IBDP物理測評體系特色與近6年測評卷量化分析

潘藝方 陸建隆

(南京師范大學教師教育學院,江蘇 南京 210046)

1 IBDP及其物理學科測評體系概要

1.1 IBDP課程體系

IBDP(International Baccalaureate Diploma Programme),全稱“國際文憑大學預科項目”,是國際文憑組織(IBO)為全球16～19歲學生開設的一種國際課程,對應于我國的高中階段.在眾多國際課程中,IBDP以其高水平的學業標準而成為國際教育領域公認的領頭羊.[1]近年來,教育國際化特征日趨明顯,以AP、IBDP為代表的國際課程體系也在相繼開設,主要面向計劃出國上大學的學生群體,在我國的授課語言為英語.通過IBDP課程考核的學生也被認為是“國際性公認的高校選拔人才”.[2]

IBDP的課程體系由6大學科組構成,分別是母語與世界文學(Language A1)、語言B(Second Language)、個人與社會(Individual and Societies)、實驗科學(Experimental Sciences)、數學和計算機科學(Mathematics and Computer Science)、藝術(Arts).每個學科組由若干課程組成,所有課程均分為高等級科目Higher Level(HL)和標準等級科目Standard Level(SL)兩種要求,其主要差異體現在內容和能力要求兩大方面.以物理課程為例,HL與SL等級需要共同學習IBDP物理的核心內容,且其中HL的能力要求更高;此外,HL等級學生還需學習附加內容,也列入考核要求. 兩等級的選學內容也不同.根據IBDP課程體系的要求,每位學生需要從各學科組中各選一門課程學習,其中3門HL,3門SL.學生選擇HL等級課程,修讀并通過考核,進入大學后可以直接抵扣對應本科課程的學分.

1.2 IBDP物理學科測評體系

在IBDP課程體系中,物理是“實驗科學”學科組中的一門學科. 根據IBDP課程的選課要求,物理并不是IBDP學生的必選科目,但學生必須選擇一門實驗科學.

IBDP物理課程測評分為外部評估和內部評估兩大部分.外部評估以紙質試卷形式展開,其考試分為3場,分別為試卷1、試卷2、試卷3,其分別具有不同的考核內容和題型,且SL與HL等級略有差異.考試每年進行兩次,分別在5月和11月.內部評估是由任課教師對學生的實驗操作和實驗報告進行綜合評價后打分,再由專門協調員控制分數.關于測評體系的一些信息如表1、表2所示.(表中非選擇題的題量指的是大題數)

表1 IBDP物理SL等級測評體系組成

表2 IBDP物理HL等級測評體系組成

內部評估是IBDP項目最有特點的評價形式,它避免了一次考核決定成敗的弊端,將考核重心移到了平時的學習表現,既從一定程度上規避了紙質測試偶然性的影響,又能真正高度體現對學生實驗素養的考查,符合第4學科組“實驗科學”的要求.[3]

1.3 IBDP物理測評試卷(外部評估部分)特色

(1) 試題凸顯了廣泛的基礎性.以SL卷1為例,題量多達30題,但其考核深度較淺,基礎性的體現非常突出,往往只考查一個具體的知識點,而無需經過分析計算.卷2的部分非選擇題把“選”出概念上升到“說”出概念,仍未脫離基礎性的考查.觀察例1說明.(以下例題將直接給出譯文)

例1.(2016年5月SL卷1第11題)以下哪個不屬于理想氣體動力學模型的基本假設?

(A) 氣體中所有粒子的質量相同.

(B) 氣體中所有粒子的運動速度相同.

(C) 粒子間碰撞持續時間非常短.

(D) 粒子與容器壁的碰撞是彈性的.

本題屬熱力學部分,在我國高考中更多考查的是分子勢能圖像、氣體做功等知識,但IBDP中此問直接針對最基礎的理想氣體動力學模型設置,是考查基礎性的體現.

(2) 試題注重圖像表達與描繪.以2015年5月SL卷1為例,30題中有11題涉及圖像的理解和分析,其中2題的選項即為圖像.在基礎性突出的IBDP卷中,這一比例并不低.在卷2、卷3更有大量作圖題,且形式多樣,如根據已學物理規律作圖、根據計算結果作圖等.例如:

例2.[2015年5月SL卷2第4題(d)(i)]在圖中大致作出描繪核子數與平均束縛能的關系圖像.

本題是一道作圖題,與高考作圖題基本集中在實驗數據處理方面不同,本題是根據原子物理與核物理模塊的已學知識直接作圖,同時也是對知識規律的理解能力進行考查.

(3) 非選擇題中的純計算題一題多問、淺入深出、區分度良好. IBDP物理卷中的一道純計算題,一般包含3～6小題不等,且每個小問之間有極強的關聯性和導向性.宏觀地看,其分析要求適中,且體現出良好的區分度.

