Образовательные ресурсы

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

Продолжение. См. № 17, 18, 19/2009

Лекция 4. Государственная итоговая аттестация учащихся 9-го класса по физике (в новой форме)

1. Типология тестовых заданий, особенности заданий федерального банка ГИА-9 по физике (теоретическая часть)

В 2008 г. впервые в ряде регионов государственная (итоговая) аттестации выпускников 9-х классов по физике проводилась в новой форме. Контрольные измерительные материалы (КИМы) для проведения экзамена представляли собой письменную работу, которая оценивала общеобразовательную подготовку учащихся по физике за курс основной школы и обеспечивала необходимую дифференциацию выпускников при отборе в профильные классы.

Содержание экзаменационной работы для девятиклассников разрабатывалось на основе ГОС основного общего образования по физике (приложение к приказу Минобразования России от 05.03.2004 № 1089 «Об утверждении федерального компонента государственных образовательных стандартов начального, общего, основного общего и среднего (полного) общего образования»). При этом раздел стандарта «Обязательный минимум содержания основных образовательных программ» являлся основой для составления Кодификатора элементов содержания по физике для составления КИМов, а раздел «Требования к уровню подготовки выпускников» — для формирования перечня видов деятельности, на проверку которых ориентированы задания экзаменационной работы для выпускников 9-х классов общеобразовательных учреждений.

Разработанная модель экзаменационной работы по физике предусматривает проверку понимания учащимися основных теоретических положений школьного курса физики, выявление уровня сформированности умения решать задачи и освоенности экспериментальных умений.

В отличие от ЕГЭ на экзамене в 9-м классе используется реальное оборудование при выполнении выпускниками заданий на проверку экспериментальных умений. Экзамен проводится в кабинетах физики в присутствии учителя, отвечающего за соблюдение правил безопасного труда при выполнении учащимися лабораторных исследований.

Другой отличительной чертой ГИА является использование специальных серий заданий на основе текстов физического содержания. Эти задания направлены на проверку сформированности различных информационных умений (понимание смысла использованных в тексте физических терминов, перевод информации из одной знаковой системы в другую, применение информации из текста в изменённой ситуации и т.п.) и являются хорошей основой для перехода в дальнейшем на широкое использование в экзаменационных материалах компетентностно-ориентированных заданий.

Структура экзаменационной работы. Каждый вариант экзаменационной работы 2009 г. состоял из трёх частей, различающихся формой и уровнем сложности заданий, и включал 26 заданий. Первая часть содержала 18 заданий с выбором ответа, вторая часть – 4 задания с кратким ответом (два на установление соответствия позиций, представленных в двух множествах, и два – расчётные задачи, ответ необходимо было привести в виде числа), третья часть – 4 задания, для которых необходимо привести развёрнутый ответ (одно задание – лабораторная работа, для выполнения которой необходимо использовать лабораторное оборудование, два задания – расчётные задачи на применение 2–3 формул (законов), одно – качественная задача).

На выполнение всей экзаменационной работы отводилось 2,5 ч (150 мин).

В экзаменационную работу были включены задания, проверяющие содержание всех разделов курса физики основной школы: механические явления, тепловые явления, электромагнитные явления и квантовые явления. Общее количество заданий по каждому из разделов приблизительно пропорционально его содержательному наполнению и учебному времени, отводимому на изучение в школьном курсе физики. Последовательность заданий с выбором ответа формировалась в соответствии с их тематической принадлежностью: сначала размещались задания, рассматривающие механические явления, затем – тепловые, электромагнитные и квантовые. В остальных частях работы последовательность определялась формой представления заданий, а не их тематической принадлежностью.

Ряд заданий, включённых в содержание экзаменационной работы, являются нетрадиционными для письменных проверок знаний по физике, но отражают требования образовательного стандарта к уровню подготовки выпускников основной школы. К ним относятся задания на проверку сформированности методологических знаний и умений (одно задание с выбором ответа) и уровня владения экспериментальными умениями (одно задание с развёрнутым ответом), качественная задача (задание с развёрнутым ответом), а также задания по работе с текстом физического содержания (три задания с выбором ответа).

Рассмотрим примеры таких заданий.

