研江蘇高考實驗題 展“云實驗”教學(xué)策略＊

季志鋒

（江蘇省西亭高級中學(xué)，江蘇 南通 226301）

1 真題研習(xí)

1.1 真題回放

題1.（2014年江蘇高考物理試卷第10題）某學(xué)生通過實驗測量一種合金的電阻率.

（1）用螺旋測微器測量合金絲的直徑.為防止讀數(shù)時測微螺桿發(fā)生轉(zhuǎn)動，讀數(shù)前應(yīng)先旋緊題如圖1（甲）所示的部件____（選填“A”、“B”、“C”或“D”）.從圖中的示數(shù)可讀出合金絲的直徑為____mm.

圖1

（2）題圖1（乙）所示是測量合金絲電阻的電路，相關(guān)器材的規(guī)格已在圖中標出.合上開關(guān)，將滑動變阻器的滑片移到最左端的過程中，發(fā)現(xiàn)電壓表和電流表的指針只在圖示位置發(fā)生很小的變化.由此可以推斷：電路中______（選填圖中表示接線柱的數(shù)字）之間出現(xiàn)了______（選填“短路”或“斷路”）.

（3）在電路故障被排除后，調(diào)節(jié)滑動變阻器，讀出電壓表和電流表的示數(shù)分別為2.23V和38mA，由此，該學(xué)生算出接入電路部分的合金絲的阻值為58.7Ω.為了更準確地測出合金絲的阻值，在不更換實驗器材的條件下，對實驗應(yīng)做怎樣的改進？請寫出兩條建議.

題2.（2014年江蘇高考物理試卷第11題）小明通過實驗驗證力的平行四邊形定則.

（1）實驗記錄紙如圖2（甲）所示，O點為橡皮筋被拉伸后伸長到的位置，兩彈簧測力計共同作用時，拉力F1和F2的方向分別過P1和P2點；一個彈簧測力計拉橡皮筋時，拉力F3的方向過P3點.3個力的大小分別為F1＝3.30N，F(xiàn)2＝3.85N和F3＝4.25N.請根據(jù)圖中給出的標度作圖求出F1和F2的合力.

（2）仔細分析實驗，小明懷疑實驗中的橡皮筋被多次拉伸后彈性發(fā)生了變化，影響實驗結(jié)果.他用彈簧測力計先后兩次將橡皮筋拉伸到相同長度，發(fā)現(xiàn)讀數(shù)不相同，于是進一步探究了拉伸過程對橡皮筋彈性的影響.

實驗裝置圖2（乙）所示，將一張白紙固定在豎直放置的木板上，橡皮筋的上端固定于O點，下端N掛一重物.用與白紙平行的水平力緩慢地移動N，在白紙上記錄下N的軌跡.重復(fù)上述過程，再次記錄下N的軌跡.

兩次實驗記錄的軌跡如圖2（丙）所示，過O點作一條直線與軌跡交于a、b兩點，則實驗中橡皮筋分別被拉伸到a和b時所受拉力Fa、Fb的大小關(guān)系為_______.

圖2

（3）根據(jù)（2）中的實驗，可以得出的實驗結(jié)果有哪些？______（填寫選項前的字母）

（A）橡皮筋的長度與受到的拉力成正比.

（B）兩次受到的拉力相同時，橡皮筋第2次的長度較長.

（C）兩次被拉伸到相同長度時，橡皮筋第2次受到的拉力較大.

（D）兩次受到的拉力相同時，拉力越大，橡皮筋兩次的長度之差越大.

（4）根據(jù)小明的上述實驗探究，請對驗證力的平行四邊形定則實驗提出兩點注意事項.

1.2 真題習(xí)得

2014年江蘇卷實驗題的考查和往年相比，在內(nèi)容上一道力學(xué)實驗題和一道電學(xué)實驗題的格局沒有改變；在題型上一道基本實驗操作題和一道創(chuàng)新實驗操作題的形式也基本沒變.這兩道實驗題，在題干情境的建立上雖然都是以基礎(chǔ)的實驗情境為載體，但是實現(xiàn)新的突破，凸顯了實驗的操作性、應(yīng)用性和思辨性.

（1）由“考實驗”向“做實驗”轉(zhuǎn)變.

