（杜）高中物理学业成就的测量与评价.ppt

高中物理学业成就的测量与评价 报告人 河南大学物理学院杜明荣dmrong69 以 高考 为例 英国 高考 中物理学科考试的特点分析 高考 物理试题难度的主要影响因素 我国 高考 物理试题的特点变化 报告的主要内容 美国 高考 中物理学科考试的特点分析 第一部分英国gce物理学科考试的特点分析 gce考试是以学科为单位的考试 每一学科a水平考试的内容划分为6个单元 前三个单元称为as考试 后三个单元称为a2 即a水平的第2部分 考试 若考生完成前三个单元的考试后不再参加a2考试 则只能获得该学科as水平的gce证书 advancedsubsidiarylevelgce 若考生要想获得a水平的gce证书 advancedlevelgce 则必须参加a2考试 即 as a2 a level 1 gce考试概述 gce考试是英国普通教育证书考试的简称 全称为generalcertificateofeducation 起源于上个世纪五十年代 分为一般水平 ordinary level 简称o水平 考试和高级水平 advance level 简称a水平 考试 其中a水平考试为高中学生而设 同时兼有毕业 升学 求职等多种功能 其成绩是大学招生 用人单位雇人的主要依据 2 gce考试的服务机构 目前 在英国提供gce考试的服务机构主要有 以上考试服务机构全是非官方的组织 不同的考试机构根据统一的gceas a总标准和学科标准编写具有各自特色的考试说明 并提供考试服务 学校和考生可以自由选择任意一家考试机构提供的考试服务 其中aqa是考试机构中最大的一家 通过该考试可获得的证书名称为aqaadvancedlevelgceinphysicsa 下面以aqa提供的gce物理a考试说明 超链pdf文档 为参考 介绍gce物理a水平考试的概况 gce物理a水平考试的评价目标分为四个层次 分别是 1 对知识的理解 2 对知识的综合应用与评价 3 实验与探究 4 对不同领域的知识与技能的综合应用 另外 对评价目标 1 2 4 还提出了书面表达质量的要求 要求考生能够根据目的和主题的复杂程度选择合适的书面表达方式和风格 能够使用恰当的专业词汇清晰而流畅地组织相关信息 能够保证书面表达拼写准确 语法 标点无误且通俗易懂 意思清晰 3 gce物理考试的评价目标 assessmentobjectives 考试说明中对各层次的评价目标都给出了具有可操作性的详细描述 例如对评价目标 2 的描述如下 a 能以物理学的概念 原理描述 解释 说明相关的现象和结果 使用恰当的专业术语 逻辑清晰地表达自己的观点和思想 b 当数据以原始记录 表格 曲线图 图表等方式呈现时 能够解释其含义并能把数据表达从一种表达方式转换成另一种表达方式 c 能够进行相关的计算 d 能够把物理概念和规律应用于陌生的情境中 包括涉及物理在伦理 社会 经济 环境 技术上的意义和应用的情境 e 能够评价物理信息 实验 推论和陈述的正确性 gce物理a水平考试的内容范围共涉及十个学习模块 这十个模块的主题分别是 模块1 粒子 辐射和量子现象 必修模块 模块2 力学和分子动理论 必修模块 模块3 电流和固体的弹性 必修模块 模块4 波 场和核能 必修模块 模块5 9 核的不稳定性 选修模块5 9的公共部分 模块5 天体物理学 选修模块 模块6 医学物理 选修模块 模块7 应用物理学 选修模块 模块8 物理学中的转折点 选修模块 模块9 电子学 选修模块 4 gce物理考试的考试内容 subjectcontent 在评价机构发布的考试说明中对每一模块的内容都给出了具体到知识点的要求 例如 模块8 物理学中的转折点 在该模块下给出了三个学习主题 1 电子的发现 2 波粒二象性 3 狭义相对论 对每一个学习主题又给出了多个小内容标题 