Задания с выбором ответа. Задания с выбором ответа, проверяющие методологические умения, включённые в экзаменационную модель 2009 г., содержали ситуации, требующие от экзаменуемого определить цели исследования, выбрать для его проведения измерительные приборы и оборудование по рисункам или фотографиям (пример 1), проанализировать результаты наблюдения или опыта и сформулировать выводы по результатам проведённого исследования (примеры 2 и 3) .

Пример 1.^* Необходимо экспериментально установить, зависит ли период колебаний математического маятника от массы груза. Какую из указанных пар маятников можно использовать для этой цели?

1) А и Г; 2) Б и В; 3) Б и Г; 4) В и Г.

Пример 2. На рисунке представлен график зависимости силы упругости F, возникающей в металлической проволоке, от степени её растяжения х.

По результатам проведённого опыта закон Гука выполняется на участке:

1) OA; 2) AB; 3) BC; 4) AC.

Пример 3. Ученик проводил опыты с двумя разными резисторами, измеряя величину силы тока, проходящего через них при разных напряжениях на резисторах, и результаты заносил в таблицу:

U, В	0	1	2	3
I1,А	0	0,4	0,8	1,2
I2, А	0	0,2	0,5	0,9

Прямая пропорциональная зависимость между силой тока в резисторе и напряжением на концах резистора:

1) выполняется только для первого резистора;

2) выполняется только для второго резистора;

3) выполняется для обоих резисторов;

4) не выполняется ни для одного из резисторов.

 

Экспериментальные задания с развёрнутым ответом. Современные подходы к формированию методологических умений претерпели существенные изменения по сравнению с традиционной практикой. В настоящее время от учащихся требуется не только овладение частными практическими умениями (например, пользоваться рычажными весами или динамометром), но и освоение обобщённых представлений о проведении целостного наблюдения, опыта или измерения (от постановки цели до формулировки выводов). Необходимо использовать методику, при которой лабораторные работы не выполняют иллюстративную функцию к изучаемому материалу, а являются полноправной частью содержания образования и требуют применения исследовательских методов в обучении. При изучении нового материала возрастает роль фронтального эксперимента, целью которого должно стать формирование у учащихся целостной цепочки действий по проведению опыта.

При разработке модели экзамена по физике было решено (в силу сложности подготовки оборудования к проведению экзамена) вводить различные типы экспериментальных заданий постепенно. Такого типа заданий в перспективе должно быть четыре:

– проведение прямых измерений физических величин и расчёт по полученным данным зависимого от них параметра;

– исследование зависимости одной физической величины от другой и построение графика или таблицы полученной зависимости;

– проверка заданных предположений (прямые измерения физических величин и сравнение заданных соотношений между ними);

– наблюдение явлений и постановка опытов (на качественном уровне) по выявлению факторов, влияющих на их протекание.

При планировании учителем практической части программы необходимо обращать внимание не столько на тематическую принадлежность лабораторных работ, сколько на те виды деятельности, которые формируются в процессе их проведения. Желательно, чтобы у учащихся в процессе выполнения различных практических работ была возможность освоить алгоритмы выполнения всех перечисленных выше типов экспериментальных заданий.

В экзаменационной модели 2009 г. эксперименталь­ные задания должны проверять умение проводить косвенные измерения (пример 4), а также представлять экспериментальные данные в виде таблиц и графиков и на основании полученных данных делать выводы о зависимости одной физической величины от другой (пример 5).

Пример 4. Используя штатив с муфтой и лапкой, пружину, динамометр, линейку и один груз, соберите экспериментальную установку для определения жёсткости пружины. Определите жёсткость пружины, подвесив к ней один груз. Для определения веса груза воспользуйтесь динамометром.

В бланке ответов: 1) сделайте рисунок экспериментальной установки; 2) запишите формулу для расчёта жёсткости пружины; 3) укажите результаты измерения веса груза и удлинения пружины; 4) запишите численное значение жёсткости пружины.

Пример 5. Используя штатив с муфтой и лапкой, пружину, динамометр, линейку и набор из трёх грузов, соберите экспериментальную установку для исследования зависимости силы упругости, возникающей в пружине, от степени растяжения пружины. Определите растяжение пружины, подвешивая к ней поочерёдно один, два и три груза. Для определения веса грузов воспользуйтесь динамометром.

В бланке ответов: 1) сделайте рисунок экспериментальной установки; 2) укажите результаты измерения веса грузов и удлинения пружины для трёх случаев в виде таблицы (или графика); 3) сформулируйте вывод о зависимости силы упругости, возникающей в пружине, от степени растяжения пружины.

