初中物理教師實驗教學(xué)技能考核的命題設(shè)計

王　瑜

(江蘇省揚州市教育科學(xué)研究院，江蘇　揚州　225007)

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·名師論壇·

初中物理教師實驗教學(xué)技能考核的命題設(shè)計

王瑜

(江蘇省揚州市教育科學(xué)研究院，江蘇揚州225007)

重視物理實驗教學(xué)，是新課程以提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)為根本目標(biāo)的價值引領(lǐng).為了更好地開展實驗教學(xué)，切實提升物理教師實驗教學(xué)技能，強化物理教師實驗教學(xué)技能培訓(xùn)與考核的研究是非常必要的，本文從組織測試評價的視角，探討初中物理教師實驗教學(xué)技能考核命題的設(shè)計.

物理教師;實驗教學(xué)技能;考核;命題設(shè)計

物理是一門實驗科學(xué)，物理實驗?zāi)芫唧w形象地展示物理知識的形成與發(fā)展過程，能為學(xué)生學(xué)習(xí)物理提供豐富多彩的感性材料，強化學(xué)生的感知.物理實驗具有基礎(chǔ)性、主體性、過程性、開放性和研究性的特征，對學(xué)生在物理知識的形成、物理問題的解決、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)、學(xué)習(xí)興趣的激發(fā)和物理思維的促進(jìn)方面具有獨特的教育價值.重視物理實驗教學(xué)，是新課程以提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)為根本目標(biāo)的價值引領(lǐng).

為了更好地開展實驗教學(xué)，充分發(fā)揮實驗教學(xué)的功能和作用，提高實驗教學(xué)的實效性，切實提升物理教師實驗教學(xué)技能，強化物理教師實驗教學(xué)技能培訓(xùn)與考核的研究是非常必要的.本文試從組織測試評價的視角提出初中物理教師實驗教學(xué)技能考核命題的設(shè)計思路.

考核應(yīng)分兩大部分交叉進(jìn)行，第一部分為筆試，考查教師實驗思維技能的掌握情況，120分鐘，權(quán)重30%；第二部分是實驗實際操作測試，考查教師實驗操作技能的掌握情況，120分鐘，權(quán)重70%.

1　筆試部分

1.1實驗思維技能考核的命題設(shè)計

實驗思維技能考核的命題設(shè)計以課程標(biāo)準(zhǔn)為指針，立足現(xiàn)行實施的蘇科版物理教材，圍繞課本的教師演示實驗和學(xué)生的分組實驗展開，涉及基本實驗原理的理解、基本實驗方法的掌握、實驗現(xiàn)象的分析和解釋、實驗故障分析與處理、實驗方案的設(shè)計與評價，突出探究性實驗教學(xué)技能的考核和指導(dǎo)學(xué)生實驗的技能考核，測試點的分布及具體要求見表1.

表1

1.2試題舉例

1.2.1課本演示實驗的處理

題1：用“空氣壓縮引火儀”做演示實驗時，某老師將很小、很松的硝化纖維放在玻璃筒底部，把活塞推進(jìn)筒內(nèi)，用手掌將活塞柄劇烈向下壓，使活塞迅速推入圓筒底部，但是圓筒底部的硝化纖維沒有燃燒起來，這位老師做了以下操作，你認(rèn)為錯誤的是().

A. 再一次迅速下壓活塞柄

B. 檢查硝化棉是否受潮

C. 檢查圓筒氣密性

D. 檢查硝化棉是否弄臟了

題2：小明在探究杠桿平衡條件的實驗中所用的實驗器材有：杠桿、支架、彈簧測力計、刻度尺、細(xì)線和質(zhì)量相同的鉤碼若干個.

(1) 在整個實驗過程中我們始終要做到的是，這樣做的目的是.

(2) 若用鉤碼和彈簧測力計來做實驗，有如圖1所示的兩種設(shè)計方案(a)和(b)，你會選擇方案，理由是.

(3)若小明的實驗操作如圖1(c)所示，則他下面的操作是(可以增加器材).

圖1

命題立意：考查教師對于演示實驗的掌握情況.在“空氣壓縮引火儀”演示實驗中，引導(dǎo)教師正確操作，使實驗現(xiàn)象明顯，便于學(xué)生觀察，對于再一次迅速下壓活塞柄的錯誤選項，提醒教師在課堂演示實驗不成功時，應(yīng)依據(jù)實驗原理去查找問題所在，而不是繼續(xù)重復(fù)原有的錯誤操作，并在多次不成功的情況下，用沒有根據(jù)的理由或原因去搪塞學(xué)生，使實驗的真實價值在教師的誤操作中失去了.

