Физика, 7 класс

Физика, 7 класс

Апрель, 2013

Диагностическая работа проводилась с целью установления качества обучения физике учащихся 7-х классов и выявления элементов содержания и видов деятельности, вызывающих наибольшие затруднения к концу первого года обучения предмету.

Содержание и основные характеристики проверочных материалов определялись на основе Федерального компонента государственного стандарта основного общего образования по физике (Приказ Минобразования России от 01.01.2001 г. № 000), учебных программ по физике за курс 7 класса и документом «О сертификации качества педагогических тестовых материалов» (Приказ Минобразования России от 01.01.2001 г. № 000).

Характеристика инструментария

Для проведения диагностики было составлено три комплекта тестов, с учетом порядка изучения разделов курса физики по разным УМК. В таблице 1 показан перечень учебников, по которым изучается физика в классах, участвовавших в диагностике в 2013 году.

Таблица 1

№ комплекта	Авторы учебников по физике для 7 класса	Количество классов
1	*	389
2	,	16
3	, ,	3
	Андрюшечкин СМ.	2
	,	1
	Э, Кайдалов	86
	В.,	4
	,	1
		1
		1
	,	2
	С,	2
	Всего:	508

* По данному комплекту тестов выполняли работу учащиеся 100 классов, изучающие физику и по другим УМК. Следует отметить, что спектр, программ и учебников, которые используются в основной школе, продолжает расширяться: 23% 7-х классов (12% в прошлом году), участвовавших в диагностике, изучают физику не по учебнику

Все комплекты тестов состояли из 4-х вариантов, в каждом варианте по 14 заданий: 11 заданий с выбором ответа и 3 задания с кратким ответом. В каждом варианте были представлены как задания базового уровня сложности, так и задания повышенного уровня сложности (до 30% заданий).

За правильное выполнение каждого задания выставлялся 1 балл. Максимальный балл, который можно было получить за правильное выполнение всей работы, — 14 баллов. Время выполнения работы – 45 минут.

На основе анализа статистических характеристик теста была установлена граница, определяющая достаточный уровень овладения учебным материалом по физике: 5 заданий (50% от числа заданий базового уровня сложности). Шкала выставления оценок за тест в соответствии с диапазоном тестовых баллов приведена в таблице 1.

Таблица 2

Оценка по пятибалльной шкале	«2»	«3»	«4»	«5»
Суммарный тестовый балл	Меньше 5	5-8	9-11	12-14

По каждому разделу, изучаемому по программе соответствующего УМК, в работе были представлены задания, проверяющие овладение понятийным аппаратом, который должен быть сформирован при изучении курса физики 7 класса и который является фундаментом для дальнейшего изучения школьного курса физики:

·  знание и понимание смысла физических понятий (молекула, движение и взаимодействие молекул, три агрегатных состояния вещества, давление газа, равномерное и неравномерное движение);

·  знание и понимание смысла физических величин (масса, объем, плотность, путь, средняя скорость, сила, давление);

·  знание и понимание смысла физических законов (связь температуры и средней скорости движения молекул вещества, закон Гука, закон Паскаля, сила Архимеда, сила тяжести);

·  умение описывать и объяснять физические явления (диффузия, равномерное прямолинейное движение, инерция, плавание тел).

В работу была включена одна расчетная задача на проверку основных законов и формул.

Изучение физики немыслимо без проведения эксперимента. Курс физики 7-го класса включает выполнение обязательных 8-10 лабораторных работ, проведение демонстрационного и фронтального эксперимента от урока к уроку. Поэтому в вариантах диагностических работ от 3-х до 4-х заданий были направлены на проверку основ знаний о методах научного познания и владений экспериментальными умениями:

·  умений использовать физические приборы и измерительные инструменты (измерение объемов тел с помощью мензурки, измерение сил с помощью пружинного динамометра, измерение давления газа с помощью жидкостного манометра, измерение массы тел с помощью рычажных весов);

·  определение цены деления прибора (на примере мензурок и динамометров);

·  умений проводить анализ результатов экспериментальных исследований, в том числе, выраженных в виде таблицы, графика или схематического рисунка (исследование закона Гука, изучение явления диффузии, изучение гидростатического давления в жидкости, давления газа).

Задания диагностической работы характеризовались по способу представления информации в задании или дистракторах и подбирались таким образом, чтобы проверить умения учащихся читать графики зависимости физических величин, табличные данные или использовать различные схемы или схематичные рисунки. В каждом варианте не менее половины заданий предполагали работу учащихся с информацией, заданной не только вербально. В соответствии с ФГОС второго поколения сформированность умений работать с информаций является одним из важнейших требований к метапредметным результатам освоения школьной программы.