对每一个小内容标题又给出了详细到知识点的要求 例如 对狭义相对论这一学习主题的内容说明如下面表一所示 表一 模块8 物理学中的转折点 狭义相对论 4 gce物理考试的考试方案 schemeofassessment 课程作业与实验考试都是用来评价考生实验与探究能力的方式 根据gce物理学科标准 实验与探究能力在gce物理a水平考试中的比重应为12 5 20 aqa公司提供的gce物理a水平考试中 在考试单元3和单元5安排了实验与探究能力的评价 共占a水平考试12 5 的比重 主要评价学生以下四个方面的能力 编制计划的能力 实施计划的能力 分析论据得出结论的能力 评价论据和过程的能力 评价方式上有两种方式可供学生选择 中心评价的课程作业 center assessedcoursework 实验考试 practicalexamination 学生可以根据自己的意愿选择其中之一作为评价自己实验与探究能力的方式 5 对gce物理考试中的课程作业与实验考试的分析 选择之一 中心评价的课程作业中心评价的课程作业直接由任课教师进行评价 评价机构对任课教师的评价进行监督和指导 并有权对其评价结果进行调整和平衡 评价形式如下面表二所示 选择课程作业的考生要向教师呈递能够说明以上四种技能的证据材料 任课教师根据学生的表现和提供的证据材料 按照考试机构给出的指导和标准给学生打分 对打出的分数要说明给出该分数的理由和根据 对如何打分 考试说明中一般都会给出比较详细具体的打分标准 并且对每一条标准都给出了可操作性的描述 例如 在编制计划的能力方面 得分标准为 得2分的考生 要求具备的能力为 能够提出一个合适的实验计划 步骤大致上具有相关性 需要提供的证据材料为 一个计划提纲或者一个能够被检验的假设 关于实施过程的完整的或者部分的流程图 计划的安全性方面的考虑 适当仪器的列表 得4分的考生 要求具备的能力为 具备得2分以上的能力 另外 能够为某一具体的研究或问题解决设计研究方案 概括大部分合适的步骤 需要提供的证据材料为 一个详细的计划或能够被检验的假设 恰当变量的确定 一个标识明确的过程流程图或 和 一个循环图 所需仪器的综合列表 得6分的考生 要求 得8分的考生 要求 这种具体可操作的 详细规范的评分标准不仅为老师如何评分提供了依据 而且为评分的客观和公正提供了保障 体现了西方人严谨的做事风格 选择之二 实验考试一次实验考试的时间为105分钟 共有两道试题 第一道试题主要考查学生设计与计划的能力 通常是给定物理情境 要求考生设计一个实验或编制一个计划 考生可能被要求考虑以下问题 变量的测量 预期的结果 遇到的困难及可能的解决办法 该题完全为书面考试 不要求实际操作 在整个实验考试中的分值比例为8 30 完成这道题的建议时间为30分钟 第二道试题主要考查学生实施计划的能力 分析论据得出结论的能力 评价论据和过程的能力 题目要求考生根据指示完成一个实验 他们可能需要测量数据 调节仪器 绘制图表 解释实验过程等等 该题不仅要求考生亲自进行实验操作 而且还要求考生根据实验所获得的数据或现象处理相关的实验问题 该题在整个实验考试中的分值比例为22 30 完成该题的建议时间为75分钟 实验考试中的典型考题举例 请设计一个实验方案 使这位同学能够测出喷射雾滴的速度范围 假定学校实验室中的一般仪器可以供你使用 在你的回答中应该包括以下方面 你打算测量哪些量以及怎样测量这些量 怎样利用你的测量数据得出油漆雾滴的速度范围 你需要控制哪些因素以及怎样控制 为了获得可靠的实验结果 需要克服哪些困难以及怎样克服这些困难 在gce物理a水平考试的十个考试单元中 闭卷笔试试题的类型共有两种 一种为选择题 multiplechoicequestions 是我们常用的题型 另一种为结构化试题 structuredquestions 是我们不常用的 这类试题的特点是围绕某一问题多层设问 