王道平 周旻旻

【編者按】 隨著科技進步和社會發(fā)展，以及國際競爭愈發(fā)激烈，當(dāng)今中國的教育場景變化劇烈，培養(yǎng)能擔(dān)當(dāng)民族復(fù)興重任的拔尖創(chuàng)新人才，成為教育領(lǐng)域急迫而重要的課題。作為新課程、新教材國家級示范校，南京師范大學(xué)附屬中學(xué)始終走在銳意進取、先行先試的道路上。近年來，學(xué)校著力對標(biāo)國際教育，推動深度變革，特別組建“創(chuàng)新人才培養(yǎng)國內(nèi)外課程比較”研究小組，著手國內(nèi)外課程的深入對比，以期取彼之長，補己之短，有效融合，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)更為良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，助力拔尖創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。本期《專題研究》欄目呈現(xiàn)他們的階段性研究成果，期待與更多有志于教育發(fā)展的各界人士共同探討，為促進教育整體生態(tài)的變革，提供可借鑒的經(jīng)驗。

摘要：物理實驗課程在各國高中物理課程中都有著舉足輕重的地位，實驗課程評價對教師的實驗課程教學(xué)和學(xué)生的實驗課程學(xué)習(xí)起著至關(guān)重要的作用。IBDP與我國高中在物理實驗課程評價上既有類似的地方，也有著顯著不同。IBDP物理課程的評價體系，尤其是內(nèi)部評估部分，對學(xué)生物理實驗課程的學(xué)習(xí)能起到切實有效的促進作用，值得借鑒。

關(guān)鍵詞：IBDP;高中物理;實驗課程;評價比較

本文系江蘇省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2020年中小學(xué)教師發(fā)展專項立項課題“以‘人人名師’為目標(biāo)構(gòu)建教師發(fā)展共同體的實踐研究”（編號：Jc/2020/05）的階段性研究成果。物理學(xué)是一門高度依賴實驗的自然科學(xué)。早在兩千多年前，人們便有了對自然現(xiàn)象的觀察和思考，但直到17世紀(jì)意大利科學(xué)家伽利略開創(chuàng)物理實驗的研究方法，物理學(xué)才算真正誕生。近現(xiàn)代每一次重大的物理發(fā)現(xiàn)和進步，也都離不開實驗的引領(lǐng)與支持。

毋庸置疑，物理實驗課程在各國高中物理課程中都有著舉足輕重的地位。下面，我們將對IBDP（International Baccalaureate Diploma Programme，國際預(yù)科證書課程，是國際文憑組織為16—19歲的青少年設(shè)計的課程）與我國高中物理實驗課程進行比較，聚焦評價方案及筆試考核，以期從中收獲一些啟示。

一、物理實驗課程內(nèi)容和學(xué)時要求比較

（一）IBDP物理實驗課程內(nèi)容和學(xué)時要求

物理課程在IBDP中被歸類于包含化學(xué)、生物學(xué)等科目的第4學(xué)科組。學(xué)生在 IBDP一年級（對應(yīng)國內(nèi)的高二）可以根據(jù)自己的個性特長、興趣愛好以及升學(xué)就業(yè)愿望等情況，選擇是否學(xué)習(xí)物理，以及學(xué)習(xí)物理 SL（Standard Level，標(biāo)準(zhǔn)水平）課程還是難度較高的物理HL（Higher Level，高水平）課程。

在2016年版的IBDP物理課程大綱中，SL課程總學(xué)時為150小時，包含30小時的物理實驗和10小時的跨學(xué)科項目;HL課程總學(xué)時為240小時，包含50小時的物理實驗和10小時的跨學(xué)科項目。其中的實驗時間，不包括學(xué)生書寫實驗報告的時間。IBDP物理課程大綱并沒有規(guī)定具體的實驗內(nèi)容和實驗數(shù)量，需要教師根據(jù)自己的教學(xué)理解、學(xué)生的學(xué)習(xí)情況、可利用的資源等自主安排。

