一道基于教材實(shí)驗(yàn)的試題命制及測(cè)試反饋

康賢明 羅培雄

摘? ?要：試題的命制是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，需要目標(biāo)明確、設(shè)計(jì)合理、程序規(guī)范等。以一道高考物理模擬考試中實(shí)驗(yàn)題的命制為例，總結(jié)物理試題命制的基本流程為：選材與立意、搭架與構(gòu)題、加工與調(diào)整和審查與復(fù)核等，并結(jié)合考試實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)命題進(jìn)行反思。

關(guān)鍵詞：試題命制;高考物理;實(shí)驗(yàn)題

1? 試題原題

泉州市2020～2021學(xué)年度高中畢業(yè)班教學(xué)質(zhì)量跟蹤監(jiān)測(cè)（五）物理學(xué)科的第11題為實(shí)驗(yàn)題，定稿如下：

向心力演示器如圖1所示。

（1）若將傳動(dòng)皮帶套在兩塔輪半徑相同的圓盤上，質(zhì)量相同的兩鋼球分別放在擋板處，轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，可探究小球做圓周運(yùn)動(dòng)所需向心力F的大小與_______（選填“質(zhì)量m”、“角速度ω”或“半徑r”）的關(guān)系。

（2）若將皮帶套在兩塔輪最下面圓盤上（兩圓盤半徑之比為3∶1），質(zhì)量相同的兩鋼球放在圖示位置的擋板處，轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，穩(wěn)定后，觀察到左側(cè)標(biāo)尺露出1格，右側(cè)標(biāo)尺露出9格，則可以得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論為：___________________。

參考答案：（1）半徑r ;（2）質(zhì)量和半徑一定的條件下，物體做圓周運(yùn)動(dòng)需要的向心力與角速度的平方成正比。

2? 命題過程

試題的編制，大致經(jīng)歷四個(gè)階段：選材與立意、搭架與構(gòu)題、加工與調(diào)整和審查與復(fù)核。

2.1? 選材與立意

課標(biāo)是考試的命題依據(jù)。研讀2017版課標(biāo)發(fā)現(xiàn)學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)中新增了“探究向心力大小與半徑、角速度、質(zhì)量的關(guān)系”。教材提供的實(shí)驗(yàn)方案有兩個(gè)：一是利用傳統(tǒng)的向心力演示器;二是利用DIS向心力實(shí)驗(yàn)器?？紤]到DIS向心力實(shí)驗(yàn)器還不是很普及，因此命題組將本題的選材確定為利用傳統(tǒng)的向心力演示器來探究。

高中物理學(xué)業(yè)質(zhì)量分五級(jí)水平，是指導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和評(píng)價(jià)、教師開展日常教學(xué)設(shè)計(jì)、命題和評(píng)價(jià)的重要依據(jù)。其中學(xué)業(yè)質(zhì)量水平4是用于高等院校招生錄取的學(xué)業(yè)水平等級(jí)性考試的命題依據(jù)。其描述為：“能分析相關(guān)事實(shí)或結(jié)論，提出并準(zhǔn)確表述可探究的物理問題，作出有依據(jù)的假設(shè);能制訂科學(xué)探究方案，選用合適的器材獲得數(shù)據(jù);能分析數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)其中規(guī)律，形成合理的結(jié)論，用已有的物理知識(shí)進(jìn)行解釋;能撰寫完整的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，對(duì)科學(xué)探究過程與結(jié)果進(jìn)行交流和反思[ 1 ]。” 作為實(shí)驗(yàn)題，結(jié)合科學(xué)探究的素養(yǎng)目標(biāo)和學(xué)業(yè)質(zhì)量水平4的要求，本題的命題立意定為“能制訂科學(xué)探究方案，選用合適的器材獲得數(shù)據(jù);能分析數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)其中規(guī)律，形成合理的結(jié)論”。

2.2? 搭架與構(gòu)題

一個(gè)完整的物理問題需要包括背景、變量、提問、模型等要素，且不能忽略各要素間的相互聯(lián)系[ 2 ]。鑒于福建省使用魯科版的教材，探究的裝置確定為傳統(tǒng)向心力演示器，所以模型也就此確定。結(jié)合實(shí)驗(yàn)?zāi)康模_定變量為向心力F的大小、質(zhì)量m、角速度ω和半徑r。根據(jù)命題立意，初步確定了兩個(gè)設(shè)問：設(shè)問（1）通過實(shí)驗(yàn)操作的選擇，考查學(xué)生對(duì)科學(xué)探究方案的設(shè)計(jì);設(shè)問（2）要求學(xué)生通過觀察到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，能分析數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)其中規(guī)律，形成合理的結(jié)論”。設(shè)計(jì)試題初稿如下：

