英国GCSE物理试卷特点分析及对我国物理教学的启示

张 莹 桑芝芳

(苏州大学物理科学与技术学院,江苏 苏州 215006)

在英国,GCSE(GCSE全称是General Certificate of Secondary Education,中文译为普通中等教育证书,简称GCSE)考试制度是一种被公众所信任的权威性考试制度,是英国学生在义务教育阶段结束时进行的一种证书考试,主要考查学生在义务教育阶段学生学业水平和学校的教学水平,同时还兼顾高一级学校和用人单位等多方面的需求,因此即使学生直接就业也不需要参加其他的考试．

GCSE考试制度自1986年实施以来一直在不断的发展和完善．就物理学科来说,新版物理考试大纲(以下简称新考纲)在2016年颁布并实施,2018年是新考纲指导下的第一次考试.．本文就2018年GCSE物理学科考试样卷进行分析,以期找出GCSE物理试题的特点,为我国物理教学提供参考．

1 GCSE物理试卷的整体分析

1.1 考试形式分析

2018年是新考纲指导下的第一次考试,从考试形式上来看与以往也有很多不同,如表1所示．

由表1可以看出,新考纲指导下的考试形式取消一年两次的笔试考核,改为一年考一次,且只能在完成两年的课程后参加考试,只依照笔试成绩作为GCSE证书认证等级的最终依据．这种考试方式较之前更具客观性、公平性,很大程度上避免了人为因素对最终等级认证的影响．但是,这种考试方式也有弊端,加大了学生最终考核的压力．

笔试部分也有很大的变化,往年笔试试卷分为物理1、物理2和物理3共3个部分,每一部分有基础卷和提高卷,学生任选两卷之一进行考试;2018年改为物理1和物理2两个部分,每一部分仍有基础卷和提高卷可供选择．虽由3套试卷改为2套,但旧考纲和新考纲所要求考查的知识模块没有太大变化,且新考纲还增添了一些考点,如此一来,3张试卷合并为2张试卷考核所导致的直接结果就是单张试卷考试内容增多,考试时间加长,因此对于学生的注意力集中程度有了更高的要求,难度也有所上升．

1.2 题型分析

笔者对2018年考试样卷试题的题型和所涉及的知识模块进行归纳总结,结果如图1所示．

图1 2018年样卷各题型的占比情况

由图1可以看出,论述题、计算题和简答题都是重点考查的题型,所以GCSE物理学科要求学生都具备一定的语言表达能力和计算能力．简答题在提高卷中的占比较之在基础卷中更多,提高卷中选择题减少,简答题增多,这是由于简答题既可以降低学生得分的偶然性,也可更深刻地考查学生对于物理知识的理解,同时考查学生的语言表达能力．这种考查趋势也是由GCSE证书的职能所决定的,GCSE证书不仅作为升学的凭证,也是学生步入社会的就业凭证,良好的语言表达能力是很多雇主的基本要求．总而言之,主观题在考试中的占比逐渐增大、注重考查学生的语言表达能力已成为GCSE物理考试的一大特色．

1.3 试卷内容分析

新考纲明确规定了物理1考查能量、电学、热学、原子物理学4个知识模块,物理2考查力学、电磁学、波、空间物理4个模块,笔者现将物理1、物理2的基础卷和提高卷各知识模块占比进行以下统计分析,如图2所示．

据图2可知,无论是基础卷还是提高卷,力学部分知识占比最大,这表明GCSE考试注重学生基础物理知识的学习,关注知识的实用性;原子物理学部分的考查比例较之以往也有所上升,这将会使试卷难度增大．而波和能量模块的占比有所下降,在2016年试卷中这两个模块占比共45%左右,此部分比例降低使得别的模块的占比有所增加,最终使得2018年样卷的各个知识模块的占比较为均衡,均衡的考查各个模块的知识有利于学生构建比较完整的物理知识体系,既可以为将来升学学习深层次的物理奠定基础,也可以为学生将来进入各行各业做准备．根据2018年样卷考查的知识模块来说,没有任何知识模块在物理1和物理2两套试卷中同时考查．而在改革之前的考试中,在多套试卷中考查同一模块也是正常现象,因此,对于综合性知识的考查有所降低．

