英國GCSE物理試卷特點分析及對我國物理教學的啟示

張 瑩 桑芝芳

(蘇州大學物理科學與技術學院,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威性考試制度,是英國學生在義務教育階段結束時進行的一種證書考試,主要考查學生在義務教育階段學生學業水平和學校的教學水平,同時還兼顧高一級學校和用人單位等多方面的需求,因此即使學生直接就業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展和完善．就物理學科來說,新版物理考試大綱(以下簡稱新考綱)在2016年頒布并實施,2018年是新考綱指導下的第一次考試.．本文就2018年GCSE物理學科考試樣卷進行分析,以期找出GCSE物理試題的特點,為我國物理教學提供參考．

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證書認證等級的最終依據．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證的影響．但是,這種考試方式也有弊端,加大了學生最終考核的壓力．

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,每一部分有基礎卷和提高卷,學生任選兩卷之一進行考試;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張試卷考核所導致的直接結果就是單張試卷考試內容增多,考試時間加長,因此對于學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行歸納總結,結果如圖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物理學科要求學生都具備一定的語言表達能力和計算能力．簡答題在提高卷中的占比較之在基礎卷中更多,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生得分的偶然性,也可更深刻地考查學生對于物理知識的理解,同時考查學生的語言表達能力．這種考查趨勢也是由GCSE證書的職能所決定的,GCSE證書不僅作為升學的憑證,也是學生步入社會的就業憑證,良好的語言表達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、注重考查學生的語言表達能力已成為GCSE物理考試的一大特色．

1.3 試卷內容分析

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

據圖2可知,無論是基礎卷還是提高卷,力學部分知識占比最大,這表明GCSE考試注重學生基礎物理知識的學習,關注知識的實用性;原子物理學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生構建比較完整的物理知識體系,既可以為將來升學學習深層次的物理奠定基礎,也可以為學生將來進入各行各業做準備．根據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常現象,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是一名學生蹦極前后的示意圖．蹦極的繩子原長為20.0 m,學生的質量為50 kg,重力常數g取9.8 N/kg．

(1) 寫出重力勢能與質量、高度和重力常量之間的關系．[1分]

(2) 計算學生從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%轉化為動能,當下降了20 m時動能增加了多少? [1分]

動能=________.

(4) 計算學生下降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是相似的,計算彈力繩的彈性系數,請使用物理公式表中的正確的公式．[3分]

彈力系數=________N/m.

此題是物理1提高卷的第5題,考查了機械能的相關知識．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生思維的情況,更加符合學生的思維方式,與按知識模塊編排的教材相對應,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,多數計算題可一步解答,且對于工具性的公式會選擇、會應用即可,不要求學生全部記憶,側重于學生對于各物理量的理解,考查學生的物理知識,不在記憶公式和數學計算的層面給學生挫敗感,避免降低學生對于物理課程的興趣,同時也減小了學生學習物理的壓力．

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,無論是鄉鎮學生還是城市學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系．

圖5 彈簧伸長量與外力關系圖

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,請使用物理公式表中的正確的公式．[3分]

彈力系數=________;單位________

③ 3個相同的電阻并聯,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個彈簧共同承擔總的外力．考慮這種相似性,當每個彈簧伸展0.25 m時,通過圖5的數據求胸部擴張器上人所用的總力．[2分]

總力________

圖6是一個學生在做引體向上．

圖6 引體向上示意圖

學生每做一次引體向上時,他都會垂直向上抬起身體0.40 m,這個學生的體重是65 kg,他可以在60 s內完成12次引體向上．計算此學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,這些情境都是現代生活中常見的,學生所熟悉的,且與所考查的物理知識密切相關,不是為了情境而設置情境,設置的情境親切、自然、真實．

2.5 GCSE考試關注學生知識的建構和物理思維的培養

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

例題3. 1929年,天文學家埃德溫·哈勃觀察到正在遠離地球的星系所發出的波長比預期的要長．

圖7 哈勃計算結果

(1) 這個發現被命名為什么?[1分]

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

圖7是哈勃計算的結果．哈勃的結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系?[1分]

(3) 哈勃的觀察結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離地球以及其他星系．

圖8展示了一名學生用氣球模擬宇宙擴張的做法．在氣球上標出一些點表示星系,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點和一個缺點．[2分]

優點:________________________________________

缺點:________________________________________

在20世紀50年代,關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域,從那時起,宇宙一直在擴張．

(4) 哈勃的觀察結果支持了理論1和理論2的哪個方面．[1分]

(5) 現在很多科學家認為理論2是正確的,寫出是什么原因導致科學家們開始思考理論1是錯誤的．[1分]

GCSE物理試題體現了GCSE物理教學重視學生知識的建構,學生知識建構的思維過程與科學家發現現象總結理論的過程具有相似性,且通過模型的建構更能夠增強學生對于知識的理解和應用．從科學家發現問題、解決問題的過程來考查學生對于物理知識的掌握,符合學生的認知過程．紅移理論不僅是空間物理的重要知識點,更是考查學生科學思維發展的良好載體．通過宇宙起源理論,側面考查學生對于科學方法和科學理論發展的了解;通過氣球模擬宇宙擴張這一物理模型,考查學生對于使用模型解決問題的能力;通過考查科學家理論發展的過程,體現學生批判性精神的發展．由此可見,GCSE物理關注學生物理知識的建構和學科思維的培養．

2.6 GCSE物理試題注重學生語言表達能力的發展

圖9 動圈式揚聲機的一部分

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

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化聲波的．[6分]

評價標準:(1) 沒有相關內容[0分]；(2) 有相關內容,但比較零散無邏輯性[1-2分]；(3) 寫出了很多相關內容,但是并不準確,寫出了揚聲器與聲波之間的聯系[3-4分]；詳細闡釋了電流的變化與聲波壓力變化之間的聯系,具有邏輯性[5-6分].

根據評分標準可知,只要學生能答出與考點相關的物理知識就可以得分,表達流暢的學生將得到更高的分數．這種考查方式有兩個優點: (1) 有些學生物理學習很好,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,則可能會限制該學生物理成就的發展,但是采用學生表述的方式考查,且要求寬松的情況下就不會打消學生物理學習的積極性; (2) 表達能力高的學生也能充分發揮自己的長處,一般來說,表達能力高的學生理解能力也不會差,所以也從側面考查了學生的理解能力．

3 GCSE試題對我國物理教學的啟示

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物理試題的獨特優勢．GCSE物理考試大綱所規定考察的內容基本涵蓋了經典物理的所有知識模塊,有利于學生形成較為完整的物理框架．同時,GCSE物理教學關注學生知識的建構和學生物理學科素養的培養,這種教學方式和培養方式值得我們學習．

此外,豐富的物理試題情境的創設也值得我們借鑒．創設物理物理情境切忌憑空捏造,而應從實際生活中提煉出物理情境,這樣的情境創設才是有意義的．同時,通過大量的圖、表來幫助學生理解,不玩文字游戲,不在數學層面限制學生物理水平的發展,關注學生對于物理知識的理解,這種考查方式應該引起我們的思考．