王 麗 張軍朋
(華南師范大學(xué)物理與電信工程學(xué)院,廣東 廣州 510006)
高考是我國選拔優(yōu)秀人才的一種衡量方式,實(shí)驗(yàn)是高考物理考查的重點(diǎn),成為師生教與學(xué)需突破的重難點(diǎn).從1978年恢復(fù)高考全國命題至今,高考從全國統(tǒng)一命題走向自主命題又分批回歸全國統(tǒng)一命題,2019年使用全國卷的省份高達(dá)80%.以恢復(fù)高考全國命題以來67套全國卷實(shí)驗(yàn)試題的分類統(tǒng)計(jì)為依據(jù),系統(tǒng)性研究恢復(fù)高考以來全國卷實(shí)驗(yàn)試題結(jié)構(gòu)特點(diǎn),考查內(nèi)容與能力立意變化,以期對教師與學(xué)生探尋變化規(guī)律,做到“以不變應(yīng)萬變”有所裨益.
統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)試題分值和數(shù)量的試卷占比,發(fā)現(xiàn)除了1978年至1980年以外,其余年份的高考實(shí)驗(yàn)試題占總分比例均在11%-15%范圍內(nèi),與考試大綱規(guī)定實(shí)驗(yàn)考查比例11%-13%基本相符.1978年至1981年的高考物理試卷未出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)題型,這與高考尚且處于恢復(fù)時(shí)期有關(guān),這一時(shí)期的試卷結(jié)構(gòu)在變化,試題的評價(jià)功能也不斷在摸索,到1980年才在試卷中增加實(shí)驗(yàn)題[1].隨著高考評價(jià)機(jī)制逐漸成熟,實(shí)驗(yàn)的考查也穩(wěn)中有進(jìn),在2000年之前高考實(shí)驗(yàn)試題所占比例普遍集中在11%左右,但在2000年之后高考實(shí)驗(yàn)題的比例大多集中在14%,說明高考對實(shí)驗(yàn)考查的重視程度日趨提升,且逐漸趨于穩(wěn)定;實(shí)驗(yàn)試題個(gè)數(shù)普遍集中在1-3個(gè)之間,早期的實(shí)驗(yàn)試題個(gè)數(shù)普遍是3個(gè),而到2002年之后實(shí)驗(yàn)試題1-2個(gè)居多,早期的3個(gè)實(shí)驗(yàn)中每個(gè)實(shí)驗(yàn)試題就考查一個(gè)知識點(diǎn),知識針對性較強(qiáng),而近幾年考查的1個(gè)實(shí)驗(yàn)中往往涵蓋知識系統(tǒng)性考查,知識點(diǎn)間關(guān)聯(lián)性較強(qiáng),由知識立意走向能力立意,逐漸趨于注重對學(xué)生綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾?
實(shí)驗(yàn)試題的題型多元,包括選擇題、填空題、作圖題、簡答題.如表1所示,歷年高考全國卷實(shí)驗(yàn)試題中,填空題占比最大,作圖題次之,選擇題最少,主要以填空題和作圖題的題型呈現(xiàn),兩者相加所占比例高達(dá)75%.不同實(shí)驗(yàn)題型在考查內(nèi)容上的差異性決定了實(shí)驗(yàn)試題題型結(jié)構(gòu)的多樣性,選擇題一般考查實(shí)驗(yàn)原理、方法、儀器的選擇、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的評價(jià)與分析的正誤判斷;填空題一般考查實(shí)驗(yàn)儀器的讀數(shù)、實(shí)驗(yàn)步驟的排序、實(shí)驗(yàn)的簡單計(jì)算、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)原理或重要步驟的補(bǔ)空等,既包括學(xué)生對于實(shí)驗(yàn)過程的記憶性知識,又涵蓋一些把解題過程隱形的小計(jì)算題;作圖題主要考查電路原理圖的設(shè)計(jì)、實(shí)物圖的連接、圖像法處理數(shù)據(jù)等;簡答題主要考查學(xué)生對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的評價(jià)分析和科學(xué)表述,難度較大.

表1 歷年高考全國卷實(shí)驗(yàn)試題題型分布統(tǒng)計(jì)表
實(shí)驗(yàn)試題命題依據(jù)考試大綱與教材,高中物理教材內(nèi)容由力、電、熱、光、近代物理這幾大部分所組成,對于高中物理而言,尚未涉及到近代物理學(xué)板塊的實(shí)驗(yàn),但又涉及一個(gè)特殊的板塊即物理量的測量,將高考實(shí)驗(yàn)試題按力、電、熱、光、物理量測量五個(gè)方面的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如表2所示.