閱讀這兩道實驗題，宛如一個人正親歷實驗，并將自己所操作的實驗一步一步地展示給讀者，實驗情境設(shè)置充分展現(xiàn)了實驗的操作性.另外，在問題的考查上，也重視實驗操作的考核，如題1的第1問，為防止讀數(shù)時測微螺桿發(fā)生轉(zhuǎn)動，讀數(shù)前應(yīng)先旋緊題圖1（甲）所示的哪個部件，只要求學(xué)生選填符號，而不是寫出名稱，出題的落腳點就是操作，只要學(xué)生真正地使用過一次，就是說不出其名稱，也能正確地選填.再如，題2的第1問，要求根據(jù)圖中給出的標度利用作圖求出F1和F2的合力，這是探究求合力的方法或驗證力的平行四邊形定則實驗中的最基本的實驗操作，同時也是較重要的實驗環(huán)節(jié)，只有正確的畫出力的圖示，才能得出結(jié)論.學(xué)生只有本著科學(xué)、嚴謹?shù)膽B(tài)度認真作圖，才能減小誤差，然后通過多次實驗的比較、判斷得到較為科學(xué)的結(jié)論.

這兩道實驗真題，在情境和問題設(shè)置上均立足于實驗的操作，實現(xiàn)了從對實驗原理單一的考查到重視實驗操作考查的轉(zhuǎn)變，突出真做實驗的教學(xué)價值，回歸實驗的本真.

（2）由“讀實驗”向“用實驗”轉(zhuǎn)變.

題1的第2問，其實就是利用伏安法測電阻，電路簡單，此處出現(xiàn)的故障確也是實驗操作時時常出現(xiàn)的故障.圖1（乙）中電壓表示數(shù)幾乎滿偏、電流表示數(shù)幾乎為0，說明電壓表與電源連接的部分是導(dǎo)通的，而電流表與合金絲、電源連接的電路是不導(dǎo)通的，電流表上雖有很小的示數(shù)，也只是測得流經(jīng)電壓表上的電流.問題的設(shè)置改變以往借單一表述來設(shè)置問題情景考查電路中的故障分析，即用語言來描述電路中電壓表、電流表的示數(shù)變化，而是直接呈現(xiàn)實驗中出現(xiàn)的情境，讓學(xué)生身臨其境用實驗的現(xiàn)象（電表指針的位置）來分析問題.由此，筆者聯(lián)想起多年前曾擔任教師實驗技能競賽評委時的情形，與題中情境如出一轍，但是令人震驚的是竟有多位選手沒能正確排除故障而完成實驗，這折射出我們實驗開設(shè)率不高，學(xué)生真正獨立實驗的機會甚少.題2的第3問更是根據(jù)實驗中得到的情境直接應(yīng)用實驗的數(shù)據(jù)來分析問題，選項（B）、（D）不就是實驗直接反映出來的規(guī)律嗎？

這兩道實驗真題，充分利用實驗的情境來設(shè)置問題，體現(xiàn)了實驗的目的，實現(xiàn)了實驗的價值.開展實驗的目的總是為了解決問題或驗證規(guī)律，以實驗的情境為載體來設(shè)置問題，更能體現(xiàn)實驗的探究性和靈動性，更能反映學(xué)生的實驗?zāi)芰?、分析能力，同時也能折射出實驗的真做率.

（3）由“識實驗”向“辨實驗”轉(zhuǎn)變.

這兩道實驗真題都是以實驗的情境來設(shè)置問題讓學(xué)生對實驗數(shù)據(jù)進行分析與論證的，改變了以往純粹的理論考查，如給個阻值便問電流表需要內(nèi)接還是外接.問題從實驗中來，到實驗中去，踐行了陶行知“做學(xué)教合一”的理念，彰顯了實驗的功效性和思辨性.

（4）由“練實驗”到“真實驗”的轉(zhuǎn)變.

這兩道實驗真題，遠遠超越了對學(xué)生實驗技能、實驗?zāi)芰σ约皩嶒炛蟹治鰡栴}、解決問題能力的考查，超越了作為選拔性考試習(xí)題的功效，更深遠的是對實驗的教學(xué)有著巨大的推動作用.實驗教學(xué)豈能只憑幾道實驗習(xí)題的講解，需要切實放手讓學(xué)生真實驗，讓學(xué)生在實驗情境中建立經(jīng)驗，形成知識，真正應(yīng)用知識分析、解決問題，形成開放性思維，養(yǎng)成科學(xué)探究的意識.