На экзамене каждому экзаменующемуся выдаётся комплект оборудования, в котором собраны все необходимые и достаточные для выполнения экспериментального задания приборы и материалы. Полный перечень комплектов оборудования, необходимого для выполнения экспериментальных заданий, указывается в приложении к спецификации экзаменационной работы и публикуется вместе с материалами для экспертов. Комплекты, необходимые для проведения экзамена в конкретном регионе, указываются в специальном приложении к КИМам для организаторов экзамена. Кроме того, организаторам предлагается примерная инструкция по обеспечению безопасного труда в процессе проведения ГИА выпускников основной школы по физике.

В силу различных подходов в разных регионах страны к комплектованию кабинетов физики при проведении экзамена предусмотрена процедура возможной замены рекомендуемого оборудования на аналогичное с другими характеристиками. В этом случае представители региональной экзаменационной комиссии, участвующие в подготовке лабораторного оборудования, в разделе «Характеристика оборудования» указывают изменения характеристик используемого оборудования, а в разделе «Образец выполнения задания» исправляют значения измерений и указывают новые допустимые границы. При проверке экзаменационных работ эксперты получают критерии оценив ания экспериментальных заданий с учётом внесённых изменений.

 

Задания по работе с текстом физического содержания. Такие задания лишь недавно стали завоёвывать место среди других диагностических материалов по физике. По результатам ГИА-2009 они оказались для учащихся достаточно трудными среди заданий повышенной сложности (сопоставление информации из разных частей текста, перевод информации из одной знаковой системы в другую). Выпускники основной школы хорошо читают и умеют вычленять из текста необходимую информацию, что подтверждают высокие результаты выполнения заданий, содержащих прямые вопросы к тексту. Гораздо хуже выполняются задания, в которых требуется извлечь информацию из таблиц, графиков и схем или сопоставить информацию из разных частей текста. К сожалению, несформированными оказываются умения, связанные с преобразованием и использованием информации из текста, т.е. именно те, которые необходимы для успешного продолжения образования.

При преподавании курса физики основной школы следует обратить особое внимание на формирование умений работать с текстами физического содержания. Прежде всего необходимо усилить работу с учебником, включая в различные этапы урока и домашнюю работу учащихся разнообразные задания на понимание текстовой информации, на её преобразование с учётом цели дальнейшего использования (создание конспекта в виде плана, схемы, таблицы, тезисов, написание аннотаций и рецензий и т.д.). Кроме того, целесообразно шире включать в процесс обучения дополнительную (внешкольную) информацию для обучения оптимальному алгоритму поиска информации и умениям критически оценивать достоверность предложенных текстов.

Пример 6. Прочитайте текст и выполните задания.

Гейзеры располагаются вблизи действующих или недавно уснувших вулканов. Для извержения гейзеров необходимо тепло, поступающее от вулканов.

Чтобы понять физику гейзеров, напомним, что температура кипения воды зависит от давления.

Представим себе 20-метровую гейзерную трубку, наполненную горячей водой. По мере увеличения глубины температура воды растёт. Одновременно возрастает и давление (оно складывается из атмосферного давления и давления столба воды в трубке). При этом везде по длине трубки температура воды оказывается несколько ниже температуры кипения, соответствующей давлению на той или иной глубине. Теперь предположим, что по одному из боковых протоков в трубку поступила порция пара. Пар вошёл в трубку и поднял воду до некоторого нового уровня, а часть воды вылилась из трубки в бассейн. При этом температура поднятой воды может оказаться выше температуры кипения при новом давлении, и вода немедленно закипает.

При кипении образуется пар, который ещё выше поднимает воду, заставляя её выливаться в бассейн. Давление на нижние слои воды уменьшается, так что закипает вся оставшаяся в трубке вода. В этот момент образуется большое количество пара; расширяясь, он с огромной скоростью устремляется вверх, выбрасывая остатки воды из трубки, – происходит извержение гейзера.

Но вот весь пар вышел, трубка постепенно вновь заполняется охладившейся водой. Время от времени внизу слышатся взрывы (это в трубку из боковых протоков попадают порции пара). Однако очередной выброс воды начнётся только тогда, когда вода в трубке нагреется  до температуры, близкой к температуре кипения.

