新加坡物理科目普通水準教育證書考試中的實驗內容概述

實驗在物理學中有著極其重要的作用，如何通過中考或者高考等大規模的校外考試來正向引導實驗教學，這個問題一直困擾著教育界。新加坡物理科目的普通水準教育證書考試（GCE O level，以下簡稱物理O水準考試，相當于我國的中考）專門進行實驗操作評價考核，較好地解決了這個問題，促使新加坡物理教育一直保持著很高的質量，為世界各國所矚目。

1 物理O水準考試實驗考試概況

物理O水準考試是專門針對物理科目的，分理論試卷和實驗試卷兩類，理論試卷包括試卷1和試卷2，試卷3是實驗試卷，在有限時間內正式測試情景下，通過檢測考生的某些操作技能來評價考生實驗方面的能力。

1.1 評價目標

根據物理科目課程標準（5052），實驗考試的評價目標是要求學習者能夠遵從一系列的指導；使用技術手段、儀器設備和材料進行觀察、測量和估計，并記錄；解釋、評估觀察和實驗結果；計劃探究、選擇技術手段、儀器設備和材料；評估方法，并提出可能的改進。［1］

1.2 典型試題

物理實驗試卷包括2個結構性較強的實驗問題，每個15分，占總分的20.0%。考試具有很強的連續性，每年試題的題型、難度、區分度基本相同。2005年實驗試卷包括下面兩道題：［2］

問題1．在這個實驗中，你將對一個鋼制彈簧進行測量，然后設計一個實驗探究浸入水中物體的向上的作用力。

給你提供鋼制彈簧、米尺、裝有水的燒杯各一，兩個固定的直角尺，一個鐵架臺和兩個夾鉗，五個100g的物體。你還可以使用天平。

（a）把彈簧的每匝都擠壓在一起。測量彈簧繞成匝部分的長度l，見下圖。在答卷紙上記錄下長度l。（1分）

（b）數出彈簧匝數。闡述所使用的盡可能精確地確定N值的方法。（2分）

（c）確定彈簧直徑D。借助示意圖來解釋如何盡可能精確地確定D。（2分）

（d）使用天平來測量彈簧質量M，并用給定公式來確定密度的近似值，已知近似的密度值等于(4MN)/(π²l²D) 。（2分）

（e）把彈簧懸掛在鐵架臺的一夾鉗上，另一夾鉗夾住靠近彈簧的豎直米尺，見右圖。彈簧下懸掛一S形鉤，S形鉤下懸掛5個100g的物體。確定彈簧伸長量e，并記錄下來。用一示意圖說明如何確定e。（2分）

（f）緩慢地把物體下面的燒杯提起，直到5個物體完全浸沒在水中。物體不能觸到燒杯各邊或者底部。確定彈簧新的伸長量。（1分）

（g）確定構成物體的材料的密度，給出公式ρ=[e/(e-w)]×1.00g/cm³。（1分）

（h）上面的公式可以改寫成e=[ρ/(ρ-1)]w，ρ是材料的密度。

設計一個使用根據已給出的儀器設備來更精確地確定ρ值的實驗。設計應該包括：對實驗如何進行描述，如何繪制一個曲線圖的草圖以及如何從曲線圖確定ρ值。（4分）

問題2．提供一個250cm³的燒杯，一個用夾鉗夾在鐵架臺上的溫度計，一些熱水，塑料攪拌器、量筒和秒表各一個。

（a）給你一張用于記錄溫度θ和時間t的表格，請給表格起個合適的標題，并標出物理量的單位。（1分）

（b）把足夠的熱水倒入燒杯，使溫度計下面的圓腔正好被浸沒。觀察溫度計，你會看到開始時溫度是上升的。一旦溫度開始下降，記錄下溫度值，并開始用秒表計時。在5分鐘內，選取適當的時間間隔連續記錄溫度值，并把所有的結果記錄在表格中。（3分）

（c）使用坐標紙畫出一條y軸是溫度，x軸是時間的曲線。（4分）

（d）在圖上畫出最貼近的光滑曲線，畫出曲線的一條切線，找出150s時曲線梯度G。（4分）

（e）把溫度計從燒杯中取出。用量筒測量實驗中使用的熱水的體積V，并記錄下來。（1分）

（f）提出2個防范措施，使實驗中你獲得的結果盡可能地精確。（2分）

1.3 考試安排

物理O水準考試一般在每年的10、11月份進行，實驗考試與理論考試不在同一天進行，一般間隔2－3周。比如，2006年的理論考試時間為11月15日上午，實驗考試時間為10月26日全天，分4輪進行，分別為8：00－9：30，10：00－11：30，12：00－13：30，14：00－15：30。［3］每場實驗考試時間以1小時30分鐘為限，考生對于每個試題的儀器操作時間不得超過45分鐘。

2 物理O水準考試實驗考試特點分析

2.1 非常重視物理實驗基本操作技能的評價

實驗考試非常重視物理實驗基本操作技能的評價，利用兩個現場操作實驗考核考生是否具備一些基本的操作技能。主要評價：觀察技能；安全地、規范地實驗操作的技能；利用簡單的測量工具準確地測量一些基本物理量的技能等；讀取數據的相關技能，包括準確地讀數、估讀、有效數字、正確的單位等；安裝、操作基本的物理儀器和器材的技能。從2005年的考題可以看出，考試涉及到了上述的所有技能。

