Методические рекомендации на основе типичных ошибок по физике. Методические рекомендации для учителей, подготовленные на основе анализа типичных ошибок участников егэ 2015 года по физике

ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ ПЕДАГОГИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ
М.Ю. Демидова
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ для учителей, подготовленные на основе анализа типичных ошибок участников ЕГЭ 2015 года по ФИЗИКЕ
Москва, 2015

2
Каждый вариант экзаменационной работы состоял из двух частей и включал в себя
32 задания, различающихся формой и уровнем сложности. Часть 1 содержала 24 задания, из которых 9 заданий с кратким ответом в виде одной цифры, соответствующей номеру верного ответа, и 15 заданий с кратким ответом в виде числа или последовательности цифр. Часть 2 содержала 8 заданий, объединенных общим видом деятельности – решение задач. Из них 3 задания с кратким ответом и 5 заданий, для которых необходимо было привести развернутый ответ.
В экзаменационной работе контролируются элементы содержания из следующих раз- делов (тем) курса физики.
1.
Механика (кинематика, динамика, статика, законы сохранения в механике, механи- ческие колебания и волны) – 9 – 10 заданий.
2. Молекулярная физика (молекулярно-кинетическая теория, термодинамика) –
7 – 8 заданий.
3. Электродинамика и основы СТО (электрическое поле, постоянный ток, магнитное поле, электромагнитная индукция, электромагнитные колебания и волны, оптика, ос- новы СТО) – 9 – 10 заданий.
4. Квантовая физика (корпускулярно-волновой дуализм, физика атома, физика атом- ного ядра) – 5 – 6 заданий.
Каждый вариант экзаменационной работы включал в себя контролируемые элемен- ты содержания из всех разделов школьного курса физики, при этом для каждого раздела предлагались задания всех таксономических уровней. Такие важные с точки зрения про- должения образования в высших учебных заведениях содержательные элементы, как за- коны сохранения, контролировались в одном и том же варианте заданиями различных уровней сложности.
В КИМ ЕГЭ по физике проверяются различные виды деятельности: усвоение поня- тийного аппарата курса физики, овладение методологическими знаниями, применение знаний при объяснении физических явлений и решении задач. Овладение умениями по работе с информацией физического содержания проверяется опосредованно при исполь- зовании различных способов представления информации в текстах (графики, таблицы, схемы и схематические рисунки).
Решению задач как наиболее важному с точки зрения успешного продолжения об- разования в вузе виду деятельности отведена часть 2 работы, которая содержит задачи по всем разделам разного уровня сложности и позволяет проверить умение применять фи- зические законы и формулы как в типовых учебных ситуациях, так и в нетрадиционных ситуациях.
В экзаменационной работе представлены задания разных уровней сложности: базо- вого, повышенного и высокого. Использование заданий повышенного и высокого уровней сложности позволяет оценить степень подготовленности участников экзамена к продол- жению образования в высшем учебном заведении.
Задания базового уровня включены в часть 1 работы: 19 заданий, из которых 9 за- даний с кратким ответом в виде одной цифры, соответствующей номеру верного ответа, и
10 заданий с кратким ответом в виде последовательности цифр. Выполнение заданий ба- зового уровня сложности позволяет оценить уровень освоения наиболее значимых содер- жательных элементов Федерального компонента государственного образовательного стандарта (далее – ФК ГОС) средней школы по физике и овладение наиболее важными видами деятельности. Среди заданий базового уровня выделяются задания, содержание которых соответствует ФК ГОС базового уровня. Минимальное количество баллов ЕГЭ по физике, подтверждающее освоение выпускником программы среднего (полного) обще- го образования по физике, устанавливается, исходя из требований ФК ГОС базового уровня.

