A－Level物理實驗評價初探及實例分析

張為宏

（無錫第一中學，江蘇 無錫214031）

1 物理實驗的教育功能

物理是一門實驗學科，實驗的重要性是毋庸置疑的，新課改更是強調(diào)了實驗探究能力．實驗具有下列教育功能：1）培養(yǎng)學生動手能力、觀察能力、數(shù)據(jù)處理能力．2）加深對所學知識的理解．3）通過對前人探究的模仿，體會這種創(chuàng)造性思維，提高自己的認知水平、思維能力．4）掌握實驗技巧，初步形成對未知世界的探究能力．5）通過設計實驗培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維．

要達成上述的教育目標，必須有一套相適應的實驗評價和考核體系．美國著名教育評價學家D．L．Stufflebeam說過：“評價最主要的意圖不是為了證明，而是為了改進”．

2 高中物理要考查實驗能力的原因

1）因為實驗具備上述的教育功能，假如能有一套很好的考查評價機制，上述的教育功能就能得到有效的保障和拓展．

2）“高考指揮棒”在我國影響深遠，一套完善有力的評價機制可以引起教師和學生的重視，從思想認識上徹底改變師生對實驗的持有態(tài)度，從根本上杜絕以往的“以講代做”、“重理論、輕實踐”的觀念．

3）可以通過動手實踐，真正地形成技能，掌握探究的基本方法，保持探究世界的原動力，直接對生產(chǎn)生活產(chǎn)生影響．

3 如何評價考查物理實驗能力

以江蘇省為例，前幾年高中理化生有實驗操作考試，在物理、化學、生物各選取4個實驗，學生通過抽簽的方法抽出1個實驗在規(guī)定時間里完成，監(jiān)考教師當場根據(jù)該學生的操作情況給出相應的分數(shù)．這種形式的操作考試確實對實驗教學起到一定的促進作用，但弊端也很大：首先，12個實驗都是事先給定的，有很多學校平時不注重實驗，在考前把給定要考的實驗反復操練，甚至連答案都爛熟于心，以致于進了實驗室，不到5 min就完成了所有環(huán)節(jié)，使實驗操作考試失去考查功能．其次，每個學生抽到理、化、生學科的機會只有1／3，不能全面地考查各科的實驗操作能力，盡管從表面上看是機會均等，實際上是具有投機性的．最后，因為考查成績不計入高考升學成績，所以教師和學生的重視程度不夠，礙于各種關(guān)系，監(jiān)考教師基本不會去“難為”學生不讓他通過，甚至有的老師會提供“友情幫助”．所以所謂的理化生實驗操作考試都是在轟轟烈烈中展開，在極大歡喜中結(jié)束，到處都是100%的通過率．這種形式的實驗操作考試實際是弊大于利、得不償失的，耗費了大量的人力、財力，考查結(jié)果基本上沒有任何實際意義，還誤導了實驗教學，江蘇省幾年前就叫停了這種流于形式的實驗操作考試．取消了操作考試后，怎樣在高考卷中把實驗的這種操作能力體現(xiàn)出來，縱觀這幾年江蘇的高考實驗試題，出現(xiàn)了一系列像讀數(shù)、電路連線、實驗數(shù)據(jù)的處理等注重考查操作能力的題目，但這種考察形式真能取代操作考試嗎？答案是否定的，實驗中的實物就是實物，是無法用圖片來代替的，比如簡單的電路連線，在實際操作時導線有卡口式、鱷魚夾式等，有時還會碰到接觸不良等故障，都需要學生具備一定的解決能力，不是像紙上畫一條線就可以解決所有問題的，再比如游標卡尺的讀數(shù)，怎么把卡尺固定便于取下讀數(shù)，讀數(shù)時視線怎么看才可以盡量減少視覺誤差等，這些細節(jié)在試卷上都無法體現(xiàn)，所以在試卷上考操作只能是粗線條的，與實際的操作還是有很大的區(qū)別．

4 A－Level的評價方式

在實驗考查方面，不妨去借鑒國外的做法，以國際上被稱為金牌課程的劍橋國際高中課程（以下簡稱A－Level）為例，高中物理學科成績由高二（簡稱AS）和高三（簡稱A2）兩部分組成，成績各占50%．在AS階段是實驗操作考試，A2階段考實驗設計、評估部分．下面分別介紹兩部分考試情況．