用如圖2所示的裝置來探究小球做圓周運(yùn)動(dòng)所需向心力F的大小與質(zhì)量m、角速度ω和半徑r之間的關(guān)系。 勻速轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，可使塔輪、長(zhǎng)槽和短槽勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，槽內(nèi)的小球也就隨之做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。擋板對(duì)小球的作用力提供了小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力。同時(shí)，小球擠壓擋板的力使擋板另一端壓縮測(cè)力套筒的彈簧，壓縮量可從標(biāo)尺上讀出，該讀數(shù)即顯示了向心力的大小。已知擋板B到轉(zhuǎn)軸的距離是擋板A到轉(zhuǎn)軸的距離的2倍，擋板A和擋板C到各自轉(zhuǎn)軸的距離相等。

（1）為了探究向心力F的大小與半徑r的關(guān)系，下列操作正確的是________

A.將傳動(dòng)皮帶套在兩塔輪半徑相同的輪盤上，將質(zhì)量相同的鋼球分別放在擋板A和擋板C處

B.將傳動(dòng)皮帶套在兩塔輪半徑不同的輪盤上，將質(zhì)量相同的鋼球分別放在擋板A和擋板C處

C.將傳動(dòng)皮帶套在兩塔輪半徑相同的輪盤上，將大小相同的鋼球和鋁球分別放在擋板A和擋板C處

D.將傳動(dòng)皮帶套在兩塔輪半徑相同的輪盤上，將質(zhì)量相同的鋼球分別放在擋板B和擋板C處

（2）將兩個(gè)質(zhì)量相同的鋼球分別放在擋板A和擋板C處，勻速轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，發(fā)現(xiàn)標(biāo)尺上的等分格顯示格數(shù)之比為4∶1，則連接擋板A和擋板C的兩個(gè)變速塔輪的半徑之比為_____。

2.3? 加工與調(diào)整

從試題文本看，初稿對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼f明、實(shí)驗(yàn)原理介紹和實(shí)驗(yàn)裝置特點(diǎn)進(jìn)行表述，內(nèi)容較為詳細(xì)但文字?jǐn)⑹鎏?。命題團(tuán)隊(duì)經(jīng)過討論建議不再?gòu)?fù)述教材中的實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃砗脱b置，理由是本實(shí)驗(yàn)是教材的一個(gè)重要知識(shí)點(diǎn)，且是課程標(biāo)準(zhǔn)里要求的必做實(shí)驗(yàn)，學(xué)生必須掌握實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃砗脱b置。于是，題干最終被簡(jiǎn)化為“向心力演示器如圖所示。”原題的配圖太復(fù)雜，不夠美觀，為了體現(xiàn)回歸教材，最終將圖換為新魯科版教材中的原圖。

從問題設(shè)置看，設(shè)問（1）因題干壓縮，在設(shè)問中要進(jìn)一步交代情境，于是設(shè)問（1）調(diào)整為“（1）若將傳動(dòng)皮帶套在半徑相同的兩塔輪上，質(zhì)量相同的兩鋼球分別放在圖示擋板處，轉(zhuǎn)動(dòng)手柄。可探究小球做圓周運(yùn)動(dòng)所需向心力F的大小與_______（選填“質(zhì)量m”“角速度ω”或“半徑r”）的關(guān)系?！?/p>

在設(shè)計(jì)試題時(shí)，很多教師習(xí)慣從學(xué)科內(nèi)容領(lǐng)域出發(fā)，而不是從測(cè)量目標(biāo)的行為目標(biāo)出發(fā)，這對(duì)于根據(jù)考試結(jié)果推測(cè)考生的心理結(jié)構(gòu) ——能力是非常不利的[ 3 ]。試題的設(shè)問（2）立意要求學(xué)生通過觀察到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，能分析數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)其中規(guī)律，形成合理的結(jié)論。這樣的立意是從學(xué)生的認(rèn)知出發(fā)，對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究的過程的考查。但初稿設(shè)問（2）的設(shè)問方式不能達(dá)到試題的立意目標(biāo)，不能考查學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的評(píng)價(jià)，并得出結(jié)論，更像是戴著實(shí)驗(yàn)帽子的計(jì)算題，不能體現(xiàn)科學(xué)探究的素養(yǎng)目標(biāo)。這樣的設(shè)問是建立在學(xué)生對(duì)向心力規(guī)律已認(rèn)知的情況下的一種應(yīng)用，而不是探究向心力規(guī)律，與試題的立意目標(biāo)不符。所以命題組的教師對(duì)試題再進(jìn)行研磨后，將設(shè)問（2）改造為“將皮帶套在兩輪塔最下面圓盤上（兩塔輪半徑之比為3∶1，質(zhì)量相同的兩鋼球放在圖示位置的擋板處，轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，穩(wěn)定后，觀察到左側(cè)標(biāo)尺露出1格，右側(cè)標(biāo)尺露出9格，則可以得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論為：__________________?！边@樣的設(shè)問，考查學(xué)生對(duì)皮帶傳動(dòng)問題的應(yīng)用，觀察記錄和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)能力，總結(jié)實(shí)驗(yàn)規(guī)律的方法，達(dá)到了試題的立意目標(biāo)。

