水中物体受力为什么不考虑大气压,物体漂浮水对底部压强公式

初中学业水平考试物理能力内涵、要求与结构

朱行建1 陆建隆2

（1.天津经济技术开发区教育促进中心，天津 300457；2.南京师范大学教师教育学院 江苏南京 210024）

摘 要：通过某地中考物理模拟试卷的大数据分析，采用探索性因素分析建立了物理因素模型，通过验证性因素分析验证了模型的可接受性，以具体的试题解答时的思维表现与考查的因素相互对应归纳得出了物理能力要素的内涵、要求与结构。

关键词：物理能力 内涵 结构

1问题的提出

物理学科能力是指学生在在顺利的完成物理知识学习活动和相关物理问题解决活动中所必须具备的、稳定的心理特征[1]。2019年11月，《教育部关于加强初中学业水平考试命题工作的意见》（教基〔2019〕15号）指出，“试题命制既要注重考查基础知识、基本技能，还要注重考查思维过程、创新意识和分析问题、解决问题的能力”[2]，为此，南京师范大学陆建隆教授领衔的全国初中学业水平考试物理能力研究课题组在思辨与命题实践的基础上构建了我国初中学业水平考试物理能力要素的框架，即初中物理能力由理解能力、应用能力和实验探究能力构成[3]。但是，该文献没有回答以下几个问题：一是这样建立的物理能力要素没有依托大数据的数学建模实证支持是否正确？二是上述能力的含义、具体要求及表现水平到底是怎样的？三是试卷中各个能力层次的分值占比应该大致为多少是比较合适的？弄清这些问题就可以根据具体的试题确定其考查的能力属性，从而进一步确定试卷的能力结构。为此，全国初中学业水平考试物理能力研究课题组针对这些问题开展了研究。

2研究的过程

2.1研究的思路

由于解答一道试题时可能要使用多种能力，但是到底以哪种潜在的能力为主？这一问题不弄清楚，对同一道试题不同的教师就会有不同的理解，从而在确定能力时会出现不同的主观答案。全国初中学业水平考试物理能力研究课题组以2020年某省的中考试题为例，邀请两位具有20年以上教龄的初中物理省级骨干教师给本套试卷中的每一道试题进行能力划分，从他们划分的结果看，实验与探究能力的划分基本一致，而在理解能力和应用能力的划分上几乎有一半的不同。基于这样的不同认识，我们以某城市的2020年5月进行的中考模拟试题为研究对象，对本套试卷建立了该城市的4718名学生的答题反应数据库，运用SPSS统计软件采用探索性因素的聚类分析方法对数据进行处理，根据聚类分析数据处理的因素分类结果，找出与因素分类相对应的试题，建立物理能力要素的数据实证模型，再运用MPLUS软件，通过验证性因素分析的方法检验建立的物理能力要素模型是否正确，最后，通过具体的分析试题解答过程中的行为表现，归纳出试题的主要能力因素及水平高低，进一步概况出能力的内涵、具体要求和结构。

2．2试卷概况

试卷满分100分，考试时间90分钟，共有试题28道，共有题型三种类，其中单项选择题12道，填空题8道，解答题8道，在解答题中进一步分为作图题1道（分为3个小题）、实验与探究题5道，计算2道，具体的试题的题型与题号如表1：

表1：试题的题型与题号

2.3数据处理

2.3.1探索性因素分析

对学生的答题运用SPSS统计软件进行数据处理，试卷的难度为0.67，与初中学业水平考试的要求基本一致，试卷的内部一致性α系数为0.925，说明试卷的信度很好，KMO检验和巴特利特球形度检验，结果如表2，KMO检验系数为0.983，巴特利特球形度检验相应的概率Sig.=0.00，表明试卷有较高的效度，说明本试卷的数据可以用作因素分析。

表2：试卷KMO和巴特利特球体检验

对数据用SPSS统计软件进行探索性因素聚类处理，得出的碎石图如图1，谱系图如图2。

图1 探索性因素聚类分析碎石图

图2 探索性因素聚类分析谱系图（使用平均联接）

碎石图表明，试卷考查了5个主要的因素，因素6考查的因素较弱，数据解释力不强。谱系图表明了哪些试题考查了同一因素，并且这些因素可以划分为由低到高的不同水平，具体题号和由低到高的水平因素如表3。