值得一提的是，IBDP班的學(xué)生需要在其選擇的6門科目中確定一門科目，撰寫一份4000字以內(nèi)的拓展性論文（EE，Extended Essay）。統(tǒng)計表明，大約三分之一學(xué)習(xí)物理HL課程的學(xué)生會選擇撰寫物理EE，一般會涉及一些超出IBDP物理課程大綱要求的實驗探究或理論研究。但這不屬于IBDP物理課程的基本要求，本文不做深入探討。

（二）我國高中物理實驗課程內(nèi)容和學(xué)時要求

與IBDP不同，我國高中課程方案沒有區(qū)分學(xué)科組。但所有學(xué)科課程均包含必修課程、選擇性必修課程以及選修課程，這與IBDP的課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)類似。

不同的是，我國高中課程要求所有學(xué)生必須全部修習(xí)必修課程，學(xué)時為108課時，每課時為45分鐘，合計81小時。所有學(xué)生都需要參加合格性考試。

需要參加普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試的學(xué)生還必須學(xué)習(xí)選擇性必修課程，學(xué)時也為108課時。這部分課程實際上是為將來要學(xué)習(xí)的理工科奠定基礎(chǔ)，學(xué)習(xí)這部分課程的學(xué)生需要參加等級性考試。

學(xué)生還可以根據(jù)自己的個性需求選擇學(xué)習(xí)部分選修課程，學(xué)時與所需得到的學(xué)分相對應(yīng)，最多為108課時，學(xué)習(xí)結(jié)束后由所在學(xué)校自主考核。

我國高中課程沒有對物理實驗學(xué)習(xí)時間作出具體要求，但對實驗內(nèi)容和數(shù)量有明確的規(guī)定?！镀胀ǜ咧形锢碚n程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下稱“新課標(biāo)”）規(guī)定學(xué)生必做實驗數(shù)量為：必修課程中12個，選擇性必修課程中9個。其中，包含10個力學(xué)實驗、2個熱學(xué)實驗、2個光學(xué)實驗以及7個電學(xué)實驗。這一點，顯然與IBDP完全不同。

如果按照1個實驗需要1課時的時間（不包含書寫實驗報告的時間）計算，總共為21課時，合計15.75小時。這個時間比IBDP規(guī)定的實驗時間要少很多。

二、物理實驗課程評價方案比較

（一）IBDP物理實驗課程評價方案

IBDP物理課程評價體系（詳見下頁表1）包括外部評估（External Assessment）和內(nèi)部評估（Internal Assessment）兩部分。外部評估是卷面測試，在正常狀態(tài)下，包含試卷1、試卷2和試卷3;而在疫情期間，可能會被取消或縮減，如2020年5月的IB大考取消，學(xué)生的最終成績部分依賴學(xué)校教師給出的預(yù)估分（Predicted Grade），又如在2021年5月的IB物理大考中，試卷3被移除。內(nèi)部評估則要求學(xué)生獨立完成一項物理實驗，并撰寫一份實驗報告，因而受疫情等因素影響較小。與實驗相關(guān)的物理課程評價，主要體現(xiàn)在內(nèi)部評估及外部評估的試卷3中。

內(nèi)部評估由學(xué)生的科任教師根據(jù)IBDP物理課程大綱要求對學(xué)生自主完成的探究性實驗和撰寫的實驗報告進行評價。當(dāng)然，IBDP官方會通過抽查等方式對內(nèi)部評估進行督查。IBDP物理課程大綱對實驗過程、實驗報告等各個環(huán)節(jié)有著嚴(yán)格的系統(tǒng)評價標(biāo)準(zhǔn)，且對學(xué)習(xí)SL課程和HL課程的學(xué)生的要求是一致的，包括如下5項評分標(biāo)準(zhǔn)：個人參與度（Personal engagement）、實驗探究（Exploration）、數(shù)據(jù)分析（Analysis）、自我評價（Evaluation）以及實驗報告寫作質(zhì)量（Communication）。

