IBDP物理测评体系特色与近6年测评卷量化分析

潘艺方 陆建隆

(南京师范大学教师教育学院,江苏 南京 210046)

1 IBDP及其物理学科测评体系概要

1.1 IBDP课程体系

IBDP(International Baccalaureate Diploma Programme),全称“国际文凭大学预科项目”,是国际文凭组织(IBO)为全球16～19岁学生开设的一种国际课程,对应于我国的高中阶段.在众多国际课程中,IBDP以其高水平的学业标准而成为国际教育领域公认的领头羊.[1]近年来,教育国际化特征日趋明显,以AP、IBDP为代表的国际课程体系也在相继开设,主要面向计划出国上大学的学生群体,在我国的授课语言为英语.通过IBDP课程考核的学生也被认为是“国际性公认的高校选拔人才”.[2]

IBDP的课程体系由6大学科组构成,分别是母语与世界文学(Language A1)、语言B(Second Language)、个人与社会(Individual and Societies)、实验科学(Experimental Sciences)、数学和计算机科学(Mathematics and Computer Science)、艺术(Arts).每个学科组由若干课程组成,所有课程均分为高等级科目Higher Level(HL)和标准等级科目Standard Level(SL)两种要求,其主要差异体现在内容和能力要求两大方面.以物理课程为例,HL与SL等级需要共同学习IBDP物理的核心内容,且其中HL的能力要求更高;此外,HL等级学生还需学习附加内容,也列入考核要求. 两等级的选学内容也不同.根据IBDP课程体系的要求,每位学生需要从各学科组中各选一门课程学习,其中3门HL,3门SL.学生选择HL等级课程,修读并通过考核,进入大学后可以直接抵扣对应本科课程的学分.

1.2 IBDP物理学科测评体系

在IBDP课程体系中,物理是“实验科学”学科组中的一门学科. 根据IBDP课程的选课要求,物理并不是IBDP学生的必选科目,但学生必须选择一门实验科学.

IBDP物理课程测评分为外部评估和内部评估两大部分.外部评估以纸质试卷形式展开,其考试分为3场,分别为试卷1、试卷2、试卷3,其分别具有不同的考核内容和题型,且SL与HL等级略有差异.考试每年进行两次,分别在5月和11月.内部评估是由任课教师对学生的实验操作和实验报告进行综合评价后打分,再由专门协调员控制分数.关于测评体系的一些信息如表1、表2所示.(表中非选择题的题量指的是大题数)

表1 IBDP物理SL等级测评体系组成

表2 IBDP物理HL等级测评体系组成

内部评估是IBDP项目最有特点的评价形式,它避免了一次考核决定成败的弊端,将考核重心移到了平时的学习表现,既从一定程度上规避了纸质测试偶然性的影响,又能真正高度体现对学生实验素养的考查,符合第4学科组“实验科学”的要求.[3]

1.3 IBDP物理测评试卷(外部评估部分)特色

(1) 试题凸显了广泛的基础性.以SL卷1为例,题量多达30题,但其考核深度较浅,基础性的体现非常突出,往往只考查一个具体的知识点,而无需经过分析计算.卷2的部分非选择题把“选”出概念上升到“说”出概念,仍未脱离基础性的考查.观察例1说明.(以下例题将直接给出译文)

例1.(2016年5月SL卷1第11题)以下哪个不属于理想气体动力学模型的基本假设?

(A) 气体中所有粒子的质量相同.

(B) 气体中所有粒子的运动速度相同.

(C) 粒子间碰撞持续时间非常短.

(D) 粒子与容器壁的碰撞是弹性的.

本题属热力学部分,在我国高考中更多考查的是分子势能图像、气体做功等知识,但IBDP中此问直接针对最基础的理想气体动力学模型设置,是考查基础性的体现.

(2) 试题注重图像表达与描绘.以2015年5月SL卷1为例,30题中有11题涉及图像的理解和分析,其中2题的选项即为图像.在基础性突出的IBDP卷中,这一比例并不低.在卷2、卷3更有大量作图题,且形式多样,如根据已学物理规律作图、根据计算结果作图等.例如:

例2.[2015年5月SL卷2第4题(d)(i)]在图中大致作出描绘核子数与平均束缚能的关系图像.

本题是一道作图题,与高考作图题基本集中在实验数据处理方面不同,本题是根据原子物理与核物理模块的已学知识直接作图,同时也是对知识规律的理解能力进行考查.

(3) 非选择题中的纯计算题一题多问、浅入深出、区分度良好. IBDP物理卷中的一道纯计算题,一般包含3～6小题不等,且每个小问之间有极强的关联性和导向性.宏观地看,其分析要求适中,且体现出良好的区分度.

