强化物理实验技能考核的笔试题命制策略

(苏州大学物理科学与技术学院,江苏 苏州 215006)

1 引言

目前对学生物理实验学习能力的考查以纸笔测验为主,如何命制基于核心素养的实验笔试题,实现对学生综合能力的全面考查，是我们应当重点关注的问题,笔者以IGCSE试题和国内中、高考实验试题为样本,总结出中学物理实验笔试题的命制策略,为中学物理实验教学提供参考。

2 细化实验考查目标,增强实验试题的针对性

基于普通高中课程标准中对科学探究的要求,笔者分析了高中物理学生必做实验,借鉴英国IGCSE物理考试大纲对实验探究能力的要求,将中学物理实验技能划分为六大类,对于每项具体的实验技能，根据学生身心发展规律划分为若干个层次水平(如表1)。

表1

续表

在命制实验笔试题时,针对各项细分的实验技能考查点，设置不同水平的题目考查、区分不同技能的学生,从而给教师提供更多的反馈信息,教师和学生通过分析试卷可以清楚地认识到哪一部分的技能训练还不到位,并有意识地加强该部分实验技能的训练,使得实验技能考查和评价更具科学性和可操作性。教师在教学过程中也应注重学生身心发展的规律,循序渐进,引导学生从低水平的技能迈向高水平的技能,同时注重因材施教。

3 创设实验情境,培养实验技能

对于物理课程标准规定的学生必做实验,教师往往花较少的时间指导学生完成实验后,紧接着做大量的实验试题训练,通过训练来强化相关实验的操作注意点、技能性知识,很多学生就算没有真正进行实验操作,考试时也可以根据知识点的记忆完成实验笔试题。而实验考核的最终目的是“克服黑板上讲实验，教室里背实验”的现象,因此在实验笔试题命制的过程中应尽可能多地给学生创造现场实验操作的机会,学生利用学具和简单的考场设备，进行简单的现场操作,不仅考查了学生的实验技能,增强了学生的实验意识,而且引导教学注重实践能力的培养,充分发挥纸笔测验对学生实验技能的考查功能。

图1

例1(IGCSE试题):测量玻璃的折射率。

(1)ABCD是一个透明玻璃,最大的面朝下,放在纸上。

① 在AB边的中点画法线,标记法线与AB相交点为E,在玻璃砖的轮廓外、法线上距离E点正上方4.0cm处标记一个点N。

② 在法线的右侧画线段NF,与法线夹角为20°,与AB相交的点为F,在图中标出F点，测量并记录线段NF的长度a。

(2) 将P1、P2两枚大头针放置在过NF的直线上,透过玻璃砖的CD面观察P1和P2,直到P2挡住P1的像。再在观察的这一侧插两枚大头针P3、P4,使P3挡住P1、P2的像,P4挡住P3及P1、P2的像,P3和P4的位置如图1所示。

① 画出连接P3和P4的直线,与CD的交点记为G。

② 画出线段GF,其延长线与法线的交点记为H。

③ 测量并记录FH的长度b。

④ 利用公式n=b/a，计算玻璃的折射率n。

(3) 提出你在这个实验中应采取的措施,以获得尽可能准确的读数。

点评:通过创设用插针法测量玻璃折射率的实验操作情境,让学生根据提供的实验操作步骤在试卷规定的图中描点、画线、测量,最终根据公式计算得出结果,并提出减小实验误差的方法,教师则根据提交的光路图中各条线的绘制质量以及计算结果的准确性对学生进行评分，考查了学生现场实验操作技能,并引导学生和教师注重实验技能的培养。

4 突出考查实验操作细节,规范实验操作过程

学生在进行实验的过程中往往只满足于得到数据,会忽视重要的细节，比如一般测量工具使用前需调零,电学实验中连接电路时开关应处于断开状态,实验结束后整理实验仪器,插针法测量玻璃的折射率实验应当使用针脚较细的大头针、两针之间间隔适当、确保针是垂直插进。

实验细节稍不注意,实验结果就会产生很大差异,学生关注实验操作细节的能力并不是一蹴而就的,需要在具体的实验操作过程中慢慢培养。只有真正做过实验的学生才会深刻地认识到这些实验操作细节的重要性，并能准确作答,对实验细节应该重点考查,以增强学生的规范操作意识以及安全的意识,对教师的教学也会起到很好的导向作用。