Основные результаты выполнения диагностической работы

Диагностическую работу по физике выполняли 12234 обучающихся 7-х классов из 508 общеобразовательных учреждений Москвы. Средний процент выполнения теста – 63%.

Распределение учащихся по количеству полученных тестовых баллов представлено на диаграмме 1.

Диаграмма 1

Максимум в распределении приходится на 8-10 баллов (40% тестировавшихся выполнили от 8 до 10 заданий).

В таблице 3 показано распределение оценок, полученных за выполнение диагностической работы по физике учащимися 7-х классов в апреле 2013 года.

Таблица 3

Оценка по пятибалльной шкале	«2»	«3»	«4»	«5»
Распределение оценок за выполнение теста	7%	37%	39%	17%

Результаты выполнения теста в этом году оказались значительно выше результатов тестирования семиклассников в 2012 году. Так, доля учащихся, не достигших достаточного уровня овладения учебным материалом (выполнили менее 5 заданий), в 2013 году составляет 7 %, тогда как в 2012 году неудовлетворительные оценки получили 15% тестируемых. Только 39% тестируемых 2012 г. выполнили тест по физике на «хорошо» и «отлично», набрав от 9 до 14 баллов, в 2013 году в соответствии с таблицей 1 качество обучения выросло до 56%.

Анализ результатов выполнения диагностической работы

Результаты выполнения заданий теста по контролируемым элементам содержания представлены на диаграмме 2 и в таблице 4.

Диаграмма 2

Таблица 4

Код	Контролируемые элементы содержания	Средний процент выполнения
Первоначальные сведения о строении вещества
02.01.01	Строение вещества	72%
02.01.03	Свойства газов, жидкостей и твердых тел	82%
02.02.04	Диффузия	67%
02.02.05	Тепловое движение молекул	66%
Взаимодействие тел
01.01.01	Путь	64%
01.02.02	Равномерное прямолинейное движение	79%
01.03.01	Скорость	67%
01.08.01	Масса и плотность вещества	45%
01.09.02	Сложение сил	84%
01.10.03	Инерция	66%
01.14.01	Закон Гука	35%
01.15.02	Сила тяжести	72%
Давление твердых тел, жидкостей и газов
01.22.01	Давление	50%
01.22.02	Давление внутри жидкости	64%
01.22.04	Давление газа	29%
01.23.01	Закон Паскаля	74%
01.24.01	Сила Архимеда	63%
Физические методы изучения природы
05.02.01	Международная система единиц	71%
05.03.01	Погрешности измерения	64%
05.03.02	Приборы для измерения физических величин	75%
05.04.07	Измерение объёма	79%
05.04.17	Методы проведения физического эксперимента	71%

По критериям, принятым в практике педагогических измерений, элемент содержания (умение) считается усвоенным (сформированным) для данной группы обучающихся, если процент выполнения заданий, проверяющих их, составляет не менее 65% для заданий с выбором ответа и не менее 50% для заданий с кратким ответом.

В соответствии с этим критерием можно утверждать, что семиклассники овладели знаниями раздела «Первоначальные сведения о строении вещества», частично усвоили раздел «Взаимодействие тел» и в меньшей степени усвоили знания темы «Давление твердых тел, жидкостей и газов». Стоит отметить положительную динамику по сравнению с прошлым годом по освоению некоторых элементов содержания темы «Давление твердых тел, жидкостей и газов» (давление внутри жидкости, закон Паскаля), тогда как качественные вопросы по давлению газа и действию силы Архимеда традиционно из года в год вызывают затруднения.

Диагностическое исследование выявило также, что по сравнению с прошлым годом у семиклассников в среднем вырос уровень сформированности основополагающих представлений о физических методах изучения природы.

Примеры проблемных заданий

В среднем все проверяемые в тесте элементы содержания по теме «Первоначальные сведения о строении вещества» выявили уровень усвоения выше 65%, по ряду заданий выявлена положительная динамика по сравнению с предыдущими годами. Тем не менее, нельзя утверждать, что модель молекулярного строения вещества в достаточной мере сформирована у семиклассников. Так, преобладающее большинство тестируемых уверены, что все вещества состоят из молекул, но при этом только 48% имеют верное представление о том, что молекулы во всех веществах участвуют в непрерывном хаотическом движении (44% учащихся считают, что непрерывное хаотическое движение молекул наблюдается только в газах, см. пример 1). Аналогично, 83% учащихся верно связывают среднюю скорость движения молекул с температурой, но только 46% тестируемых понимают, что при уменьшении температуры средняя скорость движения молекул уменьшается во всех веществах, а не только в газах или жидкостях (пример 2).