2.4? 審查與復(fù)核

命題，特別是大規(guī)模考試的命題是一項(xiàng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ?，歷經(jīng)討論打磨后的試題還要經(jīng)歷審查與復(fù)核。此階段的基本工作是對(duì)試題的科學(xué)性、嚴(yán)密性、簡(jiǎn)潔性、明晰性、導(dǎo)向性進(jìn)行審查，包括字、詞、句、物理符號(hào)、標(biāo)點(diǎn)符號(hào)和附圖都一一推敲和細(xì)察，如本題中附圖的調(diào)整，有利于教師和學(xué)生對(duì)教材附圖的重視，具有很好的導(dǎo)向性。再如審查時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)問（2）中“質(zhì)量相同的兩鋼球放在圖示位置的擋板處，”能否保證這時(shí)兩個(gè)球圓周運(yùn)動(dòng)的半徑是相同的呢？這個(gè)條件在題干中沒有說明，學(xué)生會(huì)不會(huì)提出質(zhì)疑呢？后經(jīng)命題組教師討論，結(jié)合附圖中刻度的明確標(biāo)識(shí)，以及學(xué)生的分組實(shí)驗(yàn)操作，可知圖示位置兩球做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑是相同的，題干中可以不必在贅述，同時(shí)也能檢驗(yàn)學(xué)生是否認(rèn)真動(dòng)手操作實(shí)驗(yàn)，體現(xiàn)科學(xué)探究的素養(yǎng)目標(biāo)。

3? 數(shù)據(jù)分析及考后訪談

3.1? 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析

全市的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)如表1。

從表可以看出，本題難度值為0.23，不到預(yù)設(shè)的難度值0.5的一半，區(qū)分度也只有0.23.顯然，這樣的數(shù)據(jù)與命題前測(cè)有較大差距，為什么呢？

3.2? 考后訪談

通過教師訪談和學(xué)生訪談發(fā)現(xiàn)，本題實(shí)測(cè)與前測(cè)存在較大差距的原因有以下幾點(diǎn)：一是這個(gè)實(shí)驗(yàn)是新課標(biāo)要求的分組實(shí)驗(yàn)，本屆學(xué)生仍使用舊教材，教師都把該實(shí)驗(yàn)當(dāng)做演示實(shí)驗(yàn)（有的甚至沒有做過這個(gè)實(shí)驗(yàn)），學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置非常陌生，根本不知道儀器的工作原理;二是本題題干部分沒有對(duì)儀器進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，學(xué)生讀完題目，不知所云，設(shè)問（1）中就三個(gè)隨便選填一個(gè)，命中概率■剛好是本題的得分率;三是設(shè)問（2）中，關(guān)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的評(píng)價(jià)，對(duì)學(xué)生的文字表達(dá)要求較高，再加上試題的題干沒有把實(shí)驗(yàn)的目的說明清楚，導(dǎo)致設(shè)問（2）的空答率非常高。

4? 反思

試題應(yīng)該具備三個(gè)要素：測(cè)量目標(biāo)、刺激情境和設(shè)問[ 3 ]。測(cè)量目標(biāo)的確定依據(jù)是課程標(biāo)準(zhǔn)，新高考下，考試中心不再出考綱，如何依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)來命題，需要進(jìn)一步探索實(shí)踐。刺激情境來源有生活情境和學(xué)習(xí)探究情境，而學(xué)習(xí)探究情境往往來源于教材。命題時(shí)，對(duì)于取材于教材的刺激情境，不能因?yàn)槭墙滩纳系膬?nèi)容，就不做必要的介紹，因?yàn)榭荚嚨臏y(cè)量目標(biāo)不是學(xué)生是否記住教材里的內(nèi)容。試題的設(shè)問方式，如何體現(xiàn)對(duì)學(xué)生素養(yǎng)的考查，也是命題教師亟需解決的問題。

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