关于工科大学物理考试内容改革的探讨

白秀丽

(南京晓庄学院物理与电子工程学院 江苏 南京 211171 )

马书云

(南京解放军理工大学理学院 江苏 南京 210007)

1 引言

考试作为教学过程中的一个重要环节, 是检查、衡量和评价教学质量的重要手段, 在教师教和学生学的过程中起着导向的作用.因此，要真正实现教育模式的转变，并且贯彻到教学的各个环节中，就不能仅仅体现在教材和教法上，还必须落实到考试的教学环节上，即改革配套的考试内容[1].

现在工科院校的大学物理考试普遍存在的问题是只重视考试的评价功能而忽视其鉴定、引导和激励功能；只注重考查书本知识而忽视培养学生的创新意识和创新能力；只注重考试的“标准化”而忽视培养学生的创新精神和实践能力等.所有这些问题都不利于教学模式的转变，因此工科大学物理考试内容改革势在必行.改革考试内容，少出一些只有一个标准答案的题目，适当增加主观题比重，尤其是要多出一些综合性思考题、分析题、应用题、一题多解题，而这些题目在传统的考试题型中得不到体现.笔者尝试着引入两种新的题型，以此来克服标准化考试暴露出的弊端，锻炼学生的思维，给学生提供更多思考的机会，培养他们的创新能力.充分发挥考试的能力导向作用，大力构建全面综合的考试内容，以丰富的内容引导学生从多方面学习、充实和发展.

2 两种新题型的探讨

2.1 两种新题型的引入

工科大学物理考试多年来延续了题库出题的方法.因题库总体题量大，组卷方便，教师都喜欢采用这种方法.但是题库出题有一定的随机性，即使达到教学基本要求,也不一定会做到对考试内容有所把握.近几年题库都没有更新，有些知识点的题目已经比较陈旧 ,这样会造成历年考试反复选用同一题目.学生普遍认为题目太单一，做几道题根本反映不出学习的真实水平，达不到考试的目的，所以命题必须进行人为的干预[2].综观国内各种类型的试题，往往摆脱不了旧的传统模式，即选择题、填空题、问答题、计算题等.这些类型的题目有它们的优点，题目简单明了，主要考察学生对一些物理定义、定律的记忆和应用， 教师容易阅卷.但也有不足之处，忽视了对物理思想、方法、物理概念和图像的学习和理解, 限制了学生的想象力,实质上这些东西正是物理学的精髓所在, 对于提高学生的综合素质非常重要.通过研究与分析国内外的一些试题，根据工科物理的特点，笔者认为在考试中可以引入这样两种新的题型，即构造概念图试题和探究性试题.这两种新题型所涉及到的题目内容新颖，贴近前沿，趣味性强，可以培养学生应用所学知识解决实际问题的能力，培养创新意识和创新能力，完成从知识到应用的迁移.

2.2 构造概念图试题

概念图是由美国心理学家Novak 于1984 年在《学习如何学习》著作中正式提出来的,并在此著作中系统地介绍了概念图[3].自此以后, 概念图在西方国家已被广泛用作教与学的有效工具.在我国，从20世纪末就有人在研究概念图，并尝试把它作为一种新题型引入考试中，但至今应用者不多.通过对构造概念图试题的研究与分析，并结合工科大学物理的特点，笔者对概念图稍作修改，尝试着将其引入工科大学物理考试中.

概念图是由概念、概念间的连线及连接语、概念的例子组成的一个知识结构网络，反映了学生头脑中已经形成的认知结构，体现了学生对某一领域知识的整体理解.具体来说,概念图包括六个部分:概念、分支、水平层次、同一分支下概念间的连接线和连接语,不同分支下概念间的连接线和连接语、例子.概念图所涉及的知识点几乎包含了测试部分的所有基本知识点，从而能够考查学生对这一领域知识的整体把握情况.根据概念图试题的特点，笔者认为在试题中刚加入此类题目时，学生可能无从下手，教师在出题时可给出大体的框架，以填空的形式来考查(例如，图1中，根据给出的连接词语，让学生填方框中的知识).以后在考试中循序渐进地加大难度，使学生最终能完成整个概念图.下面以光学部分[2]的概念图为例说明概念图的制作.

