物理能力测量研究

　　本书内容提要该书是物理教学研究的一本应用性理论专著。针对多年来教学中能力培养存在指标软、方法泛而效率低的具体问题，作者在反复进行理论探索和一定规模实践的基础上，提出了物理教学中的能力培养规律，以及在知识优良的条件下对能力进行定量检测的崭新方法——等价排除法，反映了我国物理教学研究的新水平。全书使用了与物理、数学相关的其他学科概念50多个，自定义概念40多个，在物理、教育、心理、逻辑、思维等相关科学之间建立了相协相洽又本身自洽的一套概念体系，创意新颖，理论完整，论证严谨，方法实用。本书对物理教育工作者、广大中学物理教师和高师物理系学生，以及其他学科的教研人员和教师来说，都是一本开阔思路和有参考、研究价值的书籍。片断：例如，人们对一个一个实际的物理观察活动都会产生反映。这些反映分散进入大脑之后变为一种内在。它们在积累的过程中，陆续被分析、综合、比较、抽象和概括，从而使分散的积累，在上升为理性的过程中被集中为顺利完成物理观察的手段，如观察的步骤、观察的方法等。显然它们都属逻辑的确定处理模式。这些确定的模式，在不必完成相类似的观察任务时，它们仍作为一种内在，并不被表现。然而一旦遇到相似的物理观察任务，它们就会立即显示出来，在应变中发挥能动作用。在心理特征的层次，明确“能动反映”与‘‘产生反映’’这两种方式在内涵上的不同，对本书的研究有理论上的决定意义。它使我们有可能根据被动的心理现象的来源，跨入对所需要的心理特征的培养与测量。如果没有这一步，便只能停留在心理的“内在”特点上。对绝对内心的、缺乏外在显示的事物，宏观上便很难予以处理。不妨设想一下，没有宏观可测的特征量，物理学的一切微观研究会面临怎样的困境。于是，本书界定一个新概念——物理能力的外显：原存在于大脑之中，能在物理能力实施的过程中显现出来的确定模式。通常被称为方法、程序、思路、步骤的内容，以及以某种较稳定的相互联系构成的系列内容，都是确定模式的具体表现。分析物理能力的外显在实施（运作）物理能力的过程中的具体表现，不难知道，物理能力的外显可以直接表现个体的物理能力的强弱。以物理观察能力为例分析如下：假设观察者已经具有贮存于大脑中完成物理观察所需要的某些确定模式。那么当观察者决定进行观察时，便要从其中选择，初步试用，确定使用或调整性地应变使用这些模式，从而最后完成了物理观察的任务。在有些情形之下，确定模式会发生简化，较大地提高观察的顺利程度。例如对熟悉的观察对象，试用的环节可能会大大缩短甚至消失。于是这些确定模式在某一个体大脑中的系列化水平，丰富、稳定和熟练的程度，以及应变使用的水平，便决定了该个体所具有的物理观察能力的强弱。因此，本书以物理能力外显的概念为基础，界定另一个新概念——物理能力水平：对个体施用物理能力外显完成物理任务时，在稳定、灵活与成功等方面达到的高度。作为个体内在心理特征的物理能力，能够外显为完成物理任务的一些确定模式，其重要意义有二。第一，它表明可以从这些确定模式的学习、建立、运用入手，来培养物理能力。第二，它表明可以从不同个体在运用这些确定模式时表现出的差异，来测量物理能力。而物理能力水平的概念则给这种测量的评价奠定了理论基础。三物理能力的层次不同的物理能力有不同的外显，其实质是该种物理能力的内涵。称其为外显，只不过是强调它原本属于一种内在的状态，只有在能力实施的过程中才能表现出来。然而，为了实现对物理能力的测量，仅从内涵的角度讨论是不够的，因为我们必须在能力实施的具体进程中来测量它，而不能仅从方法论的描述来测量它。因此，我们还必须涉及到物理能力的主要外延。物理能力测量将涉及两方面：能力的内涵与能力的外延。内涵，就是物理能力的外显；外延，是承受能力外显的具体物理任务。一般情况下，它可用具体的物理知识和实际的问题概括。首先，注意到能力外显（如不同的方法）本身的难易程度和它的适用范围，以及各自对结果做出的贡献都不相同。例如，过程观察法要感知观察对象随时间的变化，这就比整体观察法要难，它适用于观察运动过程，可能导致发现物理规律；而整体观察法通常只了解仪器的外部构造。