3
Задания повышенного уровня распределены между частями 1 и 2 экзаменационной работы: 5 заданий с кратким ответом в части 1, 3 задания с кратким ответом и 1 задание с развернутым ответом в части 2. Эти задания направлены на проверку умения использо- вать понятия и законы физики для анализа различных процессов и явлений, а также уме- ния решать задачи на применение одного-двух законов (формул) по какой-либо из тем школьного курса физики. 4 задания части 2 являются заданиями высокого уровня сложно- сти и проверяют умение использовать законы физики и физические модели в измененной или новой ситуации. Выполнение таких заданий, как правило, требует применения знаний сразу из двух-трех разделов физики, т.е. высокого уровня подготовки. Включение в часть
2 работы сложных заданий разной трудности позволяет дифференцировать участников экзамена при отборе в вузы с разными требованиями к уровню подготовки.
Задания с кратким ответом в виде одной цифры, соответствующей номеру верного ответа, и в виде числа оцениваются 1 баллом. Задания на установление соответствия и множественный выбор оцениваются 2 баллами, если верно указаны оба элемента ответа,
1 баллом, если допущена ошибка в указании одного из элементов ответа, и 0 баллов, если допущено две ошибки.
Задания с развернутым ответом оценивается двумя экспертами с учетом правиль- ности и полноты ответа. К каждому заданию приводится подробная инструкция для экс- пертов, в которой указывается, за что выставляется каждый балл – от нуля до максималь- ного балла. Максимальный первичный балл за задания с развернутым ответом составляет
3 балла.
Минимальная граница для КИМ ЕГЭ по физике установлена на уровне 36 тестовых баллов. Максимальный первичный балл за выполнение всей работы составляет 50 баллов.
На выполнение всей экзаменационной работы отводится 235 минут.
В 2015 г. была изменена структура КИМ ЕГЭ по физике при сохранении контроли- руемого содержания и общих подходов к оценке наиболее значимых для предмета видов деятельности.
По сравнению с предыдущим годом в КИМ ЕГЭ 2015 г. по физике сокращено общее количество заданий (с 35 до 32), более чем в 2,5 раза уменьшено количество заданий с вы- бором ответа (с 25 до 9 заданий) и более чем в 4 раза увеличено количество заданий с кратким ответом (с 4 до 18). Кроме заданий на соответствие, которые уже использовались в КИМ ЕГЭ по физике, в экзаменационную работу были введены новые формы заданий: задание на множественный выбор и задания с кратким ответом, в которых необходимо самостоятельно написать ответ в виде числа с учетом заданных единиц измерения физи- ческой величины. Уменьшилось количество расчетных задач, входящих в последнюю часть работы (на 2 задания), и на 1 задание уменьшилось количество заданий базового уровня по электродинамике.
Изменена структура работы: все задания с кратким ответом (не считая расчетных за- дач) объединены в части 1 работы в связи с изменением формы бланка ответов № 1.
Максимальный балл за выполнение всей работы изменился незначительно (с 51 до 50 бал- лов).
В ЕГЭ по физике в 2015 г. (основной день) приняло участие около 170 тыс. выпускни- ков, что составило около 24% от всего числа участников единого экзамена. В процентном отношении к общему числу участников ЕГЭ число выпускников, выбирающих экзамен по физике, в течение трех последних лет остается практически без изменений.
Результаты ЕГЭ по физике 2015 г. оказались выше показателей 2014 г. В стобалль- ной шкале средний тестовый балл составил 51,2, что существенно превышает средний балл 2014 г. – 45,7.

4
Минимальный балл ЕГЭ по физике в этом году, так же как и в прошлом, был уста- новлен на уровне 36 тестовых баллов. Процент участников экзамена, не преодолевших минимальной границы, по сравнению с прошлым годом существенно снизился и составил
6,9%.
Максимальный тестовый балл набрали 224 участника экзамена, что выше, чем в предыдущем году (в 2014 г. – 143 человека). 100-балльники есть в 51 регионе, в 2014 г. таких регионов было 38.
В 2015 г. доля участников экзамена, набравших 81 – 100 баллов, составила 4,5%, что существенно выше, чем в предыдущем году (в 2014 г. – 2,9%).
В существующей системе шкалирования получение участниками экзамена баллов в интервале от 62 до 100 тестовых баллов демонстрирует их готовность к успешному продолжению образования в высших учебных заведениях. Группа участников экзамена, набравших более 62 баллов, в прошлом году составляла 10,6%, а в этом выросла до 17,7%.
В таблице 1 приведены результаты выполнения заданий экзаменационной работы по содержательным разделам школьного курса физики.
Таблица 1
Раздел курса физики
Средний % выполнения по группам заданий
Механика 52,4
МКТ и термодинамика 54,8
Электродинамика 45,4
Квантовая физика 56,2
Как видно из таблицы, наиболее высокие результаты получены по квантовой физике, но связано это с особенностями экзаменационной модели текущего года: включение во все варианты линии заданий, проверяющей строение атома и атомного ядра и использова- ние в качестве задания с развернутым ответом задач на понимание явления фотоэффекта, т.е. тех элементов содержания, которые в данном разделе традиционно осваиваются наи- более успешно.
Самые низкие результаты продемонстрированы по разделу «Электродинамика», что определяется, прежде всего, достаточно низкими результатами выполнения линии заданий 13 на объяснение различных явлений, а также тем, что расчетные задачи по элек- тродинамике высокого уровня сложности предлагались на основе новых контекстов и требовали серьезного анализа физических процессов.
Исходя из общепринятых норм, при которых содержательный элемент или умение считается усвоенным, если средний процент выполнения соответствующей им группы за- даний с выбором ответа превышает 65%, а заданий с кратким и развернутым ответами –
50%, можно говорить об усвоении следующих элементов содержания и умений:
−
построение графиков скорости и ускорения для равномерного и равноускоренного прямолинейного движения;
−
силы в природе, закон сохранения импульса, закон сохранения механической энергии, условие равновесия рычага, пружинный и математический маятники, механические волны (формулы);
−
изменение физических величин в механических, тепловых и электромагнитных про- цессах и установление соответствия между физическими величинами и формулами или графиками для этих процессов;
−
планетарная модель атома, нуклонная модель ядра, ядерные реакции, фотоны, закон радиоактивного распада;
−
изменение физических величин при протекании фотоэффекта и ядерных реакциях;