【例1】用下列概念绘制概念图，光的波动性、光的干涉、光的衍射、光的偏振、惠更斯-菲涅耳原理、偏振片、双折射.

建立概念图的步骤：

(1)选择关键概念，放在概念图的最上层.此图中光的波动性是关键概念，放在图的最上层.

(2)建立概念图的分支——将所给概念按照物理意义分类，将同一类概念放在关键概念下面的同一分支.根据不同的原理和理论，把光的波动性又分为干涉、衍射和偏振，属于同一原理的放在同一分支中.例如,杨氏双缝干涉和薄膜干涉都属于光的干涉，故放在同一分支中.

(3)建立概念图的水平层次——把具有同等重要地位的概念放在同一层次，建立不同分支，然后在不同分支中有物理关系的概念间画连接线,并注明连接词语(如精练的物理言语描述、相应的物理公式或物理规律、物理现象的说明等)，这样的联系应该能体现两类概念间的综合联系.薄膜干涉和菲涅耳衍射分别属于干涉和衍射不同的分支中，但又属于同一层次的概念.

(4) 建立概念图的垂直层次——将同一分支(同一类) 的概念按照物理意义分出层次,包容度较大的概念放在上面,包容度较小的概念依次放在下面；并建立同一分支中概念间的连接线和连接词语，连接词语可以使用准确的物理语言.光的干涉按照光程的不同划分为薄膜干涉，薄膜干涉又根据入射光的角度和薄膜的厚度不同分为等倾干涉和等厚干涉，这属于垂直层次的概念.

(5) 建立概念图的应用例子——在有具体应用特点的概念下面注明相应的物理公式和物理规律等知识，或举出某一概念的一些特例.圆孔衍射和光栅衍射是夫琅禾费衍射的两个应用举例，有各自对应的物理公式.

根据以上步骤可以得到如图1所示的概念图.

图1 概念图

概念图试题有多种评分标准[4]，每种标准都有优缺点.为了能更准确地评定概念图分数,通过分析比较，笔者认为可以采用知识编码数记分的方式进行评分.教师首先根据命题制作一个标准图，即给出该题目所涉及的所有知识并进行编码(如图1中共有16个连接词语)；然后以这些知识编码为准则，依据学生概念图中有意义的概念，对连接和连接语的质量，应用例子的质量逐个对学生的概念图进行评分.有该项知识编码并且表述正确的记1 分,没有或表述不正确的记零分.则该概念图得分可以表示为

注：该题总分15分.

物理概念图试题能够像其他传统题型,如填空、选择、判断题一样，体现学生对知识的记忆、理解和应用的程度，并且物理概念图试题能以凝炼的形式体现大量的知识点，是教师迅速诊断学生是否存在对知识错误理解的良好工具.物理概念图试题要求学生应用给定的概念绘制概念图，用来体现相应的物理公式、定理和定律.对学生,由于概念图能够把他们的精力集中在理解概念以及它们的关系上，从而使他们能够知道自己对概念理解的缺陷,所以概念图对学生的学也能起到促进的作用.概念图试题除了能促进学生对每个概念、定律的理解外，还能加深学生对整体知识结构的理解，从而培养学生整体把握教材的能力，有效地培养了学生的自学能力.但同时也存在一些弊端,如忽视了学生的计算技能和技巧的训练，忽视了理论联系实际，所以在培养学生的抽象思维能力、想象力和运用物理知识解决实际问题的能力方面受到一定的影响.每道试题都有各自的特点，可以从不同的角度考查学生的能力，但不能反映出学生全部的能力.概念图试题主要考查学生对整体知识结构的理解，学生运用知识解决实际问题的能力和创新能力的培养可以从下面的探究性试题中考查.鉴于以上的讨论，笔者认为概念图试题是一种值得推广的新型试题.

2.3 探究性试题

探究性试题以考查学生的探究能力为主要目标，其问题情境的设置新颖，待解决的问题对学生来说比较陌生，这些都有利于培养学生的创新能力.探究性试题设置的问题情境主要来源于真实的自然现象、生产生活或科学研究，而不是理想化的物理模型.从探究过程、探究情境和学科知识三个方面考虑，探究性试题可以形成三维的命题模型[5]，如图2所示.