表2 歷年高考全國卷實(shí)驗(yàn)試題結(jié)構(gòu)分布統(tǒng)計(jì)表
由表2可知,歷年高考實(shí)驗(yàn)試題中,電學(xué)實(shí)驗(yàn)所占比重最大,高達(dá)54%,其次是力學(xué)實(shí)驗(yàn)25.18%,物理測量類試題次之11.76%,熱學(xué)和光學(xué)實(shí)驗(yàn)試題都相對較少.熱學(xué)和光學(xué)實(shí)驗(yàn)在前二十年的高考試題或大綱卷高考試題中呈現(xiàn)較多,近幾年鮮少出現(xiàn),其考查比例小與課程改革、課程標(biāo)準(zhǔn)有關(guān),課程改革實(shí)行模塊化教學(xué),電學(xué)實(shí)驗(yàn)和力學(xué)實(shí)驗(yàn)都屬于必修模塊范疇,考查力度較大,而熱學(xué)和光學(xué)實(shí)驗(yàn)屬于選修模塊范疇,某些省份學(xué)生不選擇學(xué)習(xí)此模塊的知識,為實(shí)現(xiàn)全國卷實(shí)驗(yàn)考查的統(tǒng)一,考查比例自然很小;同時(shí)電學(xué)和力學(xué)是物理的兩大重要的基礎(chǔ)分支,高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)更側(cè)重對電學(xué)和力學(xué)兩大知識系統(tǒng)的要求.對考查較頻繁的電學(xué)、力學(xué)、物理量測量三個(gè)版塊的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行具體統(tǒng)計(jì)分析.
圖1可見,歷年電學(xué)實(shí)驗(yàn)中考查最多的是電阻測量類試題,其中包括對普通電阻、電表內(nèi)阻、電源內(nèi)阻、特殊元件如二極管、熱敏電阻的測量,測量的方法多元化,包括伏安法、安安法、安阻法、伏阻法、半偏法、替代法、電橋法等,雖形式創(chuàng)新,但仍根基于原型實(shí)驗(yàn)伏安法測電阻.從與考試大綱的相關(guān)程度的角度來看,電阻的測量、多用電表的使用、電表改裝均在考試大綱要求實(shí)驗(yàn)之列,說明高考命題與考試大綱具有較高的一致性;不在大綱考查實(shí)驗(yàn)行列的一類實(shí)驗(yàn)均來源教材,如通電導(dǎo)線在磁場中受到的力,電源的輸出功率與外電路的電阻關(guān)系、電路故障檢測、模擬電場等勢線、示波器的使用等,一定程度上說明了雖然考試大綱是命題依據(jù),但教材仍是第一參考,教材實(shí)驗(yàn)同樣不可小覷;還有一類實(shí)驗(yàn)源于教材,卻又高于教材,如熱敏電阻控制的報(bào)警系統(tǒng)、組裝簡易多用電表、驗(yàn)證楞次定律、測量電流表的實(shí)際量程,這些實(shí)驗(yàn)屬于創(chuàng)新性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),但還是千篇一律地考查教材核心知識,只是創(chuàng)新了考查形式與情境,對于這類相對陌生的實(shí)驗(yàn),要求學(xué)生靈活遷移應(yīng)用知識,洞悉新情境下的基本實(shí)驗(yàn)原理,同時(shí)需具備創(chuàng)新意識和解決實(shí)際問題的能力.

圖1 歷年高考全國卷電學(xué)實(shí)驗(yàn)頻次統(tǒng)計(jì)圖
圖2可見,歷年高考全國卷考查的力學(xué)實(shí)驗(yàn)較分散,其中考查最多的是牛頓第二定律實(shí)驗(yàn),包括教材原型實(shí)驗(yàn)探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系和拓展應(yīng)用類實(shí)驗(yàn)如測量動摩擦因數(shù)、測量凹形橋最低點(diǎn)速度.從與考試大綱契合程度來看,歷年的高考力學(xué)實(shí)驗(yàn)主要分為兩類:一是實(shí)驗(yàn)與考試大綱規(guī)定實(shí)驗(yàn)相同,例如驗(yàn)證牛頓第二定律、驗(yàn)證力的平行四邊形定則、驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律、驗(yàn)證動量守恒定律、探究輕彈簧的彈性勢能等,這類實(shí)驗(yàn)在歷年試題中頻繁出現(xiàn),是高考復(fù)習(xí)的重點(diǎn);二是基于考綱考查知識的創(chuàng)新應(yīng)用類力學(xué)實(shí)驗(yàn),例如2011年光電門測量物體加速度、2015年測凹形橋最低點(diǎn)速度和測量物塊與斜面的動摩擦因數(shù)、2017年自制“滴水計(jì)時(shí)器”計(jì)量時(shí)間,根基于基礎(chǔ)知識,創(chuàng)設(shè)新情境,著重深層能力考查.值得注意的是,創(chuàng)新應(yīng)用類力學(xué)實(shí)驗(yàn)普遍出現(xiàn)在近10年高考試題中,早年的力學(xué)實(shí)驗(yàn)試題多以教材原型實(shí)驗(yàn)考查形式呈現(xiàn),說明高考實(shí)驗(yàn)考查由純粹的學(xué)科知識化走向豐富的情境多元化,更注重學(xué)生科學(xué)思維與實(shí)驗(yàn)探究能力的培養(yǎng),彰顯高考命題的素養(yǎng)導(dǎo)向[2].