Пример 1(средний процент выполнения 48%)

Молекулы участвуют в непрерывном хаотичном движении

1)	только в газах
2)	только в жидкостях
3)	только в твердых веществах
4)	во всех веществах

Пример 2 (средний процент выполнения 46%)

В каком состоянии вещества скорость беспорядочного движения его молекул уменьшается с понижением температуры?

1)	только в газообразном
2)	во всех состояниях
3)	в газообразном и жидком, но не в твердом
4)	ни в одном состоянии

Несформированность представлений о непрерывном хаотическом движении молекул не только в газах, но также в жидкостях и в твердых телах, повлечет за собой трудности в восприятии учащимися темы «Тепловые явления» в 8-м классе.

Крайне низкий процент выполнения имели задания на тепловое расширение твердых тел и жидкостей, несмотря на то, что предлагались ситуации, стандартно рассматриваемые в учебниках и демонстрационных экспериментах (нагреваемый свинцовый шар и кольцо, нагреваемая в колбе со вставленной тонкой трубкой жидкость). Отсутствие четкой модели процесса нагревания приводит к разбросу в результативности выполнения заданий на тепловое расширение тел: с одной стороны, 70% учащихся правильно ответили, что при нагревании свинцового шара увеличивается среднее расстояние между молекулами (пример 3), но при этом только 34% учащихся смогли связать тепловое расширение свинцового шара с изменением таких макроскопических параметров, как масса, объем и плотность (пример 4).

Пример 3 (процент выполнения 70%)

При нагревании свинцового шарика

1)	увеличивается объём каждой молекулы свинца
2)	увеличивается среднее расстояние между молекулами
3)	уменьшается объём каждой молекулы свинца
4)	уменьшается среднее расстояние между молекулами

Пример 4 (процент выполнения 34%)

После нагревания стальной шарик перестал пролезать сквозь металлическое кольцо (см. рисунок). Как при этом изменились объем шарика и его плотность?

Для каждой физической величины определите соответствующий характер изменения:

1)	увеличилась
2)	уменьшилась
3)	не изменилась

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины.

Цифры в ответе могут повторяться.

Объем	Плотность

В этом году в контрольно-измерительные материалы как для 7-го класса, так и для 10-го класса, были введены методологические задания на анализ результатов экспериментальных исследований явления диффузии и гидростатического давления в жидкости. В целом, учащиеся и 7-х, и 10-х классов одинаково успешно справились с заданиями, однако у семиклассников вызвал затруднение анализ ситуации, когда проводилось исследование зависимости скорости диффузии от агрегатного состояния вещества. Семиклассники успешно оценили результаты эксперимента, направленного на исследование зависимости скорости диффузии от температуры (пример 5), но, по-видимому, не дочитали текст к эксперименту по сравнительному анализу скорости диффузии в газах и жидкостях (пример 6).

Пример 5 (процент выполнения 83%)

В два одинаковых сосуда налили раствор медного купороса (раствор голубого цвета), а поверх налили воду (рисунок 1). Один из сосудов оставили при комнатной температуре, а второй поставили в холодильник. Через несколько дней сравнили растворы и отметили, что граница двух жидкостей гораздо заметнее размыта в сосуде, который находился при комнатной температуре (рис.2 и 3).

Рисунок 1. Граница жидкостей в исходном состоянии	Рисунок 2. Перемешивание жидкостей в сосуде, находившемся при комнатной температуре	Рисунок 3. Перемешивание жидкостей в сосуде, находившемся в холодильнике

Какое утверждение соответствует результатам проведенных эксперимен­тальных наблюдений?

1)	Скорость диффузии зависит от температуры вещества.
2)	Скорость диффузии зависит от агрегатного состояния вещества.
3)	Скорость диффузии зависит от рода жидкостей.
4)	Скорость диффузии зависит от высоты столба нижней жидкости.

Пример 6 (процент выполнения 46%)

В кабинет физики принесли кусочек нафталина и сосуд, в который налили раствор медного купороса (раствор голубого цвета), а поверх осторожно налили воду (рисунок 1). Было замечено, что запах нафталина распространился по объему всего кабинета за несколько минут, тогда как граница между двумя жидкостями в сосуде исчезла только через две недели (рисунок 2).

