新高考改革对上海学生大学物理学习的影响
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1 背景
2014年9月4日，国务院颁布《关于深化考试招生制度改革的实施意见》[1]，实施意见提出在上海、浙江两省市先行进行高考改革综合试点，以此为其他省市的高考改革提供依据。随后，上海市于同年9月18日公布了《上海市深化高等学校招生综合改革实施方案》[2]，该方案提出：自2014年秋季新入学的高中一年级学生开始实施“3+3”新高考模式，即考生总成绩由统一高考的语文、数学、外语3个科目成绩和高中学业水平等级性考试3个科目成绩组成。计入总成绩的高中学业水平考试等级性科目，由考生根据报考高校要求和自身特长，在思想政治、历史、地理、物理、化学、生物等科目中自主选择3门。
其中，语文、数学、外语每门满分150分，3门学业水平等级性考试科目每门满分70分。高中学业水平等级性考试成绩在计入高考总分时，不再使用实际的卷面分数，而是将考生卷面实际分数按比例进行分级排序，然后再转换为百分制分数计入高考总分，满分70分，最低40分。相邻两级之间的分差均为3分,共分为11级。之所以采用选考科目等级赋分制，是由于不同科目考试内容和难度不同，使得不同科目的卷面得分缺乏可比性[3]。如果仍将卷面实际得分记为高考成绩，将会产生严重的不公平现象，这与改革的初衷完全背离；而按事先规定的比例和分值进行等级赋分是相对可行且公平的办法。
采用学生自主选择考试科目的初衷是希望能够增加学生的选择权，让学生能够根据自身特长和日后想从事的职业需要来选择适合于自身的科目。然而，该方案在具体实施的过程中却出现了一些新的问题，尤其在等级赋分模式下出现的学科失衡问题，引起了各界人士的广泛关注和讨论。而这一失衡问题在物理学科中表现得尤为明显。
2 物理学科失衡问题
2.1 选考人数下降 学科地位降低
作为一门基础学科，物理对提高学生的逻辑思维能力、实验观察能力、计算能力有很大的益处。然而相比于其他学科，许多物理原理都是抽象的，学生很难在现实生活中找到对照，这就意味着学习物理需要极强的逻辑推理能力。很多学生即使花费了很多的时间和精力，也很难把物理学好。长此以往，大部分学生都对物理学习产生了极大的畏惧心理[3]，这就为学生不选物理作为等级考科目埋下了伏笔。
而采用等级赋分制则进一步激化了这一问题。等级赋分意味着卷面分数高低不再重要，真正影响学生最终成绩的是考生的排名情况。这就迫使学生在选择考试科目时，要考虑自身水平在群体中所处的位置。因为物理学科对各项能力要求较高，所以物理学得好的学生往往也是那些成绩最为优秀的学生。而一些成绩中等的学生，考虑到自己在与优秀学生的竞争中可能排名落后，致使自己的分数较低，不能进入理想的大学。纷纷放弃物理，而选择其他竞争压力相对较小的学科。成绩中等的学生走了，那些成绩优良的学生又开始担心自己成为队伍尾端的学生，也纷纷转投其他学科。这就是“六选三”或“七选三”模式的“驱赶效应”，即优秀学生扎堆物理学科，将大量的普通学生从物理学科驱赶出去，并引起恐慌心理，造成连锁反应，使选考物理的学生越来越少[3]。同时，高校招生政策的过于保守也起到了推波助澜的作用。尽管高校的很多专业都需要具有物理背景的学生，但在实际的招生过程中，大多数高校仅要求学生满足其所列出3门选考科目中的一门就可以报考相关专业，这就意味着学生选考物理与否对其专业的选择没有任何影响，高校这一层面的筛选功能就完全不存在了。据统计，2017年,在参加高考的5万多名上海考生中，仅有19218人选考物理，在6门选考学科中排名第五。同样采用等级赋分制的浙江遇到的问题则更加严峻，2017年，浙江全省有29.13万考生，但是选考物理的只有8万人。物理“遇冷”已成为不争的事实。这一现象导致的直接后果就是：物理学科地位的降低。在施行“3+1”政策的时代，物理是上海理科考生的首选，且其与语文数学外语同为150分。所以各中学教师也会将大量的时间与精力投入到物理教学中。而在新高考政策下，各学校选考物理的人数都有一定的下降，一些生源质量不高的学校甚至出现基本无人选择物理的现象。许多学校中的物理课时被其他选考科目所侵占，物理学科不再受到教师和学生的重视。许多专家学者对此现象表示深深的担忧，他们指出物理选考人数的持续下降会造成科学领域人才的大量流失。
