中的分数占比，具体分析如

下：1100000.00

.80.60

.40.20

.002018

20192020

能量观相互作用观

物质观物理观念各要素在历年高考中分数占比

从图表中可以看出，物理观念中占比最多的是运动与相互作用观念其次是能量观念。这是因为力学内容与实际生活最为贴近，相对而言比较简单，因此

占据了高中物理的主要内容。而能量观念则是贯穿整个科学领域的大概念，能量守恒的思想在科学研究中占有相当重要的地位。相对而言物质观念在初中已

经部分涉及，而其深层次内容相对较难，因此考核的比例较其他两方面内容要少一些。

100%

86420%

0%0%

0%0%2018

20192020

水平2水平3

水平4物质观念各水平在历年考试中分数占比100000.00

.80.60

.40.20

.002018

20192020

水平3水平4

水平5运动与相互作用观念各水平在历年考试中分数占比

100000.00

.80.60

.40.20

.002018

2019水平4

2020水平2

水平3水平5

能量观念各水平在历年考试中分数占比从以上图表可以看出，运动与相互作用观念和能量观念的考察水平主要是

水平3、4、5。这与课标的要求相符合，相对而言，物质观念的考察水平则比较低，主要是2、3、4。结合前文的分析，可以看出，在试题编写者看来，运

动与相互作用观念和能量观念是高中最主要的内容，物质观念相对而言没有那么重要。

总的来说，物质观的考察在逐渐增加，能量观所占比例在逐渐减小。从考察水平要求来看，在运动与相互作用观的考察中考察难度在2019年达到最高，

2020年在这方面的考察难度为三年来最低。在能量观的考察上，也是呈现出

2019年难度最高，2020年难度最低。物质观的考察中，在这几年来考察力度逐

渐增大，考察难度也在逐渐增大，但总体而言仍然偏低。由于高考作为选拔性考试的客观原因，老师和学生都很少关注物理学的学

科内涵，关注物理考试而非真正的物理。日常的教学更多的是集中在如何使用物理公式做题，而非是解释、解决相关物理问题。物理学习沦为对概念和公式

的记忆。因此在这一轮课改中，能够看出从评价端在努力改出应试目的的教育导向。在考试中更多地体现出学生是不是将物理思想和物理观念升华为自身素

质。具体的体现就是考题更加关注基础概念和基础方法，将学生从书山题海中解放出来，有更多的时间去思考物理学与实际生活的联系。

2、科学思维

科学思维”是从物理学视角对客观事物的本质属性、内在规律及相互关“系的认识方式；是基于经验事实建构物理模型的抽象概括过程；是分析综合、

推理论证等方法在科学领域的具体运用；是基于事实证据和科学推理对不同观点和结论提出质疑和批判，进行检验和修正，进而提出创造性见解的能力与品

格。“科学思维”主要包括模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等要素。新课标中将科学思维划分为以下五个水平。

虽然课标中将科学思维分为模型建构、科学推理、科学论证和质疑创新这四个要素，但是受考察形式的限制，高考能够考察的只有模型建构和科学推理

这两个要素，因此本研究仅分析了模型建构和科学推理各水平的分数占比，具体分析结果如下。

00%186420%

0%0%

0%0%2018

20192020

水平5水平1

水平2水平3

水平4模型建构各水平在历年考试中分数占比

100%

86420%

0%0%

0%0%2018

20192020

水平1水平2

水平3水平4

水平5科学推理各水平在历年考试中分数占比

从以上图表可以看出，从以上图表可以看出，模型建构考察水平主要是水平2和3，其中水平3占比最大，科学推理考察水平主要是2、3、4。

总的来说，高考主要考察的是学生在题目信息和所学知识的基础上进行推理，解决问题的能力，对学生建构模型的能力要求不高。高考中涉及到的模

型，往往是学生比较熟悉的模型，不需要学生再经历一个模型建构的过程，从问题中建立新的模型。但是实际的物理问题往往是学生不熟悉的，或者是虽然

熟悉但是没有进行过深入思考的，对学生的建模能力要求比较高，学生在建模能力不高的情况下不能有效地将知识迁移到新的情形中，物理知识成了空中楼

阁，因此应该提高对于模型建构的考察水平。

就高考考察的科学思维的要素而言，受考试形式限制，没有考察到科学论证和质疑创新。但是这两项科学思维也是以科学的方式分析问题所必须要具备

的能力，高考应该想办法创新考试形式考察这两项关键的科学思维，不能因为其不好体现在试卷上就不去考。

3、科学探究

科学探究”是指基于观察和实验提出物理问题、形成猜想和假设、设计“实验与制定方案、获取和处理信息、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。新课标中将科学探究划分为以下五个水平。因为涉及到科学探究的题目较少，因此不再分析科学探究下各二级核心素