Рисунок 1	Рисунок 2

Какое утверждение соответствует результатам проведенных экспериментальных наблюдений?

1)	Скорость диффузии зависит от температуры вещества.
2)	Скорость диффузии зависит от агрегатного состояния вещества.
3)	Скорость диффузии зависит от рода жидкостей.
4)	Скорость диффузии зависит от атмосферного давления.

Аналогично результатам диагностики прошлого года, учащиеся испытывают затруднения при определении цены деления прибора (пример 7), хотя задания были построены на примере мензурки или динамометра – приборов, с помощью которых семиклассники многократно проводят фронтальный эксперимент.

Пример 7 (процент выполнения 56%)

Погрешность измерения с помощью динамометра составляет цену деления. Чему равна сила тяжести, действующая на груз (см. рисунок)?

1)	(1,0±0,5) Н
2)	(1,0±0,1) Н
3)	(1,0±1,0) Н
4)	(1,5±0,5) Н

Затруднение вызвало задание, в котором требовалось определить давление газа по показаниям U-образного жидкостного манометра (пример 8). Описание принципа действия манометра дано в учебнике, а применение манометра предполагается для проведения большого числа демонстрационных экспериментов при изучении темы «Давление». Между тем, только 44% учащихся справились с заданием (при имеющейся низкой результативности следует отметить положительную динамику в выполнении задания – в прошлом году с похожим заданием справилось всего 29% тестируемых).

Пример 8 (процент выполнения 44%)

Одно из колен U-образного манометра соединили с сосудом, наполненным газом (см. рисунок). Чему равно давление газа в сосуде, если атмосферное давление составляет 760 мм рт. ст.? (В качестве жидкости в манометре используется ртуть.)

1)	300 мм рт. ст.
2)	360 мм рт. ст.
3)	760 мм рт. ст.
4)	1060 мм рт. ст.

Традиционно учащиеся 7-х классов испытывают трудности при выполнении заданий на силу Архимеда и условие плавания тел. Ни в одном из вариантов для заданий на силу Архимеда не достигнут уровень усвоения 65%. Отсутствует понимание, что выталкивающая сила действует только на погруженную в жидкость часть тела. Показательно в этом плане выполнение заданий (примеры 9 и 10), когда учащиеся одинаково воспринимают совершенно разные ситуации и по аналогии в обоих случаях как правильный ответ выбирают шар наибольшего объема.

Пример 9 (процент выполнения 14%, 66% школьников выбрали дистрактор - шар большего объема)

На поверхности воды плавают три шара одинаковой массы, но разного объёма
(см. рисунок). Со стороны воды

1)	бóльшая архимедова сила действует на первый шар
2)	бóльшая архимедова сила действует на второй шар
3)	бóльшая архимедова сила действует на третий шар (66%)
4)	на все три шара действуют одинаковые архимедовы силы (14%)

Пример 10 (процент выполнения 64%)

В жидкости находятся три стальных шарика разного диаметра, подвешенные на нитях (см. рисунок).

При этом

1)	наибольшая архимедова сила действует на шарик 1
2)	наибольшая архимедова сила действует на шарик 2
3)	наибольшая архимедова сила действует на шарик 3
4)	на все три шарика действует одинаковая архимедова сила

Большое количество заданий теста предполагало работу с информацией, заданной в виде рисунков, причем рисунки выполняли не только иллюстративную функцию, но и являлись источником данных, необходимых для выполнения задания. Примером может служить задание А3 в ряде вариантов, когда надо было определить путь шарика при его движении по наклонной плоскости (пример 11). Низкий процент выполнения этих заданий, которые проверяли простое понятие «путь», отрабатываемое с начальной школы в курсе математики, свидетельствует о том, что умения работать с информацией у семиклассников сформированы недостаточно.

Пример 11 (процент выполнения 48%)

Шарик скатывается по наклонной плоскости из состояния покоя. Начальное положение шарика и его положение через каждую секунду от начала движения показано на рисунке.

Путь шарика за четвертую секунду равен

1)

20 см (16%)

2)

25 см (11%)

3)

35 см (48%)

4)

80 см (25%)

Трудности испытывают учащиеся при выполнении расчетных задач повышенного уровня сложности. В варианты диагностических работ была включена задача, решение которой основывалось на знании условия, при котором тело покоится, и умении применять формулы силы упругости и силы тяжести. При этом информация в различных вариантах задавалась или в виде таблицы, или в виде графика, или в виде схематического рисунка. Независимо от вида задания информации процент выполнения составил всего 23-24%.

