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物理高考改革与实践 文章来源：《物理教学探讨》2004年第1期 胡炳元  华东师范大学物理系教授，普通物理教研室主任，物理学科教学论硕士点负责人，任全国高等物理教育研究会副理事长兼秘书长，中国物理学会教学委员会委员。长期从事基础物理教学和研究工作，80年代末开始参与纳米科技的研究，在国内外的SCI期刊与核心期刊上发表了20余篇科研论文和十多篇教学科研论文。主编《物理课程与教学论》、《自然科学的若干基本问题》(中学选修课教材)等。参与编写的教材和著作有：《自然科学概论一物理》(大专教材，)、《普通物理学》、《科学、技术与社会辞典》、《物理教育学》等。近年来主要从事中学物理和大学物理的教育研究，主持的课题有：中学生综合能力测试，全国初中毕业、升学考试试卷评价(物理)，纳米科技教育研究等。 ‎ ‎1 物理高考改革的概况 ‎ 上海的物理高考在经过多年改革之后，进入了在加强基础知识和基本技能考核的基础上，体现以能力立意考查学生能力的稳步推进阶段。从2000年起，上海物理高考试卷充分兼顾到现有物理教材与二期课改理念的衔接与渗透，使高考物理(上海卷)充分体现教育改革的精神，以利于逐步向二期课改的新教材过渡。教育理念的变化，对教育考试内容也产生了重大的影响。上海二期课改和全国课改的目标指出：课改的目的是转变学生学习的方式，实现双基的学习；体验物理过程和方法；将情感、态度和价值观的意念溶于其中。教育考试的内容不能够仅有知识或经验的结论，必须有“方法、程序、思路、步骤、观察、猜想、提问、评价……”等内容。 ‎ 教学与考评是一个相互促进，相互制约的对立统一的矛盾的双方，教学的发展必然带来考试的变化；考试的变化也必将要促进教学的发展。教育理念的改变，无疑会带来考试理念的变化；考试理念变化又反过来对教育过程和教育手段提出新要求，这样一个交替促进的过程并不是一帆风顺的，是一个需要不断实践，不断加以调整的过程。围绕这一理念的变化，上海近年来的物理高考试卷从题型到考核方法与考核内容都作了相应的调整。 ‎ 首先是对试卷的结构作了适当的调整。2000年将单选与多选题合并混合编排，减少了选择题的总数量，由原来的11小题减少为10小题，2001年又减少为8小题，分数则由原来的49分，增加为50分，又于2001年减少为40分。与此同时，增加了二道计算题，使计算题的分值由36分左右加到60分。这样改动的目的是为了降低客观题整张试卷中所占的比例，提高主观题在试卷中的比值，减少猜测的成分，引导学生关注知识的主体，给学生提供发挥与创新的余地，有利于考查学生的知识与能力。 ‎ 其次，进一步拓展了试题的题型。从1999年起，每年推出一种新题型，这几年推出的题型有： ‎ ‎(1)信息题，注重考查学生的阅读理解和获取信息与处理信息的能力，如99年要求学生估算宇宙年龄； ‎ ‎(2)提问题题，由指定内容提出一个与此有关的物理问题，主要考查学生的观察想象能力、归纳分析能力和提出问题能力，如2OO0年由宇航员图片提问； ‎ ‎(3)2001年推出了辨析题，要求学生分辨真伪，达到反思评价的目的； ‎ ‎(4)2002年推出建构题，考查学生抽象思维能力及构建知识体系的能力，如将自行车的齿轮与踏板连动装置等效为一杠杆。 ‎ 此外保持历年物理高考中运用的设计实验题、综合题、推演题和联系实际的情境题等。高考物理(上海卷)于20O2年基本按预期规划实现了从知识立意向能力立意转变的高考内容改革目标，并在此基础上研究进一步完善和推进的方案。 ‎ 在评价内容和评价方法方面，这两年的物理试卷有了较大的创新，既体现了素质教育的要求，又不脱离当前中学物理教育的实际，既有利于高校选拔优秀学生，又有利于对中学教育的导向。总的说来试题有一定新意，充分体现了基础教育改革与发展的精神和全新的评价理念，大量采用了基础知识与科学技术相结合、物理模型与生活实际相结合、问题解决过程与科学方法相结合、科学知识与人文精神相统一的考核思路。在一定程度上冲破了长久以来一直困扰和扭曲中学生思维发展的题海战术的束缚，而代之以充满创新意识并富有时代气息，有利于中学脚踏实地地实施素质教育。 ‎ ‎2 典型试题分析 ‎ 下面以典型的试题来反映高考改革的内涵： ‎ ‎1）从重结果到重达到结果的过程 ‎ 随着现代教育评价目的的变化，人们试图更多地运用评价工具去诊断教学活动中的问题，找出教育问题的症结，于是，仅仅关注教育活动结果的评价是无法实现这一目的的。教师教学中的问题只有在教学活动中才能发现，学生学习中的问题也只有在学习过程中才能找到。教育评价从重结果到重过程，这是现代教育评价评价理念上的一次突破。自然应将这种评价的理念引入物理高考中，并在试题中有所反映。 ‎ ‎【例1】 2003年第20题：如图所示，一高度为h＝‎0.2 m的水平面在A点处与一倾角为θ=30。的斜面连接，一小球以v0＝‎5 m／s的速度在平面上向右运动。求小球从A点运动到地面所需的时间(平面与斜面均光滑，取g＝‎10m/s2)。某同学对此题的解法为：小球沿斜面运动，则h/sinθ =V0t+1/2gsinθ·t2 ，由此可求得落地的时间t。 ‎ 问：你同意上述解法吗?若同意，求出所需的时间；若不同意，则说明理由并求出你认为正确的结果。 ‎ 此题是近年来上海物理高考试题中推出的一种新型题型——辨析题，2003年保留了此题型。这类试题取材于学生的平时练习，把学生由于概念不清而容易犯的错误经整理提高后，以辨析题的形式出现，注重考查学生的分析问题能力。本题的情景模型来自生活实际，经抽象处理而成，比如：小孩玩滑板、农业生产中水利灌溉、工业生产中传送物件等等，都具有试题所描述的特征。 ‎ 物体在从水平面上匀速运动到与斜面的连接处时，由牛顿第一定律可知，物体应该仍然保持水平匀速运动，因此，物体离开水平面后，有一个平抛运动的过程。至于物体是落到斜面上还是落到地面上，则取决于物体在水平方向的速度。因此，首先由水平面与地面的高度‎0.2米，求出物体落地的时间t，而后由v0t求出物体落地点距A点的水平距离。由此可判断物体是否落在斜面上。 ‎ 但是由于学生本身对该题的概念不清，忽视了平抛运动的情景，有的学生将速度沿斜面分解，由此来求解而导致错误。 ‎ 本题在命题中就是以学生容易忽视的问题设置了一情景，并且给出一种解法，引导考生对这一问题的质疑，考查考生探寻物理过程、分析物理规律的逻辑严密性，考查学生对问题解决过程的分析，对中学物理的教学起到了较好的导向作用。全新的题目样式是对学生分析问题过程的评价，是一次创新和探索，也是新一轮的课程改革的目标具体体现。 ‎ ‎2）从重知识到重全面素质 ‎ 在近年来的高考中，试卷在考查基础知识、基本技能和基本思想方法的基础上，注重考查学生的创新意识与能力。引入了一些较为新颖的探究型、阅读分析型等各种具有创新特色的试题，而且在编制开放性试题方面取得显著进展。 ‎ ‎【例2】 1999年第16题：天文观测表明，几乎所有远处的恒星(或星系)都在以各自的速度背离我们而运动，离我们越远的星体，背离我们运动的速度(称为退行速度)越大；也就是说，宇宙在膨胀。不同星体的退行速度v和它们离我们的距离r成正比，即v=Hr，式中H为一常量，称为哈勃常数，已由天文观察测定．为解释上述现象，有人提出一种理论，认为宇宙是从一个大爆炸的火球开始形成的．假设大爆炸后各星体即以不同的速度向外匀速运动，并设想我们就位于其中心，则速度越大的星体现在离我们越远。这一结果与上述天文观测一致．由上述理论和天文观测结果，可估算宇宙年龄T，其计算式为T =         。根据近期观测，哈勃常数H=3×10‎-2米／秒·光年，其中光年是光在一年中行进的距离，由此估算宇宙的年龄约为         年。 ‎ 这是上海物理高考试卷中第一次出现信息阅读题，考查学生阅读分析理解和获取信息的能力。 ‎ ‎【例3】2003年第l7题：图1为某一热敏电阻(电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感)的I—U关系曲线图 ‎ ‎① 为了通过测量得到图1所示，I—U关系的完整曲线，在图2和图3两个电路中应选择的是图    ；简要说明理由：         (电源电动势为9 V，内阻不计，滑线变阻器的阻值为0—l00)。 ‎ ‎②在图4电路中，电源电压恒为9 V．电流表读数为70mA，定值电阻R1 =250Ω， 由热敏电阻的，I—U关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为       V；电阻R2的阻值为        Ω。‎ ‎③ 举出一个可以应用热敏电阻的例子： ‎ 这是一道电学实验题，其立意是考查考生获取信息和转换信息的能力、比较能力和选择合理实验方案的能力。该题提供的情景是热敏电阻的，I—U关系图线及可供学生选择的实验设计电路，本题主要考查学生能正确使用分压电路。图2是利用滑线变阻器组成的正确分压电路，其特点是该电路的调节范围大，可从0V调到所需的电压值，本题要测出热敏的I—U关系曲线，电压必须从0V开始测量，才能得到完整的图线，而利用图3的分压电路则无法测得热敏电阻0V点附近的I—U。 ‎ 本题的另一考核目的是：考核学生获取信息的能力，从试题给出的图表中得到有用的信息，学会善于观察。图中的I—U关系图线是0—6V间连续曲线，且热敏电阻的阻值非定值，所以在选择实验电路时电路必须能保证提供0—6 V问的连续电压，这是选择电路的关键。 ‎ 第2小题必须考虑电流的分流，R1电阻两端的电压为9 V ，设流过的电流为I1  ，则70 mA减去I1，后即为热敏电阻支路中的电流，由此可求得热敏电阻两端的电压及R2的阻值。 ‎ 第3小题是开放性问题，启发学生的联想，实际上是要求学生多注意观察身边的物理现象，体现了联系实际、实事求是的精神。‎ ‎【例4】 2003年第23题：为研究静电除尘，有人设计了一个盒状容器，容器侧面是绝缘的透明有机玻璃，它的上下底面是面积A＝ ‎0.04m2‎的金属板，间距L=‎0.05m，当连接到U＝ 2500 V 的高压电源正负两极时，能在两金属板间产生一个匀强电场，如图所示。现把一定量均匀分布的烟尘颗粒密闭在容器内，每立方米有烟尘颗粒lO13‎ 个，假设这些颗粒都处于静止状态，每个颗粒带电量为q=+1.0×10‎-17 C，质量为m =2.0×10-15 ，不考虑烟尘颗粒之问的相互作用和空气阻力，并忽略烟尘颗粒所受重力。求合上电键后：(1)经过多长时间烟尘颗粒可以被全部吸附?(2)除尘过程中电场对烟尘颗粒共做了多少功?(3)经过多长时间容器中烟尘颗粒的总动能达到最大?‎ 这是一道力学和电学知识相结合的分析综合计算题，其物理模型是带电粒子在电场中的运动，是以带电烟尘颗粒在匀强电场中作匀加速运动为物理情景，由于本题不计重力及粒子间的相互作用，因此其考核的知识对中学生来说属于基础知识。该题的关键是要对容器中烟尘颗粒的运动建立模型，该模型包括两层含义：对每个烟尘颗粒子来说是做初速度为零的匀加速直线运动，同时如果设想把容器中的烟尘颗粒按从上到下分成一层一层的颗粒层，可知题中的隐含条件是：同一层烟尘颗粒每时每刻的速度均相同，即同一层中粒子的运动状态相同，每层中的一个粒子的运动代表了该层粒子的运动，因此这些颗粒层是做整体的平移，烟尘颗粒整体加速平移至下板面。 ‎ 计算烟尘的总功时，必须要考虑到多方面因素：一方面单个烟尘颗粒动能在增大，另一方面烟尘颗粒的数目在减少。一个比较巧妙的办法是：设想将所有的烟尘集中在盒状容器的中心，这样就能很好地僻决电场对烟尘颗粒做的总功求何时烟尘颗粒的总动能达到最大时，要求学生具有综合分析的能力。由于烟尘是均匀分布的，电场力对其做功与它的位移成正比，由等效替代的思想，中间一层的速度为所有颗粒的平均速度，利用该速度即可求得烟尘颗粒的总动能，而达到该速度所化的时间即为所求的值。‎ 该题的立意是为了考查学生的建模、比较、推理、联想和分析综合等多方面的能力。让学生通过对提供的物理情景，以带电烟尘在匀强电场中的运动过程为研究重点，通过对匀变速直线运动、牛顿运动定律、功能关系及匀强电场等知识点的考查，考核学生对上述多种能力的综合能力。 ‎ ‎3)与情感无关到与情感有关 ‎ 通常物理课程的评价，往往只注重学生的认知发展，甚至人们常认为：物理是很枯燥和刻板，与情感无关，更谈不上美与浪漫。其实，任何一门学科，它既是概念和原理等组成的知识体系，同时也是由对自然、社会态度组成的价值体系。