英國GCSE物理試卷特點分析及對我國物理教學(xué)的啟示

張 瑩 桑芝芳

(蘇州大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,江蘇 蘇州 215006)

在英國,GCSE(GCSE全稱是General Certificate of Secondary Education,中文譯為普通中等教育證書,簡稱GCSE)考試制度是一種被公眾所信任的權(quán)威性考試制度,是英國學(xué)生在義務(wù)教育階段結(jié)束時進(jìn)行的一種證書考試,主要考查學(xué)生在義務(wù)教育階段學(xué)生學(xué)業(yè)水平和學(xué)校的教學(xué)水平,同時還兼顧高一級學(xué)校和用人單位等多方面的需求,因此即使學(xué)生直接就業(yè)也不需要參加其他的考試．

GCSE考試制度自1986年實施以來一直在不斷的發(fā)展和完善．就物理學(xué)科來說,新版物理考試大綱(以下簡稱新考綱)在2016年頒布并實施,2018年是新考綱指導(dǎo)下的第一次考試.．本文就2018年GCSE物理學(xué)科考試樣卷進(jìn)行分析,以期找出GCSE物理試題的特點,為我國物理教學(xué)提供參考．

1 GCSE物理試卷的整體分析

1.1 考試形式分析

2018年是新考綱指導(dǎo)下的第一次考試,從考試形式上來看與以往也有很多不同,如表1所示．

由表1可以看出,新考綱指導(dǎo)下的考試形式取消一年兩次的筆試考核,改為一年考一次,且只能在完成兩年的課程后參加考試,只依照筆試成績作為GCSE證書認(rèn)證等級的最終依據(jù)．這種考試方式較之前更具客觀性、公平性,很大程度上避免了人為因素對最終等級認(rèn)證的影響．但是,這種考試方式也有弊端,加大了學(xué)生最終考核的壓力．

筆試部分也有很大的變化,往年筆試試卷分為物理1、物理2和物理3共3個部分,每一部分有基礎(chǔ)卷和提高卷,學(xué)生任選兩卷之一進(jìn)行考試;2018年改為物理1和物理2兩個部分,每一部分仍有基礎(chǔ)卷和提高卷可供選擇．雖由3套試卷改為2套,但舊考綱和新考綱所要求考查的知識模塊沒有太大變化,且新考綱還增添了一些考點,如此一來,3張試卷合并為2張試卷考核所導(dǎo)致的直接結(jié)果就是單張試卷考試內(nèi)容增多,考試時間加長,因此對于學(xué)生的注意力集中程度有了更高的要求,難度也有所上升．

1.2 題型分析

筆者對2018年考試樣卷試題的題型和所涉及的知識模塊進(jìn)行歸納總結(jié),結(jié)果如圖1所示．

圖1 2018年樣卷各題型的占比情況

由圖1可以看出,論述題、計算題和簡答題都是重點考查的題型,所以GCSE物理學(xué)科要求學(xué)生都具備一定的語言表達(dá)能力和計算能力．簡答題在提高卷中的占比較之在基礎(chǔ)卷中更多,提高卷中選擇題減少,簡答題增多,這是由于簡答題既可以降低學(xué)生得分的偶然性,也可更深刻地考查學(xué)生對于物理知識的理解,同時考查學(xué)生的語言表達(dá)能力．這種考查趨勢也是由GCSE證書的職能所決定的,GCSE證書不僅作為升學(xué)的憑證,也是學(xué)生步入社會的就業(yè)憑證,良好的語言表達(dá)能力是很多雇主的基本要求．總而言之,主觀題在考試中的占比逐漸增大、注重考查學(xué)生的語言表達(dá)能力已成為GCSE物理考試的一大特色．

1.3 試卷內(nèi)容分析

新考綱明確規(guī)定了物理1考查能量、電學(xué)、熱學(xué)、原子物理學(xué)4個知識模塊,物理2考查力學(xué)、電磁學(xué)、波、空間物理4個模塊,筆者現(xiàn)將物理1、物理2的基礎(chǔ)卷和提高卷各知識模塊占比進(jìn)行以下統(tǒng)計分析,如圖2所示．