外部評估中的試卷3包含A、B兩個板塊，其中A板塊有2—3個實驗題，著重考查學(xué)生對儀器測量誤差的基本認知、對誤差傳遞（Uncertainty propagation）的處理能力、對實驗數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)和分析能力以及對實驗原理的理解能力等。

（二）我國高中物理實驗課程評價方案

我國高中物理課程對實驗的評價有以下兩種：

一種是全體學(xué)生都要參加的普通高中理科實驗學(xué)業(yè)水平考試（物理），目的是考查學(xué)生的實驗操作能力，屬于合格性考試?？疾榉绞綖閷嶋H操作：每個學(xué)生在給定的幾個實驗中抽取一個，要求在15分鐘內(nèi)完成所有操作，包括安裝器材、獲取數(shù)據(jù)、簡單的數(shù)據(jù)處理、簡單的數(shù)據(jù)分析、得出結(jié)論、整理器材等。監(jiān)考教師根據(jù)學(xué)生的實際操作表現(xiàn)給出具體分?jǐn)?shù)，學(xué)生獲得6分即為合格（總分10分）。實驗題目基本來源于學(xué)生學(xué)過的實驗，實驗原理和操作步驟都比較明確，難度較小。

另一種是在普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試的物理科目中設(shè)置實驗題，對選考物理的學(xué)生進行實驗筆試考核，主要考查學(xué)生方案設(shè)計、數(shù)據(jù)處理和分析、誤差分析等方面的實驗?zāi)芰?。實驗題目的范圍一般都在學(xué)生學(xué)過的實驗中，但大多進行了改編或創(chuàng)新，難度相對較大。

從評價方案上看，IBDP的物理實驗課程評價方案有著更嚴(yán)格、更系統(tǒng)的要求，而且在畢業(yè)和升學(xué)中的作用也更加重要。

三、物理實驗筆試考核比較

（一）IBDP物理實驗筆試考核

以2018年5月IB物理HL考試中的兩道實驗題為例。

【試題1】 如圖1所示，在磁感應(yīng)強度為B的水平磁場中，懸掛在繩子上的一根磁針可繞豎直軸振動。對每個不同的B值，記錄10次振動的時間。

圖2中給出了多個不同的B值和對應(yīng)的10次振動的時間（包含測量中的不確定度），B的不確定度忽略不計。

（1）在圖中畫出符合數(shù)據(jù)的最佳擬合線。

（2）①寫出當(dāng)B=0.005 T時一次振動所用的時間，包括其絕對不確定度。②某同學(xué)猜想一次振動的周期滿足P=KB，其中K為常數(shù)，請用B=0.005T的數(shù)據(jù)點確定K的值，并給出K的不確定度，注意保留適當(dāng)?shù)挠行?shù)字。③求出K的單位。

（3）該同學(xué)想要作出P2隨1B變化的關(guān)系圖線。假定P=KB已被證實，請在坐標(biāo)軸（見圖3）中畫出最佳擬合線，不需要給出具體的數(shù)值。

（4）說明如何從圖中得到K的值。

參考答案為：

第（1）問：要求畫出的圖線平滑、不彎折，并且通過所有的誤差線。

第（2）問①：0.84±0.03（s）。

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

第（2）問③：sT12。

第（3）問：為一條通過原點的斜率大于0的直線。

第（4）問：K的值等于該圖線的斜率的平方根。

本試題偏重于考查學(xué)生對實驗數(shù)據(jù)誤差的認知和計算，以及對數(shù)據(jù)圖表的基本分析技能。第（1）問考查如何畫最佳擬合線;第（2）問考查如何從誤差線直接讀取不確定度，如何計算間接測量量的不確定度，以及如何根據(jù)關(guān)系式得出未知量的單位;第（3）問考查如何將實驗圖線從曲線轉(zhuǎn)換為易于分析的直線;第（4）問考查如何從實驗圖線中獲取相關(guān)定量信息。