2.2 知识体系不完整
根据《2014上海市高考改革方案》[4]要求：合格性考试内容以普通高中课程标准中的基础型课程要求为依据，等级性考试内容以普通高中课程标准中的基础型和拓展型课程要求为依据。为了适应合格考和等级考不同的难度要求，很多重要概念都不需要物理合格考考生掌握。如:牛顿力学中的匀变速直线运动、平抛运动、摩擦力和动量；电磁学中的楞次定律、导体切割磁感线时产生的感应电动势及法拉第电磁感应定律等。中国科学院院士、清华大学物理系教授朱邦芬指出：“大多数合格的高中毕业生物理知识严重碎片化，没有形成初步的科学思维能力和科学精神。长此以往，我国国民的科学素质必定大幅度下降，甚至可能产生大量受过高等教育的现代“科盲”，对我国长远发展造成损害[5]。”
3 相关学生大学理科学习情况调查
2017年9月，首届经历了新高考改革的上海学生正式进入大学学习。我们希望通过分析首届新高考学生进入大学后的物理课程的学习情况，来探究新的选考制度对于学生后续学习所产生的影响。为了直接了解他们的学习情况，我们采取了纸笔测验结合访谈的形式选取了华东师范大学“大学物理C”课程的一个班级的学生进行调查，调查对象共93人，其中有16名上海学生，其余学生广泛分布于全国各省市。所有学生均为化学系学生。16名上海学生中，有6人高考选考了物理，这一比例与上海考生整体选择物理的比例接近。为了反映上海考生整体的物理学习情况，本文中的数据没有对上海学生是否选考了物理加以区分。
我们将对几种不同类型的纸笔测验的数据进行分析，包括FCI(Force Concept Inventory—力学概念测试量表)前后测、BEMA(Brief Electricity and Magnetism Assessment——电磁学概念测试量表)前测，以及学生第一学期的大学物理、大学化学和高等数学考试成绩。其中，FCI和BEMA的前测均是在学生没有进行相应章节的大学物理学习前进行的，这样我们可以更好地了解学生进入大学时的物理基础知识掌握的情况。以上几种测试中，上海学生与其他地区学生的平均得分率如图1所示。
3.1 物理基础相对薄弱
我们发现，在BEMA和FCI两项前测中，上海学生的平均得分率仅为55.2%和75.6%。而其他地区学生得分率为69.5%和87.6%。也就是说，在开始学习大学物理课程之前，上海学生对于力学和电磁学相关的物理基础知识掌握情况要低于其他地区学生的平均水平。为了进一步分析两类学生得分之间的差距是否显著，我们计算了各项测试分数的p值和效应量，具体结果如表1所示。p值一般用于判断所检验的效应是否具有统计意义上的显著性差异。而效应量在均值检验中表示总体中两组样本分布的非重叠程度，效应量越大，重叠程度越小，两统计量分布的分离程度也就越高[6]。通过计算效应量的大小，我们可以在p值的基础上进一步了解各样本统计量间的差异大小。
关于均值差异显著性检验的效应量(d)的计算公式[7]，根据其适用条件的不同而略有不同，我们选取
式中，M1为非上海地区学生得分平均值；M2为上海地区学生得分平均值；S为非上海地区学生得分标准差。
