基于新課標與高考評價體系的物理創新實驗試題設計及評價

林勝鍋

摘? ?要：科學探究能力與實驗能力差是高中物理教學的難題，其本質是物理學科核心素養與關鍵能力培育不到位，原因是實驗課弱化與實驗教學評價反饋不及時不到位，文章從科學探究的課程目標與實驗的學業要求、福建省兩年新高考的實驗試題分析、基于課程標準與高考評價體系的物理創新實驗試題設計評價與分析、實驗課堂教學的建議四個方面談怎樣落實實驗教學的“考-教-學”一體化。

關鍵詞：新課標；高考評價體系；物理新創實驗；試題設計及評價

科學探究是物理學科的四大核心素養之一，實驗探究過程實際上是物理觀念、科學探究、科學思維、科學態度與責任四大核心素養培育的過程。但無論是平時考試還是高考，實驗題都是學生難駕馭的題型，其主要原因有實驗課堂教學弱化，實驗課后的評價、反饋不及時等。文章從四個方面談怎樣落實實驗教學的“考-教-學”一體化。

1? 科學探究的課程目標與實驗的學業要求

2020年開始高考命題取消考綱，明確以《高中物理課程標準2017年版（2020年修訂）》（以下簡稱“課標”） 為高考命題依據，課標對“科學探究的課程目標”與“實驗的學業要求”進行了明確的描述。高考評價體系的“一核”明確高考的“引導教學”的功能，即新課標的高考是“以考定教”的。

1.1? 科學探究的課程目標

課標明確指出科學探究的課程目標：“具有科學探究意識，能在觀察和實驗中發現問題、提出合理猜想與假設；具有設計探究方案和獲取證據的能力，能正確實施探究方案，使用不同方法和手段分析、處理信息，描述并解釋探究結果和變化趨勢；具有交流的意愿與能力，能準確表述、評估和反思探究過程與結果”[ 1 ]。

1.2? 課標對教材中的必做實驗整體要求

新課標明確指出教材中必修模塊必做實驗和選擇性必修模塊的必做實驗，并提出了整體要求如表1[ 1 ]，從表中可以看出課標對實驗的學業要求都是“會做”，每個模塊都有一個代表實驗，必修實驗與選擇性必修實驗的序號分開羅列，因此課標對必修實驗和選擇性必修的實驗是有所區別的。

1.3? 課標對實驗的學業要求

參照科學探究中“問題、證據、解釋、交流”四個方面的要素，對新教材中的必做實驗及學業要求進行分析，如表2[ 1 ]。

基于上述表格的數據分析，物理實驗題的考查體現了高考評價體系中的“基礎性、綜合性、應用性與創新性”，其中基礎性體現在實驗基本方案、基本操作，綜合性、應用性體現在數據的獲取與處理、誤差分析，創新性體現在實驗思想方法的遷移，選擇性必修對實驗的能力要求比必修對實驗的高，在四個模塊的實驗學業要求中提到誤差與誤差分析并且對能力的要求層層遞進，新教材必修1的第一堂實驗課就是“實驗中的誤差和有效數字”，由此可見誤差與誤差分析在實驗教學中的重要性。

2? 福建省兩年新高考的實驗試題分析

高考評價體系明確了高考試題的引導教學功能即“以考定教”，因此兩年福建新高考考向很重要，對福建兩年新高考物理實驗試題分析如下。

2.1? 福建省兩年新高考對實驗考查情況

從科學探究的四要素詳細分析2021年和2022年福建高考實驗考查的情況如表3，從表中可看出兩年高考實驗試題均源自必修教材、不涉及實驗設計，考查的落腳處均為實驗操作、數據獲取、數據處理與誤差分析。2021年的試題實驗裝置與實驗原理源于教材又不拘泥于教材，考查考生的實驗創新能力，體現試題的探究性；主要考查實驗操作、數據獲取、數據處理的內容，三部分的比例相當。2022年實驗試題均為必修模塊中的代表性實驗，并突出了對數據處理與誤差分析的考查。考查的內容與課標對學業水平的要求是相吻合的。

2.2? 對實驗誤差分析的考查情況

新教材對實驗誤差、有效數字的理解與分析非常重視，在必修1教材中專門增加一節“實驗中的誤差與有效數字”內容，2021年、2022年高考試題對誤差分析的考查情況如表4。

3? 基于課程標準與高考評價體系的物理創新實驗試題設計、評價與分析

基于課標對實驗的學業要求與福建省兩年物理高考試卷實驗題命題趨勢，在質檢命題中我們將浙江省寧波市鎮海中學2022—2023學年高三上學期12月模擬考試物理試題的第17題進行了改編設計，參照原創題的設計與命制流程制定改編的流程如下。

