Образовательные ресурсы

Диагностика учебных достижений по физике. Особенности подготовки учащихся к ЕГЭ и ГИА

Марина Юрьевна Демидова окончила МГПИ им. В.И.Ленина в 1985 г. по специальности «Учитель физики и астрономии». Педагогическую деятельность начала в московской гимназии № 710 РАО. Соросовский учитель, дважды лауреат Гранта Москвы в области наук и технологий в сфере образования, отличник народного образования, к.п.н., член федеральной предметной комиссии разработчиков ЕГЭ по физике с 2002 г., с 2006 г. – председатель ФПК ЕГЭ по физике. Автор ряда статей по проблемам оценки качества образования, методики преподавания физики и естествознания, пособий по подготовке к ЕГЭ, участник разработки ГОС первого и второго поколений. Замужем, дочь школьница.

Геннадий Григорьевич Никифоров окончил МГПИ им. В.И.Ленина в 1965 г. по специальности «Учитель физики и электротехники», к.п.н., ведущий научный сотрудник лаборатории физического образования ИСМО РАО. Работал в школе № 1 г. Кандалакша Мурманской обл., затем – в ИОСО (тогда – ИСМО) РАО. Педагогический стаж 30 лет, отличник народного образования. Соавтор учебников по физике для 7–9-го классов, построенных на основе метода естественно-научного познания, под ред. академика В.Г.Разумовского и проф. В.А.Орлова. Обладатель двух золотых медалей ВВЦ за разработку учебной техники и типового кабинета физики. Редактор и автор ряда пособий, касающихся оборудования кабинета физики. Заместитель председателя ФПК ЕГЭ по физике. Один из авторов технологии проверки экспериментальных умений учащихся при государственной аттестации на базе муниципальных диагностических центров. Женат, имеет уже взрослую дочь.

Елена Евгеньевна Камзеева окончила физфак МГУ им. М.В.Ломоносова в 1983 г., к.ф.-м.н. В 1994–2007 гг. преподавала физику и астрономию в ЦО № 987 г. Москвы. Дважды получала Грант Москвы в области наук и технологий в сфере образования. Руководитель творческой лаборатории учителей физики ЮОУО по освоению ИКТ, поддерживает сайт http://www.physlab.edusite.ru. Под её руководством создан сетевой образовательный журнал (http://www.journal.edusite.ru/), позволяющий проводить окружные дистанционные конкурсы для учащихся и учителей. Организатор Виртуальной школы ОМЦ (http://www.omc-class.ru/). Руководитель группы разработчиков КИМ для проведения государственной итоговой аттестации (ГИА) учащихся 9-х классов в новой форме. Замужем, имеет двоих взрослых сыновей и уже двоих внуков.

 

Лекция 1. Тестовые технологии диагностики и контроля знаний учащихся

1. Формы тестовых заданий

Тестирование – это специально разработанная научно оптимизированная процедура, позволяющая максимально объективно оценивать уровень достижений человека, в том числе и учебных, и выражать это количественно в форме чисел. Развитие системы независимого тестирования необходимо и учащимся, и учителям: для учащихся – это объективное средство определения своих достижений, а для учителей – средство оценки эффективности обучения, его корректировки в соответствии с возможностями учащихся и социальным заказом на объём, содержание и качество образования.

Любой тест строится из тестовых заданий, форм представления которых достаточно, но не так уж много. Познакомимся с самой распространённой типологией.

Задания закрытого типа должны включать в себя:

– введение (описание ситуации);

– формулировку задания (вопрос);

– варианты ответа: ключ (верный ответ) и дистракторы (неверные ответы).

Иногда в такие задания включают ещё так называемый стимульный материал, который мотивирует на выполнение задания, даёт общее направление поиска области, в которой лежит ответ на вопрос. Преимуществами заданий с выбором ответа является простота проверки, возможность её автоматизации, высокая объективность и быстрота выполнения задания, что в целом делает эти задания достаточно надёжными инструментами тестирования. К недостаткам можно отнести, в первую очередь, сложность разработки, невозможность учёта альтернативных стратегий выполнения задания, невозможность проверки комплексных умений и отрицательное влияние на процесс обучения при слишком сильном увлечении лишь этой формой тестовых заданий.

