初中物理教師實驗教學技能考核的命題設計

王　瑜

(江蘇省揚州市教育科學研究院，江蘇　揚州　225007)

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·名師論壇·

初中物理教師實驗教學技能考核的命題設計

王瑜

(江蘇省揚州市教育科學研究院，江蘇揚州225007)

重視物理實驗教學，是新課程以提高學生的科學素養為根本目標的價值引領.為了更好地開展實驗教學，切實提升物理教師實驗教學技能，強化物理教師實驗教學技能培訓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技能考核命題的設計.

物理教師;實驗教學技能;考核;命題設計

物理是一門實驗科學，物理實驗能具體形象地展示物理知識的形成與發展過程，能為學生學習物理提供豐富多彩的感性材料，強化學生的感知.物理實驗具有基礎性、主體性、過程性、開放性和研究性的特征，對學生在物理知識的形成、物理問題的解決、創新能力的培養、學習興趣的激發和物理思維的促進方面具有獨特的教育價值.重視物理實驗教學，是新課程以提高學生的科學素養為根本目標的價值引領.

為了更好地開展實驗教學，充分發揮實驗教學的功能和作用，提高實驗教學的實效性，切實提升物理教師實驗教學技能，強化物理教師實驗教學技能培訓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技能考核命題的設計思路.

考核應分兩大部分交叉進行，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，權重70%.

1　筆試部分

1.1實驗思維技能考核的命題設計

實驗思維技能考核的命題設計以課程標準為指針，立足現行實施的蘇科版物理教材，圍繞課本的教師演示實驗和學生的分組實驗展開，涉及基本實驗原理的理解、基本實驗方法的掌握、實驗現象的分析和解釋、實驗故障分析與處理、實驗方案的設計與評價，突出探究性實驗教學技能的考核和指導學生實驗的技能考核，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，把活塞推進筒內，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、細線和質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，引導教師正確操作，使實驗現象明顯，便于學生觀察，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，應依據實驗原理去查找問題所在，而不是繼續重復原有的錯誤操作，并在多次不成功的情況下，用沒有根據的理由或原因去搪塞學生，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，不能用符合操作習慣、便于讀數等非本質原因來解釋；在(c)狀態下,接下來的操作關鍵是不能改變測量狀態，若重新設計去進行操作，或將彈簧測力計豎直放置，本質上改變了實驗變量，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，設計的測量步驟如下，其中多余的是().

A. 測出箱子的質量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，F1、F2是凸透鏡的焦點，S是放在凸透鏡前的點光源，S′是S經凸透鏡所成的像，當光源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，意在提醒教師在學生動手實驗的過程中，要認真觀察學生實際操作的全過程，仔細分析實驗中存在的問題，及時給予指導，靈活處理學生實驗中可能發生的各種情況.對于凸透鏡成像實驗中出現的當發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據的方法().

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. 涂裝畫出標志

C. 使用設計好的方案和樣品，選用材料試制

D. 明確制作目的和制作要領

E. 確定制作順序

F. 試用，觀察效果并進行改進

題7：在某次長度測量中，記錄的數據為36500cm，其有效數字為四位，用科學計數法應該記錄為( ).

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“處理實驗數據的方法”、“有效數字的記錄”、“自制教具的步驟”三個方面，意在提醒教師關注實驗的基本理論和基本方法，關于“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活動中是不能缺失的.

1.2.4實驗現象、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、開關構成串聯電路，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，得到下表所示的結果，由此可判斷().

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

圖3

A. 指示燈斷路，開關短路

B. 指示燈斷路，電熱絲短路

C. 電熱絲斷路，開關短路

D. 開關斷路，指示燈短路

圖4

題9：有一個電學黑箱，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，你首先應該判斷的是，為什么？

(2) 如何利用多用電表區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，三個同學用多用電表測得的結果是：

甲：RAB=10Ω，RBC=∝，開路；

乙：RAB=0，短路，RBC=156kΩ；

丙：RAB=10Ω，RBC=98kΩ；

準確值為RAB=10Ω，RBC=156kΩ，而這三個同學在測量時，讀數都沒有錯誤，請指出他們的問題可能出現在哪里？

命題立意： “電路故障分析”提供的是基本故障現象，要求教師能快速地進行處理；在 “電學黑箱”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，教師應會使用.

1.2.5給定器材進行實驗設計

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，請用這些器材設計有關固體壓強、液體壓強、氣體壓強的三個實驗，說明實驗步驟、現象和結論.

命題立意： 考查教師對基本的實驗步驟、實驗現象、實驗結論是否熟練掌握，實驗結論的描述是否嚴謹.

1.2.6給定任務進行實驗設計

題11：通常金屬絲的電阻均會隨溫度的變化而變化.現在有一段金屬絲，想測量它在0℃～100℃范圍內電阻-溫度特性，請你設計一個實驗，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計是否真正掌握.依據什么實驗原理，選擇什么實驗器材，實驗裝置怎樣，如何設計表格記錄數據，怎樣處理數據，怎樣描繪R-t圖像，得出什么實驗結論等.

