IBDP与我国高中物理实验课程比较研究

王道平 周旻旻

【编者按】 随着科技进步和社会发展，以及国际竞争愈发激烈，当今中国的教育场景变化剧烈，培养能担当民族复兴重任的拔尖创新人才，成为教育领域急迫而重要的课题。作为新课程、新教材国家级示范校，南京师范大学附属中学始终走在锐意进取、先行先试的道路上。近年来，学校着力对标国际教育，推动深度变革，特别组建“创新人才培养国内外课程比较”研究小组，着手国内外课程的深入对比，以期取彼之长，补己之短，有效融合，为学生创设更为良好的学习环境，助力拔尖创新人才的培养。本期《专题研究》栏目呈现他们的阶段性研究成果，期待与更多有志于教育发展的各界人士共同探讨，为促进教育整体生态的变革，提供可借鉴的经验。

摘要：物理实验课程在各国高中物理课程中都有着举足轻重的地位，实验课程评价对教师的实验课程教学和学生的实验课程学习起着至关重要的作用。IBDP与我国高中在物理实验课程评价上既有类似的地方，也有着显著不同。IBDP物理课程的评价体系，尤其是内部评估部分，对学生物理实验课程的学习能起到切实有效的促进作用，值得借鉴。

关键词：IBDP;高中物理;实验课程;评价比较

本文系江苏省教育科学“十三五”规划2020年中小学教师发展专项立项课题“以‘人人名师’为目标构建教师发展共同体的实践研究”（编号：Jc/2020/05）的阶段性研究成果。物理学是一门高度依赖实验的自然科学。早在两千多年前，人们便有了对自然现象的观察和思考，但直到17世纪意大利科学家伽利略开创物理实验的研究方法，物理学才算真正诞生。近现代每一次重大的物理发现和进步，也都离不开实验的引领与支持。

毋庸置疑，物理实验课程在各国高中物理课程中都有着举足轻重的地位。下面，我们将对IBDP（International Baccalaureate Diploma Programme，国际预科证书课程，是国际文凭组织为16—19岁的青少年设计的课程）与我国高中物理实验课程进行比较，聚焦评价方案及笔试考核，以期从中收获一些启示。

一、物理实验课程内容和学时要求比较

（一）IBDP物理实验课程内容和学时要求

物理课程在IBDP中被归类于包含化学、生物学等科目的第4学科组。学生在 IBDP一年级（对应国内的高二）可以根据自己的个性特长、兴趣爱好以及升学就业愿望等情况，选择是否学习物理，以及学习物理 SL（Standard Level，标准水平）课程还是难度较高的物理HL（Higher Level，高水平）课程。

在2016年版的IBDP物理课程大纲中，SL课程总学时为150小时，包含30小时的物理实验和10小时的跨学科项目;HL课程总学时为240小时，包含50小时的物理实验和10小时的跨学科项目。其中的实验时间，不包括学生书写实验报告的时间。IBDP物理课程大纲并没有规定具体的实验内容和实验数量，需要教师根据自己的教学理解、学生的学习情况、可利用的资源等自主安排。

值得一提的是，IBDP班的学生需要在其选择的6门科目中确定一门科目，撰写一份4000字以内的拓展性论文（EE，Extended Essay）。统计表明，大约三分之一学习物理HL课程的学生会选择撰写物理EE，一般会涉及一些超出IBDP物理课程大纲要求的实验探究或理论研究。但这不属于IBDP物理课程的基本要求，本文不做深入探讨。

（二）我国高中物理实验课程内容和学时要求

与IBDP不同，我国高中课程方案没有区分学科组。但所有学科课程均包含必修课程、选择性必修课程以及选修课程，这与IBDP的课程内容结构类似。

不同的是，我国高中课程要求所有学生必须全部修习必修课程，学时为108课时，每课时为45分钟，合计81小时。所有学生都需要参加合格性考试。

需要参加普通高等学校招生全国统一考试的学生还必须学习选择性必修课程，学时也为108课时。这部分课程实际上是为将来要学习的理工科奠定基础，学习这部分课程的学生需要参加等级性考试。