图1

例3.[2015年5月SL卷2第5题(f)]一个闭合电路由一个24 Ω的电阻和一个可调电阻R并联而成.电源电动势为12 V,内阻为11 Ω.当外电路电阻值等于电源内阻时,电源能向外电路提供最大的输出功率.

(i) 确定电源能提供最大的输出功率时,可调电阻R的值.

(ii) 计算在(i)的条件下,电压表的读数.

(iii) 计算当电源向外电路提供最大输出功率时,电路消耗的总功率.

对于本题,值得一提的是,解决问题的关键结论是题干中给出的;事实上该结论需要对电路列出输出功率表达式后讨论极值而得到,这从一定角度降低了本题的分析要求.同时,3个小问的设计环环相扣,梯度适中,做到了浅入深出.

(4) 非选择题中还有一类题将概念考查、现象解释、分析评价有机结合,具有覆盖面广、设问形式多样的特色.IBDP物理卷2、卷3的题型均为非选择题,其中有大量的诸如阐述定义、描述现象、解释原因、评价方案类题,各种问法遍及物理情境的方方面面,不仅考查维度全面,还保留了一定的主观性,在保证作答科学性的基础上,给以考生足够的发挥空间.例如:

例4.(2016年11月SL卷2第3题)

(a) 定义内能.

(b) (i) 描述理想气体与真实气体内能的差别. (ii) 略.

(iii) 理想气体的分子动理论是科学模型的一个典例.试说明科学家认为这些模型很有用的一个原因.

本题所选取的几个小问均要求考生用文字作答,是IBDP物理卷非选择题特色之一,其形式上完全不同于我国高考中热门的纯计算大题,部分题中的要求却又不低于分析计算,做到将能力考查、试题主观性、区分度结合于一体.

2 近6年IBDP物理测评卷的量化分析

对于这一特色鲜明、大不同于国内高考的国际测评体系,要服务于我国当前高中物理教学现状、高考试题命制等,还需更细化的分析和思考.为此,笔者选择近6年(2013～2018年)的6套IBDP外部评估试卷(取每年5月卷)作为样本,考虑到SL等级的内容更贴近我国高考,故选其SL卷,以试题考查内容、能力结构和非选择题题型结构的维度,展开了数据采集和统计,试图探讨IBDP物理测评卷的参考价值.

2.1 对IBDP物理测评卷考查内容的量化分析

考查内容是建立在考纲基础上确定的,IBDP物理考纲显示,SL等级学习与考核的内容分为核心内容与选学内容.核心内容包括以下8个模块:物理测量与不确定度、力学、热学、波、电与磁、圆周运动与万有引力、原子物理与核物理、能量与能源,均为必考内容;选学内容包括以下4个模块:相对论、工程物理学、成像学、天文学,在考试中考生只需选其一作答.

IBDP物理考纲中的考核模块较多,而我国高考试题则凸显了力学、电磁学为主体的特点,这指引我们对IBDP物理测评卷中各模块知识考核所占比重展开统计,寻找其中的差异.

在统计时,以每道题的具体分值为计量标准.注意到卷2选做题共有3节(Section),每节分两大部分(Part),每部分分别考查了一个模块的知识,考生选择一大部分作答,总计25分.统计时为顾及选做题规则,在“全卷三节选做题共75分,但只计25分”的事实下,笔者仅在研究层面,以“各选做题选择情况接近”的假设,将选做题分值乘以1/3(25/75)后计入总分,故以下数据出现部分小数. 此外,在考核内容中增设了“实验”统计项,统计涉及实验操作、数据处理与作图、误差分析等内容的试题,其内容已包含在其他几个模块中,现仅为研究方便将其单独列出.

对6份试题卷1、卷2进行知识点分类统计(卷3选修内容每个模块考核分值相同,故不做统计),各部分分值以及占比如表3所示.

表3 IBDP物理测评卷考核内容占比

据表可知IBDP物理测评卷中各模块知识考核呈如下特点:除力学模块占比稍多外,其余各模块分布均匀,均占全卷10%～15%上下,这大不同于我国高考力学、电磁学为主体的特色.同时,虽然IBDP物理测评卷中不含直接的实验题,但仍有约12.5%的试题将这部分素养的考查融入了各模块,作为IBDP物理实验考核中对内部评估的补充.

2.2 对IBDP物理测评卷能力结构的量化分析

能力结构分析一直是各类测试卷统计分析的重要组成部分.统计一份测评卷的能力结构分布,对定位测评卷的类别、功能,评价测评卷的质量和科学性有重要意义.

