強化物理實驗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

目前對學(xué)生物理實驗學(xué)習(xí)能力的考查以紙筆測驗為主,如何命制基于核心素養(yǎng)的實驗筆試題,實現(xiàn)對學(xué)生綜合能力的全面考查，是我們應(yīng)當重點關(guān)注的問題,筆者以IGCSE試題和國內(nèi)中、高考實驗試題為樣本,總結(jié)出中學(xué)物理實驗筆試題的命制策略,為中學(xué)物理實驗教學(xué)提供參考。

2 細化實驗考查目標,增強實驗試題的針對性

基于普通高中課程標準中對科學(xué)探究的要求,筆者分析了高中物理學(xué)生必做實驗,借鑒英國IGCSE物理考試大綱對實驗探究能力的要求,將中學(xué)物理實驗技能劃分為六大類,對于每項具體的實驗技能，根據(jù)學(xué)生身心發(fā)展規(guī)律劃分為若干個層次水平(如表1)。

表1

續(xù)表

在命制實驗筆試題時,針對各項細分的實驗技能考查點，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)生通過分析試卷可以清楚地認識到哪一部分的技能訓(xùn)練還不到位,并有意識地加強該部分實驗技能的訓(xùn)練,使得實驗技能考查和評價更具科學(xué)性和可操作性。教師在教學(xué)過程中也應(yīng)注重學(xué)生身心發(fā)展的規(guī)律,循序漸進,引導(dǎo)學(xué)生從低水平的技能邁向高水平的技能,同時注重因材施教。

3 創(chuàng)設(shè)實驗情境,培養(yǎng)實驗技能

對于物理課程標準規(guī)定的學(xué)生必做實驗,教師往往花較少的時間指導(dǎo)學(xué)生完成實驗后,緊接著做大量的實驗試題訓(xùn)練,通過訓(xùn)練來強化相關(guān)實驗的操作注意點、技能性知識,很多學(xué)生就算沒有真正進行實驗操作,考試時也可以根據(jù)知識點的記憶完成實驗筆試題。而實驗考核的最終目的是“克服黑板上講實驗，教室里背實驗”的現(xiàn)象,因此在實驗筆試題命制的過程中應(yīng)盡可能多地給學(xué)生創(chuàng)造現(xiàn)場實驗操作的機會,學(xué)生利用學(xué)具和簡單的考場設(shè)備，進行簡單的現(xiàn)場操作,不僅考查了學(xué)生的實驗技能,增強了學(xué)生的實驗意識,而且引導(dǎo)教學(xué)注重實踐能力的培養(yǎng),充分發(fā)揮紙筆測驗對學(xué)生實驗技能的考查功能。

圖1

例1(IGCSE試題):測量玻璃的折射率。

(1)ABCD是一個透明玻璃,最大的面朝下,放在紙上。

① 在AB邊的中點畫法線,標記法線與AB相交點為E,在玻璃磚的輪廓外、法線上距離E點正上方4.0cm處標記一個點N。

② 在法線的右側(cè)畫線段NF,與法線夾角為20°,與AB相交的點為F,在圖中標出F點，測量并記錄線段NF的長度a。

(2) 將P1、P2兩枚大頭針放置在過NF的直線上,透過玻璃磚的CD面觀察P1和P2,直到P2擋住P1的像。再在觀察的這一側(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 畫出連接P3和P4的直線,與CD的交點記為G。

② 畫出線段GF,其延長線與法線的交點記為H。

③ 測量并記錄FH的長度b。

④ 利用公式n=b/a，計算玻璃的折射率n。

(3) 提出你在這個實驗中應(yīng)采取的措施,以獲得盡可能準確的讀數(shù)。

點評:通過創(chuàng)設(shè)用插針法測量玻璃折射率的實驗操作情境,讓學(xué)生根據(jù)提供的實驗操作步驟在試卷規(guī)定的圖中描點、畫線、測量,最終根據(jù)公式計算得出結(jié)果,并提出減小實驗誤差的方法,教師則根據(jù)提交的光路圖中各條線的繪制質(zhì)量以及計算結(jié)果的準確性對學(xué)生進行評分，考查了學(xué)生現(xiàn)場實驗操作技能,并引導(dǎo)學(xué)生和教師注重實驗技能的培養(yǎng)。

4 突出考查實驗操作細節(jié),規(guī)范實驗操作過程

學(xué)生在進行實驗的過程中往往只滿足于得到數(shù)據(jù),會忽視重要的細節(jié)，比如一般測量工具使用前需調(diào)零,電學(xué)實驗中連接電路時開關(guān)應(yīng)處于斷開狀態(tài),實驗結(jié)束后整理實驗儀器,插針法測量玻璃的折射率實驗應(yīng)當使用針腳較細的大頭針、兩針之間間隔適當、確保針是垂直插進。

實驗細節(jié)稍不注意,實驗結(jié)果就會產(chǎn)生很大差異,學(xué)生關(guān)注實驗操作細節(jié)的能力并不是一蹴而就的,需要在具體的實驗操作過程中慢慢培養(yǎng)。只有真正做過實驗的學(xué)生才會深刻地認識到這些實驗操作細節(jié)的重要性，并能準確作答,對實驗細節(jié)應(yīng)該重點考查,以增強學(xué)生的規(guī)范操作意識以及安全的意識,對教師的教學(xué)也會起到很好的導(dǎo)向作用。