养占比，以下仅分析科学探究的各水平占比科学探究各水平在历年考试中占比

从图表中可以看出，自2018到2020年，高考全国I卷对核心素养的考察主要集中在水平3和水平4，而对难度较低的水平1和水平2的考察很少，其

中对水平1的考察为0。同时，我们可以发现2019年试题难度较大，要求能分析数据，发现其中规律，能对科学探究结果进行反思。

从考试形式上看，高考试题对科学探究的考查主要体现在实验题部分，每年的考察形式保持稳定，都是“一力一电”。力学分别考察弹簧劲度系数的测

量、纸带的处理和利用气垫导轨验证动量定理，而电学分别考察测定热敏电阻的温度特性、电表的改装和伏安法测电阻。这些实验基本都是教材上实验的创

新，综合考察了学生对实验原理的理解、实验器材的选择、实验方案的设计、实验数据的处理等能力，符合新课标对学生实验能力的要求。

相对而言，力学实验分值较少，难度略小，侧重考査学生关于实验的基础知识和基本技能，考查形式为多知识点覆盖和组合、定性分析和定量计算相结

合，对探究能力有较高要求。电学实验分值略多，难度稍大，以实验原理、电路设计、数据处理和误差分析等知识能力的考查为主，通过新颖的实验情境考

査学生对物理实验的深入理解、灵活应用和科学探究能力。为了能更清晰地了解2018-2020年间，物理全国卷1试题中科学探究素养

考查的具体表现，本研究制定了下表，以统计物理全国卷

1

试题考查的具体表现和核心素养。（1）高考对科学探究素养的证据要素考察最多

通过上表可以发现，从高考试题对科学探究的考察可以看出，科学探究内容主要考查证据和解释，问题和交流考查的较少。各个要素的考察不均衡，可

能有以下几方面的原因：第一，有些素养容易在纸笔测验的考试中进行考察，比如器材的选择、数据分析等；而有些素养则不易在纸笔测验的高考中进行考

察，比如，表达交流能力；第二，试卷在内容、长度、结构等方面具有一定的规范和要求，物理学科核心素养的构成要素有很多，很难在篇幅有限的试卷中

对所有要素平均地进行考察，比如无法在高考中完整考察实验报告的撰写；第三，试题的开放程度直接影响阅卷的难度，只能按照一定的比例设置题目，比

如考察在真实情境中提出可探究的物理问题或考察设计实验方案，如果这类题目设置占比过多，则会影响到阅卷的实际操作。

（2）实验探究题具有较好的育人价值

很多实验题会完整呈现整个探究实验的方案，让学生在答题的过程中亲历一个“课题研究”过程，即选定课题一设计方案一收集证据一处理证据一得到

结论一认识特点一具体应用。学生通过阅读材料，就能够了解到一项研究必须要有哪些要素，都有哪些研究的方法，学会如何设计实验方案进行研究，从而

提升科学探究的素养和能力。课标中将科学思维分成问题、证据、解释、交流四个部分。高考实验题中

主要考察的是数据的测量和解释，仅涉及实验研究中的较小一部分。物理学实验一般遵循发现问题、提出猜想、设计实验、搜集证据、形成结论、交流讨

论、质疑创新等部分。具有完善科学探究能力的学生能够对曾经做过的实验进行评价，甚至设计实验研究以前未研究过的问题，当前的考察形式局限性太

大，尽管有这样那样的拿出，我们还是认为，如果想要通过高考这根指挥棒影响高中物理教学，使一线教师重视对学生科学探究能力的培养，就需要对当前

的高考实验题进行创新，使其能够比较好地考察科学探究中的其他要素。4、科学态度与责任

科学态度与责任”是指在认识科学本质，认识科技·技术·社会·环境“关系的基础上，逐渐形成探索自然的内在动力，严谨认真、实事求是和持之以

恒的科学态度，以及遵守道德规范，保护环境并推动可持续发展的责任感。“科学态度与责任”主要包括科学本质、科学态度、社会责任等要素。新课标中将

科学态度与责任划分为以下五个水平。通过近三年（2018、2019、2020年）全国物理卷分析，科学态度与责任的

培养的案例试题都源于生活实际。具体来说分为两类：（1）引导学生关注当代

科技发展的信息，体验经典物理理论方法与现代技术中的应用价值，这对于培养学生的科学态度与责任是十分有利的。（2）通过贴近学生生活例子，不仅考

查了学生物理观念和科学思维等核心素养，这样实际问题的解答过程，可以使学生感受到物理知识的应用价值，对于落实科学态度与责任也有积极的促进作

用。由于有关科学态度与责任的内容在题目中主要是以附加信息的方式呈现出

来，而且内容较少，因此以下对2018-2020年这三年有关科学态度与责任的题目进行一个比较详尽的叙述。