圖1

例3.[2015年5月SL卷2第5題(f)]一個閉合電路由一個24 Ω的電阻和一個可調電阻R并聯而成.電源電動勢為12 V,內阻為11 Ω.當外電路電阻值等于電源內阻時,電源能向外電路提供最大的輸出功率.

(i) 確定電源能提供最大的輸出功率時,可調電阻R的值.

(ii) 計算在(i)的條件下,電壓表的讀數.

(iii) 計算當電源向外電路提供最大輸出功率時,電路消耗的總功率.

對于本題,值得一提的是,解決問題的關鍵結論是題干中給出的;事實上該結論需要對電路列出輸出功率表達式后討論極值而得到,這從一定角度降低了本題的分析要求.同時,3個小問的設計環環相扣,梯度適中,做到了淺入深出.

(4) 非選擇題中還有一類題將概念考查、現象解釋、分析評價有機結合,具有覆蓋面廣、設問形式多樣的特色.IBDP物理卷2、卷3的題型均為非選擇題,其中有大量的諸如闡述定義、描述現象、解釋原因、評價方案類題,各種問法遍及物理情境的方方面面,不僅考查維度全面,還保留了一定的主觀性,在保證作答科學性的基礎上,給以考生足夠的發揮空間.例如:

例4.(2016年11月SL卷2第3題)

(a) 定義內能.

(b) (i) 描述理想氣體與真實氣體內能的差別. (ii) 略.

(iii) 理想氣體的分子動理論是科學模型的一個典例.試說明科學家認為這些模型很有用的一個原因.

本題所選取的幾個小問均要求考生用文字作答,是IBDP物理卷非選擇題特色之一,其形式上完全不同于我國高考中熱門的純計算大題,部分題中的要求卻又不低于分析計算,做到將能力考查、試題主觀性、區分度結合于一體.

2 近6年IBDP物理測評卷的量化分析

對于這一特色鮮明、大不同于國內高考的國際測評體系,要服務于我國當前高中物理教學現狀、高考試題命制等,還需更細化的分析和思考.為此,筆者選擇近6年(2013～2018年)的6套IBDP外部評估試卷(取每年5月卷)作為樣本,考慮到SL等級的內容更貼近我國高考,故選其SL卷,以試題考查內容、能力結構和非選擇題題型結構的維度,展開了數據采集和統計,試圖探討IBDP物理測評卷的參考價值.

2.1 對IBDP物理測評卷考查內容的量化分析

考查內容是建立在考綱基礎上確定的,IBDP物理考綱顯示,SL等級學習與考核的內容分為核心內容與選學內容.核心內容包括以下8個模塊:物理測量與不確定度、力學、熱學、波、電與磁、圓周運動與萬有引力、原子物理與核物理、能量與能源,均為必考內容;選學內容包括以下4個模塊:相對論、工程物理學、成像學、天文學,在考試中考生只需選其一作答.

IBDP物理考綱中的考核模塊較多,而我國高考試題則凸顯了力學、電磁學為主體的特點,這指引我們對IBDP物理測評卷中各模塊知識考核所占比重展開統計,尋找其中的差異.

在統計時,以每道題的具體分值為計量標準.注意到卷2選做題共有3節(Section),每節分兩大部分(Part),每部分分別考查了一個模塊的知識,考生選擇一大部分作答,總計25分.統計時為顧及選做題規則,在“全卷三節選做題共75分,但只計25分”的事實下,筆者僅在研究層面,以“各選做題選擇情況接近”的假設,將選做題分值乘以1/3(25/75)后計入總分,故以下數據出現部分小數. 此外,在考核內容中增設了“實驗”統計項,統計涉及實驗操作、數據處理與作圖、誤差分析等內容的試題,其內容已包含在其他幾個模塊中,現僅為研究方便將其單獨列出.

對6份試題卷1、卷2進行知識點分類統計(卷3選修內容每個模塊考核分值相同,故不做統計),各部分分值以及占比如表3所示.

表3 IBDP物理測評卷考核內容占比

據表可知IBDP物理測評卷中各模塊知識考核呈如下特點:除力學模塊占比稍多外,其余各模塊分布均勻,均占全卷10%～15%上下,這大不同于我國高考力學、電磁學為主體的特色.同時,雖然IBDP物理測評卷中不含直接的實驗題,但仍有約12.5%的試題將這部分素養的考查融入了各模塊,作為IBDP物理實驗考核中對內部評估的補充.

2.2 對IBDP物理測評卷能力結構的量化分析

能力結構分析一直是各類測試卷統計分析的重要組成部分.統計一份測評卷的能力結構分布,對定位測評卷的類別、功能,評價測評卷的質量和科學性有重要意義.

