2008—2016年江蘇高考物理實驗試題量化分析及啟示

丁冠鋒 陸建隆

(南京師范大學教師教育學院,江蘇 南京 210046)

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2008—2016年江蘇高考物理實驗試題量化分析及啟示

丁冠鋒 陸建隆*

(南京師范大學教師教育學院,江蘇 南京 210046)

從布魯姆的學習目標分類、江蘇省學業水平測試考試說明中對實驗探究能力的要求兩個角度對2008—2016年江蘇高考物理實驗題做定量化統計分析．發現高考實驗試題變化從知識為本到以能力為本,更加注重學生的綜合實驗素養,向考查學生核心素養邁進．由此筆者提出,部分一線教師急需改變只教學生知識的教學觀;抓住高考命題規律,摸索提高實驗?？碱}質量,努力做到?？季砼c高考卷無縫接軌;考生在物理實驗學習和復習中要重視動手和分析應用能力提高．

高考物理江蘇卷;物理實驗試題;量化統計;實驗教學建議

1 引言

在物理高考中,歷來對考生物理實驗技能和實驗探究能力的考查非常重視．一線教師和研究人員對高考物理實驗題的研究取得了很多成果．在中國知網對“近年來高考物理實驗”相關文獻搜索、閱讀、比較發現,研究結果有以下特點: (1) 在實驗題考查特點分析方面有3類: ① 采用題型、知識點、考查要點分布情況統計加定性描述特點; ② 結合特定例題展開分析; ③ 結合前兩者進行系統分析．(2) 在提出建議方面有兩類: ① 面向高中(教學啟示和復習建議、教學價值取向等); ② 面向高校(師范生素質培養)．(3) 在研究方法上有兩類: ① 對某一地方高考試卷多年試題的縱向分析; ② 對幾個地方同一年或同幾年的橫向比較研究．筆者發現,在諸多的研究中,統計的維度比較單一,模式相對固定,研究多為定性,就是定量也限于表層的定量．本文以高考物理江蘇卷2008—2016年的實驗試題為樣本．在設計幾個指標維度基礎上,進行統計分析．在得到定量化結果基礎上,對進一步提高物理實驗教學質量提出一些建議．

2 2008—2016年高考物理江蘇卷實驗題的統計分析

在中學教學里,很多教師并不是特別明確對于一個知識點到底要讓學生把握到什么程度．為了最佳的效率,教的太深和太淺都不如意．考試大綱中雖然規定了每個知識點的教學要求,但就像少許、適量等模糊量詞的使用一樣,很難實實在在地形成明確的“量”的概念．布魯姆的學習目標分類學,從學習內容和學習過程兩個維度劃分學習目標類型,[1]提供了很好的借鑒．另外,考試大綱對于實驗能力的測量目標也是量化研究的重要部分．下面嘗試通過這兩大類對2008—2016年江蘇高考物理實驗題進行統計,初步探討如何對知識點把握更透以及增強教學活動目標指向性．

2.1 基于布魯姆學習目標分類的統計

在學習內容上,實驗現象和代入數據計算可歸為事實性知識[例如2008年第10題第(1)問:讀螺旋測微器測量的導線的示數];物理概念與規律可歸為概念性知識[例如2009年第11題第(1)由紙帶求小車加速度的問題涉及加速度的概念];實驗操作步驟(如選擇儀器、作圖等)可歸為程序性知識[例如2013年第10題第(3)關于結束實驗后整理儀器的順序問題];對實驗結果的分析和反思可歸為策略性知識[例如2016年第11題第(4)問改進建議]．[2]根據這樣的分類維度,對2008—2016年江蘇高考物理實驗的61個問題分類統計如圖1．(注:61個問題為2008—2016年江蘇卷所有實驗題小題個數總數,即每個大題下的每一小問,但一問中有兩空的涉及知識類型相同,不單獨計數,仍算作一個小問．)

從圖1中可以很明顯地發現,程序性知識和策略性知識的絕對數量是事實性知識和概念性知識的2.5倍還要多．在以筆試為唯一選拔方式的普通高考中,程序性知識和策略性知識更能夠考查學生對實驗儀器的操作能力和對實驗方案的分析設計能力,自然受到命題者的青睞．這就要求一線教師在保證課程進度的同時,盡可能多地讓學生去實驗室或者其他場所親自動手實驗,練就過硬的分析、解決問題能力,而不單純記住實驗的內容、步驟等所謂的套路．同時,我們還應注意到,事實性知識和概念性知識這種簡單基本的問題不應忽視,雖然占的比重小,但卻是每年實驗必不可少的重要組成部分．