2 “云實驗”教學(xué)策略

筆者深知實驗教學(xué)對學(xué)生發(fā)展、民族復(fù)興的重要性，深知倡導(dǎo)當下實驗教學(xué)開設(shè)的緊迫性，結(jié)合以上對2014年江蘇實驗真題的分析和正在研究的省級課題“基于創(chuàng)新學(xué)力培養(yǎng)的高中物理‘云實驗’教學(xué)研究”，摭談幾點“云實驗”教學(xué)策略.

（1）創(chuàng)設(shè)“云實驗”情境激思維.

云實驗是為了探尋某一確定的本質(zhì)、規(guī)律和概念而提供的眾多、可供選擇的實驗途徑、方案（可以是確定的實驗器材，可以是生活實景、小制作，還可以是基于數(shù)字化的動畫或網(wǎng)絡(luò)的虛擬實驗室，甚至可以是基于實驗需求基礎(chǔ)上想象的實驗情境），對應(yīng)所呈現(xiàn)的物理思維、所涉及的實驗原理和方法、實驗的操作以及所得的實驗現(xiàn)象都具有相應(yīng)的不確定性，最終每位學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣、愛好和需求選擇，實現(xiàn)同一個目標，同時通過交流展示使每個學(xué)生獲得盡可能寬廣的思維方式的一系列試探性操作［2］.

例如，筆者開設(shè)的“驗證機械能守恒定律”一節(jié)實驗課中，鑒于實驗原理相對較為簡單，筆者提供豐富的實驗器材，例如，鐵架臺、重物、打點計時器、紙帶、圓弧斜槽、小球、小車、長木板、氣墊導(dǎo)軌、光電門等，由學(xué)生根據(jù)自己的知識基礎(chǔ)、認知能力自主設(shè)計實驗.學(xué)生在小組討論的基礎(chǔ)上形成了以下多種個性化的實驗方案.

方案1：建立重物自由下落的實驗情境（書本實驗），利用打點計時器和紙帶來處理物體下落的高度及對應(yīng)的速度.

方案2：建立小球沿圓弧軌道運動的實驗情境，利用刻度尺直接測量小球在圓弧上下滑的高度，小球從斜槽末端飛出的速度可以利用光電門來測量或者利用平拋運動的知識來處理.

方案3：建立重物牽引小車沿長直木板運動的實驗情境，利用打點計時器和紙帶來處理物體下落的高度及對應(yīng)的速度.

方案4：建立重物牽引滑塊沿氣墊導(dǎo)軌運動的實驗情境，將光電門之間的距離設(shè)為重物下落的高度，利用光電門記錄的時間，以及遮光片的寬度來求解物塊的瞬時速度.

云實驗情境的建構(gòu)，是基于“做”的原則，讓學(xué)生在做中學(xué)，讓教師在做中教，在勞力上勞心.勞心就是思維，學(xué)生根據(jù)“云實驗”情境，通過審慎思考選擇適合自己的研究方案，使知識的建構(gòu)和應(yīng)用更接近自己的生活、更接近自己的心理.在勞力上勞心，是一切發(fā)明之母，事事在勞力上勞心，便可得事物之真理［3］.云實驗教學(xué)正是基于“做學(xué)教統(tǒng)一”的教育理念上提出的，勞力上勞心，不僅要培養(yǎng)學(xué)生的實驗技能，更要不斷激發(fā)學(xué)生的思維，培養(yǎng)學(xué)科思辨的方式.

（2）“按需服務(wù)”促自主.

云實驗中“云”的理念借鑒于云計算理念，狹義的云計算指IT基礎(chǔ)設(shè)施的交付和使用模式，在遠程的數(shù)據(jù)中心，大量電腦和服務(wù)器連成一片，按照各自的需求進行存儲和運算，即通過網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴展的方式獲得所需的資源，即體現(xiàn)在服務(wù)的按需性.云實驗教學(xué)中，教師和學(xué)生共同營造云實驗情境，以生活實景、科技創(chuàng)作、網(wǎng)絡(luò)模擬以及科學(xué)想象為載體［4］，學(xué)生根據(jù)個人的興趣愛好、現(xiàn)有生活經(jīng)驗、知識儲備、能力結(jié)構(gòu)和認知水平，選擇適合自己的研究途徑，設(shè)置個性化的研究方案，獨立實驗以達到預(yù)定的學(xué)習(xí)目標.如上述“驗證機械能守恒定律”一課，筆者提供給大量的器材，不同的學(xué)生根據(jù)自己的實際選擇了不同的器材，設(shè)計了個性化的實驗方案，殊途同歸，共同驗證了同一個規(guī)律，且規(guī)律的得來都源自于學(xué)生親身經(jīng)歷.此時，學(xué)生的自我活動也就真正的開始，即學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，進行能動的、有意義的創(chuàng)造性活動.