圖2 歷年高考全國卷力學(xué)實(shí)驗(yàn)頻次統(tǒng)計(jì)圖
歷年全國卷考查讀數(shù)的實(shí)驗(yàn)儀器主要有游標(biāo)卡尺、螺旋測微器、電流表、電壓表、天平、多用電表、彈簧測力計(jì)等,如圖3所示,考查頻次最高的實(shí)驗(yàn)儀器是游標(biāo)卡尺和螺旋測微器.早年常以單獨(dú)小問的填空形式來考查,但在近幾年里常被包含在某些實(shí)驗(yàn)中,如在測量金屬的電阻率實(shí)驗(yàn)中可以同時(shí)考查螺旋測微器的讀數(shù).實(shí)驗(yàn)儀器讀數(shù)是要求學(xué)生具備基本的實(shí)驗(yàn)技能,是筆試外顯學(xué)生操作性實(shí)驗(yàn)技能的有效途徑,對中學(xué)生需正確使用的儀器、有效數(shù)字的要求均在考試大綱的實(shí)驗(yàn)說明中有所體現(xiàn).無論未來實(shí)驗(yàn)試題如何變化,實(shí)驗(yàn)儀器的讀數(shù)必不可少,因?yàn)榫芸茖W(xué)的數(shù)據(jù)測量是物理實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ).

圖3 歷年高考全國卷實(shí)驗(yàn)儀器讀數(shù)頻次統(tǒng)計(jì)圖
根據(jù)高考物理考試大綱的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰σ?將實(shí)驗(yàn)試題命題要求分為四個(gè)能力層次: (1) 認(rèn)識與理解:明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?能理解實(shí)驗(yàn)原理和方法; (2) 操作與實(shí)踐:能控制實(shí)驗(yàn)條件,會使用儀器,會觀察、分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,會記錄、處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),并得出結(jié)論; (3) 分析與評價(jià):能對結(jié)論進(jìn)行分析和評價(jià);能發(fā)現(xiàn)問題、提出問題,并制訂解決方案; (4) 設(shè)計(jì)與創(chuàng)新:能運(yùn)用已學(xué)過的物理理論、實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)儀器去處理問題,包括簡單的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn).
根據(jù)歷年高考考查的具體內(nèi)容,將實(shí)驗(yàn)要素分為以下五個(gè)方面:基本儀器;實(shí)驗(yàn)原理(圖)、方法;實(shí)驗(yàn)操作、步驟(實(shí)物圖);數(shù)據(jù)處理、誤差分析;實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、分析評價(jià).其中前四個(gè)要素屬于基礎(chǔ)認(rèn)知能力層次:認(rèn)知與理解、操作與實(shí)踐,最后一個(gè)要素屬于高階思維能力層次:分析與評價(jià)、設(shè)計(jì)與創(chuàng)新.

表3 歷年高考全國卷實(shí)驗(yàn)試題考查要素統(tǒng)計(jì)表
實(shí)驗(yàn)基本儀器的考查主要包括對儀器的準(zhǔn)確使用,實(shí)驗(yàn)儀器的讀數(shù),實(shí)驗(yàn)儀器的選擇三方面.從歷年高考試題的統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),儀器讀數(shù)和儀器選擇深受高考命題者青睞.儀器讀數(shù)與使用是基本的實(shí)驗(yàn)技能要求,實(shí)驗(yàn)儀器的選擇處于實(shí)驗(yàn)基本技能和實(shí)驗(yàn)原理的交叉地帶,既考查學(xué)生對實(shí)驗(yàn)儀器認(rèn)知程度,又考查學(xué)生對實(shí)驗(yàn)原理、方法、思想的理解程度.