據(jù)圖2可知,無論是基礎(chǔ)卷還是提高卷,力學(xué)部分知識占比最大,這表明GCSE考試注重學(xué)生基礎(chǔ)物理知識的學(xué)習(xí),關(guān)注知識的實用性;原子物理學(xué)部分的考查比例較之以往也有所上升,這將會使試卷難度增大．而波和能量模塊的占比有所下降,在2016年試卷中這兩個模塊占比共45%左右,此部分比例降低使得別的模塊的占比有所增加,最終使得2018年樣卷的各個知識模塊的占比較為均衡,均衡的考查各個模塊的知識有利于學(xué)生構(gòu)建比較完整的物理知識體系,既可以為將來升學(xué)學(xué)習(xí)深層次的物理奠定基礎(chǔ),也可以為學(xué)生將來進(jìn)入各行各業(yè)做準(zhǔn)備．根據(jù)2018年樣卷考查的知識模塊來說,沒有任何知識模塊在物理1和物理2兩套試卷中同時考查．而在改革之前的考試中,在多套試卷中考查同一模塊也是正?，F(xiàn)象,因此,對于綜合性知識的考查有所降低．

2 GCSE物理試題的特色分析

2.1 GCSE物理試題大量采用圖及圖表

2018年樣卷,共52道題目,47道有圖或圖表,共91張圖或圖表,占總題數(shù)的90%．由于圖和圖表形象、直觀、生動且給出的信息量較大,使學(xué)生容易理解,減少了由于文字理解錯誤而引起的失誤,比較適合這個年齡組的考試．[1]

2.2 GCSE物理試卷不按題型分布,按知識點分布

GCSE物理試卷不是按照題型分布,而是按知識點分布．一道題目只涉及一個知識模塊的知識,但可以包含簡答、填空和計算等多個題型,以下給出例題供讀者參考．

例1. 圖3是一名學(xué)生蹦極前后的示意圖．蹦極的繩子原長為20.0 m,學(xué)生的質(zhì)量為50 kg,重力常數(shù)g取9.8 N/kg．

(1) 寫出重力勢能與質(zhì)量、高度和重力常量之間的關(guān)系．[1分]

(2) 計算學(xué)生從20 m高度跳下時重力勢能的變化．[2分]

圖3 蹦極示意圖

(3) 在下落過程中,重力勢能的80%轉(zhuǎn)化為動能,當(dāng)下降了20 m時動能增加了多少? [1分]

動能=________.

(4) 計算學(xué)生下降20 m時的速度,寫出你計算過程中的兩個重要步驟．[4分]

速度=________m/s.

(5) 在跳躍的最低點,彈力繩的彈力勢能為24.5 kJ,彈力繩和彈簧的性質(zhì)是相似的,計算彈力繩的彈性系數(shù),請使用物理公式表中的正確的公式．[3分]

彈力系數(shù)=________N/m.

此題是物理1提高卷的第5題,考查了機械能的相關(guān)知識．這種按照知識點分布的試卷布局方式可以避免因考查知識點不連貫影響學(xué)生思維的情況,更加符合學(xué)生的思維方式,與按知識模塊編排的教材相對應(yīng),使得試卷的考點更加清晰,也使得知識模塊在考試中的占比一目了然．

2.3 GCSE物理試題的計算量和難度較小

由例題1可以看出,GCSE物理試卷的計算題占比雖大,但是其計算量較小,偏向于簡單計算,多數(shù)計算題可一步解答,且對于工具性的公式會選擇、會應(yīng)用即可,不要求學(xué)生全部記憶,側(cè)重于學(xué)生對于各物理量的理解,考查學(xué)生的物理知識,不在記憶公式和數(shù)學(xué)計算的層面給學(xué)生挫敗感,避免降低學(xué)生對于物理課程的興趣,同時也減小了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的壓力．

2.4 GCSE試題情境多來源于生活

試題情境多來源于生活,且情境常見,無論是鄉(xiāng)鎮(zhèn)學(xué)生還是城市學(xué)生都能理解的生活情境,試題情境自然、不牽強附會,滿足黃紅波博士所說的試題情境應(yīng)具有“鮮明、干凈、親切、真實、地道”等5個特征.[2]舉一例供讀者參考．

