強(qiáng)化物理實(shí)驗(yàn)技能考核的筆試題命制策略

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

1 引言

目前對(duì)學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)能力的考查以紙筆測(cè)驗(yàn)為主,如何命制基于核心素養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)筆試題,實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生綜合能力的全面考查，是我們應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題,筆者以IGCSE試題和國(guó)內(nèi)中、高考實(shí)驗(yàn)試題為樣本,總結(jié)出中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)筆試題的命制策略,為中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供參考。

2 細(xì)化實(shí)驗(yàn)考查目標(biāo),增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)試題的針對(duì)性

基于普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)科學(xué)探究的要求,筆者分析了高中物理學(xué)生必做實(shí)驗(yàn),借鑒英國(guó)IGCSE物理考試大綱對(duì)實(shí)驗(yàn)探究能力的要求,將中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)技能劃分為六大類(lèi),對(duì)于每項(xiàng)具體的實(shí)驗(yàn)技能，根據(jù)學(xué)生身心發(fā)展規(guī)律劃分為若干個(gè)層次水平(如表1)。

表1

續(xù)表

在命制實(shí)驗(yàn)筆試題時(shí),針對(duì)各項(xiàng)細(xì)分的實(shí)驗(yàn)技能考查點(diǎn)，設(shè)置不同水平的題目考查、區(qū)分不同技能的學(xué)生,從而給教師提供更多的反饋信息,教師和學(xué)生通過(guò)分析試卷可以清楚地認(rèn)識(shí)到哪一部分的技能訓(xùn)練還不到位,并有意識(shí)地加強(qiáng)該部分實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練,使得實(shí)驗(yàn)技能考查和評(píng)價(jià)更具科學(xué)性和可操作性。教師在教學(xué)過(guò)程中也應(yīng)注重學(xué)生身心發(fā)展的規(guī)律,循序漸進(jìn),引導(dǎo)學(xué)生從低水平的技能邁向高水平的技能,同時(shí)注重因材施教。

3 創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境,培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)技能

對(duì)于物理課程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的學(xué)生必做實(shí)驗(yàn),教師往往花較少的時(shí)間指導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)后,緊接著做大量的實(shí)驗(yàn)試題訓(xùn)練,通過(guò)訓(xùn)練來(lái)強(qiáng)化相關(guān)實(shí)驗(yàn)的操作注意點(diǎn)、技能性知識(shí),很多學(xué)生就算沒(méi)有真正進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作,考試時(shí)也可以根據(jù)知識(shí)點(diǎn)的記憶完成實(shí)驗(yàn)筆試題。而實(shí)驗(yàn)考核的最終目的是“克服黑板上講實(shí)驗(yàn)，教室里背實(shí)驗(yàn)”的現(xiàn)象,因此在實(shí)驗(yàn)筆試題命制的過(guò)程中應(yīng)盡可能多地給學(xué)生創(chuàng)造現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)操作的機(jī)會(huì),學(xué)生利用學(xué)具和簡(jiǎn)單的考場(chǎng)設(shè)備，進(jìn)行簡(jiǎn)單的現(xiàn)場(chǎng)操作,不僅考查了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能,增強(qiáng)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)意識(shí),而且引導(dǎo)教學(xué)注重實(shí)踐能力的培養(yǎng),充分發(fā)揮紙筆測(cè)驗(yàn)對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的考查功能。

圖1

例1(IGCSE試題):測(cè)量玻璃的折射率。

(1)ABCD是一個(gè)透明玻璃,最大的面朝下,放在紙上。

① 在AB邊的中點(diǎn)畫(huà)法線(xiàn),標(biāo)記法線(xiàn)與AB相交點(diǎn)為E,在玻璃磚的輪廓外、法線(xiàn)上距離E點(diǎn)正上方4.0cm處標(biāo)記一個(gè)點(diǎn)N。

② 在法線(xiàn)的右側(cè)畫(huà)線(xiàn)段NF,與法線(xiàn)夾角為20°,與AB相交的點(diǎn)為F,在圖中標(biāo)出F點(diǎn)，測(cè)量并記錄線(xiàn)段NF的長(zhǎng)度a。

(2) 將P1、P2兩枚大頭針?lè)胖迷谶^(guò)NF的直線(xiàn)上,透過(guò)玻璃磚的CD面觀(guān)察P1和P2,直到P2擋住P1的像。再在觀(guān)察的這一側(cè)插兩枚大頭針P3、P4,使P3擋住P1、P2的像,P4擋住P3及P1、P2的像,P3和P4的位置如圖1所示。

① 畫(huà)出連接P3和P4的直線(xiàn),與CD的交點(diǎn)記為G。

② 畫(huà)出線(xiàn)段GF,其延長(zhǎng)線(xiàn)與法線(xiàn)的交點(diǎn)記為H。

③ 測(cè)量并記錄FH的長(zhǎng)度b。

④ 利用公式n=b/a，計(jì)算玻璃的折射率n。

(3) 提出你在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)采取的措施,以獲得盡可能準(zhǔn)確的讀數(shù)。