Задания с выбором одного правильного ответа формулируются исходя, как правило, их трёх, четырёх или пяти дистракторов. Количество дистракторов определяет вероятность угадывания. Чем больше вариантов ответов, тем меньше вероятность. Например, если ответов 4, то вероятность угадывания 25%. Правильно выбранный ответ оценивается в 1 балл. Инструкция перед заданиями такого типа должна указывать на необходимость выбора только одного ответа. Например: «Обведите кружком номер правильного ответа».

Пример 1. Какое физическое явление используется в основе работы спиртового термометра?

1) расширение жидкости при нагревании;

2) испарение жидкости при нагревании;

3) излучение при нагревании;

4) конвекция в жидкости при нагревании.

В заданиях с выбором нескольких ответов оцениваются все правильно выбранные ответы. В этом случае можно ставить, например, по 1 баллу за каждый верный выбор. Инструкция к заданию должна предусматривать особенности этой формы заданий: «Обведите кружком номера всех правильных ответов».

Пример 2. К физическим величинам относятся:

1) сила; 2) давление; 3) метр; 4) диффузия; 5) масса; 6) объём.

В заданиях на установление соответствия необходимо для каждого из элементов одного столбца указать соответствующий элемент другого. Если предполагается однозначный выбор, то число элементов правого столбца должно быть больше числа элементов левого столбца. Элементы столбцов следует подбирать по возможности однородные, желательно использовать разные формы представления информации, если проверяется, например, знание формул. Такие задания могут оцениваться в несколько баллов исходя из числа элементов правого столбца.

Пример 3. Установите соответствие между предложенными в левом столбце формулами и названиями величин, для вычисления которых они используются.

Формула	Используется для вычисления
А) q/U Б) q/t В) A/q Г) F/q Д) qU	1) ЭДС источника тока 2) электроёмкости 3) силы тока 4) напряжённости электрического поля 5) напряжения 6) работы сил электрического поля 7) потенциала 8) энергии конденсатора

 

Ответы. А2, Б3, В7, Г4, Д6.

Задания на установление правильной последовательности применяют, как правило, при проверке алгоритмов различных действий. Для физики этот тип заданий, как правило, не используют, т.к. довольно сложно договориться об однозначной последовательности, например, действий при решении задач, несмотря на то, что в целом алгоритм широко известен.

Пример 4. Установите правильную последовательность, расставив цифры в прямоугольниках.

Решение задач по динамике.

□ Выбрать систему отсчёта.

□ Записать 2-й закон Ньютона.

□ Записать 2-й закон Ньютона в скалярной форме.

□ Решить систему уравнений.

□ Расставить силы.

□ Проанализировать ответ.

□ Получить систему уравнений.

□ Сделать схематический рисунок.

Задания открытого типа предполагают, что испытуемый вписывает несколько слов в предложенное утверждение. При конструировании таких заданий необходимо все утверждения делать по возможности короткими, учащийся должен добавлять как можно меньше слов, последнее лучше ставить ближе к концу задания.

Пример 5. Силы, с которыми взаимодействуют два тела, равны по ___________ и противоположны по _____________.

Задания с развёрнутым ответом (или со свободно-конструируемым ответом) предполагают, что учащиеся записывают ответ в свободной форме, стремясь сделать его как можно более полным и правильным. Самое сложное здесь — это формулировка задания с заложенными в нём критериями полного правильного ответа. Хотя можно использовать и другой способ. Например, в ЕГЭ и ГИА из-за однотипности используемых заданий с развёрнутым ответом (расчётные задачи) требования к полному правильному ответу изложены в инструкции, предваряющей задания.

 

2. Особенности конструирования заданий

При конструировании текстов заданий по физике кроме типовых требований, распространяющихся на задания по любому предмету, необходимо учитывать ряд специфических особенностей.

1. Текст задания должен быть корректен с точки зрения однозначного понимания всеми участниками экзамена и не зависеть от принятых в том или ином учебнике обозначений или допущений. Поэтому по возможности необходимо указывать все величины или условия, которыми при выполнении задания можно пренебречь, или аккуратно формулировать условия использования той или иной физической модели. Например:

– в заданиях на свободное падение указывать, что сопротивлением воздуха можно пренебречь;

– в заданиях на газовые законы, в которых не приведены числовые значения параметров, а используется, например, какой-либо инертный газ, указывать, что газ можно считать идеальным;

– в заданиях на колебательный контур указывать, что активным сопротивлением можно пренебречь или что контур можно считать идеальным, и т.п.