例2.圖4是被稱為胸部擴張器(拉力器)的鍛煉器材,圖中3個彈簧是相同的．一個人在向外拉動手柄并使彈簧伸長了．

圖4 拉力器

完成下列句子．

當(dāng)用手拉開彈簧時,____________能量儲存在彈簧中．[1分]

(2) 圖5展示了胸部擴張器上一根彈簧的伸長量與外力之間的關(guān)系．

圖5 彈簧伸長量與外力關(guān)系圖

① 你怎樣從圖5看出彈簧沒有超過彈性形變范圍的呢?[1分]

② 由圖5計算彈簧的彈力系數(shù),請使用物理公式表中的正確的公式．[3分]

彈力系數(shù)=________;單位________

③ 3個相同的電阻并聯(lián),通過3個電阻的電流之和等于電路總電流．以類似的方式,胸部擴張器中的3個彈簧共同承擔(dān)總的外力．考慮這種相似性,當(dāng)每個彈簧伸展0.25 m時,通過圖5的數(shù)據(jù)求胸部擴張器上人所用的總力．[2分]

總力________

圖6是一個學(xué)生在做引體向上．

圖6 引體向上示意圖

學(xué)生每做一次引體向上時,他都會垂直向上抬起身體0.40 m,這個學(xué)生的體重是65 kg,他可以在60 s內(nèi)完成12次引體向上．計算此學(xué)生做引體向上的功率,g取10 N/kg,請使用物理方程式表中的正確方程式． [3分]

功率=________

無論是例2的拉力器、引體向上,還是例題1中的蹦極,這些情境都是現(xiàn)代生活中常見的,學(xué)生所熟悉的,且與所考查的物理知識密切相關(guān),不是為了情境而設(shè)置情境,設(shè)置的情境親切、自然、真實．

2.5 GCSE考試關(guān)注學(xué)生知識的建構(gòu)和物理思維的培養(yǎng)

例如紅移理論是空間物理這一知識模塊中的重要內(nèi)容,GCSE物理考試要求學(xué)生了解紅移現(xiàn)象、了解是科學(xué)家如何觀察到紅移現(xiàn)象的,進(jìn)而掌握紅移的概念,且能夠利用紅移理論為宇宙大爆炸理論提供證據(jù)．試題如下所示．

例題3. 1929年,天文學(xué)家埃德溫·哈勃觀察到正在遠(yuǎn)離地球的星系所發(fā)出的波長比預(yù)期的要長．

圖7 哈勃計算結(jié)果

(1) 這個發(fā)現(xiàn)被命名為什么?[1分]

(2) 根據(jù)他的觀察,哈勃可以計算出正在遠(yuǎn)離地球的星系的移動速度和它們與地球的距離．

圖7是哈勃計算的結(jié)果．哈勃的結(jié)果展示了這些星系的移動速度和它們距地球的距離之間有什么關(guān)系?[1分]

(3) 哈勃的觀察結(jié)果支持了宇宙正在擴張的觀點,這意味著這些星系在不斷的遠(yuǎn)離地球以及其他星系．

圖8展示了一名學(xué)生用氣球模擬宇宙擴張的做法．在氣球上標(biāo)出一些點表示星系,然后將氣球吹氣．

圖8 氣球模擬宇宙擴張

寫出這種模型的一個優(yōu)點和一個缺點．[2分]

優(yōu)點:________________________________________

缺點:________________________________________

在20世紀(jì)50年代,關(guān)于宇宙的起源主要有兩種理論．

理論1:宇宙是一直存在的,它在不斷擴張,隨著舊星系的消亡,新的星系也會誕生．

理論2:宇宙始于一個密度非常大而且非常熾熱的小區(qū)域,從那時起,宇宙一直在擴張．

(4) 哈勃的觀察結(jié)果支持了理論1和理論2的哪個方面．[1分]

(5) 現(xiàn)在很多科學(xué)家認(rèn)為理論2是正確的,寫出是什么原因?qū)е驴茖W(xué)家們開始思考理論1是錯誤的．[1分]