Пример 12 (процент выполнения 23%)

Первоначальная длина упругой пружинки жесткостью 40 Н/м равна L1= 12,5 см. При подвешивании груза пружинка растянулась до длины L2= 15 см (см. рисунок). Чему равна масса груза?

Ответ: ________ г

Пример 13 (процент выполнения 24%)

Используя штатив с муфтой и лапкой, пружину, линейку и набор из трёх грузов по 100 г, ученик собрал экспериментальную установку для исследования зависимости силы упругости, возникающей в пружине, от степени растяжения пружины. На графике приведены экспериментальные данные измерения удлинения пружины ∆l, в зависимости от массы подвешенных грузов. Определите жесткость пружины. Ускорение свободного падения принять равным g = .

Ответ: ________________ Н/м.

Пример 14 (процент выполнения 23%)

Используя штатив с муфтой и лапкой, пружину, линейку и набор из трёх грузов по 100 г, ученик собрал экспериментальную установку для исследования зависимости силы упругости, возникающей в пружине, от степени растяжения пружины. В таблице приведены экспериментальные данные измерений удлинения пружины при подвешивании к ней соответственно одного, двух и трёх грузов. Определите жесткость пружины. Ускорение свободного падения принять равным g = 10 Н/кг.

Масса груза m, г	100	200	300
Удлинение пружины Δl, м	0, 025	0, 05	0,075

Ответ: __________ Н/м

Описание уровня подготовки учащихся, получивших различные отметки на тестировании

Категории участников тестирования	Описание уровня подготовки по физике категорий участников тестирования
Отметка «5». Учащихся этой категории – 17%.	Уровень освоения достигнут по всем проверяемым элементам содержания.
Отметка «4». Учащихся этой категории – 39%.	Затруднения вызвали вопросы на проверку следующих элементов содержания: ·  давление твердого тела; ·  давление газа; ·  плотность вещества (изменение плотности при объемном расширении твердых тел и жидкостей); ·  закон Гука (решение задач на основе анализа экспериментальных графиков, таблиц, схематических рисунков)
Отметка «3». Учащихся этой категории – 37%.	У учащихся этой группы отсутствует системное усвоение материала. Процент выполнения 65% и выше достигнут только для отдельных заданий: ·  понятие о равномерном прямолинейном движении; ·  сложение сил, действующих вдоль одной прямой; ·  понятие о макроскопических свойствах газов, жидкостей и твердых тел; ·  умение проводить измерение объема с помощью мензурки.
Отметка «2. Учащихся этой категории – 7%	Тестируемые с неудовлетворительным уровнем подготовки показали крайне низкий уровень знаний даже основного понятийного аппарата школьного курса физики. Для данного уровня подготовки отсутствуют полностью усвоенные контролируемые элементы содержания.

Выводы и рекомендации по итогам диагностики

1.  Оценка уровня подготовки по физике в 7-х классах проводилась на представительной выборке (12234 учащихся). Достаточный уровень овладения учебным материалом продемонстрировали 93% тестировавшихся семиклассников. Результаты выполнения теста в этом году оказались значительно выше результатов тестирования семиклассников в 2012 году.

2.  В соответствии с результатами тестирования можно утверждать, что семиклассники овладели знаниями, необходимыми для освоения раздела «Первоначальные сведения о строении вещества», частично овладели знаниями, необходимыми для освоения раздела «Взаимодействие тел» и в меньшей степени усвоили тему «Давление твердых тел, жидкостей и газов». Администрации школ и учителям физики необходимо обратить особое внимание на изучение «проблемных» тем.

3.  Результаты выполнения заданий по темам, которые должны изучаться экспериментально, свидетельствуют о недостаточном уровне сформированности у учащихся важнейших методологических умений, например, умения определять цену деления прибора.

Необходимо в практику каждого урока изучения нового явления включать методы научного познания:

-  проведение наблюдений и простейших фронтальных или демонстрационных опытов,

-  выдвижение и опытная проверка гипотез.

4.  В ходе обучения физике необходимо как можно более широко использовать задания, способствующих формированию умения представлять, применять и преобразовывать информацию в разных формах (словесно, с помощью графиков, математических символов, рисунков и структурных схем).