2. В заданиях, требующих проведения каких-либо расчётов, часто используются значения различных физических констант. В КИМах ЕГЭ и ГИА по физике значения всех констант и справочных величин указываются в начале варианта. Поэтому в тексте их можно опустить, однако все расчёты и конструирование дистракторов необходимо проводить исходя из принятых значений тех или иных постоянных. Если такого справочного материала не предусмотрено, то значения всех постоянных должны быть введены в текст задания.

3. Если при формулировке задания используются график, схема или рисунок, то в тексте должно быть указание на них. Если на рисунке использованы обозначения физических величин, то в тексте должны содержаться ссылки на них. Например, в приведённой ниже задаче на рисунке приводятся обозначения физических величин, а в тексте численные значения этих величин приводятся вместе с обозначениями.

Пример 6. Грузики с точечными массами m₁ = 0,25 кг и m₂ = 0,5 кг прикреплены к невесомому стержню длиной l = 1 м (см. рисунок). Стержень может вращаться вокруг горизонтальной оси, проходящей через точку О. Грузик m₂ в нижней точке траектории имеет скорость υ = 2 м/с. Определите силу, с которой стержень действует на грузик m₁ в этот момент времени.

Особенности конструирования заданий с выбором ответа. При конструировании таких заданий необходимо тщательно формулировать дистракторы, обращая внимание на перечисленные ниже моменты.

1. Правдоподобность дистракторов. Прежде всего дистракторы должны быть однородны с точки зрения их отношения к одному из разделов физики. Это важно при формулировке всевозможных заданий качественного характера (см. пример 7 ниже). В заданиях, подразумевающих расчёты, принято конструировать дистракторы исходя из возможных ошибок в знании формул или проведении преобразований. Это оптимальный путь, но нужно помнить, что если в задании идёт речь о скорости пули и в ответе получается, например, 600 м/с, то вряд ли найдутся учащиеся, которые попадутся в ловушку ответа, например, 0,025 м/с, хотя в нём и будет заложена вполне вероятная ошибка в расчётах. И не выберут они этот ответ не потому, что не совершают запланированной в нём ошибки, а потому, что, «по здравому смыслу», пуля с такой скоростью лететь не может. Поэтому в таких случаях лучше конструировать дистракторы исходя, например, из ошибок в порядке величины или единицах (см. пример 8 ниже).

Пример 7. Ниже приведено описание одного из явлений: «Быстро пролетают в поле зрения микроскопа мельчайшие частицы, почти мгновенно меняя направление движения. Медленнее продвигаются более крупные частицы, но и они постоянно меняют направление движения. Большие частицы практически толкутся на месте». Какое явление описано в этом тексте?

1) диффузия; 2) броуновское движение; 3) теплопроводность; 4) конвекция.

Пример 8. Искусственный спутник обращается по круговой орбите на высоте 600 км от поверхности планеты со скоростью 3,4 км/с. Радиус планеты равен 3400 км. Чему равно ускорение свободного падения на поверхности планеты?

1) 3,0 км/с²; 2) 4,0 м/с²; 3) 9,8 м/с²; 4) 9,8 км/с².

Как показывает практика, даже в таких простых вопросах, когда речь идёт об изменении тех или иных величин, нужно внимательно просчитывать правдоподобность каждого из дистракторов. В приведённом ниже примере 9 обе величины уменьшаются в 2 раза, поэтому ответ «увеличится в 4 раза» учащимися практически не выбирается.

Пример 9. Как изменится давление идеального одноатомного газа, если среднюю кинетическую энергию теплового движения молекул и их концентрацию уменьшить в 2 раза?

1) увеличится в 4 раза; 2) уменьшится в 2 раза; 3) уменьшится в 4 раза; 4) увеличится в 2 раза.

Здесь был бы больше уместен дистрактор «не изменится», который предполагает, что давление зависит от одной из величин прямо пропорционально, а от другой – обратно пропорционально.

2. Формулировка четырёх ответов. К сожалению, зачастую простые вопросы, которые хотелось бы задать учащемуся, подразумевают лишь два ответа («возникнет – не возникнет», «наибольшее – наименьшее») или три («уменьшится», «увеличится», «не изменится»). В этих случаях иногда прибегают к введению третьего промежуточного элемента.

