A－Level物理實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)初探及實(shí)例分析

2012-01-26 05:50:00張為宏

物理實(shí)驗(yàn) 2012年9期

張為宏

（無錫第一中學(xué)，江蘇無錫214031）

1 物理實(shí)驗(yàn)的教育功能

物理是一門實(shí)驗(yàn)學(xué)科，實(shí)驗(yàn)的重要性是毋庸置疑的，新課改更是強(qiáng)調(diào)了實(shí)驗(yàn)探究能力．實(shí)驗(yàn)具有下列教育功能：1）培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力、觀察能力、數(shù)據(jù)處理能力．2）加深對所學(xué)知識(shí)的理解．3）通過對前人探究的模仿，體會(huì)這種創(chuàng)造性思維，提高自己的認(rèn)知水平、思維能力．4）掌握實(shí)驗(yàn)技巧，初步形成對未知世界的探究能力．5）通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維．

要達(dá)成上述的教育目標(biāo)，必須有一套相適應(yīng)的實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)和考核體系．美國著名教育評(píng)價(jià)學(xué)家D．L．Stufflebeam說過：“評(píng)價(jià)最主要的意圖不是為了證明，而是為了改進(jìn)”．

2 高中物理要考查實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ脑?/h2>
1）因?yàn)閷?shí)驗(yàn)具備上述的教育功能，假如能有一套很好的考查評(píng)價(jià)機(jī)制，上述的教育功能就能得到有效的保障和拓展．
2）“高考指揮棒”在我國影響深遠(yuǎn)，一套完善有力的評(píng)價(jià)機(jī)制可以引起教師和學(xué)生的重視，從思想認(rèn)識(shí)上徹底改變師生對實(shí)驗(yàn)的持有態(tài)度，從根本上杜絕以往的“以講代做”、“重理論、輕實(shí)踐”的觀念．
3）可以通過動(dòng)手實(shí)踐，真正地形成技能，掌握探究的基本方法，保持探究世界的原動(dòng)力，直接對生產(chǎn)生活產(chǎn)生影響．

3 如何評(píng)價(jià)考查物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?/h2>
以江蘇省為例，前幾年高中理化生有實(shí)驗(yàn)操作考試，在物理、化學(xué)、生物各選取4個(gè)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生通過抽簽的方法抽出1個(gè)實(shí)驗(yàn)在規(guī)定時(shí)間里完成，監(jiān)考教師當(dāng)場根據(jù)該學(xué)生的操作情況給出相應(yīng)的分?jǐn)?shù)．這種形式的操作考試確實(shí)對實(shí)驗(yàn)教學(xué)起到一定的促進(jìn)作用，但弊端也很大：首先，12個(gè)實(shí)驗(yàn)都是事先給定的，有很多學(xué)校平時(shí)不注重實(shí)驗(yàn)，在考前把給定要考的實(shí)驗(yàn)反復(fù)操練，甚至連答案都爛熟于心，以致于進(jìn)了實(shí)驗(yàn)室，不到5 min就完成了所有環(huán)節(jié)，使實(shí)驗(yàn)操作考試失去考查功能．其次，每個(gè)學(xué)生抽到理、化、生學(xué)科的機(jī)會(huì)只有1／3，不能全面地考查各科的實(shí)驗(yàn)操作能力，盡管從表面上看是機(jī)會(huì)均等，實(shí)際上是具有投機(jī)性的．最后，因?yàn)榭疾槌煽儾挥?jì)入高考升學(xué)成績，所以教師和學(xué)生的重視程度不夠，礙于各種關(guān)系，監(jiān)考教師基本不會(huì)去“難為”學(xué)生不讓他通過，甚至有的老師會(huì)提供“友情幫助”．所以所謂的理化生實(shí)驗(yàn)操作考試都是在轟轟烈烈中展開，在極大歡喜中結(jié)束，到處都是100%的通過率．這種形式的實(shí)驗(yàn)操作考試實(shí)際是弊大于利、得不償失的，耗費(fèi)了大量的人力、財(cái)力，考查結(jié)果基本上沒有任何實(shí)際意義，還誤導(dǎo)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)，江蘇省幾年前就叫停了這種流于形式的實(shí)驗(yàn)操作考試．取消了操作考試后，怎樣在高考卷中把實(shí)驗(yàn)的這種操作能力體現(xiàn)出來，縱觀這幾年江蘇的高考實(shí)驗(yàn)試題，出現(xiàn)了一系列像讀數(shù)、電路連線、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理等注重考查操作能力的題目，但這種考察形式真能取代操作考試嗎？答案是否定的，實(shí)驗(yàn)中的實(shí)物就是實(shí)物，是無法用圖片來代替的，比如簡單的電路連線，在實(shí)際操作時(shí)導(dǎo)線有卡口式、鱷魚夾式等，有時(shí)還會(huì)碰到接觸不良等故障，都需要學(xué)生具備一定的解決能力，不是像紙上畫一條線就可以解決所有問題的，再比如游標(biāo)卡尺的讀數(shù)，怎么把卡尺固定便于取下讀數(shù)，讀數(shù)時(shí)視線怎么看才可以盡量減少視覺誤差等，這些細(xì)節(jié)在試卷上都無法體現(xiàn)，所以在試卷上考操作只能是粗線條的，與實(shí)際的操作還是有很大的區(qū)別．