在BEMA 和FCI两项前测中，p值分别为0.002和0.027，均小于0.05，说明上海学生和其他地区学生在这两项前测中的平均得分有显著性差异。而根据Cohen早期的定义[8]，效应量d为0.2是较小的效应量；d为0.5是中等的效应量；d为0.8是较大的效应量。在BEMA前测中，效应量d等于0.94，这说明上海学生在与电磁学相关的概念前测中的得分与其他地区学生的得分差异非常大。而在FCI前测中,效应量d等于0.65，这说明上海地区学生在有关力学概念的前测中的得分与其他地区学生得分相比也有中等偏上程度的差异。
综合平均得分率、p值和效应量d的统计结果，可以得出：在刚入学阶段，上海学生的物理基础确实与其他地区的学生有较大的差距。
经过一学期的学习，我们对所有学生进行了FCI后测。在FCI后测中，上海学生的平均得分率为91.5%，虽然与前测相比有很大的提高，但是仍低于其他地区学生94.2%的平均得分率。FCI后测中p值为0.344，效应量d等于0.27，这说明上海学生与其他地区学生在FCI后测中仍存在一定的差异(受到样本量大小的影响，有时即使反映差异显著性的p值大于0.05，但两组样本仍可以存在中等程度的差异[9])。有一种声音认为，北京、上海等大城市的学生，由于高考竞争压力小，所以成绩低于其他地区的学生。为了检验上海地区学生成绩是否普遍低于其他地区学生，我们也收集了学生在“大学物理”“高等数学”和“无机化学”这三门大一基础课程中的期中考试成绩加以分析对比。在期中测试中，上海学生的物理平均得分率为72.0%，仍然低于其他地区的学生的平均得分率75.7%。但是，在高等数学和无机化学的期中测试中，上海学生的两门课的平均得分率分别为86.9%和76.9%，其他地区学生的平均得分率为81.7%和73.7%，上海学生的数学和化学平均得分率均高于其他地区学生的平均得分率。进一步分析可得，在高等数学期中测试中，效应量d为0.40，说明上海学生与其他地区学生在高等数学考试中存在着中等程度的差异，上海学生的平均表现要好于其他地区的学生。同样的，在无机化学期中测试中，效应量d为0.26，说明了上海学生在化学考试中的平均成绩也要略好于其他地区的学生。
大学物理与高等数学和无机化学期中成绩的对比说明，上海学生的物理基础知识掌握情况较差，并不是人们通常认为的高考竞争压力较小所造成的。如果是竞争压力小而导致了他们的劣势的话，这种劣势应该普遍存在于所有科目中。然而他们的高等数学，化学水平实际上是要略高于其他地区的学生的。不选择物理作为高考(等级考)科目的上海学生只需要掌握部分物理概念，知识体系不够完整，物理基础比其他地区学生要薄弱一些。这不仅造成了他们大学物理课程的学习困难，也可能会影响他们在后续课程中的表现。
3.2 知识体系不完整——以电磁学为例
在平均得分率和效应量的分析中，我们都发现在电磁学相关概念的测试中，上海学生的得分与其他地区学生的得分差异最大。因此，我们将电磁学概念前测(BEMA)的结果进行了进一步分析。BEMA测试卷中的题目按其所考察的知识点类型可以分为4类：静电场、直流电路、静磁场、法拉第电磁感应定律[10]，上海学生在每一类题目中的得分率如图2所示。
从统计结果中，我们不难看出，在电磁学这一模块中，上海学生存在知识掌握程度不均的现象。学生在考查法拉第电磁感应定律题目上的得分率仅为24.1%，明显低于其他3种类型题目的得分率，而在与静电场有关的题目上的得分率高达67.1%。分析这一现象产生的原因时我们发现，部分上海学生基本没有学习过与法拉第定律有关的知识。根据《2014 上海高考改革方案》[4]，参加合格考的学生仅需掌握物理课程标准中基础型课程的知识，只有参加等级考的学生才需要学习拓展型课程的知识，而在2015年发布的《上海市中学物理课程标准(试行稿)》调整意见[10]中删除了包括法拉第电磁感应定律及应用在内的拓展型课程Ⅱ中的所有知识点(见表2)。即使是参加物理等级考的上海学生，他们也无需掌握法拉第电磁感应定律。
3.3 学生对选考物理的反思