在“杠桿平衡條件”演示實驗中，是要辨析出方案(a)、(b)的本意，對不選擇演示方案(b)的真正原因是由于彈簧測力計倒置使用，由于自身重力的影響，會加大實驗的誤差，不能用符合操作習(xí)慣、便于讀數(shù)等非本質(zhì)原因來解釋；在(c)狀態(tài)下,接下來的操作關(guān)鍵是不能改變測量狀態(tài)，若重新設(shè)計去進(jìn)行操作，或?qū)椈蓽y力計豎直放置，本質(zhì)上改變了實驗變量，在這一具體問題中，提醒教師不要將自己平時說在嘴上的“控制變量法”應(yīng)遵循的原則全拋于腦后.

1.2.2課本分組實驗的處理

題3：小明將一箱圖書搬到樓上，小紅想測定小明搬一箱圖書所做功的功率，設(shè)計的測量步驟如下，其中多余的是().

A. 測出箱子的質(zhì)量m

B. 測出樓梯的總長度L

C. 測出一樓到三樓的豎直高度h

D. 測出小明上樓所用的時間

E. 算出小明搬運箱子的功率P

題4：如圖2所示，F(xiàn)1、F2是凸透鏡的焦點，S是放在凸透鏡前的點光源，S′是S經(jīng)凸透鏡所成的像，當(dāng)光源S沿平行主軸的方向向透鏡移動時(始終保持u>f)，像S′遠(yuǎn)離透鏡移動的情況是().

圖2

A. 沿平行主軸方向

B. 沿O與S′連線方向

C. 沿F2與S′連線方向

D. 沿F1與S′連線方向

命題立意：在“測搬書上樓的功率”和“凸透鏡成像” 兩個分組實驗中，意在提醒教師在學(xué)生動手實驗的過程中，要認(rèn)真觀察學(xué)生實際操作的全過程，仔細(xì)分析實驗中存在的問題，及時給予指導(dǎo)，靈活處理學(xué)生實驗中可能發(fā)生的各種情況.對于凸透鏡成像實驗中出現(xiàn)的當(dāng)發(fā)光點沿平行于主光軸向凸透鏡移動時，其像點的移動方向問題，考查的是如何在變化的量中尋找不變量的能力.

1.2.3基本實驗方法的把握

題5：下列方法中，哪個不是處理實驗數(shù)據(jù)的方法().

A. 逐差法B. 表格法

C. 圖像法D. 控制變量法

題6：自制教具的主要步驟如下，請你按照正確的序號排列：.

A. 寫說明書

B. 涂裝畫出標(biāo)志

C. 使用設(shè)計好的方案和樣品，選用材料試制

D. 明確制作目的和制作要領(lǐng)

E. 確定制作順序

F. 試用，觀察效果并進(jìn)行改進(jìn)

題7：在某次長度測量中，記錄的數(shù)據(jù)為36500cm，其有效數(shù)字為四位，用科學(xué)計數(shù)法應(yīng)該記錄為( ).

A. 3.65×104cmB. 3.650×104cm

C. 3.6500×104cmD. 0.365×105cm

命題立意：基本實驗方法的把握涉及“處理實驗數(shù)據(jù)的方法”、“有效數(shù)字的記錄”、“自制教具的步驟”三個方面，意在提醒教師關(guān)注實驗的基本理論和基本方法，關(guān)于“自制教具的步驟”，試卷以條目列出，要求教師正確排序，指明自制教具這一實踐活動，作為物理教師在教學(xué)活動中是不能缺失的.

1.2.4實驗現(xiàn)象、故障分析與處理

題8：圖3是一個電熱器電路.電熱絲、指示燈、開關(guān)構(gòu)成串聯(lián)電路，接在電源上，已知該電路中有一個元件斷路，有一個元件短路，但不知道是哪兩個元件有故障.今用一個校驗電燈分別接在電路各處，得到下表所示的結(jié)果，由此可判斷().