例如 笔试考试中的典型考题举例 如图1所示 一个声纳装置悬吊在直升机下方 用以探测水下潜艇的位置 a 声纳位于水下 以恒定的频率发射声波脉冲 这些脉冲被水下目标反射之后又被声纳装置接收 发射脉冲和接收反射脉冲的屏幕显示如图2所示 i 脉冲p是来自声纳正上方的水面反射 脉冲r是水下潜艇的反射脉冲 计算潜艇离声纳的距离 海水中的声速为1500m s ii 讨论如果离潜艇的距离为上题中计算出来的值的一半 屏幕上的显示将会怎样变化 图3 i 计算声波由空气向水中传播时的临界角 空气中的声速为340m s 海水中的声速为1500m s ii 解释为什么声纳装置发出的声波在一定距离之外不能进入水中 假定水面是平的 b 图3表示声纳装置被悬吊在水面上某一确定高度 多层设问的结构化问题 优点在于可以给考生提供充分展示自己学识的机会 在组成考题的多个小问题中 把自己能做的问题展示出来 与此相比 在只有一问的综合题的题型中 只要有一个环节出错 可能就会影响整个题目的解答 这种多层设问的结构化问题与gce考试的宗旨是相一致的 目的在于充分考查学生会什么和能做什么 而不是不会什么和不能做什么 第二部分美国sat物理学科考试的特点分析 美国教育行政与美国政治体制保持一致 实行地方分权制 州负有主要责任 地方承担具体责任 联邦具有广泛影响 这一地方分权的教育管理体制 决定了美国长期以来没有全国统一的中等教育考试制度 也没有由国家举行的高等学校招生统一考试 目前对美国大学招生发挥着重要作用的考试分别是美国教育考试服务处 简称ets 主办的sat考试和美国高校测验处 简称act 主办的act考试 二者相比 sat考试的影响更大 sat是scholasticassessmenttest 学术评估测试 的简称 以前称为scholasticaptitudetest 学术能力测试 始于1926年 是一种以测试学生学习能力为主的标准化考试 由美国约3000所大学共同组成的文教组织 美国大学委员会 thecollegeboard 委托ets定期主持 一般由希望接受高等教育的高中生或高中毕业生参加 考试结果报告给考生 大学 或学院 和考生所在的高中 为考生选校 大学招生 高中教学提供参考和指导 2 sat考试在美国一年举行6 7次 例如 2005 2006年度 sat考试计划的安排分别为 2005 10 8 2005 11 5 2005 12 3 2006 1 28 2006 5 6 2006 6 3 3 从试题内容来看 sat考试旨在评价学生在校内外学习中发展起来的认知和分析能力 而与一般的学校教育内容并无太多的直接关联 通常 学生自高二开始即参加sat考试 直到考出自己满意的成绩为止 1 sat考试概述 现行的sat考试分为sati和satii两个领域 sati是推理考试 reasoningtest 其目的主要是考查学生在大学学习所需要的批判性思维能力以及分析解决问题的能力 考试时间为3小时45分钟 考试内容分为阅读 数学和写作三部分 每一部分的满分均为800分 标准分 sati的成绩是大学招生的主要参考条件之一 satii是学科考试 subjecttest 其目的主要是测试学生在某一特定学科领域内所具有的知识和应用该知识的能力 两者相比 sati较注重考查学生的一般能力 aptitude satii较侧重考查学生在某一特定学科领域所取得的成就 achievement 许多大学要求或建议入学申请者参加一门或几门学科考试 如哈佛大学推荐学生准备四门satii学科考试 并把这些学科考试的成绩用作招生 专业课程设置 建议学生选修课程 新生入学后的分班等方面的目的 学生可以根据高校的要求和自己的特长 自选参加学科考试的科目 satii学科考试包括五个学科领域 英语 历史和社会研究 数学 自然科学及外语 共有二十多个科目 物理是其中之一 下面介绍sat学科考试中物理考试的特点 