例2(IGCSE試題):研究重物對附在彈簧測力計上的米尺的影響(如圖2)，在本實驗中,為什么在米尺上放置水平儀不適合檢查米尺是否水平?簡要描述如何檢查尺子是水平的，你可以畫一張圖來說明。

圖2

點評:該實驗的關(guān)鍵就是調(diào)節(jié)彈簧測力計直至米尺處于水平,通過考查實驗操作中如何使米尺處于水平這一細節(jié),引導(dǎo)學(xué)生反思水平儀不適用的原因，規(guī)范學(xué)生的實驗操作,可以在米尺上取兩點,測量這兩點與工作臺之間的距離是否相同,或選取適當?shù)乃絽⒖肌⒄_使用三角板等,在實驗筆試題中注重考查學(xué)生的實驗操作細節(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)實驗,優(yōu)化實驗技能考查

對于基礎(chǔ)實驗或課本上的實驗，學(xué)生能理解其實驗原理,應(yīng)避免機械重復(fù)的測試,在命制實驗筆試題時，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,重點考查學(xué)生的誤差分析與處理技能、對實驗的改進與創(chuàng)新建議、解釋和表達交流結(jié)果的能力等。另一方面以學(xué)生必做實驗等為原型,對課本實驗進行二次開發(fā),在貼近教學(xué)實際的同時，設(shè)計探究性實驗，重點考查學(xué)生基本的實驗技能,而不僅僅是對實驗方案和實驗原理的理解。在此情境下學(xué)生需要聯(lián)系做過的基本實驗,在思維方式上進行遷移,利用已掌握的技能解決問題。教師在教學(xué)中要注重舉一反三,觸類旁通,幫助學(xué)生實現(xiàn)知識和技能的遷移,使其知識結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)化,使學(xué)生認清事物的本質(zhì)和規(guī)律,提高解決問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所需的時間縮短。學(xué)生可用的儀器為:溫度計、250mL的燒杯、250mL的量筒、石棉網(wǎng)、鐵架臺等。

(1) 列出你所需要的額外儀器。

(2) 簡介研究思路。

(3) 說一說要控制的關(guān)鍵變量。

(4) 設(shè)計記錄數(shù)據(jù)的表格。

(5) 解釋如何通過你的數(shù)據(jù)得出結(jié)論。

點評:以初中生必做的水的沸騰實驗為原型,設(shè)計了使用蓋子能否將燒杯中的水加熱到沸點所需的時間縮短這一探究性實驗。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,進行定量測量,在該實驗的設(shè)計過程中，學(xué)生需要把選擇實驗儀器的技能、設(shè)計實驗方案的技能、構(gòu)思實驗步驟的技能、圖表的繪制與數(shù)據(jù)處理技能遷移到新的實驗中,以解決問題。

6 設(shè)計多樣的題型,考查實驗技能

對于某項實驗操作技能,以不同的方式進行設(shè)問,得分情況就會有很大差異。就“實驗電路連接前,開關(guān)應(yīng)處于斷開狀態(tài)”這一操作細節(jié)的考查而言,如果以填空題的方式進行設(shè)問,很多學(xué)生都會做出來,但是如果讓學(xué)生在實物圖中找出實驗操作中存在的錯誤,可能得分就會大打折扣,因為第一種方式考查的是學(xué)生的認知再現(xiàn),是記憶能力。而第二種方式是將細節(jié)放在具體的實驗情境中進行考查,考查的是學(xué)生在實驗中表現(xiàn)出的技能,達到了實驗筆試題考查的目的,因此在實驗題命制過程中應(yīng)創(chuàng)設(shè)真實的問題情境,給學(xué)生以充分的表現(xiàn)機會。

例4:關(guān)于擺長測量的考查，可有以下3種方式。

(1) 測出圖3中單擺的擺長。

圖3

圖4

(2) 測出圖4中單擺的擺長。

(3) 單擺的擺長是指( )。

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

點評:以上是教師出卷時可能用到的三種不同考查方式,若是給出圖3,很多學(xué)生會將繩長誤認為擺長進行測量；如果教師已經(jīng)在圖中標出長度L,幾乎所有的學(xué)生都知道L就是要測量的擺長；如果是以選擇題的形式考查,命題教師在選項中給了暗示,學(xué)生根據(jù)往常的解題經(jīng)驗，也會知道擺長指繩子頂端到小球中心的長度。很明顯第一種考查方式更能考查出學(xué)生對于擺長的理解,因此在實驗筆試題的命制過程中應(yīng)針對要考查的具體的實驗技能，選擇合適的題型,考查學(xué)生的實驗技能。

7 結(jié)語

中學(xué)生物理實驗技能的培養(yǎng)需要在具體的實驗操作過程中進行,實驗筆試題的命制應(yīng)在細化實驗考查目標的基礎(chǔ)之上,創(chuàng)設(shè)良好的實驗操作情境,突出實驗操作細節(jié)的考查。充分利用基礎(chǔ)實驗,拓展實驗技能的考查，并以基礎(chǔ)實驗、課本實驗為原型，開發(fā)探究性、設(shè)計性實驗，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)生實驗技能的培養(yǎng),充分發(fā)揮考試的育人功能和導(dǎo)向功能。