学生还可以根据自己的个性需求选择学习部分选修课程，学时与所需得到的学分相对应，最多为108课时，学习结束后由所在学校自主考核。

我国高中课程没有对物理实验学习时间作出具体要求，但对实验内容和数量有明确的规定。《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》（以下称“新课标”）规定学生必做实验数量为：必修课程中12个，选择性必修课程中9个。其中，包含10个力学实验、2个热学实验、2个光学实验以及7个电学实验。这一点，显然与IBDP完全不同。

如果按照1个实验需要1课时的时间（不包含书写实验报告的时间）计算，总共为21课时，合计15.75小时。这个时间比IBDP规定的实验时间要少很多。

二、物理实验课程评价方案比较

（一）IBDP物理实验课程评价方案

IBDP物理课程评价体系（详见下页表1）包括外部评估（External Assessment）和内部评估（Internal Assessment）两部分。外部评估是卷面测试，在正常状态下，包含试卷1、试卷2和试卷3;而在疫情期间，可能会被取消或缩减，如2020年5月的IB大考取消，学生的最终成绩部分依赖学校教师给出的预估分（Predicted Grade），又如在2021年5月的IB物理大考中，试卷3被移除。内部评估则要求学生独立完成一项物理实验，并撰写一份實验报告，因而受疫情等因素影响较小。与实验相关的物理课程评价，主要体现在内部评估及外部评估的试卷3中。

内部评估由学生的科任教师根据IBDP物理课程大纲要求对学生自主完成的探究性实验和撰写的实验报告进行评价。当然，IBDP官方会通过抽查等方式对内部评估进行督查。IBDP物理课程大纲对实验过程、实验报告等各个环节有着严格的系统评价标准，且对学习SL课程和HL课程的学生的要求是一致的，包括如下5项评分标准：个人参与度（Personal engagement）、实验探究（Exploration）、数据分析（Analysis）、自我评价（Evaluation）以及实验报告写作质量（Communication）。

外部评估中的试卷3包含A、B两个板块，其中A板块有2—3个实验题，着重考查学生对仪器测量误差的基本认知、对误差传递（Uncertainty propagation）的处理能力、对实验数据的呈现和分析能力以及对实验原理的理解能力等。

（二）我国高中物理实验课程评价方案

我国高中物理课程对实验的评价有以下两种：

一种是全体学生都要参加的普通高中理科实验学业水平考试（物理），目的是考查学生的实验操作能力，属于合格性考试。考查方式为实际操作：每个学生在给定的几个实验中抽取一个，要求在15分钟内完成所有操作，包括安装器材、获取数据、简单的数据处理、简单的数据分析、得出结论、整理器材等。监考教师根据学生的实际操作表现给出具体分数，学生获得6分即为合格（总分10分）。实验题目基本来源于学生学过的实验，实验原理和操作步骤都比较明确，难度较小。

另一种是在普通高等学校招生全国统一考试的物理科目中设置实验题，对选考物理的学生进行实验笔试考核，主要考查学生方案设计、数据处理和分析、误差分析等方面的实验能力。实验题目的范围一般都在学生学过的实验中，但大多进行了改编或创新，难度相对较大。

从评价方案上看，IBDP的物理实验课程评价方案有着更严格、更系统的要求，而且在毕业和升学中的作用也更加重要。

三、物理实验笔试考核比较

（一）IBDP物理實验笔试考核

以2018年5月IB物理HL考试中的两道实验题为例。

【试题1】 如图1所示，在磁感应强度为B的水平磁场中，悬挂在绳子上的一根磁针可绕竖直轴振动。对每个不同的B值，记录10次振动的时间。

图2中给出了多个不同的B值和对应的10次振动的时间（包含测量中的不确定度），B的不确定度忽略不计。

（1）在图中画出符合数据的最佳拟合线。

（2）①写出当B=0.005 T时一次振动所用的时间，包括其绝对不确定度。②某同学猜想一次振动的周期满足P=KB，其中K为常数，请用B=0.005T的数据点确定K的值，并给出K的不确定度，注意保留适当的有效数字。③求出K的单位。

