從高考談中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的教學(xué)策略

摘要：本文通過(guò)對(duì)新課程下高考物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新試題的分類及研究，尋找中學(xué)物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的課堂教學(xué)策略，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維，提高科學(xué)素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：高考；物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新試題；創(chuàng)新思維；教學(xué)策略

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148(2011)4(S)-0003-4

中學(xué)物理教學(xué)的根本目的是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力，激發(fā)中學(xué)生的創(chuàng)新精神。物理是一門(mén)實(shí)驗(yàn)學(xué)科，中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新教學(xué)是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的重要途徑。在現(xiàn)階段高考對(duì)中學(xué)物理教學(xué)仍發(fā)揮著重要的影響。研究高考物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)試題所反饋的信息，對(duì)指導(dǎo)中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)有著現(xiàn)實(shí)的意義。作者通過(guò)研究新課程下高考物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新試題，提出中學(xué)物理課堂實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的教學(xué)策略，以期得到專家和同行的指正。

1 新課程下高考物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新試題的特點(diǎn)

隨著高中新課程改革的逐步推進(jìn)，與之相關(guān)的高考物理實(shí)驗(yàn)試題在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、誤差分析與控制、實(shí)驗(yàn)結(jié)論的分析和評(píng)價(jià)、通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究解決應(yīng)用型問(wèn)題包括高科技應(yīng)用等方面做出有益的探索。這類試題通過(guò)創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)新情境，讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)工作者發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律的探究過(guò)程，具有很好的創(chuàng)新性，并能有效地提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。近年來(lái)高考實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新試題主要有以下幾種類型：

1.1 拓展創(chuàng)新型

這類試題立足于課本和考試大綱要求的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)條件沒(méi)有太大的變化，但在實(shí)驗(yàn)方法、數(shù)據(jù)處理、誤差討論和論證評(píng)價(jià)等方面進(jìn)行改造和拓展，顯出其新穎性、創(chuàng)新性。如：

例1［2010年重慶卷22（1）］ 某同學(xué)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量做勻速直線運(yùn)動(dòng)的物體的加速度，電源頻率f=50Hz，在紙帶上打出的點(diǎn)中，選出零點(diǎn)，每隔4個(gè)點(diǎn)取1個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，因保存不當(dāng)，紙帶被污染，如圖1所示，A、B、C、D是依次排列的4個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，僅能讀出其中3個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)到零點(diǎn)的距離：SA=16.6mm、SB=126.5mm、SD=624.5mm，若無(wú)法再做實(shí)驗(yàn)，可由以上信息推知：

①相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔為_(kāi)_____s；

②打C點(diǎn)時(shí)物體的速度大小為_(kāi)_____m/s（取2位有效數(shù)字）；

③物體的加速度大小為_(kāi)_____（用SA、SB、SD和f表示）。

本題①、②兩問(wèn)是用常規(guī)的方法可以解決的，但問(wèn)題③在數(shù)據(jù)處理方面，必須采用非常規(guī)的方法才能解決，是在常規(guī)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的創(chuàng)新。

1.2 應(yīng)變創(chuàng)新型

這類試題的素材仍來(lái)源于課本和大綱規(guī)定的實(shí)驗(yàn)，但實(shí)驗(yàn)條件或解決的目標(biāo)發(fā)生了變化，要求學(xué)生能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并探究解決問(wèn)題的方法，在考查應(yīng)變能力方面有創(chuàng)新。

例2［2010年福建卷19(3)］ 如圖2所示是一些準(zhǔn)備用來(lái)測(cè)量待測(cè)電阻Rx阻值的實(shí)驗(yàn)器材，器材及其規(guī)格列表如下:

器材規(guī)格

待測(cè)電阻Rx電源E電壓表V1電壓表V2電流表A滑動(dòng)變阻器R開(kāi)關(guān)S、導(dǎo)線若干阻值在900Ω~1000Ω之間，具有一定內(nèi)阻，電動(dòng)勢(shì)約9.0V量程2.0V，內(nèi)阻r1=1000Ω量程5.0V，內(nèi)阻r2=2500Ω量程3.0V，內(nèi)阻r=0.010Ω最大阻值約100Ω，額定電流0.5A