GCSE物理試題體現(xiàn)了GCSE物理教學(xué)重視學(xué)生知識的建構(gòu),學(xué)生知識建構(gòu)的思維過程與科學(xué)家發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象總結(jié)理論的過程具有相似性,且通過模型的建構(gòu)更能夠增強學(xué)生對于知識的理解和應(yīng)用．從科學(xué)家發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的過程來考查學(xué)生對于物理知識的掌握,符合學(xué)生的認(rèn)知過程．紅移理論不僅是空間物理的重要知識點,更是考查學(xué)生科學(xué)思維發(fā)展的良好載體．通過宇宙起源理論,側(cè)面考查學(xué)生對于科學(xué)方法和科學(xué)理論發(fā)展的了解;通過氣球模擬宇宙擴張這一物理模型,考查學(xué)生對于使用模型解決問題的能力;通過考查科學(xué)家理論發(fā)展的過程,體現(xiàn)學(xué)生批判性精神的發(fā)展．由此可見,GCSE物理關(guān)注學(xué)生物理知識的建構(gòu)和學(xué)科思維的培養(yǎng)．

2.6 GCSE物理試題注重學(xué)生語言表達(dá)能力的發(fā)展

圖9 動圈式揚聲機的一部分

GCSE物理試題雖注重學(xué)生語言表達(dá)能力,但不用晦澀難懂的語句來考查學(xué)生的理解能力,而是采用簡答題和論述題以寫作的方式考查學(xué)生的英文表達(dá)．下面給出一道論述題及其評價標(biāo)準(zhǔn)供讀者參考．

例4.圖9是動圈式揚聲器的一部分．

解釋揚聲器如何將電路中的電流轉(zhuǎn)化聲波的．[6分]

評價標(biāo)準(zhǔn):(1) 沒有相關(guān)內(nèi)容[0分]；(2) 有相關(guān)內(nèi)容,但比較零散無邏輯性[1-2分]；(3) 寫出了很多相關(guān)內(nèi)容,但是并不準(zhǔn)確,寫出了揚聲器與聲波之間的聯(lián)系[3-4分]；詳細(xì)闡釋了電流的變化與聲波壓力變化之間的聯(lián)系,具有邏輯性[5-6分].

根據(jù)評分標(biāo)準(zhǔn)可知,只要學(xué)生能答出與考點相關(guān)的物理知識就可以得分,表達(dá)流暢的學(xué)生將得到更高的分?jǐn)?shù)．這種考查方式有兩個優(yōu)點: (1) 有些學(xué)生物理學(xué)習(xí)很好,但其語言理解能力不夠,若是在題干中采用較為難懂的語言,則可能會限制該學(xué)生物理成就的發(fā)展,但是采用學(xué)生表述的方式考查,且要求寬松的情況下就不會打消學(xué)生物理學(xué)習(xí)的積極性; (2) 表達(dá)能力高的學(xué)生也能充分發(fā)揮自己的長處,一般來說,表達(dá)能力高的學(xué)生理解能力也不會差,所以也從側(cè)面考查了學(xué)生的理解能力．

3 GCSE試題對我國物理教學(xué)的啟示

此次改革前GCSE物理試題的突出特點是“廣度大,難度小”,此次改革后,GCSE物理試題難度變大,因此廣度大成為GCSE物理試題的獨特優(yōu)勢．GCSE物理考試大綱所規(guī)定考察的內(nèi)容基本涵蓋了經(jīng)典物理的所有知識模塊,有利于學(xué)生形成較為完整的物理框架．同時,GCSE物理教學(xué)關(guān)注學(xué)生知識的建構(gòu)和學(xué)生物理學(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng),這種教學(xué)方式和培養(yǎng)方式值得我們學(xué)習(xí)．

此外,豐富的物理試題情境的創(chuàng)設(shè)也值得我們借鑒．創(chuàng)設(shè)物理物理情境切忌憑空捏造,而應(yīng)從實際生活中提煉出物理情境,這樣的情境創(chuàng)設(shè)才是有意義的．同時,通過大量的圖、表來幫助學(xué)生理解,不玩文字游戲,不在數(shù)學(xué)層面限制學(xué)生物理水平的發(fā)展,關(guān)注學(xué)生對于物理知識的理解,這種考查方式應(yīng)該引起我們的思考．