一道基于教材實驗的試題命制及測試反饋

康賢明 羅培雄

摘? ?要：試題的命制是一項系統工程，需要目標明確、設計合理、程序規范等。以一道高考物理模擬考試中實驗題的命制為例，總結物理試題命制的基本流程為：選材與立意、搭架與構題、加工與調整和審查與復核等，并結合考試實測數據對命題進行反思。

關鍵詞：試題命制;高考物理;實驗題

1? 試題原題

泉州市2020～2021學年度高中畢業班教學質量跟蹤監測（五）物理學科的第11題為實驗題，定稿如下：

向心力演示器如圖1所示。

（1）若將傳動皮帶套在兩塔輪半徑相同的圓盤上，質量相同的兩鋼球分別放在擋板處，轉動手柄，可探究小球做圓周運動所需向心力F的大小與_______（選填“質量m”、“角速度ω”或“半徑r”）的關系。

（2）若將皮帶套在兩塔輪最下面圓盤上（兩圓盤半徑之比為3∶1），質量相同的兩鋼球放在圖示位置的擋板處，轉動手柄，穩定后，觀察到左側標尺露出1格，右側標尺露出9格，則可以得出的實驗結論為：___________________。

參考答案：（1）半徑r ;（2）質量和半徑一定的條件下，物體做圓周運動需要的向心力與角速度的平方成正比。

2? 命題過程

試題的編制，大致經歷四個階段：選材與立意、搭架與構題、加工與調整和審查與復核。

2.1? 選材與立意

課標是考試的命題依據。研讀2017版課標發現學生必做實驗中新增了“探究向心力大小與半徑、角速度、質量的關系”。教材提供的實驗方案有兩個：一是利用傳統的向心力演示器;二是利用DIS向心力實驗器。考慮到DIS向心力實驗器還不是很普及，因此命題組將本題的選材確定為利用傳統的向心力演示器來探究。

高中物理學業質量分五級水平，是指導學生自主學習和評價、教師開展日常教學設計、命題和評價的重要依據。其中學業質量水平4是用于高等院校招生錄取的學業水平等級性考試的命題依據。其描述為：“能分析相關事實或結論，提出并準確表述可探究的物理問題，作出有依據的假設;能制訂科學探究方案，選用合適的器材獲得數據;能分析數據，發現其中規律，形成合理的結論，用已有的物理知識進行解釋;能撰寫完整的實驗報告，對科學探究過程與結果進行交流和反思[ 1 ]。” 作為實驗題，結合科學探究的素養目標和學業質量水平4的要求，本題的命題立意定為“能制訂科學探究方案，選用合適的器材獲得數據;能分析數據，發現其中規律，形成合理的結論”。

2.2? 搭架與構題

一個完整的物理問題需要包括背景、變量、提問、模型等要素，且不能忽略各要素間的相互聯系[ 2 ]。鑒于福建省使用魯科版的教材，探究的裝置確定為傳統向心力演示器，所以模型也就此確定。結合實驗目的，確定變量為向心力F的大小、質量m、角速度ω和半徑r。根據命題立意，初步確定了兩個設問：設問（1）通過實驗操作的選擇，考查學生對科學探究方案的設計;設問（2）要求學生通過觀察到的實驗結果，能分析數據，發現其中規律，形成合理的結論”。設計試題初稿如下：

用如圖2所示的裝置來探究小球做圓周運動所需向心力F的大小與質量m、角速度ω和半徑r之間的關系。 勻速轉動手柄，可使塔輪、長槽和短槽勻速轉動，槽內的小球也就隨之做勻速圓周運動。擋板對小球的作用力提供了小球做勻速圓周運動的向心力。同時，小球擠壓擋板的力使擋板另一端壓縮測力套筒的彈簧，壓縮量可從標尺上讀出，該讀數即顯示了向心力的大小。已知擋板B到轉軸的距離是擋板A到轉軸的距離的2倍，擋板A和擋板C到各自轉軸的距離相等。

（1）為了探究向心力F的大小與半徑r的關系，下列操作正確的是________

A.將傳動皮帶套在兩塔輪半徑相同的輪盤上，將質量相同的鋼球分別放在擋板A和擋板C處

B.將傳動皮帶套在兩塔輪半徑不同的輪盤上，將質量相同的鋼球分別放在擋板A和擋板C處

C.將傳動皮帶套在兩塔輪半徑相同的輪盤上，將大小相同的鋼球和鋁球分別放在擋板A和擋板C處

D.將傳動皮帶套在兩塔輪半徑相同的輪盤上，將質量相同的鋼球分別放在擋板B和擋板C處

（2）將兩個質量相同的鋼球分別放在擋板A和擋板C處，勻速轉動手柄，發現標尺上的等分格顯示格數之比為4∶1，則連接擋板A和擋板C的兩個變速塔輪的半徑之比為_____。