对每门学科概念与原理的背后隐藏着人们对世界看法的哲学观点。在概念与原理发展的过程中体现着科学家的科学精神，这种态度和精神是人的全面素质的重要组成部分。 ‎ 科学技术是人类社会进步的重要推动力量。但科学本身并不是万能的，科学就其自身来说，并不能解决科学的价值问题。科学技术在造福人类的同时，也给人类社会带来了一系列极其严重的问题。科技的价值选择问题在新世纪中已日益突出。现代教育不仅要教会学生掌握科技，同样重要的是在这一过程中要帮助他们学会价值选择。在此意义上，评价教学也不能不评价与学生认知发展紧密相关的情感，不能不平与科学技术运用紧密相关的对待科学的价值观念选择。今天的学生不是生活在象牙塔之中，而是生活在社会之中，于是学生对于科学·技术·‎ 社会问题的态度即关注程度，尤其是科技与社会的关系应列入我们评价的内容。以此促进学生对于科学、技术与社会之间关系的关注。 ‎ 从2001年起，上海高考物理试卷开始比较注重突出试题的教育价值，使试题本身不但反映所考核学科的知识，具有学科价值，而且也体现出在科学知识中蕴藏的丰富的人文精神，蕴涵着引导学生如何做人的教育价值。 ‎ ‎【例5】 2001年第9题：请将下面三位科学家的姓名按历史年代先后排序。       、       、       。任选其中二位科学家，简要写出他们在物理学上的主要贡献       、       。 ‎ 此题的情景看似物理常识，作为学生应该掌握，此题要求学生不光要学会物理的解题方法和物理知识，还要了解和关注物理学本身的发展。‎ ‎4)从统一性到开放性 ‎ ‎20世纪初叶，人们开发了标准化的客观式试题。随着时代的发展和教育改革的深化，人们认识到客观试题有着很大的局限性。第一：世界本来就是多样的，作为人们认识的结果——答案也必然是多样的。客观试题要求人们把丰富多彩的世界变成统一的答案，显然是很有局限的。第二：人的认识是渐进的，绝对真理只存在于相对真理的总和之中，在人类认识的不同阶段，即使对同一事物的认识，也不完全相同。要求人们用一一种答案去认识问题就有可能封闭人的认识的前进之路。尤其是在我们今天这样一个呼唤创新的时代，把人们的思维限制在一个固定的框架内，对发展人们的创造精神是十分不利的。第三，作为学校教育的对象，学生也是各有特点的。他们对事物的观察有着自己独特的视角。用一个被认为是标准化的答案去限制认识，将会限制学生做为独特的个体发展。现代教育评价试图突破客观式考试的局限，把创造机会还给学生，在评价的标准上，无论是答案还是回答的方式和提出设问的方式，都从统一性走向开放性，为考查学生的个性留出了空间。考试形式和试题创新是解决这一问题的一个可能途径。于是上海高考物理试卷和题型在编制和设计方面开始探索。例如，开放性试题增多，有效地考查学生的想象能力和发散思维能力。 ‎ ‎【例6】 2000年第15题：为一名宇航员“漂浮”在地球外层空间的照片。根据照片展现的情景提出两个与物理知识有关的问题(所提的问题可以涉及力学、电磁学、热学、光学、原子物理学等各个部分。只需提出问题，不必作出回答和解释)：例：这名“漂浮”在空中的?宇航员相对地球是运动?还是静止的?‎ 这是高考试卷中第一次出现提出问题的题目，考查学生观察想象和提出问题的能力。 ‎ 综上所述，上海高考物理卷在教育评价理念飞跃的过程中，注重考查学生基础知识在现代技术的应用、物理模型与生活实践相结合、问题解决过程与科学方法相结合、科学知识与人文精神相统一的评价风格。引导学生关注生活中的实际问题、关注社会中发生的热点问题、关注我们的周围世界，考查学生的全面素质。试题中充分注意了对学生能力的培养，重视基础知识，更重视能力的考查。特别是以能力为立意的试题削弱了人工刻意制造的痕迹，易于学生发挥出最大的潜能，有利于人才的选拔与培养。在能力考核方面着重考核了：(a)观察、实验能力，(b)理解判断能力，(c)获取信息的能力，(d)分析综合能力，(e)辨析、评价能力等。试卷中的许多实验试题直接取材于教材中的演示实验和学生实验，引导学生重视教材而不是一味的关注所谓的“题海”，这对中学的教育改革有较好的导向作用。 ‎