2008—2016年江苏高考物理实验试题量化分析及启示

丁冠锋 陆建隆

(南京师范大学教师教育学院,江苏 南京 210046)



2008—2016年江苏高考物理实验试题量化分析及启示

丁冠锋 陆建隆*

(南京师范大学教师教育学院,江苏 南京 210046)

从布鲁姆的学习目标分类、江苏省学业水平测试考试说明中对实验探究能力的要求两个角度对2008—2016年江苏高考物理实验题做定量化统计分析．发现高考实验试题变化从知识为本到以能力为本,更加注重学生的综合实验素养,向考查学生核心素养迈进．由此笔者提出,部分一线教师急需改变只教学生知识的教学观;抓住高考命题规律,摸索提高实验模考题质量,努力做到模考卷与高考卷无缝接轨;考生在物理实验学习和复习中要重视动手和分析应用能力提高．

高考物理江苏卷;物理实验试题;量化统计;实验教学建议

1 引言

在物理高考中,历来对考生物理实验技能和实验探究能力的考查非常重视．一线教师和研究人员对高考物理实验题的研究取得了很多成果．在中国知网对“近年来高考物理实验”相关文献搜索、阅读、比较发现,研究结果有以下特点: (1) 在实验题考查特点分析方面有3类: ① 采用题型、知识点、考查要点分布情况统计加定性描述特点; ② 结合特定例题展开分析; ③ 结合前两者进行系统分析．(2) 在提出建议方面有两类: ① 面向高中(教学启示和复习建议、教学价值取向等); ② 面向高校(师范生素质培养)．(3) 在研究方法上有两类: ① 对某一地方高考试卷多年试题的纵向分析; ② 对几个地方同一年或同几年的横向比较研究．笔者发现,在诸多的研究中,统计的维度比较单一,模式相对固定,研究多为定性,就是定量也限于表层的定量．本文以高考物理江苏卷2008—2016年的实验试题为样本．在设计几个指标维度基础上,进行统计分析．在得到定量化结果基础上,对进一步提高物理实验教学质量提出一些建议．

2 2008—2016年高考物理江苏卷实验题的统计分析

在中学教学里,很多教师并不是特别明确对于一个知识点到底要让学生把握到什么程度．为了最佳的效率,教的太深和太浅都不如意．考试大纲中虽然规定了每个知识点的教学要求,但就像少许、适量等模糊量词的使用一样,很难实实在在地形成明确的“量”的概念．布鲁姆的学习目标分类学,从学习内容和学习过程两个维度划分学习目标类型,[1]提供了很好的借鉴．另外,考试大纲对于实验能力的测量目标也是量化研究的重要部分．下面尝试通过这两大类对2008—2016年江苏高考物理实验题进行统计,初步探讨如何对知识点把握更透以及增强教学活动目标指向性．

2.1 基于布鲁姆学习目标分类的统计

在学习内容上,实验现象和代入数据计算可归为事实性知识[例如2008年第10题第(1)问:读螺旋测微器测量的导线的示数];物理概念与规律可归为概念性知识[例如2009年第11题第(1)由纸带求小车加速度的问题涉及加速度的概念];实验操作步骤(如选择仪器、作图等)可归为程序性知识[例如2013年第10题第(3)关于结束实验后整理仪器的顺序问题];对实验结果的分析和反思可归为策略性知识[例如2016年第11题第(4)问改进建议]．[2]根据这样的分类维度,对2008—2016年江苏高考物理实验的61个问题分类统计如图1．(注:61个问题为2008—2016年江苏卷所有实验题小题个数总数,即每个大题下的每一小问,但一问中有两空的涉及知识类型相同,不单独计数,仍算作一个小问．)

从图1中可以很明显地发现,程序性知识和策略性知识的绝对数量是事实性知识和概念性知识的2.5倍还要多．在以笔试为唯一选拔方式的普通高考中,程序性知识和策略性知识更能够考查学生对实验仪器的操作能力和对实验方案的分析设计能力,自然受到命题者的青睐．这就要求一线教师在保证课程进度的同时,尽可能多地让学生去实验室或者其他场所亲自动手实验,练就过硬的分析、解决问题能力,而不单纯记住实验的内容、步骤等所谓的套路．同时,我们还应注意到,事实性知识和概念性知识这种简单基本的问题不应忽视,虽然占的比重小,但却是每年实验必不可少的重要组成部分．