為了能正常進(jìn)行測(cè)量并盡可能減少測(cè)量誤差，實(shí)驗(yàn)要求測(cè)量時(shí)電表的讀數(shù)大于其量程的一半，而且調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器能使電表讀數(shù)有較明顯的變化。請(qǐng)用實(shí)線代表導(dǎo)線，在如圖2所給的實(shí)驗(yàn)器材中選擇若干合適的器材，連成滿足要求的測(cè)量Rx阻值的電路。

依題意可知，電源供給電路應(yīng)接成分壓器電路，但通過(guò)估算可知通過(guò)Rx的最大電流Im在0.01A左右，用伏安法無(wú)法達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求，而r1、r2為已知值，應(yīng)選擇V1、V2設(shè)計(jì)為比較法測(cè)量電路，考查學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及解決問(wèn)題的能力。

例3［2010年江蘇卷第11題］ 為了探究受到空氣阻力時(shí)，物體運(yùn)動(dòng)速度隨時(shí)間的變化規(guī)律，某同學(xué)采用了“加速度與物體質(zhì)量、物體受力關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置（如圖3所示）。實(shí)驗(yàn)時(shí)，平衡小車與木板之間的摩擦力后，在小車上安裝一薄板，以增大空氣對(duì)小車運(yùn)動(dòng)的阻力。

（1）往砝碼盤(pán)中加入一小砝碼，在釋放小車______（選填“之前”或“之后”）接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，在紙帶上打出一系列的點(diǎn);

（2）從紙帶上選取若干計(jì)數(shù)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，得出各計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間t與速度v的數(shù)據(jù)如下表（表格略）。請(qǐng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出小車的vt圖像;

（3）通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，該同學(xué)認(rèn)為：隨著運(yùn)動(dòng)速度的增加，小車所受的空氣阻力將變大，你是否同意他的觀點(diǎn)？請(qǐng)根據(jù)vt圖像簡(jiǎn)要闡述理由。

本題采用課本實(shí)驗(yàn)裝置的基礎(chǔ)上在小車上安裝了一塊薄板，并把實(shí)驗(yàn)探究目標(biāo)由探究“加速度與物體質(zhì)量、物體受力關(guān)系”改為“探究空氣阻力與物體運(yùn)動(dòng)速度的關(guān)系”，巧妙地應(yīng)用vt圖像分析而得出結(jié)論，從而考查了實(shí)驗(yàn)條件和探究目標(biāo)改變后考生的應(yīng)變能力。

1.3 應(yīng)用創(chuàng)新型

這類試題一般是課本、大綱未涉及的實(shí)驗(yàn)，試題背景取材于生活實(shí)際、社會(huì)熱點(diǎn)、高科技發(fā)展，考查學(xué)生能否用已學(xué)過(guò)的物理理論、實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)器材，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案解決新問(wèn)題，真正考查學(xué)生的應(yīng)用創(chuàng)新能力。

例4［2010年全國(guó)高考Ⅰ卷］ 圖5是利用激光測(cè)轉(zhuǎn)速的原理示意圖，圖中圓盤(pán)可繞固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，盤(pán)邊緣側(cè)面上有一小段涂有很薄的反光材料。當(dāng)盤(pán)轉(zhuǎn)到某一位置時(shí)，接收器可以接收到反光涂層所反射的激光束，并將所收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，在示波器顯示屏上顯示出來(lái)（如圖6所示）。

（1）若圖6中示波器顯示屏橫向的每大格（5小格）對(duì)應(yīng)的時(shí)間為5.00×10-2s，則圓盤(pán)的轉(zhuǎn)速為_(kāi)_____轉(zhuǎn)/s。（保留3位有效數(shù)字）

（2）若測(cè)得圓盤(pán)直徑為10.20cm，則可求得圓盤(pán)側(cè)面反光涂層的長(zhǎng)度為_(kāi)_____cm。（保留3位有效數(shù)字）