校驗次數(shù)123456校驗電燈接入點a、fa、bc、de、fa、dc、f發(fā)光情況正常發(fā)光不發(fā)光亮度較暗不發(fā)光亮度較暗正常發(fā)光

圖3

A. 指示燈斷路，開關(guān)短路

B. 指示燈斷路，電熱絲短路

C. 電熱絲斷路，開關(guān)短路

D. 開關(guān)斷路，指示燈短路

圖4

題9：有一個電學(xué)黑箱，箱面上有三個接線柱，如圖4所示，在A、B和B、C之間各有一個電學(xué)元件，它們可能是電阻、二極管或干電池，用多用電表來判斷一下各元件的種類.

在操作之前或操作之中，請思考下列問題：

(1) 在可能的三種元器件中，你首先應(yīng)該判斷的是，為什么？

(2) 如何利用多用電表區(qū)分是定值電阻還是二極管？

(3) 如果A、B和B、C之間各為一個電阻，三個同學(xué)用多用電表測得的結(jié)果是：

甲：RAB=10Ω，RBC=∝，開路；

乙：RAB=0，短路，RBC=156kΩ；

丙：RAB=10Ω，RBC=98kΩ；

準(zhǔn)確值為RAB=10Ω，RBC=156kΩ，而這三個同學(xué)在測量時，讀數(shù)都沒有錯誤，請指出他們的問題可能出現(xiàn)在哪里？

命題立意： “電路故障分析”提供的是基本故障現(xiàn)象，要求教師能快速地進(jìn)行處理；在 “電學(xué)黑箱”問題中，針對黑箱中可能存在的元器件，先判斷出是哪一種？要求能正確判斷.第二對判斷電路是否正常工作的基本工具——多用電表，教師應(yīng)會使用.

1.2.5給定器材進(jìn)行實驗設(shè)計

題10：給你塑料可樂瓶、易拉罐、橡皮泥、海綿、酒精燈、鐵架臺、水、水槽、錐子、蠟燭、火柴、漏斗，請用這些器材設(shè)計有關(guān)固體壓強、液體壓強、氣體壓強的三個實驗，說明實驗步驟、現(xiàn)象和結(jié)論.

命題立意： 考查教師對基本的實驗步驟、實驗現(xiàn)象、實驗結(jié)論是否熟練掌握，實驗結(jié)論的描述是否嚴(yán)謹(jǐn).

1.2.6給定任務(wù)進(jìn)行實驗設(shè)計

題11：通常金屬絲的電阻均會隨溫度的變化而變化.現(xiàn)在有一段金屬絲，想測量它在0℃～100℃范圍內(nèi)電阻-溫度特性，請你設(shè)計一個實驗，畫出實驗裝置示意圖，并說明你的實驗方案.

命題立意：考查教師對實驗方案設(shè)計是否真正掌握.依據(jù)什么實驗原理，選擇什么實驗器材，實驗裝置怎樣，如何設(shè)計表格記錄數(shù)據(jù)，怎樣處理數(shù)據(jù)，怎樣描繪R-t圖像，得出什么實驗結(jié)論等.

1.2.7指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實驗

圖5

題12：小明在學(xué)習(xí)了分子有引力后，做了如下實驗：(1) 在一塊塑料板的四個角各打一個小孔，用細(xì)線穿在四個小孔中將它水平吊起來，然后掛在彈簧測力計的下方.

(2) 用彈簧測力計測出塑料板的重力，然后將塑料板浸在水面(如圖5)，緩緩地向上拉塑料板，可見彈簧測力計的示數(shù)逐漸增大，這說明分子間有引力.

試問：(1) 該同學(xué)所設(shè)計實驗的不妥之處是.

(2) 請你寫出改進(jìn)實驗的方法.

命題立意：考查教師指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究活動的能力，即考查教師是否知道從實驗原理開始分析，再分析探究方案的可行性、探究過程的合理性、實驗誤差的控制、得出結(jié)論的證據(jù)是否充分、有沒有科學(xué)性錯誤、實際的操作有沒有錯誤或缺失的地方，再提出改進(jìn)建議.

1.2.8對于探究性實驗的研究與實踐

題13：現(xiàn)有器材如下：燒杯、試管、鐵架臺(含附件)、酒精燈、相同的溫度計兩只、水.用以上器材探究水沸騰的條件.

(1) 畫出實驗裝置圖.

(2) 寫出可能觀察到的現(xiàn)象并解釋其原因.