图1 4个知识维度对应题目数分布情况

再对每年每一类知识维度对应的题目数占当年所有题目数的百分比按年份变化趋势得图2和图3．

图2 4个知识维度对应题目数占当年题目总数百分比

图3 4个知识维度对应题目数占当年题目总数百分比堆积面积图

分析图2可以发现,从2008到2016年,事实性知识和概念性知识所占的比重在波动中总体下降;程序性知识和策略性知识则不断的在波动中上升,并在近3年保持较高水平．说明高考实验对学生的要求从偏向对基础事实和物理概念的考查逐渐变为偏向对学生的实验操作和分析反思能力的高层次的考查．这对于教学来说,就要求一些教师必须改变只教学生物理知识的做法,而要教学生解决物理问题的能力．这也是从“教学”向“教育”,从以知识为本,到以学生为本的观念转变．

进一步分析得到图3,图中每一知识维度所对应的不同阴影面积表征了各知识维度所占的比重．可以看到,2008—2016江苏卷实验题变化大致分为3个阶段．第一阶段,高知识比阶段,在这一阶段,试题非常注重学生的物理概念和知识考查．第二阶段,探索转型阶段,此阶段内不断摸索调整各个知识维度的比重分配,对能力要求更高的程序性知识和策略性知识考查开始增加,但不稳定．第三阶段,高能力素养阶段,2014—2016年3年,4个知识维度的比重趋于平稳,既强调高考对学生综合素养的高要求,同时又保证对基础物理知识概念的考查,比例合理．在如今又提出核心素养的时代,这样的实验题结构更能够成为高考命题的标准和规范．

为了具体说明这样的变化趋势,笔者结合2008年,2013年和2016年3个年份的江苏卷实验题来进行补充说明．2008年:第10题第(1)问测量示数题属于事实性知识;第10题第(2)问由数据得到电阻R与截面积S关系属于概念性知识(电阻的影响因素);第10题第(3)问代入数据计算属于事实性知识;第11题第(1)问由动能定理和平抛运动规律得出关系属于概念性知识;第11题第(2)问作图属于程序性知识;第11题第(3)、(4)问分析图像,分析误差属于策略性知识．所以2008年4个知识维度的比例为:事实性知识:概念性知识:程序性知识:策略性知识=2∶2∶1∶2．到2013年该比例为0∶1∶4∶3．其中对实验的操作和实验仪器的选择这类程序性知识考查比重很大,再加上减小实验误差和推导说明断电磁性消失需要时间对实验结果影响问题等策略性知识,可以看到探索转型阶段对程序性和策略性知识的高度追捧．最后来看2016年,对应比例为1∶1∶3∶2．在保证了高能力要求的程序性知识和策略性知识的较高比重的同时,又保证了较为基础的事实性和概念性知识都有涉及．这样合理的比例既考查学生对基础知识的把握,又充分地通过笔试形式测试学生的实验操作能力．另外再通过考查学生发现问题并运用知识解决问题以及提出改进实验的建议,对学生的能力可谓是全方位的测试．

2.2 基于实验探究能力要求的统计

遵循江苏省普通高中学业水平测试说明中的实验探究能力要求,我们把对高考物理实验测试的要求记为A、B、C、D 4类,分别如下:

A类——能够独立完成大纲所要求实验内容,明确实验目的,理解实验原理和方法,控制实验条件;

B类——会使用实验仪器,会观察、分析实验现象,会记录、处理实验数据,并得出结论,对结论进行一定的分析和评价;

C类——能在实验中,发现问题、提出问题,对解决问题的方式和问题的答案提出假设;能制定实验方案,对实验结果进行预测;

D类——能运用已学过的物理理论、实验方法和所给的实验仪器去解决问题,包括简单的设计性实验．

以上为第一维,再将常规实验仪器(考试大纲中要求的最基本的实验仪器)与非常规实验仪器(基本实验仪器的改装和组合而成的仪器)作为第二维．如“A类—常规”表示以常规实验仪器为背景考查A类能力问题;“B类—非常规”表示以非常规实验仪器为背景考查B类能力问题,其余依此类推．统计情况如表1．

表1 4类能力要求与实验器材类别二维统计表

分析表中数据可以看到,实验仪器操作和实验数据处理分析能力的考查最多.这反映出高考实验对学生动手能力的考查通过笔试的形式尽可能多的体现．因为如果单纯记忆实验的内容而非亲自操作,很容易在这上面模糊、纠结从而失分．另外,非常规实验器材对于问题的分析和解决能力的考查值得关注．这一类问题难度适中,又很好地考查了学生对于基础实验的迁移运用,富有灵活性．值得说明的是,表1得到的结果与前面4个知识维度的统计结果是相辅相成的,并不矛盾．实际上,A、B类能力考查的是事实性知识、概念性知识和程序性知识以及部分分析数据的策略性知识．C、D类能力考查的是主要是策略性知识．也就是说表1的结果说明的是试卷难度状况而不是单纯的知识能力比重问题．由表1的总计一列,我们可以看到像D类这种考查学生设计实验解决问题的高难度问题所占比例最低,这也是命题者考虑了学生答题时间和试卷难度分布多方面因素的结果．