超链pdf文档 在大学预科水平上 考查学生对物理知识的理解掌握和应用能力 该考试要求考生能够回忆并理解物理学的主要概念 原理 并能够应用这些概念 原理去解决具体问题 需要了解简单的代数 三角 绘图知识和比率 比例的概念 并能在物理问题中应用它们 同时还要求考生有一定的实验经历 尽管在物理学科考试中仅仅能以有限的方式考查实验技能 如数据分析等 但经历实验却是发展推理和问题解决能力的重要途径 2 sat考试的评价目标 由于不同学校开设的课程不同 所使用的教材不同 因此 satii物理考试不针对特定教材和教学方法 尽量考大多数高中物理课程中共同要求的知识和能力 尽管每年的题型变化很小 但该考试向着能反映高中物理课程变化的总趋势方向发展 在物理考试中 对各部分具体知识的内容要求以及在试卷中所占的比例如下页表所示 3 sat考试的考试内容 satii物理考试的考试时间为一个小时 总分满分为800分 标准分 共有75个问题 分为a b两部分 a部分为分类问题 classificationquestions 大约有12 13道题 排列在试卷的前面 b部分为五选一的选择题 five choicecompletionquestions 大约有62 63题 排列在a部分之后 全卷题目大致按由易到难的顺序排列 不过学生考试时可以按自己喜欢的顺序答题 a部分的分类问题从题型上看也属于选择题 但与通常的选择题相比 在问题与答案的呈现顺序上正好相反 它们是首先给出5个可能的供选答案 然后再给出一连串的问题 通常有2 4个问题 供选答案可能是曲线图或者是五个相关的定律或概念 由于对同一个主题允许有几个问题 因此 分类问题要求考生对所给的问题有充分的理解 4 sat考试的考试形式 问题1 哪个器件能够在屏幕上产生一个小光点 参考答案 a 难度估计水平 3 问题2 哪个器件能够在屏幕上产生一个衍射图样 图样包括中央亮条纹和两边平行分布的次亮条纹 且亮度随离开屏幕中心距离的增加而减弱 参考答案 d 难度估计水平 3 a部分典型考题举例 b部分典型考题举例 内容特点 satii物理考试突出了经典力学与电磁学知识 同时兼顾了现代物理知识的考查 由表二可知 在satii物理考试中 力学在全卷中所占的比例为36 42 电磁学在全卷中所占的比例为18 24 显然 力学和电磁学是satii物理考试的重点考查内容 经典力学和电磁学作为物理学的基础知识 理当成为中学物理的基本要求 就这一点来看 satii物理考试的指导思想与我国高招物理考试的指导思想是一致的 以2005年我国高考理综全国卷i为例 力学在物理全卷中所占的比例为48 3 电磁学在物理全卷中所占的比例为36 7 可见 经典力学和电磁学是高中物理知识的主干 satii物理考试对现代物理知识的考查 涉及面较广 不仅涉及原子物理 还涉及天体物理 超导电性 混沌理论等 在全卷中占有10 20 的比例 我国高考物理考试对现代物理知识的考查仅涉及原子物理部分 在全卷中所占的比例较小 以2005年我国高考理综全国卷i为例只有5 现代物理学有利于开阔学生的视野 培养学生的科技意识 因此 在物理考试中适当增加对现代物理知识的考查比重是合理的 5 sat的特点小结 题型特点 satii物理考试只采用选择题一种题型 人们对以选择题为主要题型的标准化考试历来看法不一 争议已久 批判者有之 美国全国公平与公开考试中心 nationalcenterforfairandopentesting 认为 这些考试只能发展学生快速回答简单问题的能力 它们并不要求真正的思考 因此它们不能衡量学生的思考或创造能力 辩护者有之 英国评价与资格联盟 aqa 总裁drmikecresswell说 选择题作为一种评价方式 认为它不能测量高级思维能力是错误的 客观地说 选择题具有以下优点 可以增大题量从而增加考试的信度 可以使用机器阅卷 