本題要求能應(yīng)用圓周運(yùn)動(dòng)和勻速直線運(yùn)動(dòng)的知識(shí)，并能從圖線中獲取有用信息解決教材中未涉及的一個(gè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)問(wèn)題。

例5［2008年山東卷第23題］ （題目略）

本題以2007年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)項(xiàng)目“巨磁電阻”效應(yīng)為背景來(lái)設(shè)置實(shí)驗(yàn)試題，根據(jù)“材料的電阻隨磁場(chǎng)的增強(qiáng)而增大”的磁阻效應(yīng)測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度，這一全新的高科技類試題是中學(xué)課本完全沒(méi)有接觸過(guò)的，考生必須根據(jù)題給方案找到解決問(wèn)題的方法，也是新課程下出現(xiàn)的一類很好的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)試題。

2 中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的教學(xué)策略

高考物理實(shí)驗(yàn)試題的創(chuàng)新實(shí)踐給我們的啟示是：在中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中必須從大處著眼，小處著手，設(shè)置新情景、新條件、新要求，讓學(xué)生在解決問(wèn)題的過(guò)程中培養(yǎng)分析問(wèn)題的思維能力，從而激發(fā)創(chuàng)新精神。

2.1 抓好基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)是中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新教學(xué)的前提條件

在課本和考試大綱要求的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，必須努力夯實(shí)好實(shí)驗(yàn)的“三基”，并適度進(jìn)行拓展，為學(xué)生實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新思維的發(fā)展打下厚實(shí)的基礎(chǔ)。具體有以下幾個(gè)方面的做法：

(1)基本儀器的正確操作、使用及拓展。例如在正確使用毫米刻度尺的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生用一支鉛筆和這把刻度尺去測(cè)定漆包線的直徑；在正確使用游標(biāo)卡尺的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生用游標(biāo)卡尺和刻度尺測(cè)量滑動(dòng)變阻器電阻線的直徑和總長(zhǎng)度等。

(2) 掌握課本和考試大綱規(guī)定的基本實(shí)驗(yàn)原理、步驟，并在這個(gè)基礎(chǔ)上改造創(chuàng)新。例如：要用電阻箱R(0~999.9Ω)、定值電阻R0(阻值3Ω)、電壓表(量程3V，內(nèi)阻約為6kΩ)、電流表(量程0.3A，內(nèi)阻約為2Ω)等器材去測(cè)定一個(gè)電動(dòng)勢(shì)約為3.7V，內(nèi)阻約為2Ω，允許通過(guò)的最大電流300mA的電池的電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r，只允許在兩個(gè)電表中選用一個(gè)，應(yīng)選用哪個(gè)表？應(yīng)如何設(shè)計(jì)測(cè)量電路并測(cè)出E、r。

(3)掌握與中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)相關(guān)的基本物理規(guī)律，這是任何一個(gè)物理實(shí)驗(yàn)改造、拓展、創(chuàng)新、應(yīng)用所必須的。例如：做好電學(xué)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新，必須以歐姆定律，串并聯(lián)電路特點(diǎn)等基本理論的熟練掌握作為前提。

2.2 加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)是中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的有效方法

引導(dǎo)學(xué)生對(duì)物理問(wèn)題進(jìn)行探究，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)誤差進(jìn)行分析，在對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)與論證的基礎(chǔ)上，嘗試提出改進(jìn)和完善實(shí)驗(yàn)的方案，逐步培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題并解決問(wèn)題的探究能力。

例如：“探究加速度與物體質(zhì)量、受力關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置中，平衡摩擦力后，將5個(gè)相同的砝碼都放在小車上，掛上砝碼盤(pán)，然后每次從小車上取一個(gè)砝碼添加到砝碼盤(pán)中，測(cè)量小車的加速度a與砝碼總重力F的多組數(shù)據(jù)，作出aF關(guān)系圖像，發(fā)現(xiàn)圖像不通過(guò)原點(diǎn)，要求分析產(chǎn)生這一誤差和結(jié)果的原因。通過(guò)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出在測(cè)F時(shí)漏測(cè)砝碼盤(pán)的重力，從而培養(yǎng)了學(xué)生質(zhì)疑、解疑的探究能力。