4．1 實驗操作部分考試

安排在高二（AS）階段，要求學生在2 h內(nèi)獨立完成2道操作題，2個題目所需器材分別安排在2個不同的實驗室，每道題考試時間各1 h，1 h后2組學生交換進入另一個考場做第2個實驗，每道題各20分，總分為40分，實際獲得成績的23%，就是學生在AS階段實驗操作考試成績，和選擇題（31%）及計算題（46%）3部分構(gòu)成AS階段的物理總成績．

分析歷年出現(xiàn)的2道實驗題，與我們以前的實驗操作考試有很大的區(qū)別，并不是把以前做過的物理實驗再操作一遍，而是由劍橋考試中心提前（大概1個月）下發(fā)考試材料清單（清單中很多材料是干擾材料），由專人負責去準備這些材料（很多材料都買不到現(xiàn)成的，必須手工去做），考試材料于考試前1周準備好，所有環(huán)節(jié)都要求嚴格保密，考試前教師和學生根本不知道要考什么實驗，也就無從提前準備了，這保證了考試的嚴肅性和公平性．

A－Level的實驗根本無法從課本中找到，要求每位學生獨立地通過提供的材料去研究簡單的事例，盡管簡單，但很多都與生活息息相關(guān)，都可以看成是生活中某些應用的雛形與思維萌芽．以2007年夏季實驗操作試卷2（共有5套試卷）為例做以介紹．

實驗1 需準備材料（由實驗教師考試前準備好）：米尺，直徑大約2．5 mm、長度大約50 mm的新鐵釘，2套鐵架臺（帶鐵夾、滑輪），長木條（尺寸約為50 cm×2．5 cm×0．5 cm、質(zhì)量大約50 g，在上面開2個直徑約為3 mm的小孔，如圖1所示），量角器，直角三角板，大約65 cm長的細線（如圖1，兩端各打結(jié)成圈圈，其中用8 cm左右的線穿過木條小孔打結(jié)，形成較大的圈，另一端圈較?。?，50 g的槽碼盤，2個50 g和5個10 g的槽碼．實驗前教師把器材裝配成圖2形式．

圖1 長木條

圖2 器材裝配圖

本實驗要求學生利用圖3去探究：控制右邊鐵夾位置不變（H保持不變），逐漸向槽碼盤中添加槽碼時，調(diào)節(jié)左邊鐵夾與滑輪高度，使線與水平桌面保持平行，測出h值，探究h與m的關(guān)系．

圖3 實驗原理圖

要求學生測量的物理量只有H和h，主要考查了對刻度尺的使用．

操作難點：當增減槽碼時，怎樣調(diào)節(jié)左邊鐵夾位置使細線與水平桌面平行是本實驗難點，這里很容易考察學生的操作能力，有的學生是靠目測，這樣勢必造成較大的實驗誤差，而操作能力較強的學生，每次調(diào)節(jié)后只需用米尺在3個不同位置測出細線到桌面的垂直高度，高度相同即可．這種實際操作能力不是在紙上能體現(xiàn)出來的．

本實驗要求學生通過多次（至少6次）改變槽碼質(zhì)量m，得到重新調(diào)節(jié)平行后的h值，要求學生自己設計表格，表格中按要求有m2和項，同時需注意表格中單位要正確．

點評：這是一個相當完整的科學探究過程，從操作到測量、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)處理、圖像處理、得到探究結(jié)論（數(shù)學表達式）．實際上究其實質(zhì)，其原理只不過是簡單的杠桿平衡實驗，國外這種把傳統(tǒng)實驗改編成探究實驗的思路值得借鑒，相比較國內(nèi)的杠桿平衡的實驗，顯得生動性、探究性和趣味性更強．

實驗2 準備材料：2把米尺，周長約10 cm的細線圈，彈簧測力計（量程0～10 N），2個相同的三角形支架（木制，高度約為4～15 cm均可，需要木工制作），2個500 g槽碼．

操作步驟：按圖4組裝好實驗器材，測出y，h，再如圖5，把500 g的槽碼壓在米尺兩端距離端點5 cm處，米尺成圖5所示拱形，測出此時x1，h1，算出尺面高度變化：d1＝h1－h(huán)，分別把2個三角形支架朝里移動10 cm（此時距兩端25 cm），重復上述實驗，測出此時x2，h2，算出d2．

圖4 實驗器材組裝圖

圖5 拱形米尺

本實驗測量工具只有刻度尺，材料中準備的彈簧測力計是干擾器材，與國內(nèi)物理實驗讀數(shù)要求不同，實驗中只需讀出刻度尺的準確值，不要求估讀，但引入了不確定度（國內(nèi)屬于大學內(nèi)容），在高中實驗中引入不確定度是否必要值得探討．

