關(guān)于工科大學(xué)物理考試內(nèi)容改革的探討

白秀麗

(南京曉莊學(xué)院物理與電子工程學(xué)院 江蘇 南京 211171 )

馬書云

(南京解放軍理工大學(xué)理學(xué)院 江蘇 南京 210007)

1 引言

考試作為教學(xué)過程中的一個重要環(huán)節(jié), 是檢查、衡量和評價教學(xué)質(zhì)量的重要手段, 在教師教和學(xué)生學(xué)的過程中起著導(dǎo)向的作用.因此，要真正實(shí)現(xiàn)教育模式的轉(zhuǎn)變，并且貫徹到教學(xué)的各個環(huán)節(jié)中，就不能僅僅體現(xiàn)在教材和教法上，還必須落實(shí)到考試的教學(xué)環(huán)節(jié)上，即改革配套的考試內(nèi)容[1].

現(xiàn)在工科院校的大學(xué)物理考試普遍存在的問題是只重視考試的評價功能而忽視其鑒定、引導(dǎo)和激勵功能；只注重考查書本知識而忽視培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力；只注重考試的“標(biāo)準(zhǔn)化”而忽視培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力等.所有這些問題都不利于教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變，因此工科大學(xué)物理考試內(nèi)容改革勢在必行.改革考試內(nèi)容，少出一些只有一個標(biāo)準(zhǔn)答案的題目，適當(dāng)增加主觀題比重，尤其是要多出一些綜合性思考題、分析題、應(yīng)用題、一題多解題，而這些題目在傳統(tǒng)的考試題型中得不到體現(xiàn).筆者嘗試著引入兩種新的題型，以此來克服標(biāo)準(zhǔn)化考試暴露出的弊端，鍛煉學(xué)生的思維，給學(xué)生提供更多思考的機(jī)會，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力.充分發(fā)揮考試的能力導(dǎo)向作用，大力構(gòu)建全面綜合的考試內(nèi)容，以豐富的內(nèi)容引導(dǎo)學(xué)生從多方面學(xué)習(xí)、充實(shí)和發(fā)展.

2 兩種新題型的探討

2.1 兩種新題型的引入

工科大學(xué)物理考試多年來延續(xù)了題庫出題的方法.因題庫總體題量大，組卷方便，教師都喜歡采用這種方法.但是題庫出題有一定的隨機(jī)性，即使達(dá)到教學(xué)基本要求,也不一定會做到對考試內(nèi)容有所把握.近幾年題庫都沒有更新，有些知識點(diǎn)的題目已經(jīng)比較陳舊 ,這樣會造成歷年考試反復(fù)選用同一題目.學(xué)生普遍認(rèn)為題目太單一，做幾道題根本反映不出學(xué)習(xí)的真實(shí)水平，達(dá)不到考試的目的，所以命題必須進(jìn)行人為的干預(yù)[2].綜觀國內(nèi)各種類型的試題，往往擺脫不了舊的傳統(tǒng)模式，即選擇題、填空題、問答題、計(jì)算題等.這些類型的題目有它們的優(yōu)點(diǎn)，題目簡單明了，主要考察學(xué)生對一些物理定義、定律的記憶和應(yīng)用， 教師容易閱卷.但也有不足之處，忽視了對物理思想、方法、物理概念和圖像的學(xué)習(xí)和理解, 限制了學(xué)生的想象力,實(shí)質(zhì)上這些東西正是物理學(xué)的精髓所在, 對于提高學(xué)生的綜合素質(zhì)非常重要.通過研究與分析國內(nèi)外的一些試題，根據(jù)工科物理的特點(diǎn)，筆者認(rèn)為在考試中可以引入這樣兩種新的題型，即構(gòu)造概念圖試題和探究性試題.這兩種新題型所涉及到的題目內(nèi)容新穎，貼近前沿，趣味性強(qiáng)，可以培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力，培養(yǎng)創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，完成從知識到應(yīng)用的遷移.