Пример 10. Три тела одинаковой массы нагревались одним и тем же источником тепла. Из графиков зависимости температуры T от времени t (см. рисунок) следует, что^*:

1) удельная теплоёмкость тела А наименьшая (49%);

2) удельная теплоёмкость тела Б наименьшая (2%);

3) удельная теплоёмкость тела В наименьшая (44%);

4) удельные теплоёмкости трёх тел одинаковы.

Но это, как правило, не помогает, т.к. дистрактор, относящийся в данном случае к среднему графику, не работает (см. проценты выбора каждого ответа).

К сожалению, практически единственным выходом здесь является введение ещё одного элемента или ещё одного вопроса. В примере 11 для этого использованы два случая вращения рамки, а в примере 12 вместо вопроса о показаниях одного прибора введены вопросы сразу и об амперметре, и о вольтметре. Таким образом, удаётся избавиться от дистракторных проблем, но при этом существенно увеличивается сложность заданий.

Пример 11. На рисунке показаны два способа вращения рамки в однородном магнитном поле. Ток в рамке:

1) возникает в обоих случаях;

2) не возникает ни в одном из случаев;

3) возникает только в первом случае;

4) возникает только во втором случае.

Пример 12. В электрической цепи, изображённой на рисунке, ползунок реостата переместили вправо. Как изменились при этом показания идеальных вольтметра и амперметра?

1) Показания обоих приборов увеличились;

2) показания обоих приборов уменьшились;

3) показания амперметра увеличились, вольтметра уменьшились;

4) показания амперметра уменьшились, вольтметра увеличились.

3. Длина дистракторов и согласование текста задания и дистракторов. В заданиях с выбором из четырёх ответов принято формулировать либо все ответы примерно равной длины (по количеству слов), либо попарно (два коротких, два более длинных).

Пример 13. В планетарной модели атома принимается, что число:

1) электронов на орбитах равно числу протонов в ядре;

2) протонов равно числу нейтронов в ядре;

3) электронов на орбитах равно сумме чисел протонов и нейтронов в ядре;

4) нейтронов равно сумме чисел электронов на орбитах и протонов в ядре.

Кроме того, тексты всех дистракторов должны быть согласованы с вопросом задания. Поэтому, если, например, в задании спрашивается «как изменится?», а все ответы – «не изменится», то лучше формулировать задание в виде утверждения, а не вопроса.

Пример 14. Если длину медного провода и напряжение между его концами увеличить в 2 раза, то сила тока, протекающего через провод:

1) не изменится; 2) уменьшится в 2 раза; 3) увеличится в 2 раза; 4) увеличится в 4 раза.

Особенности конструирования заданий на установление соответствия. По физике в последнее время используются задания на установление соответствия. Здесь различаются два типа заданий. Первый из них направлен на проверку характера изменения различных физических величин при тех или иных процессах. В первом столбце перечисляются физические величины, а во втором три ответа: «уменьшается», «увеличивается», «не изменяется». При этом цифры в правильном ответе могут повторяться. Несмотря на то, что число элементов в обоих столбцах одинаково, однозначного соответствия здесь установить нельзя (выбор трёх ответов из девяти возможных).

Пример 15. К концам длинного однородного проводника приложено напряжение U. Провод укоротили вдвое и приложили к нему прежнее напряжение U. Какими станут при этом сила и мощность тока, сопротивление проводника?

К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго.

Физические  величины	Их изменение
А) сила тока в проводнике	1) уменьшится
Б) сопротивление проводника	2) увеличится
В) выделяющаяся на проводнике тепловая мощность	3) не изменится

Второй тип заданий предполагает установление однозначного соответствия между тремя элементами первого столбца и тремя из пяти возможных элементов второго столбца. Как правило, в такой форме формулируются те задания, для которых в форме с выбором ответа невозможно сконструировать четыре равнозначных ответа.

Пример 16. Установите соответствие между названием физической величины и формулой, по которой её можно определить.

