A－Level物理实验评价初探及实例分析

2012-01-26张为宏

物理实验 2012年9期

张为宏

（无锡第一中学，江苏无锡214031）

1 物理实验的教育功能

物理是一门实验学科，实验的重要性是毋庸置疑的，新课改更是强调了实验探究能力．实验具有下列教育功能：1）培养学生动手能力、观察能力、数据处理能力．2）加深对所学知识的理解．3）通过对前人探究的模仿，体会这种创造性思维，提高自己的认知水平、思维能力．4）掌握实验技巧，初步形成对未知世界的探究能力．5）通过设计实验培养学生的创新思维．

要达成上述的教育目标，必须有一套相适应的实验评价和考核体系．美国著名教育评价学家D．L．Stufflebeam说过：“评价最主要的意图不是为了证明，而是为了改进”．

2 高中物理要考查实验能力的原因

1）因为实验具备上述的教育功能，假如能有一套很好的考查评价机制，上述的教育功能就能得到有效的保障和拓展．

2）“高考指挥棒”在我国影响深远，一套完善有力的评价机制可以引起教师和学生的重视，从思想认识上彻底改变师生对实验的持有态度，从根本上杜绝以往的“以讲代做”、“重理论、轻实践”的观念．

3）可以通过动手实践，真正地形成技能，掌握探究的基本方法，保持探究世界的原动力，直接对生产生活产生影响．

3 如何评价考查物理实验能力

以江苏省为例，前几年高中理化生有实验操作考试，在物理、化学、生物各选取4个实验，学生通过抽签的方法抽出1个实验在规定时间里完成，监考教师当场根据该学生的操作情况给出相应的分数．这种形式的操作考试确实对实验教学起到一定的促进作用，但弊端也很大：首先，12个实验都是事先给定的，有很多学校平时不注重实验，在考前把给定要考的实验反复操练，甚至连答案都烂熟于心，以致于进了实验室，不到5 min就完成了所有环节，使实验操作考试失去考查功能．其次，每个学生抽到理、化、生学科的机会只有1／3，不能全面地考查各科的实验操作能力，尽管从表面上看是机会均等，实际上是具有投机性的．最后，因为考查成绩不计入高考升学成绩，所以教师和学生的重视程度不够，碍于各种关系，监考教师基本不会去“难为”学生不让他通过，甚至有的老师会提供“友情帮助”．所以所谓的理化生实验操作考试都是在轰轰烈烈中展开，在极大欢喜中结束，到处都是100%的通过率．这种形式的实验操作考试实际是弊大于利、得不偿失的，耗费了大量的人力、财力，考查结果基本上没有任何实际意义，还误导了实验教学，江苏省几年前就叫停了这种流于形式的实验操作考试．取消了操作考试后，怎样在高考卷中把实验的这种操作能力体现出来，纵观这几年江苏的高考实验试题，出现了一系列像读数、电路连线、实验数据的处理等注重考查操作能力的题目，但这种考察形式真能取代操作考试吗？答案是否定的，实验中的实物就是实物，是无法用图片来代替的，比如简单的电路连线，在实际操作时导线有卡口式、鳄鱼夹式等，有时还会碰到接触不良等故障，都需要学生具备一定的解决能力，不是像纸上画一条线就可以解决所有问题的，再比如游标卡尺的读数，怎么把卡尺固定便于取下读数，读数时视线怎么看才可以尽量减少视觉误差等，这些细节在试卷上都无法体现，所以在试卷上考操作只能是粗线条的，与实际的操作还是有很大的区别．

4 A－Level的评价方式

在实验考查方面，不妨去借鉴国外的做法，以国际上被称为金牌课程的剑桥国际高中课程（以下简称A－Level）为例，高中物理学科成绩由高二（简称AS）和高三（简称A2）两部分组成，成绩各占50%．在AS阶段是实验操作考试，A2阶段考实验设计、评估部分．下面分别介绍两部分考试情况．

4．1 实验操作部分考试

安排在高二（AS）阶段，要求学生在2 h内独立完成2道操作题，2个题目所需器材分别安排在2个不同的实验室，每道题考试时间各1 h，1 h后2组学生交换进入另一个考场做第2个实验，每道题各20分，总分为40分，实际获得成绩的23%，就是学生在AS阶段实验操作考试成绩，和选择题（31%）及计算题（46%）3部分构成AS阶段的物理总成绩．

分析历年出现的2道实验题，与我们以前的实验操作考试有很大的区别，并不是把以前做过的物理实验再操作一遍，而是由剑桥考试中心提前（大概1个月）下发考试材料清单（清单中很多材料是干扰材料），由专人负责去准备这些材料（很多材料都买不到现成的，必须手工去做），考试材料于考试前1周准备好，所有环节都要求严格保密，考试前教师和学生根本不知道要考什么实验，也就无从提前准备了，这保证了考试的严肃性和公平性．

A－Level的实验根本无法从课本中找到，要求每位学生独立地通过提供的材料去研究简单的事例，尽管简单，但很多都与生活息息相关，都可以看成是生活中某些应用的雏形与思维萌芽．以2007年夏季实验操作试卷2（共有5套试卷）为例做以介绍．