3.1? 實驗探究題的設計與命制流程

（1）原創題的設計與命制流程（如圖1）

（2）改編題的設計與命制流程（如圖2）

3.2? 改編試題及實測結果

3.2.1? 改編試題原由

基于“用單擺測量重力加速度”是選擇性必修1的代表實驗和新加的分組實驗，非常重要；學生在實驗操作中不能正確理解全振動的次數與擺球經過平衡位置的次數之間的關系；學生經常把擺線長誤認為擺長；游標卡的“0”刻度對齊時讀數、數據處理、誤差分析等錯誤率高四個方面的考量。命題組改編試題如下：

某智能手機中的“磁傳感器”功能可實時記錄手機附近磁場的變化，磁極越靠近手機，磁感應強度越大。寧德某中學的小寧在家里用手機、磁化的小球、支架、塑料夾子等實驗器材組裝成如圖3甲所示的裝置來測量重力加速度，實驗步驟如下：

①把智能手機正面朝上放在懸點的正下方，接著往側邊拉開小球，并用夾子夾住。

②打開夾子釋放小球，小球運動，取下夾子。

③運行手機“磁傳感器”功能，手機記錄磁感應強度的變化。

④改變擺線長和夾子的位置，測量出各次實驗的擺線長L及相應的周期T。

（1）如圖3乙所示，圖中記錄了實驗中磁感應強度的變化情況，測得第1個到第N個磁感應強度最大值之間的時間間隔為t，則單擺周期T的測量值為__________。

（2）實驗中用游標卡尺測量擺球直徑如圖4丙所示，則擺球直徑為__________cm。

（3）得到多組擺線長L及相應的周期T后，作出了T2﹣L圖形，如圖4丁所示，根據圖中數據可得當地重力加速度g＝__________m/s2。（結果保留三位有效數字）

（4）查表可知寧德地區的重力加速度為9.79 m/s2，則本實驗的相對誤差為______% 。（結果保留2位有效數字）

3.2.2? 實測結果

將此改編試題做為2023年寧德市高三畢業班5月份質檢物理試卷的第12題，參加考試的學生人數為11742，實測結果如表5，實測結果表明考生在創新實驗的具體操作與實驗實驗誤差分析上存在較大的問題。

表 5? 實測結果

3.3? 評價、分析與反饋

3.4? 實測結果反映出的問題

以上測試的數據可看出學生將教材實驗原理、操作、處理方法進行靈活遷移的能力不夠；缺少做一個實驗，會一類實驗的能力；通過與部分一線物理教師的訪談交流，了解到出現這種情況的主要原因有：

（1）在有些學校實驗教學沒有得到應有的重視，有的實驗室條件不足，很多實驗無法做；有的對實驗不重視、嫌麻煩用看視頻代替實驗，或用嘴巴講實驗，沒有做過實驗，連基本操作都沒有訓練，自然談不上遷移應用。

（2）有些學校有做實驗，但做完實驗后缺少評價反饋，沒有讓學生寫規范的實驗報告，沒有設計相應實驗作業來評價對實驗掌握的情況，再加上很多學生從初中開始就對實驗沒有真正重視，沒有認真進行操作，不理解其中的原理，對具體實驗操作印象不深刻，時間一長就忘記了，自然談不上遷移應用。

4? 教學建議

實驗探究是培養學生物理學科素養的重要途徑和方式。福建新高考物理實驗試題在考查原理的理解、儀器的選擇與使用、數據獲取與處理、結論與解釋，誤差分析等方面加強了創新設計，重要考查學生的實驗能力和科學探究能力，充分發揮對高中實驗教學的積極導向作用，在平時物理實驗教學中要注意做到：

（1）課標要求的實驗一定要讓學生動手自己做實驗，落實好“做中學”的理念，讓學生做到既動手又動腦，搞清實驗探究從問題、證據、解釋、交流的全過程的來龍去脈；

（2）教師要督促學生及時撰寫規范、嚴謹的實驗報告，精心設計實驗課后針對性紙筆作業與實驗操作作業讓學生認真完成，并進行過程性評價與反饋，了解學生在實驗探究過程中的思維障礙和問題，對出現的問題要即時分析、引導、糾正，以促進學科素養和關鍵能力的提升；

（3）教師要通過開展針對性創新實驗復習教學設計與課堂實踐，通過“實驗過程回顧—實驗原理方法提煉—創新遷移”的流程來培養學生的核心素養與關鍵能力，讓學生更好理解物理概念規律，掌握科學方法，培養操作能力，促進遷移應用。

參考文獻：

［1］ 中華人民共和國教育部.高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）[M].北京：人民教育出版社，2020.