Название	Формула
А) Количество теплоты, необходимое для нагревания тела	1) Q/m
Б) Удельная теплота плавления кристаллического вещества	2) q · ΔT
В) Количество теплоты, выделяемое при сгорании топлива	3)
	4) с · m · ΔT
	5) q · m

 

Особенности конструирования заданий с кратким и развёрнутым ответом. В ЕГЭ и ГИА по физике это в основном расчётные задачи. Поэтому к их формулировке применимы все те замечания, которые были даны выше. Задания с развёрнутым ответом должны содержать в тексте ориентировки к условиям оценивания. Но пока по физике используются расчётные задачи, к которым предлагается обобщённая система оценивания, рассчитанная на три балла. Поэтому требования к полному правильному ответу формулируются в инструкции перед третьей частью работы. Полное правильное решение каждой задачи должно включать запись всех необходимых уравнений, решение полученной системы уравнений в общем виде (если только для задачи решение «по действиям» не является оптимальным), получение ответа и запись его в виде числа с наименованием.

К каждому заданию с развёрнутым ответом оформляется таблица, включающая возможный вариант правильного решения с численным ответом и систему оценивания. При этом необходимо в обобщённой системе оценивания указать в формулировке требований к полному правильному ответу те законы и формулы, которые нужны для решения задачи. Кроме того, если для решения задачи требуется обязательно сделать рисунок (как в задачах по геометрической оптике), то это условие необходимо отразить и в тексте задания, и в критериях оценивания.

Пример 17. Условимся считать изображение на плёнке фотоаппарата резким, если вместо идеального изображения в виде точки на плёнке получается изображение пятна диаметром не более некоторого предельного значения. Поэтому, если объектив находится на фокусном расстоянии от плёнки, то резкими считаются не только бесконечно удалённые предметы, но и все предметы, находящиеся дальше некоторого расстояния d. Оцените предельный размер пятна, если при фокусном расстоянии объектива 50 мм и диаметре входного отверстия 5 мм резкими оказались все предметы, находившиеся на расстояниях более 5 м от объектива. Сделайте рисунок, поясняющий образование пятна.

Ответ. _________________________

Образец возможного решения (рисунок обязателен):

Лучи, идущие от предмета, находящегося на расстоянии d, собираются на расстоянии f, которое больше фокусного расстояния, и поэтому образуют на плёнке пятно диаметром δ. Из подобия треугольников получаем соотношение:

Из формулы тонкой линзы находим:

Из (1) и (2) получаем

Ответ: δ = 0,05 мм.

Критерии оценки выполнения задания	Баллы
Приведено полное правильное решение, включающее следующие элементы: – представлен не содержащий ошибок рисунок, отражающий условия задачи; – верно записаны формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом (в данном решении – формула тонкой линзы); – проведены необходимые математические преобразования и расчёты, приводящие к правильному числовому ответу, и представлен ответ; при этом допускается решение «по частям» (с промежуточными вычислениями).	3
– Представлено правильное решение без рисунка. ИЛИ – Рисунок выполнен неверно. ИЛИ – Представлено правильное решение только в общем виде, без каких-либо числовых расчётов. ИЛИ – В математических преобразованиях или вычислениях допущена ошибка, которая привела к неверному ответу.	2
– В решении содержится ошибка в необходимых математических преобразованиях и отсутствуют какие-либо числовые расчёты. ИЛИ – Записаны все исходные формулы, необходимые для решения задачи, но в ОДНОЙ из них допущена ошибка. ИЛИ – Отсутствует одна из формул, необходимых для решения задачи.	1
Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным  критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла (использование неприменимого закона, отсутствие более одного исходного уравнения, разрозненные записи и т.п.).	0

 

Вопросы для самоконтроля

1. Какие преимущества и недостатки имеют задания с выбором ответа по сравнению с заданиями с развёрнутым ответом?
2. Назовите основные требования, предъявляемые к дистракторам.
3. Каковы особенности заданий на установленные соответствия?
4. Каковы особенности заданий с кратким и развёрнутым ответами?

Литература

1. Аванесов В.С. Тесты: история и теория. – Педагогическая диагностика, 2004, № 3.
2. Кадневский В.М. Создание, распространение и применение тестовых методов в России. – Педагогическая диагностика, 2004, № 3.
3. Ковалёва Г.С. Тестовые технологии за рубежом.– Педагогическая диагностика, 2004, № 3.

---

^* В скобках указан процент выбора каждого ответа.

Продолжение следует