2.3? 加工與調整

從試題文本看，初稿對實驗目的說明、實驗原理介紹和實驗裝置特點進行表述，內容較為詳細但文字敘述太多。命題團隊經過討論建議不再復述教材中的實驗目的、原理和裝置，理由是本實驗是教材的一個重要知識點，且是課程標準里要求的必做實驗，學生必須掌握實驗目的、原理和裝置。于是，題干最終被簡化為“向心力演示器如圖所示。”原題的配圖太復雜，不夠美觀，為了體現回歸教材，最終將圖換為新魯科版教材中的原圖。

從問題設置看，設問（1）因題干壓縮，在設問中要進一步交代情境，于是設問（1）調整為“（1）若將傳動皮帶套在半徑相同的兩塔輪上，質量相同的兩鋼球分別放在圖示擋板處，轉動手柄。可探究小球做圓周運動所需向心力F的大小與_______（選填“質量m”“角速度ω”或“半徑r”）的關系。”

在設計試題時，很多教師習慣從學科內容領域出發，而不是從測量目標的行為目標出發，這對于根據考試結果推測考生的心理結構 ——能力是非常不利的[ 3 ]。試題的設問（2）立意要求學生通過觀察到的實驗結果，能分析數據，發現其中規律，形成合理的結論。這樣的立意是從學生的認知出發，對實驗進行探究的過程的考查。但初稿設問（2）的設問方式不能達到試題的立意目標，不能考查學生對實驗結果的評價，并得出結論，更像是戴著實驗帽子的計算題，不能體現科學探究的素養目標。這樣的設問是建立在學生對向心力規律已認知的情況下的一種應用，而不是探究向心力規律，與試題的立意目標不符。所以命題組的教師對試題再進行研磨后，將設問（2）改造為“將皮帶套在兩輪塔最下面圓盤上（兩塔輪半徑之比為3∶1，質量相同的兩鋼球放在圖示位置的擋板處，轉動手柄，穩定后，觀察到左側標尺露出1格，右側標尺露出9格，則可以得出的實驗結論為：__________________。”這樣的設問，考查學生對皮帶傳動問題的應用，觀察記錄和處理實驗數據能力，總結實驗規律的方法，達到了試題的立意目標。

2.4? 審查與復核

命題，特別是大規模考試的命題是一項嚴謹的工作，歷經討論打磨后的試題還要經歷審查與復核。此階段的基本工作是對試題的科學性、嚴密性、簡潔性、明晰性、導向性進行審查，包括字、詞、句、物理符號、標點符號和附圖都一一推敲和細察，如本題中附圖的調整，有利于教師和學生對教材附圖的重視，具有很好的導向性。再如審查時發現設問（2）中“質量相同的兩鋼球放在圖示位置的擋板處，”能否保證這時兩個球圓周運動的半徑是相同的呢？這個條件在題干中沒有說明，學生會不會提出質疑呢？后經命題組教師討論，結合附圖中刻度的明確標識，以及學生的分組實驗操作，可知圖示位置兩球做圓周運動的半徑是相同的，題干中可以不必在贅述，同時也能檢驗學生是否認真動手操作實驗，體現科學探究的素養目標。

3? 數據分析及考后訪談

3.1? 實測數據分析

全市的實測數據如表1。

從表可以看出，本題難度值為0.23，不到預設的難度值0.5的一半，區分度也只有0.23.顯然，這樣的數據與命題前測有較大差距，為什么呢？

3.2? 考后訪談

通過教師訪談和學生訪談發現，本題實測與前測存在較大差距的原因有以下幾點：一是這個實驗是新課標要求的分組實驗，本屆學生仍使用舊教材，教師都把該實驗當做演示實驗（有的甚至沒有做過這個實驗），學生對實驗裝置非常陌生，根本不知道儀器的工作原理;二是本題題干部分沒有對儀器進行簡要介紹，學生讀完題目，不知所云，設問（1）中就三個隨便選填一個，命中概率■剛好是本題的得分率;三是設問（2）中，關于實驗結果的評價，對學生的文字表達要求較高，再加上試題的題干沒有把實驗的目的說明清楚，導致設問（2）的空答率非常高。

4? 反思

試題應該具備三個要素：測量目標、刺激情境和設問[ 3 ]。測量目標的確定依據是課程標準，新高考下，考試中心不再出考綱，如何依據課程標準來命題，需要進一步探索實踐。刺激情境來源有生活情境和學習探究情境，而學習探究情境往往來源于教材。命題時，對于取材于教材的刺激情境，不能因為是教材上的內容，就不做必要的介紹，因為考試的測量目標不是學生是否記住教材里的內容。試題的設問方式，如何體現對學生素養的考查，也是命題教師亟需解決的問題。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2] 包雷，胡揚洋.教育測評中試題編制的公平性——由一道“測心臟”的物理題說開去[J].教育測量與評價，2018（2）：12-17，32.

[3] 雷新勇，周群.試題命制的理論和技術（二）[J].考試研究，2008（2）：90-106.

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