3 启示

3.1 在高中物理实验教学与复习中着力提高学生的综合实验素养

高考实验已经从注重考查实验原理的知识兼带小部分解决问题能力转变为注重考查应用基础实验原理发现解决问题并设计改进实验的全方位综合实验素养．笔者认为： 教师可以(1) 充分认识到训练学生动手操作能力和发现问题、解决问题能力的重要性,在教学过程中可以通过精心设计,故意设置问题让学生去发现、去解决,有意识的去培养这方面的能力．比如,在做“验证力的平行四边形定则”实验时,有的学生提前预习过实验内容之后,觉得得出正确结果理所当然．这时教师在实验教学时,可以有意挑选几组换成示数有误的弹簧测力计．学生在得不到正确的实验结果而困惑时,教师再予以启发,让学生试着从实验原理有误、实验仪器故障等方面解决出现的问题．这样,学生真正经历了实验中问题的发现、解决和改进的环节,能更充分地理解实验每一步的作用; (2) 鼓励学生多利用身边的日常用品,自己设计课标中要求的实验．取材于生活的实验在做的过程中会遇到很多问题,如误差较大、器材不标准等．得到的结果往往没有在实验室中做实验来的精确．但正是这样,学生更能够发现问题,想办法去解决,提高实际动手能力,并能让学生感到物理学有所用; (3) 尽量不使用虚拟实验室或者虚拟现实的产品．高度发达的科技确实为教学带来了进步和方便．但是用软件代替实验带给学生的感受不如真实实验器材直观丰富,模拟实验通常都是理想的实验模型,对于学生发现问题解决问题效果甚微．

3.2 切实提高实验模考题质量,实现与高考卷的无缝对接

高考模拟卷是考生熟悉高考试题特点,最后冲刺高考的重要部分,要能为考生提供正确的方向指引．高考模拟卷中的实验题应在命题思想与要求上与高考卷保持高度一致．在对高考实验题的规律和特点有了一定把握后(尤其是近3年实验题结构平稳),可在经验的基础上摸索规范化的实验模考题的命制标准．比如形成一套科学的命题体系,建立实验模考题库,按照每个知识维度,能力考查的不同要求筛选题目．题目可以每年更新,但是类型可保持稳定．命制实验模考题时按比例随机抽取题目．考生永远都不能被作为实验品,需要对试卷进行更深入的研究,对试卷的反馈和效果进行更深入的研究,逐渐形成一套有理有据的规范化命题体系．从而减小实验模考题与高考卷的偏离,实现与高考卷无缝对接．

3.3 刨根问底,溯源拓展

对于高考实验题的技能主导,基础为辅的形势．考生首先在意识上要重视实验对于物理学习的重要性,自觉追问实验的历史发展过程和由来,构建网络化知识体系．其次应避免以实验习题代替实验操作．面对高考实验逐渐将实验操作过程笔试化的趋势,单纯通过实验习题甚至专题强化突击的方式必然收效甚微．实验操作中的问题发现解决意识,以及实验方案的改进设计能力是习题训练不可能得到的结果．最后考生无论是在实验室中还是日常生活中实验,都要主动探索,积极思考,发现问题后通过各种可能的途径(网上查阅资料,与同学、老师交流等)寻找解决方式．对认为不合理或者可以优化的实验进行方案设计和验证实施,不求结果都完美．关键在这一系列过程中恰恰锻炼了交流合作,提出问题,解决问题,改进设计等能力．不仅符合高考的考查目标,也提高了自身的科学素养．

1 L·W·安德森等编著,皮连生主译.学习、教学和评估的分类学——布鲁姆教育目标分类学修订版(简缩本)[M].上海:华东师范大学出版社,2008.

2 马艳华,魏国强.物理实验试题的结构与情境[J].物理教学,2015,37(6):27-29.

3 江苏省教育考试院.2016年江苏省普通高中学业水平测试(选修科目)说明[M].江苏教育出版社,2015.

4 左祥胜.高考物理实验复习应回归何处——近5年江苏高考物理实验试题的分析与思考[J].物理教师,2013,34(8):81-83.

5 孟芳.全国20年物理高考实验试题的分析[D].重庆:重庆师范大学,2010.

6 曹先臣,陆建隆.对江苏省高考物理卷研究的回顾与探索[J].物理教师,2013,34(11):4-6.

2016-11-12)

* 通信作者，email:jllu@163.com.