實(shí)驗(yàn)原理與方法是物理實(shí)驗(yàn)的起點(diǎn)與基礎(chǔ),實(shí)驗(yàn)原理為理論與實(shí)驗(yàn)架起了橋梁,是實(shí)驗(yàn)科學(xué)性的依據(jù).實(shí)驗(yàn)原理一直是考查重點(diǎn),其中滲透學(xué)生對基礎(chǔ)理論知識的實(shí)驗(yàn)遷移應(yīng)用能力考查,屬于基本的認(rèn)知與理解層次.
實(shí)驗(yàn)步驟的考查是學(xué)生動手實(shí)踐能力和實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的直觀體現(xiàn),屬于操作層次,在實(shí)驗(yàn)試題中實(shí)驗(yàn)步驟的排序或補(bǔ)空描述、電路實(shí)驗(yàn)實(shí)物圖的連接呈現(xiàn)居多,其中電路實(shí)物圖的連接在67套試題中出現(xiàn)了26次,說明高考側(cè)重對實(shí)物圖連接的考查,因筆試形式的限制,只能通過實(shí)物圖“以筆代線”側(cè)面反映學(xué)生的動手操作能力.
數(shù)據(jù)處理分析是實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵,高考主要考查圖像法和公式法分析處理數(shù)據(jù),體現(xiàn)學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)解決物理問題的能力,統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)近幾年高考實(shí)驗(yàn)試題頻繁考查實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理,說明高考對學(xué)生基本的實(shí)驗(yàn)信息加工處理能力的重視度逐漸提高.
分析與評價(jià)、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)屬于高考實(shí)驗(yàn)試題的高階思維能力層次,對于學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰σ蠛芨?從整體來看,高考實(shí)驗(yàn)考查基礎(chǔ)認(rèn)知層次能力居多,而高階思維能力考查比例較小,僅占16.63%,但統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)在近幾年考查力度較大,主要考查學(xué)生對于實(shí)驗(yàn)整體的評價(jià),對探究活動中未解決的問題提出優(yōu)化實(shí)驗(yàn)的建議和措施及簡單性的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),主觀性較強(qiáng),要求學(xué)生從基本認(rèn)知層次跨越到復(fù)雜思維層次,體現(xiàn)高考命題逐漸趨于靈活開放,由知識、能力立意逐漸走向素養(yǎng)立意[3].
高考實(shí)驗(yàn)試題在全卷占比穩(wěn)定在13%左右,題型“新穎、變化、靈活、多樣”,填空題占比最高,但同時(shí)混合著選擇題、作圖題、簡答題的考查,實(shí)現(xiàn)題型多樣化,每類題型都有其特點(diǎn),選擇題和填空題具有簡潔性、客觀性、準(zhǔn)確性、跨度大、覆蓋面廣的特點(diǎn),但在一定程度上限制了學(xué)生的發(fā)揮;具有主觀成分的簡答題具備不確定性,可以考查學(xué)生的表述能力、創(chuàng)造能力;作圖題是物理學(xué)科特色化考查形式,配合考查學(xué)生的簡單電路設(shè)計(jì)能力.試題結(jié)構(gòu)以電、力學(xué)模塊實(shí)驗(yàn)為主,前期考查的實(shí)驗(yàn)較零碎,往往是幾道相關(guān)性不強(qiáng)的獨(dú)立小問,后期趨向“一力一電”兩道實(shí)驗(yàn)大題的呈現(xiàn)形式,考查內(nèi)容和能力更系統(tǒng)化和多元化,由零散走向系統(tǒng),由簡單的知識立意走向綜合的能力立意.
高考物理實(shí)驗(yàn)試題考查的內(nèi)容覆蓋面廣,重點(diǎn)突出.一道實(shí)驗(yàn)試題可以涵蓋基本儀器的讀數(shù)、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、結(jié)果分析與評價(jià)、簡單設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)等多方面的考查,各個(gè)能力層次突出,彰顯針對性和綜合性.其次,實(shí)驗(yàn)命題有明顯的側(cè)重點(diǎn),電學(xué)頻考的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn):電阻的測量、電表的改裝、多用電表的使用;力學(xué)頻考的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn):牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證力的平行四邊形定則、驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律,命題有教材可循,有考試大綱可依.