2.2 構(gòu)造概念圖試題

概念圖是由美國心理學(xué)家Novak 于1984 年在《學(xué)習(xí)如何學(xué)習(xí)》著作中正式提出來的,并在此著作中系統(tǒng)地介紹了概念圖[3].自此以后, 概念圖在西方國家已被廣泛用作教與學(xué)的有效工具.在我國，從20世紀(jì)末就有人在研究概念圖，并嘗試把它作為一種新題型引入考試中，但至今應(yīng)用者不多.通過對構(gòu)造概念圖試題的研究與分析，并結(jié)合工科大學(xué)物理的特點(diǎn)，筆者對概念圖稍作修改，嘗試著將其引入工科大學(xué)物理考試中.

概念圖是由概念、概念間的連線及連接語、概念的例子組成的一個知識結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，反映了學(xué)生頭腦中已經(jīng)形成的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)了學(xué)生對某一領(lǐng)域知識的整體理解.具體來說,概念圖包括六個部分:概念、分支、水平層次、同一分支下概念間的連接線和連接語,不同分支下概念間的連接線和連接語、例子.概念圖所涉及的知識點(diǎn)幾乎包含了測試部分的所有基本知識點(diǎn)，從而能夠考查學(xué)生對這一領(lǐng)域知識的整體把握情況.根據(jù)概念圖試題的特點(diǎn)，筆者認(rèn)為在試題中剛加入此類題目時，學(xué)生可能無從下手，教師在出題時可給出大體的框架，以填空的形式來考查(例如，圖1中，根據(jù)給出的連接詞語，讓學(xué)生填方框中的知識).以后在考試中循序漸進(jìn)地加大難度，使學(xué)生最終能完成整個概念圖.下面以光學(xué)部分[2]的概念圖為例說明概念圖的制作.

【例1】用下列概念繪制概念圖，光的波動性、光的干涉、光的衍射、光的偏振、惠更斯-菲涅耳原理、偏振片、雙折射.

建立概念圖的步驟：

(1)選擇關(guān)鍵概念，放在概念圖的最上層.此圖中光的波動性是關(guān)鍵概念，放在圖的最上層.

(2)建立概念圖的分支——將所給概念按照物理意義分類，將同一類概念放在關(guān)鍵概念下面的同一分支.根據(jù)不同的原理和理論，把光的波動性又分為干涉、衍射和偏振，屬于同一原理的放在同一分支中.例如,楊氏雙縫干涉和薄膜干涉都屬于光的干涉，故放在同一分支中.

(3)建立概念圖的水平層次——把具有同等重要地位的概念放在同一層次，建立不同分支，然后在不同分支中有物理關(guān)系的概念間畫連接線,并注明連接詞語(如精練的物理言語描述、相應(yīng)的物理公式或物理規(guī)律、物理現(xiàn)象的說明等)，這樣的聯(lián)系應(yīng)該能體現(xiàn)兩類概念間的綜合聯(lián)系.薄膜干涉和菲涅耳衍射分別屬于干涉和衍射不同的分支中，但又屬于同一層次的概念.

(4) 建立概念圖的垂直層次——將同一分支(同一類) 的概念按照物理意義分出層次,包容度較大的概念放在上面,包容度較小的概念依次放在下面；并建立同一分支中概念間的連接線和連接詞語，連接詞語可以使用準(zhǔn)確的物理語言.光的干涉按照光程的不同劃分為薄膜干涉，薄膜干涉又根據(jù)入射光的角度和薄膜的厚度不同分為等傾干涉和等厚干涉，這屬于垂直層次的概念.

(5) 建立概念圖的應(yīng)用例子——在有具體應(yīng)用特點(diǎn)的概念下面注明相應(yīng)的物理公式和物理規(guī)律等知識，或舉出某一概念的一些特例.圓孔衍射和光柵衍射是夫瑯禾費(fèi)衍射的兩個應(yīng)用舉例，有各自對應(yīng)的物理公式.

根據(jù)以上步驟可以得到如圖1所示的概念圖.