圖1 4個知識維度對應題目數分布情況

再對每年每一類知識維度對應的題目數占當年所有題目數的百分比按年份變化趨勢得圖2和圖3．

圖2 4個知識維度對應題目數占當年題目總數百分比

圖3 4個知識維度對應題目數占當年題目總數百分比堆積面積圖

分析圖2可以發現,從2008到2016年,事實性知識和概念性知識所占的比重在波動中總體下降;程序性知識和策略性知識則不斷的在波動中上升,并在近3年保持較高水平．說明高考實驗對學生的要求從偏向對基礎事實和物理概念的考查逐漸變為偏向對學生的實驗操作和分析反思能力的高層次的考查．這對于教學來說,就要求一些教師必須改變只教學生物理知識的做法,而要教學生解決物理問題的能力．這也是從“教學”向“教育”,從以知識為本,到以學生為本的觀念轉變．

進一步分析得到圖3,圖中每一知識維度所對應的不同陰影面積表征了各知識維度所占的比重．可以看到,2008—2016江蘇卷實驗題變化大致分為3個階段．第一階段,高知識比階段,在這一階段,試題非常注重學生的物理概念和知識考查．第二階段,探索轉型階段,此階段內不斷摸索調整各個知識維度的比重分配,對能力要求更高的程序性知識和策略性知識考查開始增加,但不穩定．第三階段,高能力素養階段,2014—2016年3年,4個知識維度的比重趨于平穩,既強調高考對學生綜合素養的高要求,同時又保證對基礎物理知識概念的考查,比例合理．在如今又提出核心素養的時代,這樣的實驗題結構更能夠成為高考命題的標準和規范．

為了具體說明這樣的變化趨勢,筆者結合2008年,2013年和2016年3個年份的江蘇卷實驗題來進行補充說明．2008年:第10題第(1)問測量示數題屬于事實性知識;第10題第(2)問由數據得到電阻R與截面積S關系屬于概念性知識(電阻的影響因素);第10題第(3)問代入數據計算屬于事實性知識;第11題第(1)問由動能定理和平拋運動規律得出關系屬于概念性知識;第11題第(2)問作圖屬于程序性知識;第11題第(3)、(4)問分析圖像,分析誤差屬于策略性知識．所以2008年4個知識維度的比例為:事實性知識:概念性知識:程序性知識:策略性知識=2∶2∶1∶2．到2013年該比例為0∶1∶4∶3．其中對實驗的操作和實驗儀器的選擇這類程序性知識考查比重很大,再加上減小實驗誤差和推導說明斷電磁性消失需要時間對實驗結果影響問題等策略性知識,可以看到探索轉型階段對程序性和策略性知識的高度追捧．最后來看2016年,對應比例為1∶1∶3∶2．在保證了高能力要求的程序性知識和策略性知識的較高比重的同時,又保證了較為基礎的事實性和概念性知識都有涉及．這樣合理的比例既考查學生對基礎知識的把握,又充分地通過筆試形式測試學生的實驗操作能力．另外再通過考查學生發現問題并運用知識解決問題以及提出改進實驗的建議,對學生的能力可謂是全方位的測試．

2.2 基于實驗探究能力要求的統計

遵循江蘇省普通高中學業水平測試說明中的實驗探究能力要求,我們把對高考物理實驗測試的要求記為A、B、C、D 4類,分別如下:

A類——能夠獨立完成大綱所要求實驗內容,明確實驗目的,理解實驗原理和方法,控制實驗條件;

B類——會使用實驗儀器,會觀察、分析實驗現象,會記錄、處理實驗數據,并得出結論,對結論進行一定的分析和評價;

C類——能在實驗中,發現問題、提出問題,對解決問題的方式和問題的答案提出假設;能制定實驗方案,對實驗結果進行預測;

D類——能運用已學過的物理理論、實驗方法和所給的實驗儀器去解決問題,包括簡單的設計性實驗．

以上為第一維,再將常規實驗儀器(考試大綱中要求的最基本的實驗儀器)與非常規實驗儀器(基本實驗儀器的改裝和組合而成的儀器)作為第二維．如“A類—常規”表示以常規實驗儀器為背景考查A類能力問題;“B類—非常規”表示以非常規實驗儀器為背景考查B類能力問題,其余依此類推．統計情況如表1．

表1 4類能力要求與實驗器材類別二維統計表

分析表中數據可以看到,實驗儀器操作和實驗數據處理分析能力的考查最多.這反映出高考實驗對學生動手能力的考查通過筆試的形式盡可能多的體現．因為如果單純記憶實驗的內容而非親自操作,很容易在這上面模糊、糾結從而失分．另外,非常規實驗器材對于問題的分析和解決能力的考查值得關注．這一類問題難度適中,又很好地考查了學生對于基礎實驗的遷移運用,富有靈活性．值得說明的是,表1得到的結果與前面4個知識維度的統計結果是相輔相成的,并不矛盾．實際上,A、B類能力考查的是事實性知識、概念性知識和程序性知識以及部分分析數據的策略性知識．C、D類能力考查的是主要是策略性知識．也就是說表1的結果說明的是試卷難度狀況而不是單純的知識能力比重問題．由表1的總計一列,我們可以看到像D類這種考查學生設計實驗解決問題的高難度問題所占比例最低,這也是命題者考慮了學生答題時間和試卷難度分布多方面因素的結果．