【試題2】 要測量一個已知電動勢的電池的內(nèi)阻。實驗器材示意圖如圖4所示。

（1）畫出能夠測量該電源內(nèi)阻的電路圖。

（2）實驗中電阻溫度升高了，請說明將如何影響電源內(nèi)阻的測量值。

（3）簡要說明如何使用可變電阻來提高內(nèi)阻測量值的準(zhǔn)確程度。

參考答案為：

第（1）問：如圖5所示。

第（2）問：電阻溫度升高，電阻值將變大（大于10 Ω）。由E=I（R+r）可知，R+r將被高估（或電流將變?。Ｋ杂嬎愠龅碾娫磧?nèi)阻的測量值將大于真實值。

第（3）問：多次改變可變電阻的阻值，并記錄相應(yīng)的電流值，然后通過UI圖像的斜率得到電源的內(nèi)阻。（補充說明：U可以用U=IR計算得出）

本試題偏重于考查學(xué)生對具體實驗的綜合分析能力。第（1）問考查對實驗原理的分析和對實驗方案的設(shè)計;第（2）問考查對實驗誤差的分析;第（3）問考查多次測量減少誤差的實驗方法。

（二）我國等級性學(xué)業(yè)水平測試中的物理實驗筆試考核

以2018年江蘇省高考物理試卷中的一道實驗題為例。

【試題】 一同學(xué)測量某干電池的電動勢和內(nèi)阻。

（1）圖6所示是該同學(xué)正準(zhǔn)備接入最后一根導(dǎo)線（圖中虛線所示）時的實驗電路。請指出圖中在器材操作上存在的兩個不妥之處。

（2）實驗測得的電阻箱阻值R和電流表示數(shù)I，以及計算的1I數(shù)據(jù)見下表：

根據(jù)表中數(shù)據(jù)，在方格圖（見圖7）上作出R1I關(guān)系圖像。由圖像可計算出該干電池的電動勢為V，內(nèi)阻為Ω。

（3）為了得到更準(zhǔn)確的測量結(jié)果，在測出上述數(shù)據(jù)后，該同學(xué)將一只量程為100 mV的電壓表并聯(lián)在電流表的兩端。調(diào)節(jié)電阻箱，當(dāng)電流表的示數(shù)為0.33 A時，電壓表的指針位置如圖8所示，則該干電池的電動勢應(yīng)為V;內(nèi)阻應(yīng)為Ω。

參考答案：

第（1）問：開關(guān)未斷開;電阻箱阻值為零。

第（2）問：R1I關(guān)系圖像如圖9所示;14（1.30—1.44都算對）;1.2（1.0—1.4都算對）。

第（3）問：1.4[結(jié)果與第（2）問第一個空格一致];1.0[結(jié)果比第（2）問第二個空格小0.2]。

本試題既考查實驗的基本技能，又考查對具體實驗的綜合分析能力。第（1）問考查實驗操作的具體細節(jié);第（2）問考查如何描點作圖和擬合曲線，以及如何運用實驗原理處理數(shù)據(jù)并得到實驗結(jié)果;第（3）問考查電路分析、基本儀器的讀數(shù)以及誤差分析和修正。

篇幅所限，不能列舉更多試題，但上述試題具有很好的代表性。比較結(jié)果為：

第一，兩種課程的試題對實驗的素養(yǎng)和能力的考查方向大致相同，都注重對實驗設(shè)計、數(shù)據(jù)處理、實驗評估、誤差分析等各個方面的考查，但具體考查的重點和細節(jié)有很大的差異。上述IBDP物理實驗筆試考核的試題2與我國等級性考試試題的考查重點有很高的一致性，但試題1的考查內(nèi)容卻大不相同。

