高考物理實驗題對中學(xué)物理實驗教學(xué)的啟示

哈爾濱師范大學(xué)附屬中學(xué)　王勝春

高考物理實驗題對中學(xué)物理實驗教學(xué)的啟示

哈爾濱師范大學(xué)附屬中學(xué)王勝春

高考中的物理實驗題是物理知識與實際問題的有機融合，考查學(xué)生在一定約束的條件下解決實際問題的能力，既具有實踐性又具有理論性，既涉及相關(guān)知識又含有知識的應(yīng)用，是學(xué)科素養(yǎng)的高度體現(xiàn)，因此，實驗教學(xué)對于全面落實培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)的目標(biāo)，具有不可替代的特殊作用。近幾年的高考物理實驗題在命制思路上力圖貫徹新課程的基本理念，體現(xiàn)實驗在發(fā)展學(xué)生的實驗探究能力和提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)方面的重要價值。下面我以一道2016年高考物理電學(xué)實驗試題為例，談?wù)勂渲刑N含的思想和方法以及對中學(xué)物理實驗教學(xué)的啟示。

一、試題分析

1.試題再現(xiàn)

某同學(xué)利用圖1（a）所示電路測量量程為2.5V的電壓表V的內(nèi)阻（內(nèi)阻為數(shù)千歐姆），可供選擇的器材有：電阻箱R（最大阻值99999.9Ω），滑動變阻器R1（最大阻值50Ω），滑動變阻器R2（最大阻值5000Ω），直流電源E（電動勢3V），開關(guān)1個，導(dǎo)線若干。

圖1

實驗步驟如下：

①按電路原理圖1（a）連接線路；

②將電阻箱阻值調(diào)節(jié)為0，將滑動變阻器的滑片移到與圖1（a）中最左端所對應(yīng)的位置，閉合開關(guān)S；

③調(diào)節(jié)滑動變阻器，使電壓表滿偏；

④保持滑動變阻器滑片的位置不變，調(diào)節(jié)電阻箱阻值，使電壓表的示數(shù)為2.00V，記下電阻箱的阻值。

回答下列問題：

（1）實驗中應(yīng)選擇滑動變阻器（填“R1”或“R2”）。

（2）根據(jù)圖1（a）所示電路將圖1（b）中實物圖連線。

（3）實驗步驟④中記錄的電阻箱阻值為630.0Ω，若認(rèn)為調(diào)節(jié)電阻箱時滑動變阻器上的分壓不變，計算可得電壓表的內(nèi)阻為________Ω（結(jié)果保留到個位）。

（4）如果此電壓表是由一個表頭和電阻串聯(lián)構(gòu)成的，可推斷該表頭的滿刻度電流為________（填正確答案標(biāo)號）。

A.100μAB.250μAC.500μAD.1mA

2.試題特點

本題不是教材的實驗，也不是考綱中明確要求的實驗.該試題給出了實驗電路圖和實驗步驟。要求考生從電路圖和實驗步驟出發(fā)，結(jié)合實驗?zāi)康倪M行有效分析，從而找出實驗原理、操作原理，進而發(fā)現(xiàn)實驗設(shè)計原理，解決實際問題。從知識上看，本題在符合學(xué)生的認(rèn)知水平和思維能力的基礎(chǔ)上考查了學(xué)生實驗品質(zhì)的深刻性、靈活性。

實驗設(shè)計中恰當(dāng)?shù)厝谌肓说湫臀锢砜茖W(xué)方法的要素.實驗整體構(gòu)思具有一定的創(chuàng)新性，將探究過程和探究方法隱含在試題的分析和解答過程中，學(xué)生在遇到認(rèn)知沖突時，運用“發(fā)現(xiàn)問題—提出假設(shè)—分析論證—得出結(jié)論”的思維探究過程解決問題，充分體現(xiàn)了實驗在發(fā)展學(xué)生的實驗探究能力和提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)方面的重要價值。