圖1 概念圖

概念圖試題有多種評分標(biāo)準(zhǔn)[4]，每種標(biāo)準(zhǔn)都有優(yōu)缺點(diǎn).為了能更準(zhǔn)確地評定概念圖分?jǐn)?shù),通過分析比較，筆者認(rèn)為可以采用知識編碼數(shù)記分的方式進(jìn)行評分.教師首先根據(jù)命題制作一個標(biāo)準(zhǔn)圖，即給出該題目所涉及的所有知識并進(jìn)行編碼(如圖1中共有16個連接詞語)；然后以這些知識編碼為準(zhǔn)則，依據(jù)學(xué)生概念圖中有意義的概念，對連接和連接語的質(zhì)量，應(yīng)用例子的質(zhì)量逐個對學(xué)生的概念圖進(jìn)行評分.有該項(xiàng)知識編碼并且表述正確的記1 分,沒有或表述不正確的記零分.則該概念圖得分可以表示為

注：該題總分15分.

物理概念圖試題能夠像其他傳統(tǒng)題型,如填空、選擇、判斷題一樣，體現(xiàn)學(xué)生對知識的記憶、理解和應(yīng)用的程度，并且物理概念圖試題能以凝煉的形式體現(xiàn)大量的知識點(diǎn)，是教師迅速診斷學(xué)生是否存在對知識錯誤理解的良好工具.物理概念圖試題要求學(xué)生應(yīng)用給定的概念繪制概念圖，用來體現(xiàn)相應(yīng)的物理公式、定理和定律.對學(xué)生,由于概念圖能夠把他們的精力集中在理解概念以及它們的關(guān)系上，從而使他們能夠知道自己對概念理解的缺陷,所以概念圖對學(xué)生的學(xué)也能起到促進(jìn)的作用.概念圖試題除了能促進(jìn)學(xué)生對每個概念、定律的理解外，還能加深學(xué)生對整體知識結(jié)構(gòu)的理解，從而培養(yǎng)學(xué)生整體把握教材的能力，有效地培養(yǎng)了學(xué)生的自學(xué)能力.但同時也存在一些弊端,如忽視了學(xué)生的計(jì)算技能和技巧的訓(xùn)練，忽視了理論聯(lián)系實(shí)際，所以在培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維能力、想象力和運(yùn)用物理知識解決實(shí)際問題的能力方面受到一定的影響.每道試題都有各自的特點(diǎn)，可以從不同的角度考查學(xué)生的能力，但不能反映出學(xué)生全部的能力.概念圖試題主要考查學(xué)生對整體知識結(jié)構(gòu)的理解，學(xué)生運(yùn)用知識解決實(shí)際問題的能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)可以從下面的探究性試題中考查.鑒于以上的討論，筆者認(rèn)為概念圖試題是一種值得推廣的新型試題.

2.3 探究性試題

探究性試題以考查學(xué)生的探究能力為主要目標(biāo)，其問題情境的設(shè)置新穎，待解決的問題對學(xué)生來說比較陌生，這些都有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力.探究性試題設(shè)置的問題情境主要來源于真實(shí)的自然現(xiàn)象、生產(chǎn)生活或科學(xué)研究，而不是理想化的物理模型.從探究過程、探究情境和學(xué)科知識三個方面考慮，探究性試題可以形成三維的命題模型[5]，如圖2所示.

圖2 命題模型

從該模型可以看出，在命題時首先要確定需要測量考查的探究能力是什么，即y軸的坐標(biāo)，然后考慮問題的情境(z軸)和所涉及的學(xué)科知識(x軸).由此可知，同樣的探究能力，可以在多樣的問題情境和知識范圍內(nèi)進(jìn)行考查測量.在探究性試題的解題過程中，必然會涉及到學(xué)科知識，但探究性試題主要是指學(xué)生是否具有探究的心智技能，因此學(xué)生在解題時，主要障礙不是學(xué)科知識，而是探究的能力.對解題者來說，這不僅要求他們大膽探索，理論聯(lián)系實(shí)際，開創(chuàng)新思路，還要求其對物理現(xiàn)象和規(guī)律作出獨(dú)立思考和判斷，通過求解這類習(xí)題，學(xué)生能自覺掌握物理知識,培養(yǎng)思維能力.

下面以一道光學(xué)題目為例介紹探究性試題的特點(diǎn).