从而增加阅卷的客观性 减少评分误差 同时提高阅卷速度 降低试卷评阅过程的成本 选择题所具有的这些优点是美国sat考试长期使用它的原因 不过选择题也存在自身的缺陷 阅卷者无法区分考生做出的选择是经过逻辑推理做出的还是仅凭猜测做出的 即选择题无法考查学生的思维过程 为学生猜测答案提供了可能 同时也不利于考查学生的某些能力 比如表达能力 选择题是我们的高考题型之一 我们既要看到它的优点 又要考虑到它的先天不足 做到精心设计 谨慎使用 一个纯电阻和一个内阻不计的电源连成如图所示的电路 电路中电流为i 电阻消耗的热功率为p 现在将电路中电源的电动势加倍 而保持电阻r不变 变化之后 r所消耗的热功率为 题量与难度水平 satii物理考试试卷题量较大 题目较易 以美国大学委员会发行的2005 06学科考试手册中样题的第16题为例 上题的参考答案 e 题目设计者对这道题的难度估计水平为5级 最难 然而拿这道题去测试我们的学生 这道题的难度值却是0 88 测试对象是普通高中学完高二课程的学生 可见 试题的难度水平是相对的 评价试题的难度水平应当参照考生的水平 评价其相对难度更有意义 satii物理考试所测试的都是最基础的知识与能力 作为水平测试 检验的是学生究竟是否达到了基本掌握的水平 显然 这种 水平测试 的难度不适合用于 选拔考试 我国高考属于选拔性考试 试题要有一定的难度才能达到区分度的要求 因此必须认真考虑各种因素 确定合适的试题难度 过难过易都会影响高校选拔和中学教学 satii物理考试的题量较大 考生要在一小时的考试时间内完成75道题 平均每道题的答题时间只有48s 这种快速答题的要求 导致试题比较简单 这种大题量的考试虽有利于增加知识的覆盖面 从而增加考试的信度 但却不利于考查学生的学科能力 在48秒内学生要对一个问题快速做出反应并给出答案 在这么短的时间内 很难考查出学生对物理概念 原理的深入理解和综合应用能力 虽然能力的考查离不开知识 但能力不等于众多知识点的简单累加 实验研究表明 知识与能力的关系不是低度相关 也不是高度相关 而是中度相关 可见 不是知识越多 能力越强 因此 以能力立意 的试卷不应过分强调知识的覆盖率 对知识覆盖率的要求 在物理能力考查中应适可而止 第三部分我国高考物理试题的特点变化 1952年高考物理试题 超链word 2008年高考物理试题 广东卷 超链word 1952年与2008年高考物理试题特点对比分析 1952年高考物理卷第1题 某物体的速度在10分钟内从36千米 小时增到57 6千米 小时 它的平均加速度是 厘米 秒2 1954年高考物理卷第2题 一定的力作用在质量20克的物体上 5秒钟里物体所走的距离是1米 在相同的力作用下 质量10克的物体在10秒钟内所走距离是 米 2007年高考理综全国 卷第23题 甲乙两运动员在训练交接棒的过程中发现 甲经短距离加速后能保持9m s的速度跑完全程 乙从起跑后到接棒前的运动是匀加速的 为了确定乙起跑的时机 需在接力区前适当的位置设置标记 在某次练习中 甲在接力区前s0 13 5m处作了标记 并以v 9m s的速度跑到此标记时向乙发出起跑口令 乙在接力区的前端听到口令时起跑 并恰好在速度达到与甲相同时被甲追上 完成交接棒 已知接力区的长度为l 20m 求 1 此次练习中乙在接棒前的加速度a 2 在完成交接棒时乙离接力区末端的距离 这是一个与真实情境相联系的问题 显然不能直接套用公式求解 必须系统地对问题情境进行分析 明确研究对象和物理过程 识别和建立相应的物理模型 然后才可能求解 第四部分影响高考物理试题难度的主要因素 在经典测试理论中 难度是指统计难度 它在数学表达上存在两种形式 即难度p值和难度 值 试题难度指标的p值代表了试题的通过率或得分率 当试题采用二分法计分时 可用以下公式计算试题难度的p值 公式中 r为答对该题的人数 