題14：探究影響電流熱效應(yīng)的因素，有兩個實驗方案，甲方案利用自制量熱器，乙方案利用火柴點燃法，裝置如圖6所示.對比兩個方案，回答下列問題：

(1) 兩個方案各是怎樣比較通電導(dǎo)體產(chǎn)生熱量多少的？

(2) 請你對兩個方案的優(yōu)缺點、注意點進(jìn)行分析.

(3) 請你針對兩個方案提出改進(jìn)建議，或者設(shè)計出自己的新方案.

圖6

命題立意：考查教師實驗研究和實驗教學(xué)的能力.內(nèi)容涉及“探究水沸騰的條件”、“探究影響電流熱效應(yīng)的因素”兩個實驗.關(guān)于“探究水沸騰的條件”的實驗，教師可能犯的錯誤是對探究目的、探究的內(nèi)容不作思考，將其設(shè)計成觀察水沸騰的實驗，關(guān)鍵在于探究什么？如何探究？有的教師在學(xué)生不明白的情況下，簡單說一句：“下面大家開始探究吧！”從而將一種有意義的學(xué)習(xí)演變成漫無目的的鬧劇，可怕的是教師還自認(rèn)為這樣的課就是探究課.題14中提供了兩個實驗方案，要求教師比較兩個方案的實驗原理、優(yōu)缺點，說出實驗的注意點，對兩個方案提出改進(jìn)意見或設(shè)計出自己的新方案，該題涉及的考查點較多，主要考查教師對實驗有沒有研究的意識.

2　實際操作測試部分

2.1實驗操作技能考核的命題思路

實驗操作技能考核的命題設(shè)計依然是以國家課程標(biāo)準(zhǔn)為指針，從四個維度考查教師對實驗操作技能的掌握情況.首先是常規(guī)實驗的操作，要求規(guī)范、有序、正確；第二是自制實驗儀器，讓教師經(jīng)歷技術(shù)設(shè)計的過程，認(rèn)識技術(shù)的意義，考查教師操作中的技術(shù)素養(yǎng)；第三是運用物理知識選擇、分析和評價實驗方案，尋找減小誤差的途徑，提出改進(jìn)方法，考查教師對實驗中出現(xiàn)的問題如何解決的能力；第四是在實驗教學(xué)過程中，針對學(xué)生的疑問，選擇適當(dāng)?shù)钠鞑模O(shè)計合理的實驗，通過演示或指導(dǎo)學(xué)生實驗，幫助學(xué)生解惑，考查教師實驗教學(xué)的能力.測試點的分布及具體要求見表2.

表2

2.2試題舉例

實驗一：探究海波的熔化、凝固特點

實驗器材：燒杯、試管、酒精燈、鐵架臺、石棉網(wǎng)、水、海波、溫度計、秒表.

實驗要求：為探究海波的熔化和凝固過程中的特點，請利用桌上器材組裝實驗裝置.設(shè)計表格，記錄實驗數(shù)據(jù).進(jìn)行實驗并將實驗數(shù)據(jù)記錄在表格內(nèi)，在方格紙中畫出圖像.

命題立意：考查教師對演示實驗的操作規(guī)程是否掌握.實驗前：精心設(shè)計，認(rèn)真準(zhǔn)備，確保實驗成功.實驗中：正確操作，注意示范，呈現(xiàn)的物理現(xiàn)象要足夠明顯，可見度要高.實驗后：拆除裝置，整理器材，陳述現(xiàn)象，激起學(xué)生思考.

實驗二：自制平行光源、測定凹透鏡的焦距

實驗器材：小燈泡、干電池、凹透鏡、凸透鏡、光具座、光屏、刻度尺、膠帶紙、剪刀.

實驗要求：(1) 利用所給器材制作平行光源，制作好后舉手示意.

(2) 利用自制的平行光源設(shè)計實驗，測量凹透鏡的焦距.

① 畫出實驗原理圖.

② 按照實驗原理進(jìn)行實驗，并將實驗數(shù)據(jù)記錄下來，利用測得的數(shù)據(jù)計算出凹透鏡焦距.

命題立意：有些教學(xué)內(nèi)容不是現(xiàn)成的教學(xué)儀器所能解決的，需要教師在不斷的摸索中創(chuàng)造出更實用、更能體現(xiàn)新課程教學(xué)理念的實驗教具.所以，自制教具、開發(fā)新的數(shù)字化實驗儀器尤為必要，它是物理教師應(yīng)具備的專業(yè)技能之一.本題意在讓教師經(jīng)歷技術(shù)設(shè)計的過程，認(rèn)識技術(shù)的意義，考查教師操作中的技術(shù)素養(yǎng).

