|
IBDP实验科学组新教学大纲原定于2021年下半年开始实施，并于2023年举行首次考试，但由于新冠疫情的影响，该教学大纲的实施被推迟了两年。最新一版大纲将于2023年下半年进行首次教学。其中，物理课程新大纲的主要变化体现在课程内容的变化与评价体系的变化两个方面（图1）。
课程内容变化 （一）加入概念性学习作为新的培养目标 新的2023年国际文凭物理学教学大纲列出了九个目标，相比2014年教学大纲的十个目标看似有所减少，实则不仅广泛吸收容纳了前一版大纲的所有目标，又提出了新的要求。两版之间最显著的区别是新大纲增加的第一个目标，即概念性学习（conceptual learning）。概念性学习指在学习中注重对概念的理解，以便在本学科的不同领域之间建立联系，同时思考如何与其他DP科学科目建立联系。概念性学习取代传统学习法中的知识点学习，在实施教学法（approach to teachingand learning）中不断尝试应用概念迁移的方法，注重在同学科不同知识点以及不同学科相关知识点之间建立广泛联系。这些联系通常是具体概念或知识点之间抽象的概念或主题。在学生的学习过程中，需要将这些抽象的联系贯穿成为整个课程的主线。这与美国大学先修课程（Advanced Placement，AP）的四门物理课程大纲中，涉及的与物理观念和规律相关的大概念（BigIdeas）的提法不谋而合。
以基于动量的概念性学习为例（图2），通过质点牛顿第三定律推广到质心组的牛顿第三定律，进而推导得出质心组的动量守恒。如果学生能够摈弃死记硬背知识点的学习方法，从概念广泛联系角度出发理解知识点内在的联系，对理解掌握这一节内容会产生很大帮助。如果学生将质心组动量守恒的概念迁移到其他章节，如学习理想气体状态方程时，可以将此案例的若干个物体的碰撞结论迁移到大量气体分子碰撞的宏观统计模型，从而推导气体分子平均动能和均方根速度等概念。 又如，在学习新大纲中加入的转动力学子主题时，学生往往难以快速理解转动力学中新出现的物理量及其对应关系，可以通过平行迁移平动力学中已熟练掌握的分析方法和结论至角动量守恒中，便于引入和推导出新知识。从这个案例可以看出，概念性学习的逻辑范式是要求学生完成一系列从“小”概念到“大”概念的整合递进，以概念的理解作为科学思维的基础工具，组织、反思、修改和扩展物理学习的知识网络。
（二）概念性学习对学习者提出的新要求 基于概念性学习的理念与视角，新版教学大纲将教学内容分为五个大主题及下属的二十四个子主题，而不再是2014年教学大纲中列出的八个（面对选择标准水平的学生）或十二个（面对选择高阶水平的学生）主题。 同时，新的物理学教学大纲中最重要的变化是不再区分核心（core）主题和可选（option）主题，使DP物理成为一个更完整的综合学习方案，旨在让学生对物理学知识有更全面的了解并产生更广泛的联系，尤其鼓励学生对该学科的基本原理和概念具有更深刻的理解。因此，新的教学大纲整理出了概念路线图（roadmap），表1展示了新DP物理课程大纲主题的划分，其中标注·表示此教学内容同时被标准水平和高阶水平的学生学习，··表示此教学内容被标准水平和高阶水平的学生有区分地学习，而···表示仅有高阶水平的学生会学习此部分内容。 同时，新的物理学课程更注重培养对生活事实、科学范式和元认知性知识的理解，并让学生认识到概念性学习的重要性。概念性学习使学生能够有意识地以创造性、生成性、自主性和动态的方式将知识和技能运用到新的或不同的环境中。为此，新大纲继续强化上一版教学大纲中就不断提及的科学本质（Nature ofScience, NOS）。科学本质是DP跨越实验科学学科群，即物理、化学和生物课程的总主题，探讨与科学知识的目的、特点和影响有关的概念性理解。跨学科合作课题（Collaborative Sciences Project, CSP）则替代了原来的实验科学组的跨学科课题，更强调探究现实世界中的真实问题，并基于实验科学组的所有课程内容进行探索。 新大纲课程框架还细化了学习方法（Approachesto Learning, ATL）在实验科学组的具体实施路径。学习方法包括了如图3中外圈描述的思维技能、研究技能、自我管理技能、沟通技能以及社交技能。在所有DP课程的旧大纲中，学生都被要求培养这5种基本学习技能。而在实验科学组的新大纲中，IBO细化了科学探究的逻辑，如图3中内圈所表述，科学探究用于描述和解决一个真实问题。学生在进行科学探究时必须掌握的工具被分为数学、实验技术和数字化技术三大类。从DP物理课程的要求来看，数学包含了对真实问题合理简化估计的建模能力、运用数学包括函数与微积分等的运算能力、处理实验数据所需的误差传递和分析的能力、数形结合转换的能力；实验技术包含了熟练使用各类数字化传感器、合理搭建实验平台、选择合适量程和精确度的实验器材，以及正确进行数据拟合的能力；数字化技术包含了获取公开数据库的能力、操作模拟仿真软件的能力，以及视频分析的能力，等等。
（三）基于概念性学习对教学内容进行调整与整合 新大纲对每个子主题都增加了若干个引导性问题（guiding question）以及关联性问题（linkingquestion）。引导性问题旨在基于学生学情，用问题引导学生主动将新知识点与旧知识点进行横向比较。关联性问题，顾名思义，有助于学生加深对概念的理解，帮助他们建立本学科知识点之间，以及知识点与科学本质之间的关联。