3 啟示

3.1 在高中物理實驗教學與復習中著力提高學生的綜合實驗素養

高考實驗已經從注重考查實驗原理的知識兼帶小部分解決問題能力轉變為注重考查應用基礎實驗原理發現解決問題并設計改進實驗的全方位綜合實驗素養．筆者認為： 教師可以(1) 充分認識到訓練學生動手操作能力和發現問題、解決問題能力的重要性,在教學過程中可以通過精心設計,故意設置問題讓學生去發現、去解決,有意識的去培養這方面的能力．比如,在做“驗證力的平行四邊形定則”實驗時,有的學生提前預習過實驗內容之后,覺得得出正確結果理所當然．這時教師在實驗教學時,可以有意挑選幾組換成示數有誤的彈簧測力計．學生在得不到正確的實驗結果而困惑時,教師再予以啟發,讓學生試著從實驗原理有誤、實驗儀器故障等方面解決出現的問題．這樣,學生真正經歷了實驗中問題的發現、解決和改進的環節,能更充分地理解實驗每一步的作用; (2) 鼓勵學生多利用身邊的日常用品,自己設計課標中要求的實驗．取材于生活的實驗在做的過程中會遇到很多問題,如誤差較大、器材不標準等．得到的結果往往沒有在實驗室中做實驗來的精確．但正是這樣,學生更能夠發現問題,想辦法去解決,提高實際動手能力,并能讓學生感到物理學有所用; (3) 盡量不使用虛擬實驗室或者虛擬現實的產品．高度發達的科技確實為教學帶來了進步和方便．但是用軟件代替實驗帶給學生的感受不如真實實驗器材直觀豐富,模擬實驗通常都是理想的實驗模型,對于學生發現問題解決問題效果甚微．

3.2 切實提高實驗?？碱}質量,實現與高考卷的無縫對接

高考模擬卷是考生熟悉高考試題特點,最后沖刺高考的重要部分,要能為考生提供正確的方向指引．高考模擬卷中的實驗題應在命題思想與要求上與高考卷保持高度一致．在對高考實驗題的規律和特點有了一定把握后(尤其是近3年實驗題結構平穩),可在經驗的基礎上摸索規范化的實驗?？碱}的命制標準．比如形成一套科學的命題體系,建立實驗模考題庫,按照每個知識維度,能力考查的不同要求篩選題目．題目可以每年更新,但是類型可保持穩定．命制實驗?？碱}時按比例隨機抽取題目．考生永遠都不能被作為實驗品,需要對試卷進行更深入的研究,對試卷的反饋和效果進行更深入的研究,逐漸形成一套有理有據的規范化命題體系．從而減小實驗模考題與高考卷的偏離,實現與高考卷無縫對接．

3.3 刨根問底,溯源拓展

對于高考實驗題的技能主導,基礎為輔的形勢．考生首先在意識上要重視實驗對于物理學習的重要性,自覺追問實驗的歷史發展過程和由來,構建網絡化知識體系．其次應避免以實驗習題代替實驗操作．面對高考實驗逐漸將實驗操作過程筆試化的趨勢,單純通過實驗習題甚至專題強化突擊的方式必然收效甚微．實驗操作中的問題發現解決意識,以及實驗方案的改進設計能力是習題訓練不可能得到的結果．最后考生無論是在實驗室中還是日常生活中實驗,都要主動探索,積極思考,發現問題后通過各種可能的途徑(網上查閱資料,與同學、老師交流等)尋找解決方式．對認為不合理或者可以優化的實驗進行方案設計和驗證實施,不求結果都完美．關鍵在這一系列過程中恰恰鍛煉了交流合作,提出問題,解決問題,改進設計等能力．不僅符合高考的考查目標,也提高了自身的科學素養．

1 L·W·安德森等編著,皮連生主譯.學習、教學和評估的分類學——布魯姆教育目標分類學修訂版(簡縮本)[M].上海:華東師范大學出版社,2008.

2 馬艷華,魏國強.物理實驗試題的結構與情境[J].物理教學,2015,37(6):27-29.

3 江蘇省教育考試院.2016年江蘇省普通高中學業水平測試(選修科目)說明[M].江蘇教育出版社,2015.

4 左祥勝.高考物理實驗復習應回歸何處——近5年江蘇高考物理實驗試題的分析與思考[J].物理教師,2013,34(8):81-83.

5 孟芳.全國20年物理高考實驗試題的分析[D].重慶:重慶師范大學,2010.

6 曹先臣,陸建隆.對江蘇省高考物理卷研究的回顧與探索[J].物理教師,2013,34(11):4-6.

2016-11-12)

* 通信作者，email:jllu@163.com.