实验1 需准备材料（由实验教师考试前准备好）：米尺，直径大约2．5 mm、长度大约50 mm的新铁钉，2套铁架台（带铁夹、滑轮），长木条（尺寸约为50 cm×2．5 cm×0．5 cm、质量大约50 g，在上面开2个直径约为3 mm的小孔，如图1所示），量角器，直角三角板，大约65 cm长的细线（如图1，两端各打结成圈圈，其中用8 cm左右的线穿过木条小孔打结，形成较大的圈，另一端圈较小），50 g的槽码盘，2个50 g和5个10 g的槽码．实验前教师把器材装配成图2形式．

图1 长木条

图2 器材装配图

本实验要求学生利用图3去探究：控制右边铁夹位置不变（H保持不变），逐渐向槽码盘中添加槽码时，调节左边铁夹与滑轮高度，使线与水平桌面保持平行，测出h值，探究h与m的关系．

图3 实验原理图

要求学生测量的物理量只有H和h，主要考查了对刻度尺的使用．

操作难点：当增减槽码时，怎样调节左边铁夹位置使细线与水平桌面平行是本实验难点，这里很容易考察学生的操作能力，有的学生是靠目测，这样势必造成较大的实验误差，而操作能力较强的学生，每次调节后只需用米尺在3个不同位置测出细线到桌面的垂直高度，高度相同即可．这种实际操作能力不是在纸上能体现出来的．

本实验要求学生通过多次（至少6次）改变槽码质量m，得到重新调节平行后的h值，要求学生自己设计表格，表格中按要求有m2和项，同时需注意表格中单位要正确．

点评：这是一个相当完整的科学探究过程，从操作到测量、数据记录、数据处理、图像处理、得到探究结论（数学表达式）．实际上究其实质，其原理只不过是简单的杠杆平衡实验，国外这种把传统实验改编成探究实验的思路值得借鉴，相比较国内的杠杆平衡的实验，显得生动性、探究性和趣味性更强．

实验2 准备材料：2把米尺，周长约10 cm的细线圈，弹簧测力计（量程0～10 N），2个相同的三角形支架（木制，高度约为4～15 cm均可，需要木工制作），2个500 g槽码．

操作步骤：按图4组装好实验器材，测出y，h，再如图5，把500 g的槽码压在米尺两端距离端点5 cm处，米尺成图5所示拱形，测出此时x1，h1，算出尺面高度变化：d1＝h1－h，分别把2个三角形支架朝里移动10 cm（此时距两端25 cm），重复上述实验，测出此时x2，h2，算出d2．

图4 实验器材组装图

图5 拱形米尺

本实验测量工具只有刻度尺，材料中准备的弹簧测力计是干扰器材，与国内物理实验读数要求不同，实验中只需读出刻度尺的准确值，不要求估读，但引入了不确定度（国内属于大学内容），在高中实验中引入不确定度是否必要值得探讨．

根据已经得到的2组数据，看能否找出d与y的关系，试卷中给定一个关系式：d＝ky2，要学生利用得到的2组数据求出2个k值，k值可能相等也可能不等，与第一个实验不同之处，这个实验完全来源于对生活中实例的探究，没有任何原理或者定律做支撑，其出发点是鼓励学生对日常生活中感兴趣的事情去探究，并教给他探究方法，往往是创新思维的前奏．

当然这个实验上有很多值得探讨之处，比如测量次数太少以致实验结论不具有代表性，没有合理地控制变量等，所以题目下面就要求学生找出本实验的不足之处和改进意见．实际上假如有学生要继续去研究，就完全可以作成一个很好的课题研究，这种考试意义超出了考试本身的意义，教会学生探究的方法，留给学生继续探究的空间，使学生保持这种探究的激情，在探究中寻求突破就需要创新，这对学生以后的学习、生活的意义是非常重大的．

4．2 实验笔试部分考试

实验设计、数据评估与处理：A－Level高三（A2）阶段的物理实验部分则是以实验设计、数据评估为主，考试时间为1 h 15 min，2个题目，每题15分，总分为30分，实际得分的24%就是高三实验考试得分，与解答题两部分得到A2的物理成绩．以2010年夏季（高三）A2试验卷1为例做以介绍．

实验1 要求学生自己设计实验探究日常生活中常见的一个事例，用重锤把钉子打击到木块中去，如图6，探究重锤打击速度v与钉子嵌入深度h的关系，这种探究在初中物理就经常遇到，控制重锤质量相同，改变从不同高度落下打击钉子，比较钉子嵌入的深度．但我们的研究仅局限在定性研究上，这道题变成定量研究，题目中给出一个关系式：d＝kvn（式中k，n都是常数），要求学生自己设计实验探究出k，n值．本实验要求学生自行确定实验方案、选择实验器材、进行测量、记录数据、处理数据，还有其中的安全因素考虑，比如重锤落下时不要砸到脚上，为防止反弹砸伤眼睛需要带护目镜等．