我國的高中物理課程標準與考試說明中,對物理能力提出了5個方面的要求:理解能力、推理能力、分析綜合能力、應用數學處理物理問題的能力以及實驗探究能力.這恰是統計物理測評卷能力結構的重要依據.以我國考試說明中的要求對IBDP物理測評卷能力結構進行統計,也有利于統計結果更好地服務于我國高中物理的教學與考試.

在統計前,應先根據IBDP物理測評卷特點,進行對5種能力要求的具體界定.定義、概念、模型的考查可歸入理解能力,例如卷2第4題(c)問考查束縛能的含義(取自2015年5月SL卷,下例同);要求以所學知識或題給信息為基礎進行判斷、推理和歸納的問題可歸入推理能力,如卷1第6題根據物體運動情況推測受力情況;而基于復雜分析的計算、原理解釋,可歸入分析綜合能力,如例3第(iii)問;而解題過程中以物理量之間的數量關系、幾何關系或直角坐標圖中的信息等數學知識為主解決的,或是根據題意和一定的分析在坐標系中作出相應圖線的,屬于考查應用數學處理物理問題的能力,如卷1第4題由汽車運動的v-t圖轉化為s-t圖;實驗裝置、實驗操作、數據處理、誤差分析等內容的考查歸入實驗探究能力,例如卷2第1題.

基于以上劃分,同樣以各題分值為統計單位,對近6年卷1～卷3試題的能力結構的量化統計,得到百分比堆積柱形圖如圖2所示.

圖2 IBDP物理SL卷能力結構統計

結果顯示,IBDP物理測評卷中,卷1核心內容選擇題與卷3選學內容非選擇題的能力結構相似,只有較少的題達到綜合分析能力、應用數學處理物理問題能力的考核要求,理解能力與推理能力的考查為主體.卷2則明顯降低了理解能力考核的比例,取而代之的是更多的綜合分析能力與實驗操作能力的考查,結合其題型特點,使卷2總體難度高于卷1、卷3. 于是卷2成為全卷區分度的集中體現.可以看到盡管IBDP物理測評體系存在內部評價,但在卷面上實驗操作能力仍占卷2的13.94%比重.此外,IBDP物理測評卷對應用數學處理物理問題能力的考核遍及了每一套卷,且都占了14%左右的比例,有相當高的要求;雖然這些試題對數學能力的運用形式不同于我國高考,但仍可體現IBDP對考生數學能力的關注. IBDP物理測評卷對比我國高考物理江蘇卷,后者在能力結構上具有理解能力、推理能力各占25%左右,分析綜合能力占20%左右,應用數學處理物理問題的能力和實驗探究能力各占15%左右的特點,[4]與IBDP卷有一定的相似之處,但因兩種卷的題型、內容等方面也存在差異,討論該比例時還需綜合、宏觀地推敲.

2.3 對IBDP物理測評卷非選擇題題型分布的量化分析

談及我國高考物理非選擇題的題型,可分為實驗(填空)題、計算題兩類,實驗(填空)題中也包含部分實驗操作方面的選擇、作圖或是涉及實驗數據處理的計算;計算題每題分為2～3問,且一般難度梯度較大,是全卷區分度的集中體現.而IBDP物理測評卷的每道非選擇題,都是在一個情境之下設置若干個小問題,這些問題從作答要求上可分為文字表達題、計算題和作圖題3種.所謂文字表達題,即要求學生使用一個完整的句子來回答,有時要求闡述一個定理、規律、現象,有時要求解釋某現象的成因、科學地評價某種做法;而計算題是指通過對情境的分析,以公式、定律和題目所給數據、信息為媒介,以運算為主要手段而解決的問題;作圖題包括要求學生在題給的示意圖、裝置圖、坐標圖中按要求補充圖線、描點、畫范圍、趨勢曲線等多種形式.

非選擇題題型的特殊性,就指引了我們對各題型的分布進行研究.筆者對近6年非選擇題進行了各題型的分值、占比統計,結果如圖3所示.

圖3 IBDP物理測評卷綜合題題型分布

可見IBDP物理測評卷非選擇題中計算題、文字表達題都是主體,兩者比例接近,都在全卷非選擇題比例的45%上下,作圖題則占約10%.相比之下,我國高考題中除去選擇題外,連填空題中也有大量實質上的選擇題,實際涉及文字表達的題少之又少,作圖題更是至多出現一問.這與IBDP物理測評卷非選擇題題型結構差異巨大.

3 啟示與借鑒

3.1 進一步提高高考物理卷中知識點覆蓋率,并優化各不同知識點比重

2.1節的量化分析結果顯示,IBDP物理測評卷的考核范圍很廣,且各部分考核的題量分布比較均勻.這意味著接受了IBDP物理教育、參加了相應考核的學生,能夠在中學階段就均衡地學習物理學的諸多領域,達到切實提高自身科學素養的目的.