n为参加测验的总人数 当试题为非二分法计分时 一般采用下面的公式计算项目难度的p值 难度的数学含义 为了比较不同题目之间的难度差异 需要将难度的p值转换为标准分数z值 由项目难度p值转换为标准分数z值 虽然具有一定的好处 能够比较不同项目之间的差异大小 而且能够由各个项目的难度z值去求整个量表的平均难度z值 但难度p值转换为标准分数z值也有一定缺点 即会出现负数和小数 计算不够方便 为方便计算 通常把它进一步转换为平均数为13 标准差为4的标准分数 其转换公式为 公式中 值为正态化等距难度指标 13为平均数 4为标准差的单位 z为由p值转换得来的标准分数 1 阅读量在学生看来 题目文字多 题干叙述长 是题目难度较大的原因之一 不同类型的试题 文字表述的长度通常不同 以2007年高考物理试题为例 一个选择题的平均长度大约为140个字符左右 一个计算题的平均长度大约为265个字符左右 从心理学上讲 如果题目过长 远远超过了被试的心理期望值 不仅使阅读过程中的工作记忆负荷加重 同时还会引起被试心情烦躁不安 从而影响被试的解题水平和解题成绩 2 条件的非充要性条件的非充要性是指题目中明确给出的条件对于问题求解来说不是充分必要条件 设试题所提供的条件个数为n 解题所需要的条件个数为n 若n n 则试题所提供的条件是充分而必要的 即所给的条件都有用 而所需的条件都已给定 若n n 则存在两种情况 要么n n 要么n n 这两种情况下 试题的条件都不是充要条件 某运动员在百米赛跑中 跑完100米的路程共用了12 5秒的时间 则他在百米赛跑中的平均速度大小是 a 6m sb 8m sc 9m sd 12m s 当n n 时 试题中含有多余的条件或冗余信息 考生需要从诸多的信息中提取有用信息 排除无关信息的干扰才能正确解决问题 例如 某运动员在百米赛跑中 起跑后第3秒末的速度是6m s 12 5秒末到达终点的速度为12m s 则他在百米赛跑中的平均速度大小是 a 6m sb 8m sc 9m sd 12m s求平均速度只需要知道总位移和发生这段位移所用的总时间就行了 本题中总位移是100m 总时间是12 5s 其他信息全是干扰信息 显然 这些干扰信息的存在增加了问题的难度 已知地球半径约为6 4 106m 又知月球绕地球的运动可近似看作匀速圆周运动 则可估算出月球到地心的距离约为 m 结果只保留一位有效数字 当n n 时 试题的条件不足 需要考生从自己的知识储备中寻求相应的知识补充题目条件 才能顺利完成题目的解答 例如 已知地球半径约为6 4 106m 地球表面的重力加速度约等于10m s2 又知月球绕地球的运动可近似看作匀速圆周运动 周期约为30天 则可估算出月球到地心的距离约为 m 结果只保留一位有效数字 解决这道题就需要补充两个常识性条件 一是月球绕地球运行一周的周期大约是30天 二是地球表面的重力加速度约为10m s2 尽管这两个数值对于大多数考生来说应该是常识 但要从大脑中储存的众多信息中提取出来 也有一定的难度 3 考查知识点的多少不同的题目通常考查的知识点多少不同 有些题目中考查的知识点较少 而有些题目中考查的知识点较多 且众多知识点错综复杂 给问题带来较大的难度 通常以考试大纲 或考试说明 中列出的知识点为标准来统计一个试题考查的知识点个数 例如 一个质量为100g的小球从0 8m高处自由下落到一厚软垫上 若从小球接触软垫到小球陷至最低点经历了0 2s 则这段时间内小球对软垫的平均冲击力为多大 此题主要考查2个知识点 分别为匀变速直线运动 自由落体 和动量定理 图3 5图3 6 对近三年的高考试题进行统计分析 结果表明 非选择题所考查的知识点个数最多为7个 最少为1个 平均约为4个 选择题中 所考查的知识点个数最多为6个 最少为1个 平均约为2 4个 4 知识点之间的综合程度一道物理试题通常考查多个知识点 