又如制作水果電池（將兩個(gè)金屬電極插入西紅柿中），用電壓表測(cè)定兩個(gè)電極間的電壓約為0.6V，而幾個(gè)水果電池串聯(lián)卻不能使一個(gè)小燈泡發(fā)光，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析與論證，找到產(chǎn)生問(wèn)題的原因是水果電池內(nèi)阻太大，這時(shí)提出正確測(cè)定水果電池E、r的要求時(shí)，學(xué)生就能水到渠成找到解決問(wèn)題的辦法。

2.3 培養(yǎng)發(fā)散思維是中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新教學(xué)的重要途徑

在課堂教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)圍繞一個(gè)問(wèn)題，多角度、多方位進(jìn)行思考，追求獨(dú)特、新穎的思維方式，有利于學(xué)生開(kāi)拓思路形成靈活多樣的思維品質(zhì)。例如在探究動(dòng)能定理的實(shí)驗(yàn)中，可以引導(dǎo)學(xué)生采用多種不同實(shí)驗(yàn)方案，如有三個(gè)方案的裝置圖如下：

方案1：如圖3所示，由打出的紙帶取若干點(diǎn)，求出W與ΔEk的關(guān)系，作ΔEkW圖線，得出結(jié)論。本方案要求有兩個(gè)前提條件：(1)平衡摩擦力；(2)鉤碼質(zhì)量m遠(yuǎn)小于滑塊質(zhì)量M。

方案2：實(shí)驗(yàn)裝置如圖7所示，操作步驟如下：(1)一端系在滑塊上的細(xì)繩通過(guò)轉(zhuǎn)軸光滑的輕質(zhì)滑輪掛上鉤碼，改變墊塊的位置，直至輕推滑塊后滑塊沿長(zhǎng)木板向下做勻速直線運(yùn)動(dòng)；(2)保持長(zhǎng)木板傾角不變，取下細(xì)繩和鉤碼，讓滑塊沿長(zhǎng)木板向下做勻加速直線運(yùn)動(dòng)；(3)用打出的紙帶作ΔEkW圖線探究得出結(jié)論，此時(shí)滑塊加速下滑時(shí)，合外力大小等于鉤碼的重力，該方案無(wú)須平衡摩擦力，也不要求鉤碼質(zhì)量m遠(yuǎn)小于滑塊質(zhì)量M。

方案3：如圖8所示，由兩個(gè)光電門(mén)測(cè)出v1、v2，由刻度尺測(cè)出光電門(mén)間距離s，測(cè)出鉤碼重力F，計(jì)算ΔEk和W，由兩者關(guān)系得出結(jié)論。

由不同探究方案得出結(jié)論，拓展了學(xué)生解決問(wèn)題的思路，發(fā)散思維能力得到有效訓(xùn)練，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力得到鍛煉。

2.4 解決實(shí)際問(wèn)題是中學(xué)物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)的驅(qū)動(dòng)力

在中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師精心設(shè)計(jì)課題，讓學(xué)生學(xué)會(huì)用實(shí)驗(yàn)的方法去解決生產(chǎn)、生活、高科技的實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題。例如讓學(xué)生在課外用手表、一根細(xì)線、小石塊估測(cè)一座山的海拔高度，也可用這些工具測(cè)量一張課桌的高度；只用一把米尺測(cè)定米粒間的靜摩擦因數(shù)；用電壓表，電流表等器材去測(cè)定一卷漆包線的長(zhǎng)度等，還可以讓學(xué)生解決一些科技類新問(wèn)題，如提供必要器材和條件，讓學(xué)生設(shè)計(jì)測(cè)定熱敏電阻在各種不同溫度t下的電阻值Rt，作出Rtt圖像等。學(xué)生在不斷用實(shí)驗(yàn)探究去解決實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題的過(guò)程中，大大激發(fā)了他們進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的熱情，從而有效地培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新精神。

(欄目編輯趙保鋼)

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文