“云實驗”教學(xué)的基調(diào)就定格在讓學(xué)生自主活動，提供寬廣的學(xué)習(xí)場景，學(xué)生通過自主活動建立實際經(jīng)驗，通過實驗數(shù)據(jù)的采集、整理、分析加深對經(jīng)驗的理解，完成知識的自我建構(gòu).正如佐藤正夫所說，從實際經(jīng)驗及直接感知（直觀）所獲得的明晰、正確而且是恒久的表象，對掌握知識、發(fā)展知識，將會產(chǎn)生巨大的效果.［5］

（3）“交流展示”提學(xué)力.

“云實驗”教學(xué)中創(chuàng)新學(xué)力的提升不僅表現(xiàn)在學(xué)生通過自主活動獲得直接的生活經(jīng)驗與具體的直觀事實，并由此開始生動活潑地發(fā)展認識與思考力，還體現(xiàn)在小組內(nèi)的合作討論以及小組間的交流展示中，不斷通過思維的碰撞，生成新的善辯性思維.

例如上述“驗證機械能守恒定律”一課，雖然實驗的結(jié)論已知，但實驗的途徑、方法和過程并沒有告訴學(xué)生，這樣驗證機械能守恒定律的過程也就具有探究的性質(zhì)了.學(xué)生獨立設(shè)計驗證這個規(guī)律的實驗方案，并按照自己的實驗方案進行實際操作、觀察、測量、記錄和處理實驗數(shù)據(jù).在實驗時，學(xué)生可能會遇到許多預(yù)料不到的問題.例如學(xué)生在利用小球沿圓弧軌道下滑的實驗情境驗證機械能守恒定律時，設(shè)計的實驗方案可行，但從實驗數(shù)據(jù)上來看，實驗誤差很大（誤差超過50%），小組通過分析找出實驗誤差的原因——小球與斜槽之間的摩擦不能忽略，測量小球沿軌道下滑的高度不準確和利用平拋運動來求解小球運動到斜槽末端的速度誤差較大等.再如，在小組間交流展示中，其他學(xué)生針對利用重物自由下落來驗證機械能守恒定律的小組提出：“實驗中是如何減小實驗誤差的？”經(jīng)過組內(nèi)討論和其他同學(xué)的補充，最終形成共同的觀點：在器材選擇時，應(yīng)選擇密度較大、體積較小的鐵錘；實驗操作時，應(yīng)將打點計時器的限位孔固定在豎直方向上；在紙帶釋放前，將限位孔上端的紙帶豎直拉直等.又如，利用重物牽引小車沿長直木板運動的實驗情境來驗證機械能守恒定律時，發(fā)現(xiàn)小車與長木板及紙帶與限位孔之間存在摩擦，總使得實驗中重物減小的重力勢能略小于系統(tǒng)增加的動能，小組間討論是否可以采用平衡摩擦的方法來進行實驗，經(jīng)改善實驗后發(fā)現(xiàn)重物減小的重力勢能比不平衡摩擦力時更接近系統(tǒng)增加的動能，由此外推到如果長木板水平，不考慮一切阻力時，重物減小的重力勢能等于系統(tǒng)增加的動能.

總之，2014年江蘇高考實驗真題是考查實驗的一次大膽的變革，也是回歸實驗本真的一次成功的實踐，勢必對實驗教學(xué)產(chǎn)生深遠的影響.

1 中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準［S］.北京：人民教育出版社，2003.

2 季志鋒.基于培養(yǎng)創(chuàng)新學(xué)力的高中物理“云實驗”教學(xué)［J］.實驗教學(xué)與儀器，2013（6）：15.

3 陶行知，胡曉風(fēng)等編.陶行知教育文集［M］.成都：四川教育出版社，2007：178.

4 季志鋒.摭談基于創(chuàng)新學(xué)力培養(yǎng)的高中物理“云實驗”教學(xué)［J］.物理通報，2013（9）：4.

5 ［日］佐藤正夫著鐘啟泉譯.教學(xué)原理［M］.北京：教育科學(xué)出版社，2002：267.