【例2】隨著科學(xué)發(fā)展，物理學(xué)與天體物理學(xué)之間的滲透已經(jīng)大大加強(qiáng).觀測宇宙天體的手段也不斷得到改進(jìn).射電天文學(xué)是利用射電天文望遠(yuǎn)鏡觀測天體的無線電波的輻射.英國物理學(xué)家A.Hewish因利用射電天文望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了脈沖星而獲得了1974年的諾貝爾獎.北京天文臺的米波綜合孔徑射電天文望遠(yuǎn)鏡由設(shè)置在東西方向的一列28個拋物面組成，如圖3所示.這些天線用等長的電纜線接到同一接收器上(這樣各電纜對天線接收的電磁波信號不產(chǎn)生附加的相差);接收由空間射電源發(fā)射的232 Hz的電磁波.工作時各天線的作用等效于間距為6 cm，總數(shù)為192個天線的一維天線列陣.問：

圖3 米波綜合孔徑射電天文望遠(yuǎn)鏡

(1)接收器接收到的從正天頂上一顆射電源發(fā)射來的電磁波將產(chǎn)生極大強(qiáng)度還是極小強(qiáng)度?

(2)在正天頂東方多大角度的射電源發(fā)射來的電磁波將產(chǎn)生第1級極小強(qiáng)度?

(3)又在正天頂東方多大角度的射電源發(fā)射來的電磁波將產(chǎn)生下一級極大強(qiáng)度?

這是一道探究創(chuàng)新型題目，涉及物理的前沿.解答此題，要求學(xué)生對所學(xué)的知識要很熟悉，能夠從題目中找出知識信息，并且能與所學(xué)的知識建立聯(lián)系.本題考查的知識點(diǎn)是衍射的應(yīng)用，相當(dāng)于光柵衍射問題中極大強(qiáng)度和極小強(qiáng)度的分析和求解.

工科院校主要是培養(yǎng)學(xué)生的工程能力.工科教育的最終目的在于培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐技能的人才.探究性試題能夠把物理學(xué)知識與工程實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系起來，突出了“工程性”的特色，具有模擬工程師搞工程設(shè)計(jì)的趣味性，能夠充分調(diào)動學(xué)生主動思考的積極性，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，因此筆者認(rèn)為這也是值得采用的一種新題型.

3 總結(jié)

要實(shí)現(xiàn)教育模式的轉(zhuǎn)變，達(dá)到高質(zhì)量的教學(xué)效果，必須充分利用考試這一重要環(huán)節(jié)，不僅要體現(xiàn)考試的“評價”功能，還應(yīng)體現(xiàn)其強(qiáng)大的“塑造”能力的功能.對工科大學(xué)物理的考試內(nèi)容進(jìn)行改革，多設(shè)計(jì)一些新穎獨(dú)特、科學(xué)性、趣味性更強(qiáng)的題目，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的熱情，訓(xùn)練學(xué)生的發(fā)散性思維[5].這不僅有利于促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的提高，而且對于學(xué)生將來學(xué)習(xí)和生活中產(chǎn)生新觀點(diǎn)、新思想也是極為有利的.

以上兩種新題型，是適應(yīng)未來信息社會需要的，因?yàn)檫@不僅使學(xué)生學(xué)到了一定的科學(xué)知識，更重要的是讓他們在學(xué)習(xí)知識的過程中學(xué)到探索知識的方法，提高了自我學(xué)習(xí)的能力，同樣也有利于高素質(zhì)、創(chuàng)新人才的培養(yǎng).把概念圖試題和探究性試題引入考試試題中，對工科大學(xué)物理考試內(nèi)容改革是一個大的挑戰(zhàn)，它的成功與否還有待于教學(xué)的檢驗(yàn).

1 張曉宏,等. 大學(xué)物理考試改革的意義及實(shí)踐. 現(xiàn)代物理知識, 2002,14(4): 38

2 馬文蔚，解希順，周雨青. 物理學(xué).北京：高等教育出版社

3 王立君，顧海根.對物理概念圖填圖試題的應(yīng)用研究.心理科學(xué)，2006,29(4)：941～943

4 王立君，姚廣珍.物理概念圖試題的評分方法.心理發(fā)展與教育，2004(4):84～88

5 湯鈞民，等.大學(xué)物理考試改革的探索與效果.物理與工程(增刊), 2001