图2 命题模型

从该模型可以看出，在命题时首先要确定需要测量考查的探究能力是什么，即y轴的坐标，然后考虑问题的情境(z轴)和所涉及的学科知识(x轴).由此可知，同样的探究能力，可以在多样的问题情境和知识范围内进行考查测量.在探究性试题的解题过程中，必然会涉及到学科知识，但探究性试题主要是指学生是否具有探究的心智技能，因此学生在解题时，主要障碍不是学科知识，而是探究的能力.对解题者来说，这不仅要求他们大胆探索，理论联系实际，开创新思路，还要求其对物理现象和规律作出独立思考和判断，通过求解这类习题，学生能自觉掌握物理知识,培养思维能力.

下面以一道光学题目为例介绍探究性试题的特点.

【例2】随着科学发展，物理学与天体物理学之间的渗透已经大大加强.观测宇宙天体的手段也不断得到改进.射电天文学是利用射电天文望远镜观测天体的无线电波的辐射.英国物理学家A.Hewish因利用射电天文望远镜发现了脉冲星而获得了1974年的诺贝尔奖.北京天文台的米波综合孔径射电天文望远镜由设置在东西方向的一列28个抛物面组成，如图3所示.这些天线用等长的电缆线接到同一接收器上(这样各电缆对天线接收的电磁波信号不产生附加的相差);接收由空间射电源发射的232 Hz的电磁波.工作时各天线的作用等效于间距为6 cm，总数为192个天线的一维天线列阵.问：

图3 米波综合孔径射电天文望远镜

(1)接收器接收到的从正天顶上一颗射电源发射来的电磁波将产生极大强度还是极小强度?

(2)在正天顶东方多大角度的射电源发射来的电磁波将产生第1级极小强度?

(3)又在正天顶东方多大角度的射电源发射来的电磁波将产生下一级极大强度?

这是一道探究创新型题目，涉及物理的前沿.解答此题，要求学生对所学的知识要很熟悉，能够从题目中找出知识信息，并且能与所学的知识建立联系.本题考查的知识点是衍射的应用，相当于光栅衍射问题中极大强度和极小强度的分析和求解.

工科院校主要是培养学生的工程能力.工科教育的最终目的在于培养具有创新精神和实践技能的人才.探究性试题能够把物理学知识与工程实际应用联系起来，突出了“工程性”的特色，具有模拟工程师搞工程设计的趣味性，能够充分调动学生主动思考的积极性，有利于培养学生的创新意识和创新能力，因此笔者认为这也是值得采用的一种新题型.

3 总结

要实现教育模式的转变，达到高质量的教学效果，必须充分利用考试这一重要环节，不仅要体现考试的“评价”功能，还应体现其强大的“塑造”能力的功能.对工科大学物理的考试内容进行改革，多设计一些新颖独特、科学性、趣味性更强的题目，激发学生学习物理的热情，训练学生的发散性思维[5].这不仅有利于促进教学质量的提高，而且对于学生将来学习和生活中产生新观点、新思想也是极为有利的.

以上两种新题型，是适应未来信息社会需要的，因为这不仅使学生学到了一定的科学知识，更重要的是让他们在学习知识的过程中学到探索知识的方法，提高了自我学习的能力，同样也有利于高素质、创新人才的培养.把概念图试题和探究性试题引入考试试题中，对工科大学物理考试内容改革是一个大的挑战，它的成功与否还有待于教学的检验.

1 张晓宏,等. 大学物理考试改革的意义及实践. 现代物理知识, 2002,14(4): 38

2 马文蔚，解希顺，周雨青. 物理学.北京：高等教育出版社

3 王立君，顾海根.对物理概念图填图试题的应用研究.心理科学，2006,29(4)：941～943

4 王立君，姚广珍.物理概念图试题的评分方法.心理发展与教育，2004(4):84～88

5 汤钧民，等.大学物理考试改革的探索与效果.物理与工程(增刊), 2001