5
−
определение показаний приборов с учетом абсолютной погрешности измерений, по- строение графиков по результатам измерений с учетом абсолютной погрешности, вы- бор оборудования для проведения опыта по заданной гипотезе;
−
интерпретация результатов исследований, представленных в виде таблицы или графи- ка;
−
расчетные задачи повышенного уровня сложности на применение изопроцессов.
К проблемным можно отнести группы заданий, которые контролировали следующие умения:
−
применение принципа суперпозиции тел, законы Ньютона;
−
объяснение электромагнитных явлений (электризация тел, проводники и диэлектрики в электрическом поле, электромагнитная индукция, дифракция света);
−
определение направления векторных величин (магнитное поле проводника с током, сила Ампера, сила Лоренца);
−
применение закона Ома для участка цепи, содержащего смешанное соединение про- водников;
−
расчет параметров с использованием закона электромагнитной индукции Фарадея;
−
применение законов преломления света, ход лучей в линзе;
−
решение расчетных задач повышенного уровня сложности по механике и электроди- намике,
−
решение качественных задач повышенного уровня сложности.
−
решение расчетных задач высокого уровня сложности.
Владение понятийным аппаратом
Для серий заданий базового уровня (3, 4, 5, 9, 10, 20 и 21), проверяющих освоение основных формул и законов механики, молекулярной физики и квантовой физики, уро- вень усвоения достигнут, т.е. все эти задания выполнены не менее чем половиной участ- ников экзамена. Ниже приведен пример одного из таких заданий, с которым справились
73% участников.
Пример 1
Сила гравитационного притяжения между двумя шарами, находящимися на расстоянии
2 м друг от друга, равна 9 нН. Какова будет сила притяжения между ними, если рас-
стояние увеличить до 6 м? Ответ выразите в наноньютонах (нН).
Ответ: 1 нН.
А вот для аналогичных заданий базового уровня по электродинамике (15 и 16) про- демонстрированы существенно более низкие результаты. Например, задания линии 15 в нескольких сериях вариантов проверяли применение закона Ома в случае участка цепи со смешанным соединением проводников. Несмотря на то что этот материал достаточно подробно изучается еще в основной школе и затем отрабатывается в средней, успешно с этими заданиями справлялись только группа выпускников с высоким уровнем подготовки.
Ниже приведен пример одного из таких заданий, средний процент выполнения которого оказался равным 25.
Пример 2
Пять одинаковых резисторов с сопротивлени-
ем 10 Ом каждый соединены в электрическую
цепь, через которую течёт ток
I = 6
А
(см. рисунок). Какое напряжение показывает
идеальный вольтметр?
Ответ: 30 В.
V
R
R
R
I
I
+
−
R
R