 

Задание 1. В каком агрегатном состоянии находится вода при температуре 110 °С?

1) только в твёрдом;

2) только в жидком;

3) только в газообразном.

4) ответ зависит от внешнего давления.

 

Задание 2. Какие утверждения справедливы?

А. Жидкость можно заставить закипеть, увеличивая внешнее давление при неизменной температуре.

Б. Жидкость можно заставить закипеть, увеличивая её температуру при неизменном давлении.

1) Только А; 2) только Б;

3) и А, и Б; 4) ни А, ни Б.

 

Задание 3. В гейзерную трубку из бокового протока поступила порция пара. Над паром остался столб воды высотой 10 м. Вода на этой глубине находится при  температуре 121 °С. Атмосферное давление 10⁵ Па. При этом вода в трубке:

1) будет перемещаться вниз под действием атмо­сферного давления;

2) останется в равновесии, т.к. её температура ниже температуры кипения;

3) быстро охладится, т.к. её температура ниже температуры кипения на глубине 10 м;

4) закипит, т.к. её температура выше температуры кипения при внешнем давлении 2 · 10⁵ Па.

 

Качественная задача представляет собой описание явления или процесса из окружающей жизни, для которого учащимся необходимо привести цепочку рассуждений, объясняющих протекание явления, особенности его свойств и т.п. Новизна данного задания для выпускников и учителей заключается в его форме. В практике преподавания предмета качественные задачи обычно решаются на уроке устно. При письменном опросе оказывается достаточно сложно добиться от учащихся не просто правильного ответа, но и выстроенной цепочки рассуждений с приведением письменного ответа.

Пример 7. Когда на открытой волейбольной площадке стало жарко, спортсмены перешли в прохладный спортивный зал. Придётся ли им подкачивать мяч или, наоборот, выпускать из мяча часть воздуха? Ответ поясните.

 

2. Критерии оценивания выполнения заданий (практическая часть занятия)

В экзаменационные материалы по физике включены три типа заданий с развёрнутым ответом (экспериментальное задание, расчётные задачи и качественные вопросы). Именно эти типы заданий позволяют осуществить полноценную проверку двух контролируемых видов деятельности: освоение экспериментальных умений и решение задач различного типа.

Задания с развёрнутым ответом должны удовлетворять определённым требованиям. Во-первых, эти задания должны проверять важные стороны общеобразовательной подготовки выпускников основной школы, которые не могут быть проверены заданиями с выбором ответа или заданиями с кратким ответом. Во-вторых, в заданиях с развёрнутым ответом, проверяющих учебные достижения (предметные знания и умения), от учащихся не должно требоваться написания длинного текста.

Для обеспечения надёжности и объективности выставляемых экспертами баллов за выполнение заданий с развёрнутым ответом к этим заданиям предъявляются следующие требования:

– Задания с развёрнутым ответом должны сопровождаться системой оценивания их выполнения, которая включает критерии выставления того или иного балла и варианты правильных ответов (решений).

– Система оценивания должна чётко соотноситься с формулировкой задания и не допускать рассогласования между правильным ходом решения задания и критериями его оценивания.

– Разработанная для данного задания система оценивания должна давать согласованные экспертные оценки, не менее 85–90% соответствия поставленных баллов независимыми экспертами.

– Время, затраченное на проверку задания с развёрнутым ответом, должно быть соизмеримо со значимостью информации, полученной на основе выполнения данного задания.

Каждый вариант экзаменационной работы для выпускников 9-го класса включает одну качественную задачу, оцениваемую максимально в 2 балла. Все использованные в 2008–2009 гг. качественные задачи содержали два элемента правильного ответа, но по характеристикам этих элементов выделяются два типа заданий:

1. Ответ на задачу предполагает два элемента: 1) правильный ответ на поставленный вопрос, 2) пояснение, базирующееся на знании свойств данного явления. Например: «Какого цвета будут казаться красные розы, рассматриваемые через зелёное стекло? Ответ поясните». В этом случае для выставления 1 балла достаточно правильного ответа на поставленный вопрос («Розы будут казаться чёрного цвета») или приведения корректных рассуждений без сформулированного явно ответа («Красные розы отражают свет в красной части спектра. Зелёное стекло пропускает лучи зелёной части спектра»).