其次，注意到即使对同样水平的能力外显，当它们涉及到不同的物理知识时，其难度亦不同。例如都用过程观察法，但观察变速运动和观察液体加热与沸腾，后者难度明显要大。因此物理能力又是有层次的。它既与能力的外显有关，又与外延涉及到的物理任务有关。本书前言前言物理教学要培养学生能力的必要性与重要性，已毋庸多言，但多年来能力培养效率低下，亦是师生的普遍感觉。我曾反复思考这个问题，觉得重要的原因之一，是能力不能像知识那样直接定量测量。这使能力培养方法的有效性变得难以判断，也使能力培养难于像知识学习那样可以及时弥补。然而，真正想要深入研究直接定量检测单科教学所培养的能力的想法，则始于1989年和我系研究生蒋毅同学的谈话，是他谈及能力的直接检测苦于不能摆脱物理知识；等价排除法最初也产生于那个时期。1992—1993年，我到北京师范大学做访问学者期间，等价排除法的可行性检验论文得以发表。在此期间，我的导师阎金铎先生给予我极大的支持和许多重要的指点。随后几年，主要工作集中在两个方面，一方面是等价排除法的实用性，另一方面是建立一个和其他学科相协相洽、本身又自洽的物理能力的概念体系。前一方面的工作主要是不断完善A卷的评定方法，其中最关键的一点是增加了答卷速度因子V。它的提出实际应归功于我的女儿。她指出了答卷速度在能力检测和知识检测中所起作用的不同，后一方面的工作使我不得不在相关学科，特别是心理学、思维学与逻辑学的概念群中苦游一番。这两方面工作的难度和繁杂，大大超出了预先的估计，以至几次想放弃研究。多亏了许多老师、朋友和亲人的鼓励，才磕磕绊绊走到今天。出版这样一部专著，目的只是抛砖引玉，希望得到更多的有识之士和有志之人的指正与帮助，使这一研究能逐步走向成熟。应该说，脱稿时的感觉不是完成任务的轻松，而是艰苦工作的开始，今后还有很多工作要做。就目前这方面研究而言，还确有许多方面需要进一步改进和完善的。例如，A卷评分的标准和方法应该更简化一点，阅卷工作量太大会明显影响能力定量检测的实用性；如何减小其他能力对所测能力的干扰，比如阅读能力的干扰，又如实验能力检测中观察能力的干扰；能力测量的等价系列试题如何与各年级物理教学所培养的能力层次相适应等。还要说明一点，关于检测运用物理知识解决实际问题的能力，由于目前的研究成果在概念的相关性上还不十分自洽，今后还需进一步深入研究。最后，我要以非常诚恳的心情，衷心感谢在这些年的研究中给予我各种帮助的乔际平先生，王邦平、王瑶、苏明义、齐红、何麦秋、贾保成、艾克安、刘北秋、王少芳等老师，感谢阎金铎先生审阅本书并给本书写了序言，感谢戴相彬老师在阅读本书草稿后为本书增写了第一章。续佩君1996年5月于北京丰台

　　续佩君1947年生于北京。现任首都师范大学副教授，兼任北京市中学物理教学研究会副秘书长、中国物理学会会员。1982年毕业于北京师范学院物理系。长期从事物理教学和儿童思维能力最佳开发期的研究。曾获全国普通高校优秀教学成果二等奖。1996年入选《中国师范教育通鉴·名家卷》。参与撰著《物理教育学》、《物理教学论》等，发表论文10多篇。

     目录
   总 序
   序
   前 言
   第一章 导 言
    第一节 物理能力的基本概念
    一 物理能力
    二 物理能力的外显与物理能力水平
    三 物理能力的层次
    四 物理能力的教育目标及分类
    第二节 导读：背景·思路·内容·结构
    第三节 导读：概念及其系统
   第二章 物理观察能力
    第一节 物理观察能力及其外显
    一 物理观察
    二 物理观察能力及其外显
    第二节 物理观察能力的基本层次
    一 对学习物理知识的器具的观察
    二 对物理现象和物理过程的观察
    三 养成自觉观察物理现象的习惯
    四 在物理观察中提出质疑
    五 制定物理观察计划和表述观察结论
   第三章 物理实验能力
    第一节 物理实验能力及其外显