根據(jù)已經(jīng)得到的2組數(shù)據(jù)，看能否找出d與y的關(guān)系，試卷中給定一個關(guān)系式：d＝ky2，要學生利用得到的2組數(shù)據(jù)求出2個k值，k值可能相等也可能不等，與第一個實驗不同之處，這個實驗完全來源于對生活中實例的探究，沒有任何原理或者定律做支撐，其出發(fā)點是鼓勵學生對日常生活中感興趣的事情去探究，并教給他探究方法，往往是創(chuàng)新思維的前奏．

當然這個實驗上有很多值得探討之處，比如測量次數(shù)太少以致實驗結(jié)論不具有代表性，沒有合理地控制變量等，所以題目下面就要求學生找出本實驗的不足之處和改進意見．實際上假如有學生要繼續(xù)去研究，就完全可以作成一個很好的課題研究，這種考試意義超出了考試本身的意義，教會學生探究的方法，留給學生繼續(xù)探究的空間，使學生保持這種探究的激情，在探究中尋求突破就需要創(chuàng)新，這對學生以后的學習、生活的意義是非常重大的．

4．2 實驗筆試部分考試

實驗設計、數(shù)據(jù)評估與處理：A－Level高三（A2）階段的物理實驗部分則是以實驗設計、數(shù)據(jù)評估為主，考試時間為1 h 15 min，2個題目，每題15分，總分為30分，實際得分的24%就是高三實驗考試得分，與解答題兩部分得到A2的物理成績．以2010年夏季（高三）A2試驗卷1為例做以介紹．

實驗1 要求學生自己設計實驗探究日常生活中常見的一個事例，用重錘把釘子打擊到木塊中去，如圖6，探究重錘打擊速度v與釘子嵌入深度h的關(guān)系，這種探究在初中物理就經(jīng)常遇到，控制重錘質(zhì)量相同，改變從不同高度落下打擊釘子，比較釘子嵌入的深度．但我們的研究僅局限在定性研究上，這道題變成定量研究，題目中給出一個關(guān)系式：d＝kvn（式中k，n都是常數(shù)），要求學生自己設計實驗探究出k，n值．本實驗要求學生自行確定實驗方案、選擇實驗器材、進行測量、記錄數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)，還有其中的安全因素考慮，比如重錘落下時不要砸到腳上，為防止反彈砸傷眼睛需要帶護目鏡等．

圖6 探究重錘打擊速度與釘子嵌入深度的關(guān)系

本實驗的考查很具開放性：

1）比如測重錘下落速度時，可采用光電門、打點計時器和紙帶、速度傳感器、錄像等方式（采用下落高度除以測出下落時間方法是不可取的）．

2）測釘子嵌入深度時可采用2次露出木塊外面之差法、在釘子上事先標好長度記號、游標卡尺測量等方法，只要方法合理就被認可，沒有標準答案，留給學生很大自由發(fā)揮的空間，可以很好地培養(yǎng)學生的開創(chuàng)性思維．

3）數(shù)據(jù)處理，把d＝kvn變換成ln d＝n ln v＋ln k，作出ln d－ln v圖線，根據(jù)圖線得到相關(guān)值（斜率就是n，截距是ln k）．

這道題實際考查了運動學、動量守恒定律、動能定理，根據(jù)推導可以得到d∝v2，所以這個實驗給出的表達式d＝kvn是有理論支撐的．在A2階段這種考法是非常常見的，物理量間只要有一個確定的數(shù)學表達式，給它創(chuàng)設一個生活化的情境，就可變成一道開放性的定量探究題．

實驗2 主要考查學生處理數(shù)據(jù)的能力：根據(jù)題目中提供的實驗數(shù)據(jù)（全部帶不確定值的數(shù)值），要求學生根據(jù)數(shù)據(jù)畫出圖線（最好線和最差線），主要考查了不確定度和誤差線，這些國內(nèi)物理實驗中完全沒有涉及，內(nèi)容已經(jīng)完全和大學接軌，這里不作重點介紹．

5 結(jié)束語

通過上述介紹，可以看到，A－Level課程中把物理實驗作為獨立的一部分來考查，它兼顧到了操作能力、數(shù)據(jù)獲取能力、數(shù)據(jù)處理能力、實驗設計能力、評估能力等各個方面，能較全面的考查學生的實驗能力和探究能力，我國的物理實驗評價機制也能從中得到一些啟發(fā)．