6
Выросли по сравнению с прошлым годом результаты выполнения заданий на анализ изменения физических величин в различных процессах. Так, по механике эти задания ус- пешно выполнили в среднем 59%, по молекулярной физике – 53%, по электродинамике –
51%, а по квантовой физике – 50% участников экзамена. Хотя и здесь можно отметить от- дельные проблемы. Так, с анализом изменения электроемкости конденсатора, его заряда или разности потенциала между обкладками при изменении геометрических размеров за- ряженного конденсатора справилось лишь 40% участников. А в заданиях на анализ явле- ния плавания тела в жидкости (деревянный шарик плавает сначала в воде, а затем в жид- кости с меньшей плотностью) около 80% экзаменуемых верно отметили, что сила тяже- сти, действующая на шарик, при этом не изменится. А вот то, что сила Архимеда также останется без изменений, поскольку в этом случае она равна силе тяжести, смогли указать лишь около 12% участников.
Хочется отдельно остановиться на результатах выполнения групп заданий, бази- рующихся на понимании различных графических зависимостей. Так, в этом году очень высокие результаты были достигнуты для заданий, проверяющих преобразование графи- ков: построение графика скорости по графику зависимости координаты от времени и гра- фика ускорения по графику скорости – в среднем 70% выполнения. Несколько хуже (на уровне 50 – 55%) выполнены задания, в которых необходимо было построить график ско- рости по заданному в аналитической форме закону для изменения координаты или график ускорения – по закону изменения скорости.
Примерно с теми же результатами выполнены и задания на соответствие графиков механических процессов и физических величин, изменение которых эти графики пред- ставляют. А вот серия аналогичных заданий на графики, характеризующие электромаг- нитные колебания в контуре, оказалась существенно сложнее. Ниже приведен пример од- ного из таких заданий.
Пример 3
Конденсатор колебательного контура длительное время подключён к
источнику постоянного напряжения (см. рисунок). В момент
0
t
=
пере-
ключатель К переводят из положения 1 в положение 2. Графики А и Б
представляют изменения физических величин, характеризующих колеба-
ния в контуре после этого (T – период колебаний). Установите соответ-
ствие между графиками и физическими величинами, зависимости кото-
рых от времени эти графики могут представлять. К каждой позиции
первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите
в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
ГРАФИКИ
ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ
А)
T t
0
Б)
T t
0
1)
сила тока в катушке
2) энергия магнитного поля катушки
3) энергия электрического поля конденсатора
4)
заряд правой обкладки конденсатора
А Б
Ответ:
3 4
К
L
C
1 2
+
–
+
–

7
В этом задании только 21% экзаменуемых выбрали оба верных ответа, а еще 32% получили за задание по 1 баллу. Причем анализ веера ответов показывает, что экзаменуе- мые хорошо отличают графики энергии (с вдвое меньшим периодом) от графиков заряда или силы тока, но плохо ориентируются в начальных условиях процесса и путают их ме- жду собой.
В этом году участники экзамена успешно справились с заданиями базового уровня на понимание смысла законов Ньютона, применение в простейших ситуациях закона со- хранения механической энергии, применение законов сохранения в ядерных реакциях.
Однако, как и в прошлые годы, ниже ожидаемого выполнены задания на понимание принципа суперпозиции сил (59% выполнения), сонаправленности векторов равнодейст- вующей силы и ускорения (60% выполнения, см. пример 4), применение первого закона термодинамики к изопроцессам и понимание постулатов Бора.
Пример 4
На рисунке представлены направления векторов скорости
υ
и ускоре-
ния
a
мяча в инерциальной системе отсчёта. Куда направлен в этой
системе отсчёта вектор
F
равнодействующей всех сил, приложенных
к мячу?
1)
→
2)
↓
3)
↑
4)
←
Ответ: 1
Понимание первого закона термодинамики проверялось серией заданий с кратким ответом в виде одной цифры, соответствующей номеру верного ответа, в которых нужно было сначала по графику определить вид изопроцесса, а затем уже использовать соответ- ствующую формулировку первого закона. Соединение этих двух ситуаций привело к то- му, что с заданиями справились в среднем 42% участников экзамена.
Традиционно наибольшие затруднения вызывают задания на излучение и поглоще- ние света атомом. В этом году здесь использовались задания на соответствие (см. пример 5). К сожалению, верно определить энергию фотона через энергии уровней атома смогли лишь треть выпускников.
Пример 5
На рисунке изображена упрощённая диаграмма энергетических
уровней атома. Нумерованными стрелками отмечены некоторые
возможные переходы атома между этими уровнями.
Установите соответствие между процессами поглощения света
наибольшей длины волны и испускания света наибольшей частоты и
энергией соответствующего фотона. К каждой позиции первого
столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца
и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими
буквами.
ПРОЦЕСС
ЭНЕРГИЯ ФОТОНА
А) излучение света наибольшей часто-
ты
Б)
поглощение света наибольшей длины
волны
1)
1 0
E
E
−
2)
2 0
E
E
−
3)
3 0
E
E
−
4)
4 0
E
E
−
→
a
→
1 2 3 4
E
0 0
E
1
E
2
E
3
E
4
А Б
Ответ:
2 3