    一 物理实验
    二 物理实验能力及其外显
    第二节 物理实验能力的基本层次
    一 按实验步骤完成操作
    二 设计实验记录的表格
    三 基本量具及仪器的使用
    四 基本工具的使用
    五 运用误差理论分析物理实验
    六 写出物理实验报告
    七 分析物理实验现象
    八 设计简单的物理实
    九 排除简单故障
    十 根据需要寻找实验
   第四章 物理思维能力
    第一节 物理思维及物理思维能力
    一 物理思维
    二 物理思维能力
    第二节 物理思维的基本方法
    一 分析
    二 综合
    三 比较
    四 抽象
    五 概括
    第三节 物理思维的形式
    一 物理概念
    二 物理判断
    三 物理推理
    第四节 物理思维的基本思路与程序
    一 质疑
    二 释疑
    三 假说与验证
    四 唯象与机理
    第五节 物理思维能力的基本层次
    一 对物理事实做出直觉判断
    二 对物理学习对象进行联想
    三 选择确定标准进行比较
    四 使新旧物理知识发生联系
    五 对具体物理结论进行概括
    六 对物理事实和实验数据进行归纳
    七 运用物理概念规律进行演绎
    八 根据研究目的思考相关因素
    九 深化物理概念和规律的学习
   第五章 物理能力测量的基本方法
    第一节 物理能力测量的概念与意义
    一 物理能力测量的概念
    二 测量物理能力的方法与困难
    三 物理能力测量的作用
    第二节 直接测量物理能力的基本方法
    一 基本思路
    二 等价排除法
    三 等价排除法的检验
    四 关于“可行性检验”的分析与结论
    第三节 等价排除法在物理教学中的实施
    一 按年级确定物理能力的具体内容
    二 针对不同的物理能力命A卷试题
    三 完成与A卷相应的K卷命题和测试
    四 A卷评分与能力级别
    五 几个必要的说明
   第六章 物理观察能力的实测与分析
    第一节 测试使用的基本材料
    一 A卷试题
    二 A卷实测使用的器材
    三 A卷测试中对教师的要求
    四 K卷试题
    第二节 命题与评定
    一 对A卷命题的基本思考
    二 关于A卷的评定
    三 K卷命题
    四 关于等价A卷的命题
    第三节 物理观察能力测试的结果与分析
    一 阅卷中的具体处理
    二 测试的基本情况
    三 几点讨论
   第七章 物理实验能力的实测与分析
    第一节 测试使用的基本材料
    一 A卷试题
    二 A卷实测使用的器材
    三 A卷测试中对教师的要求
    四 A卷中操作题的计分标准
    五 K卷试题
    第二节 命题与评定
    一 对A卷命题的基本思考
    二 关于A卷的评定
    三 K卷命题
    四 关于A卷等价命题
    第三节 物理实验能力测试的结果与分析
    一 阅卷中的具体处理
    二 测试的基本情况
    三 几点讨论
   第八章 物理归纳能力的实际测试
    第一节 试题与命题
    一 A卷试题
    二 K卷试题
    三 对A卷命题的基本思考
    第二节 评定与测量结果
    一 关于A卷的评定
    二 题目评定示例
    三 测试的基本情况
   第九章 物理能力培养的基本规律
    第一节 物理能力发展与学生生理发展的适应律
    第二节 物理能力培养对物理知识教学的全面寓合律
    第三节 物理能力脱离物理知识的独立形成律
   附录Ⅰ 物理抽象能力测量试卷
   附录Ⅱ 物理演绎能力测量试卷
   附录Ⅲ 正态曲线的面积和纵线
    主要参考文献