Используется приведённая ниже обобщённая система оценивания:

Критерии оценки выполнения задания	Баллы
Представлен правильный ответ и приведено достаточное обоснование, не содержащее ошибок	2
Представлен правильный ответ на поставленный вопрос, но его обоснование не является достаточным, хотя содержит оба элемента правильного ответа или указание на физические явления (законы), причастные к обсуждаемому вопросу. ИЛИ Представлены корректные рассуждения, приводящие к правильному ответу, но ответ явно не сформулирован	1
Представлены общие рассуждения, не относящиеся к ответу на поставленный вопрос. ИЛИ Ответ на вопрос неверен, независимо от того, что рассуждения правильны, неверны или отсутствуют	0

 

2. Ответ на задачу предполагает выбор одного из указанных в тексте задания вариантов и пояснение на основании имеющихся теоретических знаний. Например: «По направлению или против направления движения поезда при его резком торможении покатится мяч, лежащий на столе в вагоне? Ответ поясните». В этом случае для выставления 1 балла за решение недостаточно только указания на выбор одного из приведённых вариантов, а необходимо наличие частичного обоснования, или по меньшей мере указания физических явлений (законов), причастных к обсуждаемому вопросу («Мяч покатится по направлению движения из-за инерции»).

В этом случае общая схема оценивания выглядит следующим образом.

Критерии оценки выполнения задания	Баллы
Представлен правильный ответ и приведено достаточное обоснование, не содержащее ошибок	2
Представлен правильный ответ на поставленный вопрос, но его обоснование некорректно или отсутствует. ИЛИ Представлены корректные рассуждения, приводящие к правильному ответу, но ответ явно не сформулирован	1
Представлены общие рассуждения, не относящиеся к ответу на поставленный вопрос. ИЛИ Ответ на вопрос неверен, независимо от того, что рассуждения правильны, неверны или отсутствуют	0

 

При анализе результатов экзамена качественная задача считается решённой верно, если тестируемый набрал 2 балла.

Приводим образец ответа приведённой выше качественной задачи про розы и критерии оценивания её выполнения, а также примеры работ экзаменующихся по результатам апробации этой задачи. К каждому решению приведены баллы и комментарии к оцениванию, которые позволят лучше понять систему критериального оценивания заданий с развёрнутым ответом.

Пример 1. Ответ оценён в 2 балла.

Пример 2. Ответ оценён в 1 балл (представлен правильный ответ, но его обоснование некорректно).

Пример 3. Ответ оценён в 0 баллов (ответ неверен).

Пример 4. Ответ оценён в 0 баллов (он неверен).

Пример 5. Ответ оценён в 1 балл (представлен правильный ответ, но его обоснование некорректно).

Вопросы для самоконтроля

1. Какие типы заданий КИМ ГИА не являются традиционными для письменного контрольного опроса на уроках физики?
2. Решая качественную задачу, включённую в экзаменационную работу, выпускник 9-го класса дал правильный ответ, но не привел никаких рассуждений. Можно ли однозначно утверждать, что учащийся получит 1 балл?

 

Литература

1. Камзеева Е.Е, Важеевская Н.Е., Пурышева Н.С., Демидова М.Ю. Государственная итоговая аттестация выпуcкников 9-го класса по физике. Демонстрационный вариант экзаменационной работы, 2008. – Физика-ПС, 2009, № 1, 2.
2. Камзеева Е.Е., Демидова М.Ю. Об использовании результатов ГИА-2008. – Физика-ПС, 2009, № 6, 7, 9, 10.
3. Камзеева Е.Е., Демидова М.Ю. ГИА-2009. Физика. Тренировочные варианты экзаменационных работ: ФИПИ – М.: АСТ–Астрель, 2009.
4. Пурышева Н.С., Важеевская Н.Е., Камзеева Е.Е., Демидова М.Ю. ГИА выпускников 9 классов в новой форме. Физика. 2009: ФИПИ. – М.: Интеллект-Центр, 2009.
5. Важеевская Н.Е., Пурышева Н.С., Камзеева Е.Е., Демидова М.Ю. ГИА выпускников 9 классов в новой форме. Физика. 2009: ФИПИ. – М.: Эксмо, 2009.

Продолжение следует

---

^* Правильные ответы здесь и далее (но, конечно, не в экзаменационной работе), выделены полужирным шрифтом. – Ред.