这些知识点有时候分布在同一个知识组块中 有时候分布在多个知识组块中 在这些知识的综合应用上 有时候表现为学科内的综合 例如力学知识的综合 有时候表现为学科间的综合 例如力学和电磁学知识的综合 一般情况下 知识综合的跨度越大 对被试分析 综合能力的要求越高 因而问题难度也就越大 高考大纲的内容列表中所列举的17个知识组块 分别是 一 质点的运动 二 力 三 牛顿定律 四 动量 机械能 五 振动和波 六 分子动理论 热和功 气体 七 电场 八 恒定电流 九 磁场 十 电磁感应 十一 交变电流 十二 电磁场和电磁波 十三 光的反射和折射 十四 光的波动性和微粒性 十五 原子和原子核 十六 单位制 十七 实验 知识点之间的综合程度可以以试题考查的知识点所涉及的知识组块个数来衡量 如果莫个试题同时考查了滑动摩擦定律 力的合成与分解 匀变速直线运动 牛顿第二定律这四个知识点 他们在考试大纲中分别分布于 一 质点的运动 二 力 三 牛顿定律这三个知识组块 因此涉及的知识组块个数即为3 对近三年的高考试题进行统计分析 结果表明 选择题所涉及的知识模块个数最多为6个 最少为1个 平均约为1 7个 非选择题所涉及的知识模块个数最多为7个 最少为1个 平均约为2 9个 5 物理过程的复杂性对于物理试题来说 物理过程的复杂性显然是影响物理试题难度的重要因素 物理过程的复杂性可以用完成试题所需的逻辑推理个数的多少来衡量 一个逻辑推理的过程有时候会以方程的形式出现在答卷上 因此 逻辑推理的个数有时候也可以用方程的个数来衡量 物理试题主要考查学生对物理知识的综合应用能力 解答过程必然涉及一定量的分析推理和因果转换才能达到目标 逻辑思维是这里用到的主要思维方式 在逻辑思维过程中 涉及的因果转换次数越多 问题也就越复杂 难度也就越大 推理1 木块从刚好完全没入水中 到停在池底的过程相当于从图中的位置1移动到位置2 如图乙所示 所以池水势能的改变量等于这部分水在位置1和位置2之间的势能之差 即 推理2 根据功能原理 力f所做的功等于池水和木块势能变化量的总和 即 推理3 木块刚好完全没入水中时 图丙中原来处于阴影区域的水被排开 后果等效于使这部分水平铺于水面 其势能改变量为 推理4 木块从初位置到刚好完全没入水中的过程中 势能的改变量为 面积很大的水池 水深为h 水面上浮着一正方体木块 木块边长为a 密度为水的1 2 质量为m 开始时 木块静止 有一半没入水中 如图2 2甲所示 现用力f将木块缓慢地压到水底 不计摩擦 求 1 从木块刚好完全没入水中 到停在池底的过程中 池水势能的改变量 2 从开始到木块刚好完全没入水的过程中 力f所做的功 对近三年的高考试题进行统计分析 结果表明 在非选择题中这种逻辑推理个数平均为6个 最少为2个 最多为12个 在选择题中 所涉及的物理推理个数最多为8个 最少为1个 平均约为3个 6 数学过程的复杂性对于物理试题的解答过程来说 数学运算的复杂性是不可忽视的影响因素 应用数学处理物理问题的能力是高考物理主要考核的五种能力之一 因此 部分物理试题对数学能力的要求较高 对数学能力要求较高的题目可能由于被试数学能力的不足而阻碍被试对物理试题的顺利解答 因此增加了问题的难度 例如 本题中两问都考查了对牛顿第二定律的理解与应用 但解答第一问只涉及简单的代数运算 对数学能力的要求较低 而解答第二问则涉及数学上求极值的问题 且涉及较为复杂的三角函数运算 对数学能力的要求较高 给被试顺利解题带来障碍 数学过程的复杂性对试题难度的 值有显著的影响 显著性水平为0 00 7 问题目标的开放性问题目标具有开放性 是指问题的解答具有开放性 问卷调查中 师生都认为 有多种答案 多种可能 的开放型题目较难 在开放型题目中符合题设条件的结果不唯一 往往存在多种可能的正确结果 此时 考生的思维可以发散 有一定的自由发挥空间 此类问题要求被试有一定的创新能力 