3.在實驗過程中融入科學(xué)的方法

在實驗設(shè)計與實施的過程中，融入了控制變量和誤差分析的思想.此題從表面上看是串聯(lián)分壓的知識，沒有誤差分析，但是在實際實施過程中，對誤差的認(rèn)知程度對實驗原理的理解起到了至關(guān)重要的作用。可見，任何一個實驗的設(shè)計都離不開科學(xué)思想和方法，更離不開對誤差的認(rèn)知。這樣的試題有利于檢驗學(xué)生是否真正理解了實驗的要素和真諦；有利于檢驗學(xué)生是否真正掌握了科學(xué)探究的原則和方法；有利于檢驗學(xué)生是否真正具備了良好的科學(xué)品質(zhì)和辯證的科學(xué)思維能力。

二、學(xué)生面臨的困惑與暴露的問題

1.原理分析上的困惑

試題采用的是半偏法，由于不是大綱明確要求的方法，很多考生沒能很好地論證出隱藏的誤差分析.題設(shè)步驟④中認(rèn)為調(diào)節(jié)電阻箱時滑動變阻器上的分壓不變，很多考生不能很好地理解出：在滑動變阻器采用分壓接法供電，并且其阻值比用電部分阻值小很多時，即使用電部分阻值發(fā)生一定的變化，供電電壓卻幾乎不變。

2.實物連線暴露的問題

實物連線是對實際操作的間接考查.考生暴露出的問題主要體現(xiàn)在兩個方面：一是將分壓供電連成了限流方式；二是沒有將導(dǎo)線接在實物的接線柱上。

三、對中學(xué)電學(xué)實驗教學(xué)的啟示

細(xì)心的教師都會發(fā)現(xiàn)，這兩年的高考物理實驗試題不拘泥于教材和考綱，而是更加注重挖掘?qū)嶒瀮?nèi)隱的知識和方法。但從學(xué)生所面臨的困惑與暴露的問題上看，我們平時的實驗教學(xué)是存在著一定問題和不足的。如：按部就班地完成教材實驗，不去體會知識和實驗中所蘊含的思想和方法；不做完善的誤差分析；不給學(xué)生自主的思維空間；不讓學(xué)生進行實際操作等。這些做法既降低了學(xué)生學(xué)習(xí)實驗的積極性，又難以提升學(xué)生的實驗?zāi)芰吞骄磕芰?，更不利于學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的全面發(fā)展。從這兩年的實驗試題來看，實驗試題的考查點正是實驗教學(xué)中應(yīng)重視的點，因此物理教師在進行實驗教學(xué)時，除做好常規(guī)實驗之外，還應(yīng)合理挖掘教材實驗所包涵的方法和思維方式，幫助學(xué)生逐漸形成科學(xué)、合理的實驗理念，逐步滲透物理實驗思維。以下是幾點建議：

1.緊抓教材，深挖原理和思維方法

教材中明確要求的實驗有：描繪小燈泡的伏安特性曲線、測量金屬絲的電阻率、測電源的電動勢和內(nèi)阻等。我們要利用這些實驗讓學(xué)生深刻理解實驗原理、誤差分析、優(yōu)劣對比，讓學(xué)生懂得合理取舍、明白實驗的簡潔性與合理性，讓學(xué)生的思維靈活起來。

比如在電學(xué)實驗中，確定電流表的內(nèi)接外接，很多教師會直接給出結(jié)論：當(dāng)R2＜RARV時應(yīng)將電流表外接，當(dāng)R2＜RARV時應(yīng)將電流表內(nèi)接（其中RA為電流表內(nèi)阻，RV為電壓表內(nèi)阻），或是大內(nèi)小外的口訣。又如在滑動變阻器兩種供電方式的選取上也直接給出了結(jié)論。這樣做忽視了誤差分析的探究過程，也忽視了辯證分析的過程。淡化了對過程的分析，學(xué)生就無法體會何謂主要因素，何謂次要因素，就減弱了分析問題、解決問題的能力，教師也失去了對學(xué)生進行學(xué)科素養(yǎng)滲透的大好時機。

很多設(shè)計性電學(xué)實驗都需要選擇實驗器材，這是學(xué)生的薄弱環(huán)節(jié)。而實驗器材的選擇就是要依據(jù)實驗原理，抓住主要因素，忽略次要因素，對結(jié)果做出大概推斷或估計的辯證過程。如果我們在教學(xué)中能夠重視這些能力的培養(yǎng)，就會事半功倍，問題也就迎刃而解了。