我国的高中物理课程标准与考试说明中,对物理能力提出了5个方面的要求:理解能力、推理能力、分析综合能力、应用数学处理物理问题的能力以及实验探究能力.这恰是统计物理测评卷能力结构的重要依据.以我国考试说明中的要求对IBDP物理测评卷能力结构进行统计,也有利于统计结果更好地服务于我国高中物理的教学与考试.

在统计前,应先根据IBDP物理测评卷特点,进行对5种能力要求的具体界定.定义、概念、模型的考查可归入理解能力,例如卷2第4题(c)问考查束缚能的含义(取自2015年5月SL卷,下例同);要求以所学知识或题给信息为基础进行判断、推理和归纳的问题可归入推理能力,如卷1第6题根据物体运动情况推测受力情况;而基于复杂分析的计算、原理解释,可归入分析综合能力,如例3第(iii)问;而解题过程中以物理量之间的数量关系、几何关系或直角坐标图中的信息等数学知识为主解决的,或是根据题意和一定的分析在坐标系中作出相应图线的,属于考查应用数学处理物理问题的能力,如卷1第4题由汽车运动的v-t图转化为s-t图;实验装置、实验操作、数据处理、误差分析等内容的考查归入实验探究能力,例如卷2第1题.

基于以上划分,同样以各题分值为统计单位,对近6年卷1～卷3试题的能力结构的量化统计,得到百分比堆积柱形图如图2所示.

图2 IBDP物理SL卷能力结构统计

结果显示,IBDP物理测评卷中,卷1核心内容选择题与卷3选学内容非选择题的能力结构相似,只有较少的题达到综合分析能力、应用数学处理物理问题能力的考核要求,理解能力与推理能力的考查为主体.卷2则明显降低了理解能力考核的比例,取而代之的是更多的综合分析能力与实验操作能力的考查,结合其题型特点,使卷2总体难度高于卷1、卷3. 于是卷2成为全卷区分度的集中体现.可以看到尽管IBDP物理测评体系存在内部评价,但在卷面上实验操作能力仍占卷2的13.94%比重.此外,IBDP物理测评卷对应用数学处理物理问题能力的考核遍及了每一套卷,且都占了14%左右的比例,有相当高的要求;虽然这些试题对数学能力的运用形式不同于我国高考,但仍可体现IBDP对考生数学能力的关注. IBDP物理测评卷对比我国高考物理江苏卷,后者在能力结构上具有理解能力、推理能力各占25%左右,分析综合能力占20%左右,应用数学处理物理问题的能力和实验探究能力各占15%左右的特点,[4]与IBDP卷有一定的相似之处,但因两种卷的题型、内容等方面也存在差异,讨论该比例时还需综合、宏观地推敲.

2.3 对IBDP物理测评卷非选择题题型分布的量化分析

谈及我国高考物理非选择题的题型,可分为实验(填空)题、计算题两类,实验(填空)题中也包含部分实验操作方面的选择、作图或是涉及实验数据处理的计算;计算题每题分为2～3问,且一般难度梯度较大,是全卷区分度的集中体现.而IBDP物理测评卷的每道非选择题,都是在一个情境之下设置若干个小问题,这些问题从作答要求上可分为文字表达题、计算题和作图题3种.所谓文字表达题,即要求学生使用一个完整的句子来回答,有时要求阐述一个定理、规律、现象,有时要求解释某现象的成因、科学地评价某种做法;而计算题是指通过对情境的分析,以公式、定律和题目所给数据、信息为媒介,以运算为主要手段而解决的问题;作图题包括要求学生在题给的示意图、装置图、坐标图中按要求补充图线、描点、画范围、趋势曲线等多种形式.

非选择题题型的特殊性,就指引了我们对各题型的分布进行研究.笔者对近6年非选择题进行了各题型的分值、占比统计,结果如图3所示.

图3 IBDP物理测评卷综合题题型分布

可见IBDP物理测评卷非选择题中计算题、文字表达题都是主体,两者比例接近,都在全卷非选择题比例的45%上下,作图题则占约10%.相比之下,我国高考题中除去选择题外,连填空题中也有大量实质上的选择题,实际涉及文字表达的题少之又少,作图题更是至多出现一问.这与IBDP物理测评卷非选择题题型结构差异巨大.

3 启示与借鉴

3.1 进一步提高高考物理卷中知识点覆盖率,并优化各不同知识点比重

2.1节的量化分析结果显示,IBDP物理测评卷的考核范围很广,且各部分考核的题量分布比较均匀.这意味着接受了IBDP物理教育、参加了相应考核的学生,能够在中学阶段就均衡地学习物理学的诸多领域,达到切实提高自身科学素养的目的.