因此难度较大 例如 请利用高中物理所学过的知识设计一种可以用来测量加速度大小的装置 详细说明装置的构造及其工作原理 8 情境特征的物理建模难度情境特征是影响物理试题难度的重要因素 这可以说是大家公认的观点 情境特征对物理试题难度的影响主要是通过影响物理建模的难易程度实现的 物理试题对物理知识与能力的考查总是寓于一定情境之中的 面对一个情境丰富的具体问题 被试首先需在理解题意的基础上 对具体问题进行合理的简化 分解和抽象 将具体问题转化为物理模型问题 然后才能利用物理学的知识去解决问题 这一过程就是物理建模的过程 显然 正确建立物理模型是正确解题的关键 物理模型通常包括对象模型 条件模型 过程模型和状态模型 如果一个具体问题中这几种模型都很明显 则物理模型就容易建立 否则 只要其中的一种模型不容易建立 都会导致整个物理建模的过程比较困难 例如 为估算池中睡莲叶面承受雨滴撞击产生的平均压强 小明在雨天将一圆柱形水杯置于露台 测得1小时内杯中水上升了45mm 查询得知 当时雨滴竖直下落速度约为12m s 据此估算该压强约为 设雨滴撞击睡莲后无反弹 不计雨滴重力 雨水的密度为1 103kg m3 a 0 15pab 0 54pac 1 5pad 5 4pa本题的建模过程如下 首先确定本题的对象模型 研究对象 根据题目的描述 被试很可能选取雨滴作为研究对象 而一旦被试选定了雨滴作为研究对象 下面的一系列问题 雨滴的质量 雨滴砸在荷叶上的面积等 都将陷入困境 从而阻碍解题的顺利进行 其实 本题中应该选取水杯中45mm高的水柱作为研究对象 才能使问题迎刃而解 本题的过程模型是研究对象撞击睡莲叶面速度发生改变 该过程遵循的物理规律是动量定理 本题的条件模型是不计研究对象的重力 撞击之后研究对象的速度为零 本题中对象模型的建立比较困难 造成本题的建模难度较大 情境特征的物理建模难度对试题难度的 值有显著的影响 显著性水平为0 00 9 可猜测性不同的题型给被试提供的猜测机会不同 通常情况下 选择题一定有可猜性 填空题有时候有可猜性有时候没有 解答题一般没有可猜性 存在可猜性时 试题难度由于被试的猜答而降低 对于不定项选择题来说 猜答概率稍微复杂一些 若题目中共有四个选项 且说明给出的四个选项中 至少有一个是正确的 那么 此时 所有可能性的回答组合数 用数学上的表达 就是 若题目中实际上只有一个选项是正确的 猜答得分的概率就是 若题目中实际上有两个选项是正确的 猜答准确而得分的概率就是 但是 由于不定项选择题的评分标准中 通常对考生所选答案规定 有选错的得0分 选对但不全的得一半分 因此 这种情况下还有猜答得一半分的概率 总的猜答得分概率就是 从数据处理方法看 在s1 s2 s3 s4 s5 s6中 对实验结果起作用的 方法a中有 方法b中有 因此 选择方法 a或b 更合理 这样可以减少实验的 系统或偶然 误差 本实验误差的主要来源有 试举出两条 举例 显然 对于上面这个填空题来说 第一个空的猜答得分概率为1 6 第二个空的猜答得分概率为也为1 6 第三个空的猜答得分概率为1 2 第四个空的猜答得分概率为1 2 第五个空不存在纯粹的猜答得分概率 10 问题情境的新颖性物理试题对物理概念 规律的考查总是寓于一定的情境之中 如果问题情境是考生所经历过的 熟悉的 考生就有可能在自己已有的认知结构中 提取相应的图式 从而顺利找到一条有效的解题途径 而面对一个新的问题情境 由于没有现成的解题模式可套用 考生必需独立地分析面对的新情境 建构相应的物理模型与解题策略 才有可能最终解决问题 因此 问题越新颖难度越高 问题情境通常来源于日常生活 生产实践或科技研究等 这些具体的真实情境与抽象的物理情境之间往往存在一定的距离 解题者往往由于看不出它们之间的本质联系 而感到无从下手 不知道自己所学过的哪些知识可以拿来解决面临的新问题 但是