2 GCSE物理试题的特色分析

2.1 GCSE物理试题大量采用图及图表

2018年样卷,共52道题目,47道有图或图表,共91张图或图表,占总题数的90%．由于图和图表形象、直观、生动且给出的信息量较大,使学生容易理解,减少了由于文字理解错误而引起的失误,比较适合这个年龄组的考试．[1]

2.2 GCSE物理试卷不按题型分布,按知识点分布

GCSE物理试卷不是按照题型分布,而是按知识点分布．一道题目只涉及一个知识模块的知识,但可以包含简答、填空和计算等多个题型,以下给出例题供读者参考．

例1. 图3是一名学生蹦极前后的示意图．蹦极的绳子原长为20.0 m,学生的质量为50 kg,重力常数g取9.8 N/kg．

(1) 写出重力势能与质量、高度和重力常量之间的关系．[1分]

(2) 计算学生从20 m高度跳下时重力势能的变化．[2分]

图3 蹦极示意图

(3) 在下落过程中,重力势能的80%转化为动能,当下降了20 m时动能增加了多少? [1分]

动能=________.

(4) 计算学生下降20 m时的速度,写出你计算过程中的两个重要步骤．[4分]

速度=________m/s.

(5) 在跳跃的最低点,弹力绳的弹力势能为24.5 kJ,弹力绳和弹簧的性质是相似的,计算弹力绳的弹性系数,请使用物理公式表中的正确的公式．[3分]

弹力系数=________N/m.

此题是物理1提高卷的第5题,考查了机械能的相关知识．这种按照知识点分布的试卷布局方式可以避免因考查知识点不连贯影响学生思维的情况,更加符合学生的思维方式,与按知识模块编排的教材相对应,使得试卷的考点更加清晰,也使得知识模块在考试中的占比一目了然．

2.3 GCSE物理试题的计算量和难度较小

由例题1可以看出,GCSE物理试卷的计算题占比虽大,但是其计算量较小,偏向于简单计算,多数计算题可一步解答,且对于工具性的公式会选择、会应用即可,不要求学生全部记忆,侧重于学生对于各物理量的理解,考查学生的物理知识,不在记忆公式和数学计算的层面给学生挫败感,避免降低学生对于物理课程的兴趣,同时也减小了学生学习物理的压力．

2.4 GCSE试题情境多来源于生活

试题情境多来源于生活,且情境常见,无论是乡镇学生还是城市学生都能理解的生活情境,试题情境自然、不牵强附会,满足黄红波博士所说的试题情境应具有“鲜明、干净、亲切、真实、地道”等5个特征.[2]举一例供读者参考．

例2.图4是被称为胸部扩张器(拉力器)的锻炼器材,图中3个弹簧是相同的．一个人在向外拉动手柄并使弹簧伸长了．

图4 拉力器

完成下列句子．

当用手拉开弹簧时,____________能量储存在弹簧中．[1分]

(2) 图5展示了胸部扩张器上一根弹簧的伸长量与外力之间的关系．

图5 弹簧伸长量与外力关系图

① 你怎样从图5看出弹簧没有超过弹性形变范围的呢?[1分]

② 由图5计算弹簧的弹力系数,请使用物理公式表中的正确的公式．[3分]

弹力系数=________;单位________

③ 3个相同的电阻并联,通过3个电阻的电流之和等于电路总电流．以类似的方式,胸部扩张器中的3个弹簧共同承担总的外力．考虑这种相似性,当每个弹簧伸展0.25 m时,通过图5的数据求胸部扩张器上人所用的总力．[2分]

总力________

图6是一个学生在做引体向上．

图6 引体向上示意图

学生每做一次引体向上时,他都会垂直向上抬起身体0.40 m,这个学生的体重是65 kg,他可以在60 s内完成12次引体向上．计算此学生做引体向上的功率,g取10 N/kg,请使用物理方程式表中的正确方程式． [3分]

功率=________

无论是例2的拉力器、引体向上,还是例题1中的蹦极,这些情境都是现代生活中常见的,学生所熟悉的,且与所考查的物理知识密切相关,不是为了情境而设置情境,设置的情境亲切、自然、真实．

2.5 GCSE考试关注学生知识的建构和物理思维的培养

例如红移理论是空间物理这一知识模块中的重要内容,GCSE物理考试要求学生了解红移现象、了解是科学家如何观察到红移现象的,进而掌握红移的概念,且能够利用红移理论为宇宙大爆炸理论提供证据．试题如下所示．