我国高考受到传统教学评价的限制,力学、电磁学部分占全卷的约80%,于是学生往往只能深入学习力学和电磁学,导致高中物理课程的学习对学生的培养没有达到长远的目标.在2017年高中物理新课标中,选择性必修课程的增设丰富了物理课程安排的可能性.通过对高中物理教学内容的统筹规划,结合高考物理卷中知识点覆盖率的提升以及以往“冷门”知识点考查的比重,可以引导教学走向、使高中物理课堂内容更加全面.笔者认为这样的课程安排和教学指向,能引导学生学以致用,培养一批具有高科学素养的学生,而不是以应试能力为主的考生.例如,通过高考知识点要求的优化来提高物理教学对热学、光学等模块的重视度,同时适当降低力学、电磁学的教学要求,并结合选择性必修课程的开展增设更多学而不考或选考的课程,在不增加学生学业压力的前提下逐步实现学生科学素养的全面提高.

3.2 丰富高考题中题型的内涵,优化能力结构,控制难度,提高区分度

从2.3节的统计可以看出,文字表达题是IBDP物理测评卷中的一大重要题型,也是其试卷结构与我国高考区别最大之处.文字表达题具备计算题所不具有的几个特点——关注细节、更贴近生活、表述逻辑性与条理性等.其设问方式的丰富性、知识点考查和能力层级考核的全面性,凸显了对考生学科素养更高的要求.

我国高考当前题型结构下,实验题是设置文字表达题最合适的场所,但每当考试中出现此类填空,得分率往往不高.而教学缺乏对实验方面问题表达能力的培养,将可能导致高中物理教学导向的偏离,学生只记住了实验的结论、学会了处理数据和相关计算,却不知实验装置的具体构成、每一实验操作细节背后的原因.这两者中,前者更多的是记忆与技巧,但后者往往能代表实验背后的物理内涵. 此外,我国高考卷大可在计算题中也融入文字表达题的形式,例如对物理情境分析过程的表达、和题设情境有关的解释现象的问题,来拓展考查面、丰富考核形式,而不局限于列传统计算题的形式.以应试为目的,只会死记物理概念和规律、只凭题海战术来获得解题的经验,不是物理素养高的体现;但能准确地将物理术语应用于生活实际,来解释物理现象、预测物理结果、评价做法等,恰恰代表学生对知识的真正把握.类似地,更多形式的作图题也是值得借鉴的一点.

2.2节对能力结构的统计分析研究发现,IBDP物理测评卷中5大能力考核的情况在某些方面与我国高考物理卷接近,但考虑到对两者的能力等级划分规则存在差异,其中仍有值得探讨之处.最明显的特点就是IBDP物理测评卷中高能力等级要求题目多为分析表达能力,而我国高考卷中则是计算能力.这也是由IBDP物理测评卷的特色题型决定的.笔者认为,高考试题能力结构的优化,需要结合考核内容与题型结构的优化同时展开,在加强对能力结构重要性理解的基础上,以丰富考试题型、降低分析难度、注重语言表达等途径做到当前高考试题重点的突出与难点的分散,实现能力结构的逐步优化.统计结果还显示,IBDP物理测评卷对选学部分的考查要求相对较低,和我国高考类似,对理解能力、推理能力的要求占主体.这一特点符合教学时长的分布,应当予以保留.

3.3 将物理实验考核独立于卷面之外,引导中学物理教学真正重视实验

IBDP物理测体系的实验考核独立于卷面考核之外,以平时实验课表现、实验报告综合评估的方式评分,并且占总评价体系的近四分之一比例.在这样的要求下,教师和学生对实验的重视程度都会自然提高.同时,2.1、2.2节的统计都可以看出,除内部评估外,IBDP物理测评卷也有相当比例的试题涉及实验探究能力,成为了内部评估的补充.在我国高中物理的评价体系中,实验考核全部集中在高考试卷的实验题部分.虽然近年来,高考物理实验题命题有配图实物化、数据分析与实验改进灵活化的趋势,但笔者认为这仍无法脱离卷面考核实验综合能力的弊端,即大幅淡化了实验操作.换言之,不论卷面的实验题如何设问,仍有通过大量习题练习来适应并提高正确率的可能;只有做到在平时实验中考核,结合实验报告才能落实到基本操作、实验原理理解、实验操作细节等方面,实现物理实验素养的考核.当然,这样的考核体系改革需要配合更完善的公平措施,类似于IBDP物理内部评估中分数协调员的角色必须存在,防止评价体系出现漏洞.同时,高考卷中的实验题也可以保留或在形式上做适当调整,类似IBDP物理评价,让两者互相补充,真正提高中学物理教学对实验的重视.