教材中的實驗內(nèi)容蘊含相關(guān)的方法，也含有完成實驗必須的條件以及影響實驗結(jié)果的相關(guān)因素，教師應(yīng)深層次開發(fā)這些，讓學(xué)生明白一些條件和方法的必要性，讓學(xué)生了解如何選擇條件和方法，讓學(xué)生體驗方法和條件對完成實驗的重要性。如此，學(xué)生才會在遇到問題的時候自然地關(guān)注條件和方法，并且會根據(jù)實驗?zāi)康膩泶_定適當(dāng)?shù)臈l件和方法，從而提高實驗?zāi)芰ΑＲ陨纤鰞?nèi)容，教材中給了足夠的空間，因此我們必須緊抓教材，培養(yǎng)學(xué)生的基本實驗素養(yǎng)。

2.不囿于教材，讓學(xué)生動起腦來

高考大綱中對實驗?zāi)芰Φ囊笫牵孩倌塥毩⑼瓿杀碇兴械膶嶒?，能明確實驗?zāi)康?，能理解實驗原理和方法，能控制實驗條件，會使用儀器，會觀察、分析實驗現(xiàn)象，會記錄、處理實驗數(shù)據(jù)并得出結(jié)論，會對結(jié)論進行分析和評價；②能發(fā)現(xiàn)問題、提出問題并制訂解決方案；③能運用已學(xué)過的物理理論、實驗方法和實驗儀器去處理問題，包括簡單的設(shè)計性實驗。

這幾個方面的能力要求不是孤立的，著重對某一種能力進行考查的同時在不同程度上也考查了與之相關(guān)的其他能力。同時，在應(yīng)用某種能力處理或解決具體問題的過程中也伴隨著發(fā)現(xiàn)問題、提出問題的過程。因而高考對考生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題等探究能力的考查滲透在對以上各種能力的考查中。

高中電學(xué)實驗的核心可大致分為測量未知電阻的阻值，測量電流表、電壓表的內(nèi)阻等，為了提升學(xué)生的實驗素養(yǎng)，我們可以發(fā)散的問題形式，放飛學(xué)生的思維。如提出設(shè)問：你有多少種測量未知電阻的阻值的方法，在什么條件下才能使用？讓學(xué)生明白，同樣的實驗?zāi)康目梢酝ㄟ^不同的實驗原理來實現(xiàn)，實驗原理不同，實驗方案也就不同。教師在教學(xué)中不能只局限于課本上的實驗原理，而應(yīng)帶領(lǐng)學(xué)生開闊思路、發(fā)散思維。只有教師在日常教學(xué)中堅持從實驗原理入手，帶領(lǐng)學(xué)生進行實事求是的分析，學(xué)生才能在遇到問題時處變不驚，應(yīng)對自如，在提高實驗?zāi)芰Φ耐瑫r養(yǎng)成善于思考的好習(xí)慣。

3.切忌紙上談兵，讓學(xué)生動起手來

由于受實際條件的制約，高考不能直接考查實驗操作，導(dǎo)致教師在教學(xué)中產(chǎn)生懶惰心理，很多實驗都靠講授，多數(shù)實驗都是紙上談兵，進而導(dǎo)致學(xué)生只會死記硬背，脫離了物理學(xué)習(xí)的正常軌道。這不僅抑制了學(xué)生的動手能力，還增加了學(xué)生理解實驗的困難。

如滑動變阻器的分壓和限流兩種接法：若滑動變阻器的總阻值小于用電部分的阻值，則通常選用分壓接法.從理論上分析學(xué)生接受起來較為困難，但通過實驗觀察就十分直觀。所有的實驗方案可行與否，都可以以實驗現(xiàn)象為依據(jù)，直觀易懂、印象深刻。教師要提高的不僅僅是學(xué)生的成績，更是學(xué)生的能力。

動手操作的過程是其他教學(xué)方法所不能替代的。我們應(yīng)努力開放實驗室，保證學(xué)生能夠有充足的時間進入實驗室，親自動手實驗，在實驗操作過程中提高實驗?zāi)芰?，回歸物理本質(zhì)。

編輯/王一鳴

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