（3）该同学想要作出P2随1B变化的关系图线。假定P=KB已被证实，请在坐标轴（见图3）中画出最佳拟合线，不需要给出具体的数值。

（4）说明如何从图中得到K的值。

参考答案为：

第（1）问：要求画出的图线平滑、不弯折，并且通过所有的误差线。

第（2）问①：0.84±0.03（s）。

第（2）问②：K=0.005×0.84=0.059。因为ΔKK=ΔPP，所以ΔK=0.030.84×0.0594=0.002，即K=0.059±0.002。

第（2）问③：sT12。

第（3）问：为一条通过原点的斜率大于0的直线。

第（4）问：K的值等于该图线的斜率的平方根。

本试题偏重于考查学生对实验数据误差的认知和计算，以及对数据图表的基本分析技能。第（1）问考查如何画最佳拟合线;第（2）问考查如何从误差线直接读取不确定度，如何计算间接测量量的不确定度，以及如何根据关系式得出未知量的单位;第（3）问考查如何将实验图线从曲线转换为易于分析的直线;第（4）问考查如何从实验图线中获取相关定量信息。

【试题2】 要测量一个已知电动势的电池的内阻。实验器材示意图如图4所示。

（1）画出能够测量该电源内阻的电路图。

（2）实验中电阻温度升高了，请说明将如何影响电源内阻的测量值。

（3）简要说明如何使用可变电阻来提高内阻测量值的准确程度。

参考答案为：

第（1）问：如图5所示。

第（2）问：电阻温度升高，电阻值将变大（大于10 Ω）。由E=I（R+r）可知，R+r将被高估（或电流将变小）。所以计算出的电源内阻的测量值将大于真实值。

第（3）问：多次改变可变电阻的阻值，并记录相应的电流值，然后通过UI图像的斜率得到电源的内阻。（补充说明：U可以用U=IR计算得出）

本试题偏重于考查学生对具体实验的综合分析能力。第（1）问考查对实验原理的分析和对实验方案的设计;第（2）问考查对实验误差的分析;第（3）问考查多次测量减少误差的实验方法。

（二）我国等级性学业水平测试中的物理实验笔试考核

以2018年江苏省高考物理试卷中的一道实验题为例。

【试题】 一同学测量某干电池的电动势和内阻。

（1）图6所示是该同学正准备接入最后一根导线（图中虚线所示）时的实验电路。请指出图中在器材操作上存在的两个不妥之处。

（2）实验测得的电阻箱阻值R和电流表示数I，以及计算的1I数据见下表：

根据表中数据，在方格图（见图7）上作出R1I关系图像。由图像可计算出该干电池的电动势为V，内阻为Ω。

（3）为了得到更准确的测量结果，在测出上述数据后，该同学将一只量程为100 mV的电压表并联在电流表的两端。调节电阻箱，当电流表的示数为0.33 A时，电压表的指针位置如图8所示，则该干电池的电动势应为V;内阻应为Ω。

参考答案：

第（1）问：开关未断开;电阻箱阻值为零。

第（2）问：R1I关系图像如图9所示;14（1.30—1.44都算对）;1.2（1.0—1.4都算对）。

第（3）问：1.4[结果与第（2）问第一个空格一致];1.0[结果比第（2）问第二个空格小0.2]。

本试题既考查实验的基本技能，又考查对具体实验的综合分析能力。第（1）问考查实验操作的具体细节;第（2）问考查如何描点作图和拟合曲线，以及如何运用实验原理处理数据并得到实验结果;第（3）问考查电路分析、基本仪器的读数以及误差分析和修正。