實(shí)驗(yàn)試題在注重基礎(chǔ)性的同時(shí)滲透創(chuàng)新性,在物理實(shí)驗(yàn)中,實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖呛诵?實(shí)驗(yàn)方法原理是基礎(chǔ),實(shí)際操作是關(guān)鍵,數(shù)據(jù)處理方法是基石,這些基本實(shí)驗(yàn)要素考查滲透于每年的高考試題之中,體現(xiàn)對基礎(chǔ)知識和基礎(chǔ)能力的重視程度[4].其次,高考實(shí)驗(yàn)試題不再是墨守成規(guī)的原型實(shí)驗(yàn),呈現(xiàn)“年年新,年年變”的特點(diǎn),命題往往在某些基本實(shí)驗(yàn)要素的考查上“下功夫”尋求創(chuàng)新變式,綜合性考查學(xué)生真正靈活遷移的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?而不是記憶層次的簡單“背實(shí)驗(yàn)”能力,例如2019年高考全國卷Ⅰ和Ⅲ均考查電表的改裝與校準(zhǔn),只有在平時(shí)動手實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上加以獨(dú)立思考才能解決,凸顯培養(yǎng)學(xué)生分析評價(jià)與設(shè)計(jì)創(chuàng)新的高階發(fā)散思維[5].
5.3.1 以考試大綱、課程標(biāo)準(zhǔn)為命題依據(jù),源于教材卻高于教材
考試大綱是為高考而量身定做的命題規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn),課程標(biāo)準(zhǔn)是教材編寫、教學(xué)評估和考試命題的依據(jù),雖然前者似乎更側(cè)重于考試,但是后者也承載著考試命題的基本根據(jù),特別是新課標(biāo)提出的核心素養(yǎng),也必將滲透于考試大綱的能力和內(nèi)容要求之中,而教材是實(shí)現(xiàn)課程目標(biāo)、實(shí)施教學(xué)的重要手段,高考命題的知識范圍均源于教材,但不拘泥于教材原型實(shí)驗(yàn),源于教材卻高于教材.參透考試大綱和課程標(biāo)準(zhǔn)變化,回歸教材,夯實(shí)基礎(chǔ),拓展思維,才是精準(zhǔn)備考實(shí)驗(yàn)試題的第一要義.
5.3.2 加強(qiáng)實(shí)踐操作的考查,強(qiáng)調(diào)“做”中“學(xué)”
高考以筆試的形式考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?本身就存在一定的不足,以至于出現(xiàn)“鉆實(shí)驗(yàn)操作空子”的現(xiàn)象,做實(shí)驗(yàn)變成背實(shí)驗(yàn),觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象變成記憶實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性也屬于實(shí)驗(yàn)考查的范疇,但由于筆試的局限性而不得,學(xué)生的知識體系是有缺陷的,所以加強(qiáng)實(shí)踐操作的考查、落實(shí)實(shí)驗(yàn)操作考試、滲透平時(shí)真正動手實(shí)驗(yàn)方可解決問題的命題思想將是未來高考的趨勢所在.引導(dǎo)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)多實(shí)踐、善觀察、勤思考,在“做”中“學(xué)”,在“行”中“悟”.
5.3.3 與實(shí)際生活聯(lián)系緊密,實(shí)驗(yàn)遷移、創(chuàng)新設(shè)計(jì)為重點(diǎn)
近幾年高考實(shí)驗(yàn)試題逐漸摒棄考查一成不變的教材實(shí)驗(yàn),衍生出許多實(shí)驗(yàn)變式、實(shí)驗(yàn)遷移、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì),具有一定的開放性和探究性,鼓勵(lì)學(xué)生從多角度思考問題和發(fā)散思維,對學(xué)生綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ε囵B(yǎng)具有重要的導(dǎo)向作用.未來實(shí)驗(yàn)命題將更趨于生活化、情境化,取材于生活,解決生活中實(shí)際問題,緊密聯(lián)系社會生產(chǎn)生活實(shí)際,強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)探究,培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新意識.
5.3.4 融入新科學(xué)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)元素,滲透素養(yǎng)立意
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,實(shí)驗(yàn)儀器不斷先進(jìn)化,數(shù)據(jù)處理也變得信息化,傳感器的廣泛應(yīng)用,DIS系統(tǒng)的逐漸成熟,這些新的技術(shù)都帶給中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)新的變化,在近幾年高考實(shí)驗(yàn)試題也有所體現(xiàn),例如將傳統(tǒng)的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器替代成為位移傳感器,光電門測速度等,說明新科學(xué)技術(shù)的融入成為實(shí)驗(yàn)試題的重要背景是未來命題的發(fā)展趨勢,實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)命題由能力立意走向核心素養(yǎng)立意,逐漸實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)試題考查學(xué)生核心素養(yǎng)的評價(jià)目標(biāo).