例题3. 1929年,天文学家埃德温·哈勃观察到正在远离地球的星系所发出的波长比预期的要长．

图7 哈勃计算结果

(1) 这个发现被命名为什么?[1分]

(2) 根据他的观察,哈勃可以计算出正在远离地球的星系的移动速度和它们与地球的距离．

图7是哈勃计算的结果．哈勃的结果展示了这些星系的移动速度和它们距地球的距离之间有什么关系?[1分]

(3) 哈勃的观察结果支持了宇宙正在扩张的观点,这意味着这些星系在不断的远离地球以及其他星系．

图8展示了一名学生用气球模拟宇宙扩张的做法．在气球上标出一些点表示星系,然后将气球吹气．

图8 气球模拟宇宙扩张

写出这种模型的一个优点和一个缺点．[2分]

优点:________________________________________

缺点:________________________________________

在20世纪50年代,关于宇宙的起源主要有两种理论．

理论1:宇宙是一直存在的,它在不断扩张,随着旧星系的消亡,新的星系也会诞生．

理论2:宇宙始于一个密度非常大而且非常炽热的小区域,从那时起,宇宙一直在扩张．

(4) 哈勃的观察结果支持了理论1和理论2的哪个方面．[1分]

(5) 现在很多科学家认为理论2是正确的,写出是什么原因导致科学家们开始思考理论1是错误的．[1分]

GCSE物理试题体现了GCSE物理教学重视学生知识的建构,学生知识建构的思维过程与科学家发现现象总结理论的过程具有相似性,且通过模型的建构更能够增强学生对于知识的理解和应用．从科学家发现问题、解决问题的过程来考查学生对于物理知识的掌握,符合学生的认知过程．红移理论不仅是空间物理的重要知识点,更是考查学生科学思维发展的良好载体．通过宇宙起源理论,侧面考查学生对于科学方法和科学理论发展的了解;通过气球模拟宇宙扩张这一物理模型,考查学生对于使用模型解决问题的能力;通过考查科学家理论发展的过程,体现学生批判性精神的发展．由此可见,GCSE物理关注学生物理知识的建构和学科思维的培养．

2.6 GCSE物理试题注重学生语言表达能力的发展

图9 动圈式扬声机的一部分

GCSE物理试题虽注重学生语言表达能力,但不用晦涩难懂的语句来考查学生的理解能力,而是采用简答题和论述题以写作的方式考查学生的英文表达．下面给出一道论述题及其评价标准供读者参考．

例4.图9是动圈式扬声器的一部分．

解释扬声器如何将电路中的电流转化声波的．[6分]

评价标准:(1) 没有相关内容[0分]；(2) 有相关内容,但比较零散无逻辑性[1-2分]；(3) 写出了很多相关内容,但是并不准确,写出了扬声器与声波之间的联系[3-4分]；详细阐释了电流的变化与声波压力变化之间的联系,具有逻辑性[5-6分].

根据评分标准可知,只要学生能答出与考点相关的物理知识就可以得分,表达流畅的学生将得到更高的分数．这种考查方式有两个优点: (1) 有些学生物理学习很好,但其语言理解能力不够,若是在题干中采用较为难懂的语言,则可能会限制该学生物理成就的发展,但是采用学生表述的方式考查,且要求宽松的情况下就不会打消学生物理学习的积极性; (2) 表达能力高的学生也能充分发挥自己的长处,一般来说,表达能力高的学生理解能力也不会差,所以也从侧面考查了学生的理解能力．

3 GCSE试题对我国物理教学的启示

此次改革前GCSE物理试题的突出特点是“广度大,难度小”,此次改革后,GCSE物理试题难度变大,因此广度大成为GCSE物理试题的独特优势．GCSE物理考试大纲所规定考察的内容基本涵盖了经典物理的所有知识模块,有利于学生形成较为完整的物理框架．同时,GCSE物理教学关注学生知识的建构和学生物理学科素养的培养,这种教学方式和培养方式值得我们学习．

此外,丰富的物理试题情境的创设也值得我们借鉴．创设物理物理情境切忌凭空捏造,而应从实际生活中提炼出物理情境,这样的情境创设才是有意义的．同时,通过大量的图、表来帮助学生理解,不玩文字游戏,不在数学层面限制学生物理水平的发展,关注学生对于物理知识的理解,这种考查方式应该引起我们的思考．