點(diǎn)評(píng):通過(guò)創(chuàng)設(shè)用插針?lè)y(cè)量玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)操作情境,讓學(xué)生根據(jù)提供的實(shí)驗(yàn)操作步驟在試卷規(guī)定的圖中描點(diǎn)、畫(huà)線(xiàn)、測(cè)量,最終根據(jù)公式計(jì)算得出結(jié)果,并提出減小實(shí)驗(yàn)誤差的方法,教師則根據(jù)提交的光路圖中各條線(xiàn)的繪制質(zhì)量以及計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性對(duì)學(xué)生進(jìn)行評(píng)分，考查了學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)操作技能,并引導(dǎo)學(xué)生和教師注重實(shí)驗(yàn)技能的培養(yǎng)。

4 突出考查實(shí)驗(yàn)操作細(xì)節(jié),規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程

學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中往往只滿(mǎn)足于得到數(shù)據(jù),會(huì)忽視重要的細(xì)節(jié)，比如一般測(cè)量工具使用前需調(diào)零,電學(xué)實(shí)驗(yàn)中連接電路時(shí)開(kāi)關(guān)應(yīng)處于斷開(kāi)狀態(tài),實(shí)驗(yàn)結(jié)束后整理實(shí)驗(yàn)儀器,插針?lè)y(cè)量玻璃的折射率實(shí)驗(yàn)應(yīng)當(dāng)使用針腳較細(xì)的大頭針、兩針之間間隔適當(dāng)、確保針是垂直插進(jìn)。

實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)稍不注意,實(shí)驗(yàn)結(jié)果就會(huì)產(chǎn)生很大差異,學(xué)生關(guān)注實(shí)驗(yàn)操作細(xì)節(jié)的能力并不是一蹴而就的,需要在具體的實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中慢慢培養(yǎng)。只有真正做過(guò)實(shí)驗(yàn)的學(xué)生才會(huì)深刻地認(rèn)識(shí)到這些實(shí)驗(yàn)操作細(xì)節(jié)的重要性，并能準(zhǔn)確作答,對(duì)實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)應(yīng)該重點(diǎn)考查,以增強(qiáng)學(xué)生的規(guī)范操作意識(shí)以及安全的意識(shí),對(duì)教師的教學(xué)也會(huì)起到很好的導(dǎo)向作用。

例2(IGCSE試題):研究重物對(duì)附在彈簧測(cè)力計(jì)上的米尺的影響(如圖2)，在本實(shí)驗(yàn)中,為什么在米尺上放置水平儀不適合檢查米尺是否水平?簡(jiǎn)要描述如何檢查尺子是水平的，你可以畫(huà)一張圖來(lái)說(shuō)明。

圖2

點(diǎn)評(píng):該實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵就是調(diào)節(jié)彈簧測(cè)力計(jì)直至米尺處于水平,通過(guò)考查實(shí)驗(yàn)操作中如何使米尺處于水平這一細(xì)節(jié),引導(dǎo)學(xué)生反思水平儀不適用的原因，規(guī)范學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作,可以在米尺上取兩點(diǎn),測(cè)量這兩點(diǎn)與工作臺(tái)之間的距離是否相同,或選取適當(dāng)?shù)乃絽⒖?、正確使用三角板等,在實(shí)驗(yàn)筆試題中注重考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作細(xì)節(jié),將有助于學(xué)生將物理與生活緊密相連。

5 充分利用基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn),優(yōu)化實(shí)驗(yàn)技能考查

對(duì)于基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)或課本上的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能理解其實(shí)驗(yàn)原理,應(yīng)避免機(jī)械重復(fù)的測(cè)試,在命制實(shí)驗(yàn)筆試題時(shí)，一方面可以加深試題的難度,靈活地考查學(xué)生平常不注意的方面,重點(diǎn)考查學(xué)生的誤差分析與處理技能、對(duì)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新建議、解釋和表達(dá)交流結(jié)果的能力等。另一方面以學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)等為原型,對(duì)課本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā),在貼近教學(xué)實(shí)際的同時(shí)，設(shè)計(jì)探究性實(shí)驗(yàn)，重點(diǎn)考查學(xué)生基本的實(shí)驗(yàn)技能,而不僅僅是對(duì)實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)原理的理解。在此情境下學(xué)生需要聯(lián)系做過(guò)的基本實(shí)驗(yàn),在思維方式上進(jìn)行遷移,利用已掌握的技能解決問(wèn)題。教師在教學(xué)中要注重舉一反三,觸類(lèi)旁通,幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)知識(shí)和技能的遷移,使其知識(shí)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)化,使學(xué)生認(rèn)清事物的本質(zhì)和規(guī)律,提高解決問(wèn)題的靈活性和有效性。