我國高考受到傳統教學評價的限制,力學、電磁學部分占全卷的約80%,于是學生往往只能深入學習力學和電磁學,導致高中物理課程的學習對學生的培養沒有達到長遠的目標.在2017年高中物理新課標中,選擇性必修課程的增設豐富了物理課程安排的可能性.通過對高中物理教學內容的統籌規劃,結合高考物理卷中知識點覆蓋率的提升以及以往“冷門”知識點考查的比重,可以引導教學走向、使高中物理課堂內容更加全面.筆者認為這樣的課程安排和教學指向,能引導學生學以致用,培養一批具有高科學素養的學生,而不是以應試能力為主的考生.例如,通過高考知識點要求的優化來提高物理教學對熱學、光學等模塊的重視度,同時適當降低力學、電磁學的教學要求,并結合選擇性必修課程的開展增設更多學而不考或選考的課程,在不增加學生學業壓力的前提下逐步實現學生科學素養的全面提高.

3.2 豐富高考題中題型的內涵,優化能力結構,控制難度,提高區分度

從2.3節的統計可以看出,文字表達題是IBDP物理測評卷中的一大重要題型,也是其試卷結構與我國高考區別最大之處.文字表達題具備計算題所不具有的幾個特點——關注細節、更貼近生活、表述邏輯性與條理性等.其設問方式的豐富性、知識點考查和能力層級考核的全面性,凸顯了對考生學科素養更高的要求.

我國高考當前題型結構下,實驗題是設置文字表達題最合適的場所,但每當考試中出現此類填空,得分率往往不高.而教學缺乏對實驗方面問題表達能力的培養,將可能導致高中物理教學導向的偏離,學生只記住了實驗的結論、學會了處理數據和相關計算,卻不知實驗裝置的具體構成、每一實驗操作細節背后的原因.這兩者中,前者更多的是記憶與技巧,但后者往往能代表實驗背后的物理內涵. 此外,我國高考卷大可在計算題中也融入文字表達題的形式,例如對物理情境分析過程的表達、和題設情境有關的解釋現象的問題,來拓展考查面、豐富考核形式,而不局限于列傳統計算題的形式.以應試為目的,只會死記物理概念和規律、只憑題海戰術來獲得解題的經驗,不是物理素養高的體現;但能準確地將物理術語應用于生活實際,來解釋物理現象、預測物理結果、評價做法等,恰恰代表學生對知識的真正把握.類似地,更多形式的作圖題也是值得借鑒的一點.

2.2節對能力結構的統計分析研究發現,IBDP物理測評卷中5大能力考核的情況在某些方面與我國高考物理卷接近,但考慮到對兩者的能力等級劃分規則存在差異,其中仍有值得探討之處.最明顯的特點就是IBDP物理測評卷中高能力等級要求題目多為分析表達能力,而我國高考卷中則是計算能力.這也是由IBDP物理測評卷的特色題型決定的.筆者認為,高考試題能力結構的優化,需要結合考核內容與題型結構的優化同時展開,在加強對能力結構重要性理解的基礎上,以豐富考試題型、降低分析難度、注重語言表達等途徑做到當前高考試題重點的突出與難點的分散,實現能力結構的逐步優化.統計結果還顯示,IBDP物理測評卷對選學部分的考查要求相對較低,和我國高考類似,對理解能力、推理能力的要求占主體.這一特點符合教學時長的分布,應當予以保留.

3.3 將物理實驗考核獨立于卷面之外,引導中學物理教學真正重視實驗

IBDP物理測體系的實驗考核獨立于卷面考核之外,以平時實驗課表現、實驗報告綜合評估的方式評分,并且占總評價體系的近四分之一比例.在這樣的要求下,教師和學生對實驗的重視程度都會自然提高.同時,2.1、2.2節的統計都可以看出,除內部評估外,IBDP物理測評卷也有相當比例的試題涉及實驗探究能力,成為了內部評估的補充.在我國高中物理的評價體系中,實驗考核全部集中在高考試卷的實驗題部分.雖然近年來,高考物理實驗題命題有配圖實物化、數據分析與實驗改進靈活化的趨勢,但筆者認為這仍無法脫離卷面考核實驗綜合能力的弊端,即大幅淡化了實驗操作.換言之,不論卷面的實驗題如何設問,仍有通過大量習題練習來適應并提高正確率的可能;只有做到在平時實驗中考核,結合實驗報告才能落實到基本操作、實驗原理理解、實驗操作細節等方面,實現物理實驗素養的考核.當然,這樣的考核體系改革需要配合更完善的公平措施,類似于IBDP物理內部評估中分數協調員的角色必須存在,防止評價體系出現漏洞.同時,高考卷中的實驗題也可以保留或在形式上做適當調整,類似IBDP物理評價,讓兩者互相補充,真正提高中學物理教學對實驗的重視.