4 A－Level的評(píng)價(jià)方式

在實(shí)驗(yàn)考查方面，不妨去借鑒國外的做法，以國際上被稱為金牌課程的劍橋國際高中課程（以下簡稱A－Level）為例，高中物理學(xué)科成績由高二（簡稱AS）和高三（簡稱A2）兩部分組成，成績各占50%．在AS階段是實(shí)驗(yàn)操作考試，A2階段考實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、評(píng)估部分．下面分別介紹兩部分考試情況．

4．1 實(shí)驗(yàn)操作部分考試

安排在高二（AS）階段，要求學(xué)生在2 h內(nèi)獨(dú)立完成2道操作題，2個(gè)題目所需器材分別安排在2個(gè)不同的實(shí)驗(yàn)室，每道題考試時(shí)間各1 h，1 h后2組學(xué)生交換進(jìn)入另一個(gè)考場做第2個(gè)實(shí)驗(yàn)，每道題各20分，總分為40分，實(shí)際獲得成績的23%，就是學(xué)生在AS階段實(shí)驗(yàn)操作考試成績，和選擇題（31%）及計(jì)算題（46%）3部分構(gòu)成AS階段的物理總成績．

分析歷年出現(xiàn)的2道實(shí)驗(yàn)題，與我們以前的實(shí)驗(yàn)操作考試有很大的區(qū)別，并不是把以前做過的物理實(shí)驗(yàn)再操作一遍，而是由劍橋考試中心提前（大概1個(gè)月）下發(fā)考試材料清單（清單中很多材料是干擾材料），由專人負(fù)責(zé)去準(zhǔn)備這些材料（很多材料都買不到現(xiàn)成的，必須手工去做），考試材料于考試前1周準(zhǔn)備好，所有環(huán)節(jié)都要求嚴(yán)格保密，考試前教師和學(xué)生根本不知道要考什么實(shí)驗(yàn)，也就無從提前準(zhǔn)備了，這保證了考試的嚴(yán)肅性和公平性．

A－Level的實(shí)驗(yàn)根本無法從課本中找到，要求每位學(xué)生獨(dú)立地通過提供的材料去研究簡單的事例，盡管簡單，但很多都與生活息息相關(guān)，都可以看成是生活中某些應(yīng)用的雛形與思維萌芽．以2007年夏季實(shí)驗(yàn)操作試卷2（共有5套試卷）為例做以介紹．

實(shí)驗(yàn)1 需準(zhǔn)備材料（由實(shí)驗(yàn)教師考試前準(zhǔn)備好）：米尺，直徑大約2．5 mm、長度大約50 mm的新鐵釘，2套鐵架臺(tái)（帶鐵夾、滑輪），長木條（尺寸約為50 cm×2．5 cm×0．5 cm、質(zhì)量大約50 g，在上面開2個(gè)直徑約為3 mm的小孔，如圖1所示），量角器，直角三角板，大約65 cm長的細(xì)線（如圖1，兩端各打結(jié)成圈圈，其中用8 cm左右的線穿過木條小孔打結(jié)，形成較大的圈，另一端圈較小），50 g的槽碼盤，2個(gè)50 g和5個(gè)10 g的槽碼．實(shí)驗(yàn)前教師把器材裝配成圖2形式．