第二，IBDP物理實驗筆試考核的試題注重對實驗數(shù)據(jù)和實驗結(jié)果不確定度的考查，而我國等級性考試的試題一般不涉及這個問題，題目中的實驗數(shù)據(jù)都是確定的值，不會給出其不確定度，也不要求學(xué)生給出其不確定度，只是在參考答案中給出正確答案的范圍以體現(xiàn)不確定度。上述IBDP物理實驗筆試考核的試題1，考查的內(nèi)容與其涉及的物理背景知識基本沒有關(guān)系，這與我國等級性考試的試題有很大的差異。實際上，關(guān)于不確定度的知識在IBDP物理課程大綱中有明確的規(guī)定，在其教材中有相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容，而我國高中物理課程中沒有相關(guān)要求。

第三，IBDP物理實驗筆試考核的試題一般不考查實驗的操作細節(jié)，而我國等級性考試的試題比較注重對操作細節(jié)的考查。原因在于，IBDP對實驗操作的考查包含在了內(nèi)部評估中，而我國等級性考試要兼顧考查學(xué)生實驗操作方面的素養(yǎng)和能力。

四、幾點啟示

相比較而言，兩種課程體系都有對物理實驗完整的評價方案。我國高中物理課程對全體學(xué)生的實驗技能都要進行考核，這符合我國將高中視為“提高國民素質(zhì)、面向大眾的基礎(chǔ)教育”的定位，符合使學(xué)生“具有科學(xué)文化素養(yǎng)和終身學(xué)習(xí)能力”的培養(yǎng)目標(biāo);對選修物理的學(xué)生在物理等級性考試中通過筆試考核他們的實驗探究能力。

新課標(biāo)在對課程目標(biāo)的闡述中指出：“通過高中物理課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)達到如下目標(biāo)：……具有科學(xué)探究意識，能在觀察和實驗中發(fā)現(xiàn)問題、提出合理猜想與假設(shè);具有設(shè)計探究方案和獲取證據(jù)的能力，能正確實施探究方案，使用不同方法和手段分析、處理信息，描述并解釋探究結(jié)果和變化趨勢;具有交流的意愿與能力，能準(zhǔn)確表述、評估和反思探究過程與結(jié)果?！痹撜n程目標(biāo)與高考評價體系對物理實驗考核的要求完全一致，與IBDP物理課程內(nèi)部評估的實驗評價方案也高度一致。

實際上，我國學(xué)生參加的實驗操作考核對實驗?zāi)芰Φ囊筮_不到課程目標(biāo)對實驗?zāi)芰Φ囊?，而等級性考試的筆試試題對實驗?zāi)芰Φ目己艘灿袠O大的局限性。

我們認為，為了更大限度地實現(xiàn)上述培養(yǎng)目標(biāo)，可以借鑒IBDP物理課程的評價體系，尤其是其內(nèi)部評估部分。其優(yōu)勢在于：

首先，評價結(jié)果是物理課程總體評價的組成部分，能夠切實有效地促進教師和學(xué)生重視物理實驗。

其次，該方案有一套嚴(yán)格的系統(tǒng)評價標(biāo)準(zhǔn)，既為實驗評價提供了準(zhǔn)確的依據(jù)，也為實驗教學(xué)提供了可靠的參考。

再次，該方案兼顧了過程性評價。學(xué)生將在教師的指導(dǎo)下，利用足夠的時間進行真正的實驗探究。學(xué)生將完整經(jīng)歷選題、提出問題、設(shè)計方案、修正方案、準(zhǔn)備器材、獲取數(shù)據(jù)、轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、通過數(shù)據(jù)分析結(jié)論、描述探究結(jié)果、對探究結(jié)果進行解釋、完成實驗報告等過程。探究過程中，學(xué)生還需要不斷地查閱資料，與老師和同伴交流，從各種渠道獲取信息、整理信息，直至最終形成完整的實驗報告。

綜上所述，只有真正重視物理實驗，真正經(jīng)歷完整的科學(xué)探究過程，學(xué)生的科學(xué)探究能力才能得到鍛煉，學(xué)生才能準(zhǔn)確理解物理知識，增強解決實際問題的綜合能力，從而為以后進一步學(xué)習(xí)探索和實踐創(chuàng)新打下堅實的基礎(chǔ)。

參考文獻：

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