實驗三：測未知電阻的阻值

實驗器材：待測電阻、電流表、電阻箱、滑動變阻器、定值電阻(阻值已知)、干電池、單刀單擲開關(guān)、單刀雙擲開關(guān)、導(dǎo)線.

用伏安法測電阻是初中物理電學(xué)基本實驗，由于電壓表損壞，某同學(xué)重新設(shè)計實驗，具體步驟如下：

(1) 按照圖7連接電路.

(2) 閉合開關(guān)，將滑片移至a端，讀出電流表示數(shù)為Ia.

(3) 將滑片移至b端，讀出電流表示數(shù)為Ib.

(4) 利用表達(dá)式算出Rx=IaRab/(Ib—Ia).

圖7

實驗要求：(1) 請你就該同學(xué)實驗的可行性以及可能產(chǎn)生的誤差進(jìn)行評價.

(2) 為減小實驗誤差，現(xiàn)利用所給器材設(shè)計實驗，測出未知電阻的阻值，請畫出電路圖，設(shè)計出實驗記錄表格.

(3) 根據(jù)實驗電路圖從桌上器材中選擇合適器材，連接實驗電路.

(4) 進(jìn)行實驗并記錄實驗數(shù)據(jù)，計算出未知電阻阻值.

命題立意：考查教師運用物理知識選擇、分析和評價實驗方案，尋找減小誤差的途徑，提出改進(jìn)方法的能力，考查教師解決實驗中出現(xiàn)的問題的能力.

實驗四：演示水的沸點與氣壓的關(guān)系、驗證氣壓與溫度的關(guān)系

實驗器材：燒瓶、燒杯、酒精燈、鐵架臺、石棉網(wǎng)、水、水槽.

實驗要求：我們知道液體的沸點與氣壓有關(guān)，但學(xué)生并沒有直觀的認(rèn)識，請你從以上器材中選出你需要的器材，演示水的沸點與氣壓的關(guān)系，說明需要觀察的現(xiàn)象和實驗結(jié)論.

學(xué)生對于以上的實驗現(xiàn)象感到很新奇，但是也有學(xué)生思考后提出新的問題：液面上的氣壓是不是隨溫度的降低而減小了呢？

為了解決學(xué)生的疑惑，現(xiàn)在請你設(shè)計實驗證明氣體壓強隨溫度降低而減小.除桌上器材外，如果你還需要其他器材，請你書面列出還需的儀器名稱、規(guī)格及數(shù)量.

根據(jù)你選出的器材完成實驗，說明需要觀察的實驗現(xiàn)象.

命題立意：實驗教學(xué)中，教師設(shè)計開放的實驗情景，讓學(xué)生進(jìn)行思考或動手實驗，常常成為學(xué)生深入學(xué)習(xí)的推動力，本題意在要求教師在實驗教學(xué)過程中引導(dǎo)學(xué)生積極思維，放開學(xué)生的手腳，使他們能發(fā)揮出最大的主觀能動性.教師要融入到學(xué)生當(dāng)中，與他們進(jìn)行雙向的交流，

針對學(xué)生在實驗中出現(xiàn)的問題，采用提示和設(shè)疑的方法讓他們自己動腦筋找出解決方案，促使學(xué)生掌握實驗方法以及操作流程，提高實驗操作技能，同時培養(yǎng)他們的獨立思考能力.

[1] 王瑜.初中物理教師實驗技能大賽后的思考[J].物理教師，2013，(8).

[2] 劉炳昇.中學(xué)理科實驗教學(xué)指導(dǎo)初中物理分冊[M].南京：江蘇科學(xué)技術(shù)出版社,2012.

[3] 陶洪.物理實驗論[M].南寧：廣西教育出版社，1996.

①本文系江蘇省實驗教學(xué)研究第二期課題“中小學(xué)理科教師實驗技能培訓(xùn)及考核的實踐研究”(課題編號：s-y2014/0045)的階段性研究成果.

名師簡介：王瑜(1963—)，男，江蘇姜堰人，《物理之友》編委，揚州市教育科學(xué)研究院副院長，揚州大學(xué)碩士生導(dǎo)師，主要研究中學(xué)物理教學(xué).