1.2.7指導學生進行實驗

圖5

題12：小明在學習了分子有引力后，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逐漸增大，這說明分子間有引力.

試問：(1) 該同學所設計實驗的不妥之處是.

(2) 請你寫出改進實驗的方法.

命題立意：考查教師指導學生進行科學探究活動的能力，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、得出結論的證據是否充分、有沒有科學性錯誤、實際的操作有沒有錯誤或缺失的地方，再提出改進建議.

1.2.8對于探究性實驗的研究與實踐

題13：現有器材如下：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象并解釋其原因.

題14：探究影響電流熱效應的因素，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體產生熱量多少的？

(2) 請你對兩個方案的優缺點、注意點進行分析.

(3) 請你針對兩個方案提出改進建議，或者設計出自己的新方案.

圖6

命題立意：考查教師實驗研究和實驗教學的能力.內容涉及“探究水沸騰的條件”、“探究影響電流熱效應的因素”兩個實驗.關于“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、探究的內容不作思考，將其設計成觀察水沸騰的實驗，關鍵在于探究什么？如何探究？有的教師在學生不明白的情況下，簡單說一句：“下面大家開始探究吧！”從而將一種有意義的學習演變成漫無目的的鬧劇，可怕的是教師還自認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、優缺點，說出實驗的注意點，對兩個方案提出改進意見或設計出自己的新方案，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計依然是以國家課程標準為指針，從四個維度考查教師對實驗操作技能的掌握情況.首先是常規實驗的操作，要求規范、有序、正確；第二是自制實驗儀器，讓教師經歷技術設計的過程，認識技術的意義，考查教師操作中的技術素養；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，提出改進方法，考查教師對實驗中出現的問題如何解決的能力；第四是在實驗教學過程中，針對學生的疑問，選擇適當的器材，設計合理的實驗，通過演示或指導學生實驗，幫助學生解惑，考查教師實驗教學的能力.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、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.設計表格，記錄實驗數據.進行實驗并將實驗數據記錄在表格內，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程是否掌握.實驗前：精心設計，認真準備，確保實驗成功.實驗中：正確操作，注意示范，呈現的物理現象要足夠明顯，可見度要高.實驗后：拆除裝置，整理器材，陳述現象，激起學生思考.

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 按照實驗原理進行實驗，并將實驗數據記錄下來，利用測得的數據計算出凹透鏡焦距.

命題立意：有些教學內容不是現成的教學儀器所能解決的，需要教師在不斷的摸索中創造出更實用、更能體現新課程教學理念的實驗教具.所以，自制教具、開發新的數字化實驗儀器尤為必要，它是物理教師應具備的專業技能之一.本題意在讓教師經歷技術設計的過程，認識技術的意義，考查教師操作中的技術素養.

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、單刀雙擲開關、導線.

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

(1) 按照圖7連接電路.

(2) 閉合開關，將滑片移至a端，讀出電流表示數為Ia.

(3) 將滑片移至b端，讀出電流表示數為Ib.

(4) 利用表達式算出Rx=IaRab/(Ib—Ia).

圖7

實驗要求：(1) 請你就該同學實驗的可行性以及可能產生的誤差進行評價.

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

(3) 根據實驗電路圖從桌上器材中選擇合適器材，連接實驗電路.

(4) 進行實驗并記錄實驗數據，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，提出改進方法的能力，考查教師解決實驗中出現的問題的能力.

實驗四：演示水的沸點與氣壓的關系、驗證氣壓與溫度的關系

實驗器材：燒瓶、燒杯、酒精燈、鐵架臺、石棉網、水、水槽.

實驗要求：我們知道液體的沸點與氣壓有關，但學生并沒有直觀的認識，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系，說明需要觀察的現象和實驗結論.

學生對于以上的實驗現象感到很新奇，但是也有學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？

為了解決學生的疑惑，現在請你設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、規格及數量.

根據你選出的器材完成實驗，說明需要觀察的實驗現象.

命題立意：實驗教學中，教師設計開放的實驗情景，讓學生進行思考或動手實驗，常常成為學生深入學習的推動力，本題意在要求教師在實驗教學過程中引導學生積極思維，放開學生的手腳，使他們能發揮出最大的主觀能動性.教師要融入到學生當中，與他們進行雙向的交流，

針對學生在實驗中出現的問題，采用提示和設疑的方法讓他們自己動腦筋找出解決方案，促使學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.中學理科實驗教學指導初中物理分冊[M].南京：江蘇科學技術出版社,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研究第二期課題“中小學理科教師實驗技能培訓及考核的實踐研究”(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，揚州市教育科學研究院副院長，揚州大學碩士生導師，主要研究中學物理教學.