篇幅所限，不能列举更多试题，但上述试题具有很好的代表性。比较结果为：

第一，两种课程的试题对实验的素养和能力的考查方向大致相同，都注重对实验设计、数据处理、实验评估、误差分析等各个方面的考查，但具体考查的重点和细节有很大的差异。上述IBDP物理实验笔试考核的试题2与我国等级性考试试题的考查重点有很高的一致性，但试题1的考查内容却大不相同。

第二，IBDP物理实验笔试考核的试题注重对实验数据和实验结果不确定度的考查，而我国等级性考试的试题一般不涉及这个问题，题目中的实验数据都是确定的值，不会给出其不确定度，也不要求学生给出其不确定度，只是在参考答案中给出正确答案的范围以体现不确定度。上述IBDP物理实验笔试考核的试题1，考查的内容与其涉及的物理背景知识基本没有关系，这与我国等级性考试的试题有很大的差异。实际上，关于不确定度的知识在IBDP物理课程大纲中有明确的规定，在其教材中有相應的教学内容，而我国高中物理课程中没有相关要求。

第三，IBDP物理实验笔试考核的试题一般不考查实验的操作细节，而我国等级性考试的试题比较注重对操作细节的考查。原因在于，IBDP对实验操作的考查包含在了内部评估中，而我国等级性考试要兼顾考查学生实验操作方面的素养和能力。

四、几点启示

相比较而言，两种课程体系都有对物理实验完整的评价方案。我国高中物理课程对全体学生的实验技能都要进行考核，这符合我国将高中视为“提高国民素质、面向大众的基础教育”的定位，符合使学生“具有科学文化素养和终身学习能力”的培养目标;对选修物理的学生在物理等级性考试中通过笔试考核他们的实验探究能力。

新课标在对课程目标的阐述中指出：“通过高中物理课程的学习，学生应达到如下目标：……具有科学探究意识，能在观察和实验中发现问题、提出合理猜想与假设;具有设计探究方案和获取证据的能力，能正确实施探究方案，使用不同方法和手段分析、处理信息，描述并解释探究结果和变化趋势;具有交流的意愿与能力，能准确表述、评估和反思探究过程与结果。”该课程目标与高考评价体系对物理实验考核的要求完全一致，与IBDP物理课程内部评估的实验评价方案也高度一致。

实际上，我国学生参加的实验操作考核对实验能力的要求达不到课程目标对实验能力的要求，而等级性考试的笔试试题对实验能力的考核也有极大的局限性。

我们认为，为了更大限度地实现上述培养目标，可以借鉴IBDP物理课程的评价体系，尤其是其内部评估部分。其优势在于：

首先，评价结果是物理课程总体评价的组成部分，能够切实有效地促进教师和学生重视物理实验。

其次，该方案有一套严格的系统评价标准，既为实验评价提供了准确的依据，也为实验教学提供了可靠的参考。

再次，该方案兼顾了过程性评价。学生将在教师的指导下，利用足够的时间进行真正的实验探究。学生将完整经历选题、提出问题、设计方案、修正方案、准备器材、获取数据、转化数据、处理数据、通过数据分析结论、描述探究结果、对探究结果进行解释、完成实验报告等过程。探究过程中，学生还需要不断地查阅资料，与老师和同伴交流，从各种渠道获取信息、整理信息，直至最终形成完整的实验报告。

综上所述，只有真正重视物理实验，真正经历完整的科学探究过程，学生的科学探究能力才能得到锻炼，学生才能准确理解物理知识，增强解决实际问题的综合能力，从而为以后进一步学习探索和实践创新打下坚实的基础。

参考文献：

[1] The International Baccalaureate Organization[R].Diploma Programme Physics Guide（first assessment 2016）， 2014.

[2] 中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）[S].北京：人民教育出版社，2020.