2.2 盡可能使用常見的、低廉的實驗儀器和材料

根據物理課程標準（5052）的規定，實驗考試涉及的主要的儀器設備有：測量長度使用的卷尺、直尺、測微計、測徑器、游標卡尺；測量時間使用的時鐘、秒表、單擺的周期；測量溫度使用的普通溫度計、試管、燒杯；測量質量使用的天平；測量重力、拉力等所用的彈簧秤、鐵架臺、夾鉗；測量液體和固體的體積使用的量筒；測量電流、電壓使用的普通直流電源、燈泡、電阻器、電鍵、鱷魚夾、安培表和電壓表等；測量光線角度使用的凸透鏡、平面鏡、量角器等。主要實驗材料有：橡皮泥、卡片、木板、細絲、彈簧、熱水、鎳鉻鐵合金金屬絲、大頭針、插針板。［4］可以看出，這些實驗儀器和材料沒有什么貴重的，基本上都是常見的和低廉的。

2005年的兩道考題分別使用了彈簧、米尺、燒杯、直角尺、鐵架臺、夾鉗、天平和溫度計、塑料攪拌器、量筒、秒表等器材，使用了小物體、熱水等材料。除了天平稍貴一些外，其它的都是低廉的，在我國這些器材都是物理實驗室必備的，更不要說在新加坡了。

2.3 注重實驗數據處理工作的評價

實驗考試注重考核考生對實驗數據的處理工作。從2005年的試卷可以看出，主要考核這樣幾點：（1）實驗數據的記錄。使用表格來記錄數據，包括寫出表格每行的標題，被測或者計算的物理量的名稱或者符號，選取合適的單位等。（2）畫曲線圖。包括在坐標紙上畫出坐標系，標出相關的物理量和單位，選取合適的比例，標出各數據點，通過各點畫一條直線或者曲線等。（3）通過確定曲線圖的梯度來獲取測量結果。（4）計算出的物理量的單位、有效數字等。

2.4 強調科學探究相關技能的評價

科學探究是物理課程的一個重點，如何考核學生的科學探究方面的技能是一個難點，新加坡O水準考試既在理論試卷中進行評價，也在實驗試卷中評價。2005年實驗卷兩個問題都涉及到描述實驗數據和對實驗結果進行解釋的探究技能。問題1的（b）和（c）主要評價的是間接測量的探究技能；問題1最后一部分主要評價設計實驗的技能和處理信息的技能，隸屬于“制定計劃與設計實驗”和“分析與論證”方面的技能。問題2的（f）主要評價嘗試改進探究方案的技能，隸屬于“評估”方面的技能。這些都是科學探究中的重要技能。

2.5 實驗試卷盡可能不涉及理論知識

雖然理論學習和實驗操作是物理科目不可分割的兩個組成部分，但是兩者對學生的要求畢竟有一定的差異性。另外，根據加德納的多元智能理論，不同的學生具備不同的智能，可能有些學生更擅長理論學習，另一些學生則更擅長實驗操作。那么，考試就應該讓學生有更多的機會展示自己掌握了什么。

新加坡的實驗考試在這方面就做得很好，在實驗卷中盡可能不涉及理論知識方面的掌握情況，僅考核考生實驗方面的技能。比如，2005年實驗卷問題1中，涉及到確定彈簧的密度和物體的密度時，直接給出了計算公式，避免考生由于理論知識的欠缺而影響到實驗考試的成績。這一點是與現代科學教育所倡導的“評價的目的是了解學生理解了什么”，而不強調“了解學生有哪些還不知道”［5］相一致的。

3 對我國中考物理考試的啟發

我國的中考物理考試一直采用書面考試的形式，這固然可以評價學生的某些實驗技能，但是難以或者無法評價一些具體的操作技能，給初中物理教學帶來了一些負面的影響。另外，一些學校忽視實驗室建設和實驗教學工作，教師黑板上講實驗、學生在紙上“做實驗”的現象較為普遍。為了扭轉這一局面，可以考慮在中考物理考試中進行實驗操作考核。我們可以借鑒新加坡的做法，選用一些基本的、常見的、低廉的實驗器材和材料，設計出1－2個結構性較強的實驗題分批對學生進行實驗技能方面的考核。而且從我國目前的情況來看，這種考核方式的實施已經具備了一定的可能性。

參考文獻：

［1］［4］Ministry of Education， Singapore. 5052 PHYSICS O LEVEL( 2005).4. 19-20. ［Z］.

［2］SEAB UCLES. GCE'O'Level Physics Paper Nov.2001-2005. Singapore:Dyna Publisher Pte Ltd.2006.182-184.

［3］Ministry of Education， Singapore. GCE O-LEVEL EXAMINATION 2006 EXAMINATION TIMETABLE (TENTATIVELY).［Z］.

［5］［美］國家研究理事會.戢守志等.國家科學教育標準［M］.北京:科學技術文獻出版社.1999，121.

(欄目編輯趙保鋼)

<注>：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文