事实上，上海的学生在学习了大学物理课程之后，也意识到了高中物理知识的缺失对于大学学习的影响。因此，我们在大学物理课程进行过程中，采访了部分上海学生，提出的问题是：“如果再给你一次重新选择的机会，你会在高中选考物理吗”。而学生的回答却显示，即使已经知道物理在理工科学习中的重要性，学生仍可能基于现实因素的考虑而弃选物理。例如，一位选择“化学历史地理”组合的学生是这样回答的。
“如果我知道我选化学还得学物理，我高中肯定加物理啊，但是有可能我加了物理不一定能上华师大，或者可能未必能自由选择专业。我高考历史是70分满分的，但物理我感觉满分不太可能，最多67分。但是即便不选物理，肯定至少会认真听物理课，而不是在物理课上做数学做化学……”
这位同学的回答反映出3个方面问题：第一，学生在高中阶段的选科具有一定的盲目性，学生并不了解自己所感兴趣的专业发展方向需要哪些必备的基础知识。一位想要报考化学系的高中生，很可能根本不知道从事化学研究是要有许多物理基础知识的(“如果我知道我选化学还得学物理，我高中肯定加物理啊”)；第二，学生在选择选考科目时实际上还是以能否在高考中取得高分为依据，选学科目与未来专业的匹配性在分数面前只能是退而求其次，即使知道化学系要求物理，也未必会选(“有可能我加了物理不一定能上华师大”)；第三，高中学生对于不选为高考科目的学科，重视程度是非常低的(“在物理课上做数学做化学”)。
但另一方面，也有一部分学生认为，自己会在高中时选考物理，因为这带给了自己更大的专业选择余地。例如一位选择了“物理化学地理”组合的上海学生在访谈中表示：
“还是会选。当初考虑加物理就是冲着学校物理是强项，有好老师好资源。其次理化这个搭配让我专业选择很自由，基本都可以按喜好来了(我考前没有明确目标，文理通吃，还有几个因为经济条件最后错过了的很喜欢的专业)。我最后去了化学系，现在还觉得选了物理学起来都有点吃力，何况不选。”
从这位学生的回答中，我们看到，高中生对于专业选择不一定具有明确的方向。这时，物理在各个专业中的基础作用可以得到显现。如果有更多的高校在招生时强调物理的重要性，可以引导高中学生更加重视物理的学习。
4 结语
上海新高考改革的选考制度客观上造成了物理选考人数的下降和物理学科地位的降低,本届上海学生的物理基础相对薄弱且没有形成完善的物理知识体系，对其进入大学后的学习造成了困难。本研究重点关注的对象为首届上海新高考考生，参与调查的学生样本量受到专业与课程容量的限制，但本研究的结果已经能够在一定程度上反映出选修选考制度对上海学生大学物理学习产生的影响。而这一问题也引起了教育部门和各大高校的重视。在上海和浙江最新公布的高考方案中，都对于物理科目实行了最低选考人数保障制度，而且越来越多的高校也在上海和浙江的招生中强调必须选考物理。我们期望这些举措可以帮助高中和大学的物理教学更好地开展。同时我们也将持续关注和研究新高考模式下的学生在大学物理和其他相关课程学习中的表现。
[1] 《关于深化考试招生制度改革的实施意见》.取自：http://old.moe.gov.cn//publicfiles/business/htmlfiles/moe/moe_1778/201409/174543.html
[2] 《上海市深化高等学校招生综合改革实施方案》. 取自：http://old.moe.gov.cn//publicfiles/business/htmlfiles/moe/s8367/201409/175288.html.
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[11] 《上海市中学物理课程标准(试行稿)》调整意见.
通讯简介: 朱广天,男,华东师范大学教师教育学院副教授,主要研究领域为物理教育,gtzhu@phy.ecnu.edu.cn。
END
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