例2(IGCSE试题):研究重物对附在弹簧测力计上的米尺的影响(如图2)，在本实验中,为什么在米尺上放置水平仪不适合检查米尺是否水平?简要描述如何检查尺子是水平的，你可以画一张图来说明。

图2

点评:该实验的关键就是调节弹簧测力计直至米尺处于水平,通过考查实验操作中如何使米尺处于水平这一细节,引导学生反思水平仪不适用的原因，规范学生的实验操作,可以在米尺上取两点,测量这两点与工作台之间的距离是否相同,或选取适当的水平参考、正确使用三角板等,在实验笔试题中注重考查学生的实验操作细节,将有助于学生将物理与生活紧密相连。

5 充分利用基础实验,优化实验技能考查

对于基础实验或课本上的实验，学生能理解其实验原理,应避免机械重复的测试,在命制实验笔试题时，一方面可以加深试题的难度,灵活地考查学生平常不注意的方面,重点考查学生的误差分析与处理技能、对实验的改进与创新建议、解释和表达交流结果的能力等。另一方面以学生必做实验等为原型,对课本实验进行二次开发,在贴近教学实际的同时，设计探究性实验，重点考查学生基本的实验技能,而不仅仅是对实验方案和实验原理的理解。在此情境下学生需要联系做过的基本实验,在思维方式上进行迁移,利用已掌握的技能解决问题。教师在教学中要注重举一反三,触类旁通,帮助学生实现知识和技能的迁移,使其知识结构网络化,使学生认清事物的本质和规律,提高解决问题的灵活性和有效性。

例3(IGCSE试题):一名学生正在研究使用盖子能否将烧杯中的水加热到沸点所需的时间缩短。学生可用的仪器为:温度计、250mL的烧杯、250mL的量筒、石棉网、铁架台等。

(1) 列出你所需要的额外仪器。

(2) 简介研究思路。

(3) 说一说要控制的关键变量。

(4) 设计记录数据的表格。

(5) 解释如何通过你的数据得出结论。

点评:以初中生必做的水的沸腾实验为原型,设计了使用盖子能否将烧杯中的水加热到沸点所需的时间缩短这一探究性实验。学生已经掌握了一些科学探究方法,能够定性地探究规律,进行定量测量,在该实验的设计过程中，学生需要把选择实验仪器的技能、设计实验方案的技能、构思实验步骤的技能、图表的绘制与数据处理技能迁移到新的实验中,以解决问题。

6 设计多样的题型,考查实验技能

对于某项实验操作技能,以不同的方式进行设问,得分情况就会有很大差异。就“实验电路连接前,开关应处于断开状态”这一操作细节的考查而言,如果以填空题的方式进行设问,很多学生都会做出来,但是如果让学生在实物图中找出实验操作中存在的错误,可能得分就会大打折扣,因为第一种方式考查的是学生的认知再现,是记忆能力。而第二种方式是将细节放在具体的实验情境中进行考查,考查的是学生在实验中表现出的技能,达到了实验笔试题考查的目的,因此在实验题命制过程中应创设真实的问题情境,给学生以充分的表现机会。

例4:关于摆长测量的考查，可有以下3种方式。

(1) 测出图3中单摆的摆长。

图3

图4

(2) 测出图4中单摆的摆长。

(3) 单摆的摆长是指( )。

A. 绳子顶端到小球上端的距离

B. 绳子顶端到小球中心的距离

C. 绳子顶端到小球下端的距离

点评:以上是教师出卷时可能用到的三种不同考查方式,若是给出图3,很多学生会将绳长误认为摆长进行测量；如果教师已经在图中标出长度L,几乎所有的学生都知道L就是要测量的摆长；如果是以选择题的形式考查,命题教师在选项中给了暗示,学生根据往常的解题经验，也会知道摆长指绳子顶端到小球中心的长度。很明显第一种考查方式更能考查出学生对于摆长的理解,因此在实验笔试题的命制过程中应针对要考查的具体的实验技能，选择合适的题型,考查学生的实验技能。

7 结语

中学生物理实验技能的培养需要在具体的实验操作过程中进行,实验笔试题的命制应在细化实验考查目标的基础之上,创设良好的实验操作情境,突出实验操作细节的考查。充分利用基础实验,拓展实验技能的考查，并以基础实验、课本实验为原型，开发探究性、设计性实验，呈现多样化的题型,引导物理教学转向核心素养下的学生实验技能的培养,充分发挥考试的育人功能和导向功能。