表3 由低到高水平因素分析

进一步分析谱系图可知，因素2包含因素1，可以认为这是某个要素的2个不同水平，记为要素1，从传统题型上看主要是选择题和填空题；由于因素5只有一道试题，是一个独立存在的因素，比较容易分析，故，先分析因素5，因素5的第26题是一道实验探究性试题，说明实验探究性试题考查指向了某个潜在的因素，因素5包含因素3和因素4中的某些因子，可以认为这是某个要素的3个不同水平，因素3有3题实验探究题，因素4有1题实验探究题，且，因素5是全卷实验探究性试题因素中考查的最高水平的试题，故，因素3、因素4中的实验探究题与因素5的实验探究题记为要素3；因素4包含因素3，除了实验与探究题（已纳入要素3），共有6道试题（包括4道填空，1道作图和1道计算），因素6是全卷的最后一题，因其解释力不强，不能独立作为一个潜在因素，同时，考虑到该题是一道计算题，将该题并入因素3与因素4中较高水平上进行分析，除了实验探究性试题的其他试题潜在因素3、因素4与因素6可以认为这是另外某个因子的3个不同水平，记为要素2。至此，运用探索性因素分析建立的物理试卷考查要素模型如表4。

表4 物理试卷考查要素模型分析

2.3.2验证性因素分析

上表根据探索性因素分析的6个因素结合传统的题型建立了初中学业水平考试物理试卷考查的3要素分析模型。那么，这样的三要素模型是否合理？为此，用结构方程模型分析软件MPLUS进行验证性因素分析，具体模型拟合指数如表5.

表5 模型拟合指数

用MPLUS构建一阶模型，模型拟合指标与评价标准如下，近似误差均方根ＲMSEA＜0.050，越小越好；标准化残差平方和的平方根SRMR＜0.08，越小越好；Tucker-Lewis指数TLI＞0.900越接近1越好；比较拟合指数CFI＞0.900，越接近1越好[4]。由表5可知，模型拟合指数较好，，即物理试卷是由3个要素构成的，表4的模型是可以接受的。

3中考物理试题的能力要素与行为表现水平分析

为了确定中考试题的能力要素和表现水平，下面结合具体的试题解答，分析答题时的行为表现，将试题与表4建立的模型因素类别相对应，探讨试题考查的能力要素和表现水平。在表4建立的模型中，第3个要素可以初步确定是实验探究题型，考查的是实验探究能力，至于要素1和2考查的是什么需要再做进一步的分析。试题的能力要素与表现水平的确定以新修订的布鲁姆教育目标分类学为基础[5]，同时，对实验探究能力则参考科学探究的主要程序。在例题选择时，尽可能的选择初中物理常见的、不同风格的既有一定代表性的试题类型进行分析。

3.1因素1试题答题行为表现分析

因素1涉及的题型为7个选择题和3个填空题，选择1个常见的试题类型进行分析。

例1.（试卷第2题）中华古诗词、俗语蕴含着丰富的声学知识，下列有关理解正确的是

A．“响鼓还需重锤敲”说明声音的响度与频率有关

B．“谁家玉笛暗飞声”中笛声由笛管的振动产生

C．“闻其声知其人”的依据是不同人的声音，其音色不同

D．“不敢高声语，恐惊天上人”中的“高”指的是声音的音调高

本题通过古诗词考查学生的物理知识是中考试题中基础采用的一类试题，该题是对乐音的特性进行考查，要求学生能够根据其特性进行识别，达到再认水平，这一因素可以看作理解能力中较低层次的考查目标。

3.2因素2试题答题行为表现分析

因素2涉及的题型为5个选择题和1个填空题，选择1个常见的试题类型进行分析。

例2.（试卷第15题）如图所示，用滑轮组提升重100N的物体时，在10s内绳子自由端被匀速拉下6m．已知拉绳子的力F为70N，则在此过程中滑轮组所做的有用功是 J，拉力F的功率是 W，该滑轮组机械效率为 %（保留一位小数）．

本题是填空题中的简单计算题，试题取材于教科书中的情境，是中考中常见的一类试题，考查学生对功、功率、机械效率等物理概念和规律的计算。本题属于计算题，由于是情境是教科书上学生熟悉的模型，他们能够通过回忆，直接提取相关公式，带入公式进行简单的计算就可以得出答案，其本质特征还是对公式的正确回忆与提取，但是，由于涉及到计算的能力，这一因素可以看作理解能力中较高层次的考查目标。

3.3因素3试题答题行为表现分析

因素3涉及的题型为3个填空题，填空题有2个涉及计算，另外1道填空有2个小题，选择1个常见的填空试题类型进行分析。