圖1 長木條

圖2 器材裝配圖

本實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生利用圖3去探究：控制右邊鐵夾位置不變（H保持不變），逐漸向槽碼盤中添加槽碼時(shí)，調(diào)節(jié)左邊鐵夾與滑輪高度，使線與水平桌面保持平行，測出h值，探究h與m的關(guān)系．

圖3 實(shí)驗(yàn)原理圖

要求學(xué)生測量的物理量只有H和h，主要考查了對刻度尺的使用．

操作難點(diǎn)：當(dāng)增減槽碼時(shí)，怎樣調(diào)節(jié)左邊鐵夾位置使細(xì)線與水平桌面平行是本實(shí)驗(yàn)難點(diǎn)，這里很容易考察學(xué)生的操作能力，有的學(xué)生是靠目測，這樣勢必造成較大的實(shí)驗(yàn)誤差，而操作能力較強(qiáng)的學(xué)生，每次調(diào)節(jié)后只需用米尺在3個(gè)不同位置測出細(xì)線到桌面的垂直高度，高度相同即可．這種實(shí)際操作能力不是在紙上能體現(xiàn)出來的．

本實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生通過多次（至少6次）改變槽碼質(zhì)量m，得到重新調(diào)節(jié)平行后的h值，要求學(xué)生自己設(shè)計(jì)表格，表格中按要求有m2和項(xiàng)，同時(shí)需注意表格中單位要正確．

點(diǎn)評(píng)：這是一個(gè)相當(dāng)完整的科學(xué)探究過程，從操作到測量、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)處理、圖像處理、得到探究結(jié)論（數(shù)學(xué)表達(dá)式）．實(shí)際上究其實(shí)質(zhì)，其原理只不過是簡單的杠桿平衡實(shí)驗(yàn)，國外這種把傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)改編成探究實(shí)驗(yàn)的思路值得借鑒，相比較國內(nèi)的杠桿平衡的實(shí)驗(yàn)，顯得生動(dòng)性、探究性和趣味性更強(qiáng)．

實(shí)驗(yàn)2 準(zhǔn)備材料：2把米尺，周長約10 cm的細(xì)線圈，彈簧測力計(jì)（量程0～10 N），2個(gè)相同的三角形支架（木制，高度約為4～15 cm均可，需要木工制作），2個(gè)500 g槽碼．

操作步驟：按圖4組裝好實(shí)驗(yàn)器材，測出y，h，再如圖5，把500 g的槽碼壓在米尺兩端距離端點(diǎn)5 cm處，米尺成圖5所示拱形，測出此時(shí)x1，h1，算出尺面高度變化：d1＝h1－h(huán)，分別把2個(gè)三角形支架朝里移動(dòng)10 cm（此時(shí)距兩端25 cm），重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，測出此時(shí)x2，h2，算出d2．

圖4 實(shí)驗(yàn)器材組裝圖

圖5 拱形米尺

本實(shí)驗(yàn)測量工具只有刻度尺，材料中準(zhǔn)備的彈簧測力計(jì)是干擾器材，與國內(nèi)物理實(shí)驗(yàn)讀數(shù)要求不同，實(shí)驗(yàn)中只需讀出刻度尺的準(zhǔn)確值，不要求估讀，但引入了不確定度（國內(nèi)屬于大學(xué)內(nèi)容），在高中實(shí)驗(yàn)中引入不確定度是否必要值得探討．

根據(jù)已經(jīng)得到的2組數(shù)據(jù)，看能否找出d與y的關(guān)系，試卷中給定一個(gè)關(guān)系式：d＝ky2，要學(xué)生利用得到的2組數(shù)據(jù)求出2個(gè)k值，k值可能相等也可能不等，與第一個(gè)實(shí)驗(yàn)不同之處，這個(gè)實(shí)驗(yàn)完全來源于對生活中實(shí)例的探究，沒有任何原理或者定律做支撐，其出發(fā)點(diǎn)是鼓勵(lì)學(xué)生對日常生活中感興趣的事情去探究，并教給他探究方法，往往是創(chuàng)新思維的前奏．