（1）题量、分值：近三年试题分析，涉及到科学态度与责任试题量增长，

且分值增大。2018年只有一道选择题，6分；2019年两道选择题共12分；020年两道选择题，一道必答题（12分），一道选做题（5分）。比重增加，分

值增大。（2）材料内容：2018年关注当代科技发展的信息，而2019年开始材料信

息关注学生生活，且比重加大。3.二级核心素养：

科学本质和科学态度各水平分数占比从图中可以看出2018年的试题更注重培养学生的科学态度，即保持学习和

研究物理的好奇心与求知欲，实事求是，不迷信，而在其后两年科学本质的探索比重增大，引导学生能正确认识科学的本质。但是社会责任的体现，即科

学、技术、社会、环境的关系，热爱自然，珍惜生命，具有保护环境、节约资源、促进可持续发展的责任感体现较少。以下是2018-2020三年高考中具体有关科学态度与责任部分的题目。

相对于其他物理学科核心素养，科学态度与责任很难通过题目的形式进行考查，往往是在题目中作为附加信息呈现，通过对近三年的高考试题进行分

析，发现高考主要是通过生活实例和科技发展来渗透一些科学态度与责任，更多的是以题目的形式展现科技的进步或者和生活之间的关联。除此之外，对于

科学态度与责任的考察水平也比较低。诚然，这里面有考试方式的制约，但是也并非是完全没有办法考察。事实上，可以通过让学生写小论文的方式考察学

生对于科学本质的认识以及对科学和技术之间关系的认识。如果高考中仅仅是将科学态度与责任以附加信息的方式呈现，教师和学生就不会重视这部分内

容，在教学中落实科学态度与责任只能依靠一线教师的自觉。四、讨论

1、对高考内容的分析

总的来说，从2018年到2020年这三年间高考试题在考察内容维度上主要是以物理观念和科学思维为主，一方面是沿袭了新课标颁布之前的三维目标中

的知识与技能目标，另一方面也与物理学科自身的特点有关，在四个物理学科核心素养，物理观念是载体，科学思维是基础，只有具备了比较扎实的物理观

念和相对完善的科学思维之后，才能较好地开展科学探究，发展科学态度与责任，因此将这两部分学科核心素养放到高考试题中的主要部分进行考察是有必

要的。但是同样也要看到，过度强调物理观念与科学思维的考察评价方式过于单

一，科学探究和科学态度与责任的占比过少，即便是对于科学思维的考察也主要是在对模型建构和科学推理方面的考察，对科学论证以及质疑创新的考察不

多。出现这种情况的原因诚然与物理观念与科学思维之外其他的核心素养较难以一般的考试形式进行考察外，也与先前的重知识和能力的考试倾向有关。但

是这种考察评价方式适合于选拔而不适合于培养全面发展的公民，国家的教育目标已经从上个世纪的为国家建设培养人才到本世纪的提高全面的科学人文素

养，不能还是仅仅把眼光盯在人才的选班上，也要重视培养哪些将来成为普通公民的学生的科学素养。近年来从“双基”到“三维目标”，到现在的“学科核

心素养”就是为了破除这种只注重知识和能力的培养方式。、考试建议

通过以上的分析可以指导，高中中除了考察除了物理观念和以物理观念为载体考查科学思维中的科学推理以及模型架构之外，对科学探究的考查浅尝辄

止，几乎不考察科学态度与责任。这不符合新课标的培养要求，一线教师为了能够帮助学生更好地应对高考，势必还是会用老一套方法进行授课，为了体现

高考的指挥棒作用，建议在对高考题目做适当改革如下：（1）提高对于模型建构能力的考查，适当增加题目考查科学论证和质疑创

新。可以在考试题目中适当增加生活中的实际问题，让学生基于相关证据提出自己的观点，对已有的理论或者实验设计的方式提出质疑。

（2）提高实验考查的难度和分值占比，增加题目考查学生提出问题、做出

假设、设计实验方案的能力，不能仅仅是让学生回答有哪些操作，怎样读取数据，关键的是培养学生以实验的方式研究实际问题的能力，如果有可能的话可

以让学生写实验小论文的方式进行考察。（3）更多地在题目中以附加信息的方式采用生活实例和科技创新。当前高

考题目中虽然有涉及生活实例和科技创新，但是往往仅仅只是在外面套一层皮，并没有真正引发学生的思考和兴趣，高考应该将高中学过的物理知识和科

技创新进行深层次的融合。（4）创新评价方式，不仅仅通过考试的方式评价学生能力。高考没有必要

一定通过纸笔测样的方式对学生进行考察，可以尝试采取多种方式对学生的物理学科核心素养进行考察。

3、教学建议

由于高考的形式限制，对于某些物理学科核心素养并不能进行有效地考查，但这并非意味着其他物理学科核心素养不重要，教师