8
Особого внимания заслуживают результаты выполнения заданий базового уровня сложности на объяснение различных явлений. Среди заданий по молекулярной физике уровень достижения продемонстрирован для заданий, связанных с наступлением теплово- го равновесия. Однако выбор верного объяснения для броуновского движения или диффу- зии демонстрировали лишь половина из участников экзамена, а успешными здесь оказы- вались лишь выпускники с высоким уровнем подготовки. Пример одного из таких зада- ний приведен ниже.
Пример 6 (процент выполнения – 54%)
Если растолочь мел в мелкую пудру, высыпать её в стакан с водой и размешать, то, по-
местив каплю получившейся смеси под окуляр микроскопа, можно увидеть, что частицы
пудры движутся в капле хаотично. Чем можно объяснить такое движение частиц пуд-
ры?
1) диффузией молекул воды в крупинки пудры
2) хаотичными ударами со стороны молекул воды
3) притяжением крупинок пудры молекулами воды
4) сопротивлением воды движению в ней твёрдых тел
Ответ:
2
Крайне низкие результаты продемонстрированы для заданий на определение давле- ния насыщенного пара (см. пример 7).
Пример 7
В закрытом сосуде под поршнем находится водяной пар при температуре
100 °С под давлением 50 кПа. Каким станет давление пара, если, сохраняя его темпера-
туру неизменной, уменьшить объём пара в 3 раза?
Ответ: 100 кПа.
Несмотря на то что форма задания предполагала числовой ответ, расчеты здесь не нужны. Получение верного ответа связано с пониманием того, что при достижении паром давления, равного нормальному атмосферному, пар становится насыщенным, и дальше его давление при уменьшении объема не изменяется. К сожалению, результаты этой серии заданий оказались ниже границы освоения даже у наиболее подготовленных выпускни- ков.
Серьезные затруднения вызвали также практически все задания линии 13, которые проверяли объяснение явления электризации проводников в электрическом поле, элек- тромагнитной индукции и дифракции света. Для всех этих групп заданий средние процен- ты выполнения не превышают 45%. Пример одного из наиболее сложных для выпускни- ков заданий по электродинамике приведен ниже.
Пример 8
Металлическое тело, продольное сечение которого показано на
рисунке, поместили в однородное электрическое поле напряжён-
ностью
E
Под действием этого поля концентрация свободных
электронов на поверхности тела станет
1) самой большой в точке А
2) самой большой в точке С
3) самой большой в точке В
4) одинаковой в точках А, В и С
Ответ:
3
A
C
B
E
→
E
→

9
Если бы при выполнении этого задания ошибка заключалась в неверном определе- нии направления силы, действующей со стороны электрического поля, то выбор осущест- влялся бы между вторым и третьим ответами. А здесь наиболее популярным оказался от- вет 4, который говорит о том, что участники путают перераспределение зарядов с эквипо- тенциальными поверхностями.
Методологические умения
В КИМ текущего года были включены две группы заданий, проверяющих методоло- гические умения: одно задание базового уровня сложности и одно повышенного. Ниже перечислены средние проценты выполнения по группам заданий, контролирующих сфор- мированность различных умений:
−
выбор установки для проведения опыта по заданной гипотезе – 71%;
−
запись показаний прибора с учетом заданной абсолютной погрешности изме- рений – 68%;
−
построение графиков зависимостей величин по результатам опыта с учетом абсолютных погрешностей измерений – 67%;
−
интерпретация результатов опыта, представленных в виде графика или таб- лицы – 56%.
Вторая группа заданий (на снятие показаний приборов) выполнялась достаточно ус- пешно, если был представлен рисунок или фотография отдельного прибора (мензурка, ба- рометр, амперметр или вольтметр). Но серьезные затруднения вызвали задания по фото- графиям реальных опытов, в которых были представлены электрические цепи с включен- ными в них амперметрами и вольтметрами одновременно (см. пример 9).
Пример 9
На рисунке приведена фотография электрической
цепи по измерению сопротивления реостата. По-
грешности измерения силы тока в цепи и напря-
жения на реостате равны половине цены деления
амперметра и вольтметра. Чему равна по ре-
зультатам этих измерений сила тока в цепи?
1)
(3,2
±
0,2) А
2)
(3,2
±
0,1) А
3)
(0,50
±
0,05) А
4)
(0,500
±
0,025) А
Ответ:
4
В этих заданиях нужно было по схеме включения прибора определить, какой из при- боров является амперметром, а какой – вольтметром, и лишь затем определять показания.
К сожалению, с этими заданиями справились лишь треть участников экзамена, и затруд- нений они не вызвали только у группы наиболее подготовленных выпускников.
Результаты выполнения групп заданий на интерпретацию результатов опыта суще- ственно зависят от того, на материале какого из разделов сконструированы эти задания.
Так, для заданий, использующих результаты опытов по механике, средний процент вы- полнения составляет около 64, а для заданий по электродинамике – лишь 51. Ниже приве- ден пример одного из заданий на материале темы «Электромагнитные колебания», с кото- рым справились 40% участников экзамена.

  1   2   3