當(dāng)然這個(gè)實(shí)驗(yàn)上有很多值得探討之處，比如測量次數(shù)太少以致實(shí)驗(yàn)結(jié)論不具有代表性，沒有合理地控制變量等，所以題目下面就要求學(xué)生找出本實(shí)驗(yàn)的不足之處和改進(jìn)意見．實(shí)際上假如有學(xué)生要繼續(xù)去研究，就完全可以作成一個(gè)很好的課題研究，這種考試意義超出了考試本身的意義，教會(huì)學(xué)生探究的方法，留給學(xué)生繼續(xù)探究的空間，使學(xué)生保持這種探究的激情，在探究中尋求突破就需要?jiǎng)?chuàng)新，這對學(xué)生以后的學(xué)習(xí)、生活的意義是非常重大的．

4．2 實(shí)驗(yàn)筆試部分考試

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)評(píng)估與處理：A－Level高三（A2）階段的物理實(shí)驗(yàn)部分則是以實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)評(píng)估為主，考試時(shí)間為1 h 15 min，2個(gè)題目，每題15分，總分為30分，實(shí)際得分的24%就是高三實(shí)驗(yàn)考試得分，與解答題兩部分得到A2的物理成績．以2010年夏季（高三）A2試驗(yàn)卷1為例做以介紹．

實(shí)驗(yàn)1 要求學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究日常生活中常見的一個(gè)事例，用重錘把釘子打擊到木塊中去，如圖6，探究重錘打擊速度v與釘子嵌入深度h的關(guān)系，這種探究在初中物理就經(jīng)常遇到，控制重錘質(zhì)量相同，改變從不同高度落下打擊釘子，比較釘子嵌入的深度．但我們的研究僅局限在定性研究上，這道題變成定量研究，題目中給出一個(gè)關(guān)系式：d＝kvn（式中k，n都是常數(shù)），要求學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究出k，n值．本實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生自行確定實(shí)驗(yàn)方案、選擇實(shí)驗(yàn)器材、進(jìn)行測量、記錄數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)，還有其中的安全因素考慮，比如重錘落下時(shí)不要砸到腳上，為防止反彈砸傷眼睛需要帶護(hù)目鏡等．

圖6 探究重錘打擊速度與釘子嵌入深度的關(guān)系

本實(shí)驗(yàn)的考查很具開放性：

1）比如測重錘下落速度時(shí)，可采用光電門、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶、速度傳感器、錄像等方式（采用下落高度除以測出下落時(shí)間方法是不可取的）．

2）測釘子嵌入深度時(shí)可采用2次露出木塊外面之差法、在釘子上事先標(biāo)好長度記號(hào)、游標(biāo)卡尺測量等方法，只要方法合理就被認(rèn)可，沒有標(biāo)準(zhǔn)答案，留給學(xué)生很大自由發(fā)揮的空間，可以很好地培養(yǎng)學(xué)生的開創(chuàng)性思維．

3）數(shù)據(jù)處理，把d＝kvn變換成ln d＝n ln v＋ln k，作出ln d－ln v圖線，根據(jù)圖線得到相關(guān)值（斜率就是n，截距是ln k）．

這道題實(shí)際考查了運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)量守恒定律、動(dòng)能定理，根據(jù)推導(dǎo)可以得到d∝v2，所以這個(gè)實(shí)驗(yàn)給出的表達(dá)式d＝kvn是有理論支撐的．在A2階段這種考法是非常常見的，物理量間只要有一個(gè)確定的數(shù)學(xué)表達(dá)式，給它創(chuàng)設(shè)一個(gè)生活化的情境，就可變成一道開放性的定量探究題．

實(shí)驗(yàn)2 主要考查學(xué)生處理數(shù)據(jù)的能力：根據(jù)題目中提供的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（全部帶不確定值的數(shù)值），要求學(xué)生根據(jù)數(shù)據(jù)畫出圖線（最好線和最差線），主要考查了不確定度和誤差線，這些國內(nèi)物理實(shí)驗(yàn)中完全沒有涉及，內(nèi)容已經(jīng)完全和大學(xué)接軌，這里不作重點(diǎn)介紹．

5 結(jié)束語