例3(IGCSE試題):一名學(xué)生正在研究使用蓋子能否將燒杯中的水加熱到沸點(diǎn)所需的時(shí)間縮短。學(xué)生可用的儀器為:溫度計(jì)、250mL的燒杯、250mL的量筒、石棉網(wǎng)、鐵架臺(tái)等。

(1) 列出你所需要的額外儀器。

(2) 簡(jiǎn)介研究思路。

(3) 說(shuō)一說(shuō)要控制的關(guān)鍵變量。

(4) 設(shè)計(jì)記錄數(shù)據(jù)的表格。

(5) 解釋如何通過(guò)你的數(shù)據(jù)得出結(jié)論。

點(diǎn)評(píng):以初中生必做的水的沸騰實(shí)驗(yàn)為原型,設(shè)計(jì)了使用蓋子能否將燒杯中的水加熱到沸點(diǎn)所需的時(shí)間縮短這一探究性實(shí)驗(yàn)。學(xué)生已經(jīng)掌握了一些科學(xué)探究方法,能夠定性地探究規(guī)律,進(jìn)行定量測(cè)量,在該實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，學(xué)生需要把選擇實(shí)驗(yàn)儀器的技能、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的技能、構(gòu)思實(shí)驗(yàn)步驟的技能、圖表的繪制與數(shù)據(jù)處理技能遷移到新的實(shí)驗(yàn)中,以解決問(wèn)題。

6 設(shè)計(jì)多樣的題型,考查實(shí)驗(yàn)技能

對(duì)于某項(xiàng)實(shí)驗(yàn)操作技能,以不同的方式進(jìn)行設(shè)問(wèn),得分情況就會(huì)有很大差異。就“實(shí)驗(yàn)電路連接前,開(kāi)關(guān)應(yīng)處于斷開(kāi)狀態(tài)”這一操作細(xì)節(jié)的考查而言,如果以填空題的方式進(jìn)行設(shè)問(wèn),很多學(xué)生都會(huì)做出來(lái),但是如果讓學(xué)生在實(shí)物圖中找出實(shí)驗(yàn)操作中存在的錯(cuò)誤,可能得分就會(huì)大打折扣,因?yàn)榈谝环N方式考查的是學(xué)生的認(rèn)知再現(xiàn),是記憶能力。而第二種方式是將細(xì)節(jié)放在具體的實(shí)驗(yàn)情境中進(jìn)行考查,考查的是學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出的技能,達(dá)到了實(shí)驗(yàn)筆試題考查的目的,因此在實(shí)驗(yàn)題命制過(guò)程中應(yīng)創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問(wèn)題情境,給學(xué)生以充分的表現(xiàn)機(jī)會(huì)。

例4:關(guān)于擺長(zhǎng)測(cè)量的考查，可有以下3種方式。

(1) 測(cè)出圖3中單擺的擺長(zhǎng)。

圖3

圖4

(2) 測(cè)出圖4中單擺的擺長(zhǎng)。

(3) 單擺的擺長(zhǎng)是指( )。

A. 繩子頂端到小球上端的距離

B. 繩子頂端到小球中心的距離

C. 繩子頂端到小球下端的距離

點(diǎn)評(píng):以上是教師出卷時(shí)可能用到的三種不同考查方式,若是給出圖3,很多學(xué)生會(huì)將繩長(zhǎng)誤認(rèn)為擺長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)量；如果教師已經(jīng)在圖中標(biāo)出長(zhǎng)度L,幾乎所有的學(xué)生都知道L就是要測(cè)量的擺長(zhǎng)；如果是以選擇題的形式考查,命題教師在選項(xiàng)中給了暗示,學(xué)生根據(jù)往常的解題經(jīng)驗(yàn)，也會(huì)知道擺長(zhǎng)指繩子頂端到小球中心的長(zhǎng)度。很明顯第一種考查方式更能考查出學(xué)生對(duì)于擺長(zhǎng)的理解,因此在實(shí)驗(yàn)筆試題的命制過(guò)程中應(yīng)針對(duì)要考查的具體的實(shí)驗(yàn)技能，選擇合適的題型,考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能。

7 結(jié)語(yǔ)

中學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)技能的培養(yǎng)需要在具體的實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中進(jìn)行,實(shí)驗(yàn)筆試題的命制應(yīng)在細(xì)化實(shí)驗(yàn)考查目標(biāo)的基礎(chǔ)之上,創(chuàng)設(shè)良好的實(shí)驗(yàn)操作情境,突出實(shí)驗(yàn)操作細(xì)節(jié)的考查。充分利用基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn),拓展實(shí)驗(yàn)技能的考查，并以基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、課本實(shí)驗(yàn)為原型，開(kāi)發(fā)探究性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，呈現(xiàn)多樣化的題型,引導(dǎo)物理教學(xué)轉(zhuǎn)向核心素養(yǎng)下的學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的培養(yǎng),充分發(fā)揮考試的育人功能和導(dǎo)向功能。