表2以C主题“波的行为”为例，对比新、旧两版大纲的内容划分。新大纲中C主题的内容是各种波与振动的性质，其深层逻辑是描述波与振动的数学建模都需要周期函数、三角函数以及相对应的微积分应用的能力。对于标准水平和高阶水平的学习者，在C1“简谐运动”与C3“波的现象”两个子主题中，需要学习概念上相类似但是对数学能力要求不同的知识点。其中，C4“驻波与共振”是笔者认为能够充分体现本次大纲修改主导思想的一个部分。新大纲不仅容纳了旧大纲中的相同内容，即分主题4.5的内容并做了重新划分，还添加了原来可选主题中B大类工程物理中难度比较大的描述共振和阻尼的内容。这些内容会同时教授给标准水平和高阶水平的学习者，看似增加了学习的内容和难度，然而即便在目前旧大纲教学的过程中，为了引导学习者将物理概念与生活常识进行联结，笔者也会安排学生开展用音叉及人声带动空气柱共振的计量实验，因此，不论是课堂教学还是学生的自主探索，都不免涉及固有频率、过/欠阻尼、谐振等物理概念，而学生也对这些物理概念拓展到现实生活中的应用，例如使用阻尼器以及优化造型与结构避免风致涡激破坏超高层建筑或跨海大桥等案例，表现了充分的兴趣。因此，在新大纲的必修部分，多处还原了类似上述这样符合物理教学逻辑的内容，其更改的逻辑与趋势也值得教师仔细品味。 其他被添加到教学大纲中的新的子主题包括相对论、工程物理、天体物理、熵、康普顿散射、资源与能源等，其中有相当部分都是对旧大纲中可选主题内容的再编排。这些内容都与当前世界重大的科技发展有极强的相关性。
评价方式变化 DP物理课程的评价体系在目标上并没有特别显著的变化。外部和内部评估都是基于四个目标，即展示知识，理解和应用知识，分析、评价和综合，技能的应用。每个目标的措辞在两版教学大纲中略有变化，但目标的本质并没有改变。新大纲评价体系主要在形式上产生了比较大的变化，具体如下。 （一）外部评价减少试卷数量 最显著的变化是外部评估将由两张试卷组成（表3），而不是现在的三张。且与旧大纲不同，其不再包含可选主题内容。在新大纲中，试卷1的A部分包含了多项选择题，B部分是旧大纲中试卷3的A部分，即基于数据和关于实验工作的问答题。因为新大纲取消了可选主题，所以原本试卷3的B部分被自然分拆加入到试卷2中。 在新大纲的试卷1中，两个部分都允许学生使用计算器和数据手册。因此，试卷1的A部分选择题在考核形式上将产生很大改变，之前在选择题中较多出现的、考核学生对自变量改变造成因变量改变的简单定性或定量关系的试题将会减小权重。如图4中，当相对论从旧大纲的可选主题变成新大纲的必修内容，新大纲的样卷选择了狭义相对论中的一个经常性考点——时间与运动时钟的关系进行考核。虽然可以从数据手册中找到劳仑兹变换的具体公式，但是学生必须在选项中排除错误选择参考系的干扰项。 与此同时，试卷1中B部分的数据分析问答题，一般考核学生快速理解一个假想实验中关于绘图、单位和误差分析等的技能。对于英语阅读理解能力欠佳和缺少实验分析处理实践的学生来说一直是难点。如图5，在样卷1B的实验考核中，要求学生通过分析一系列数据并进行处理之后，推导出带电小球在平行板中的摆动模式。对于物理直觉较强的学生，可能从阅读材料的阶段开始就已经发现小球在复合场下的类单摆运动，从而能够快速准确地回答问题。但是对于物理直觉和经验较弱的学生来说，则可以从题干中给出的真实实验数据一步步推导得出结论，这也是回答此类问题的最常用的办法。 与旧大纲类似，试卷2全部以问答题的形式进行考核。每个问题都先聚焦于课程的某个主题，最后以一个（标准水平）或两个（高阶水平）扩展问题结束。 外部试卷考核的总体时间依然保持不变（标准水平：3小时；高阶水平：4.5小时），所有问题都必须作答。学生还将有5分钟的阅读时间，并可以全程使用计算器和查阅数据手册。参照2023版DP物理外部评估权重（高阶水平），虽然绝对分值的折算系数有所变化，但是试卷1和试卷2的相对分值折算系数并没有显著区别。
（二）内部评价提升结论和评价部分权重 新大纲中，内部评估依然占最终分数的20%，10小时的被分配时间也保持不变。原来的五个标准变为新的四个标准：研究设计、数据分析、结论和评价。四项标准的权重相同，每项标准的分值为6分，最高原始分值为24分。原有的五个标准均被包含在新的四个标准中，但是结论和评价部分的权重得到大幅提高。修订后的标准更加强调高阶思维能力，50%的分数将分配给基于数据的处理、结论和评价。旧大纲中个人参与和学术沟通两个全面评价指标被内化在新的四个标准中，不再独立打分。原本对实验报告篇幅为6~12页的限制被更改为最多3000字，并放松了对物理实验数据表格和图片篇幅的限制，但是需要学生用更精练和准确的术语完成报告。 第二个重大变化是学生可以以小组形式收集数据，但每个人必须独立提交报告。学生有机会在小组内进行实验操作的合作，只要实验设计的自变量或因变量不同，并且收集的数据对每个学生来说都是独一无二的，学生就能够分享类似的实验设计。 （本文转载于《上海教育》杂志，2023年6月10日出版，作者系上海中学国际部高中物理组组长，国际文凭课程物理科目教师、考官）   |
|
|
