重視科學探究，提升物理核心素養(yǎng)
——用2018年物理“考試大綱”引領實驗備考

廣東

周兆富

2018年高考物理“考試大綱”在考查傳統(tǒng)的三維目標同時，滲透了提升學生物理核心素養(yǎng)方面的內容，物理核心素養(yǎng)是三維目標的提煉和整合，三維目標是核心素養(yǎng)形成的要素和路徑?！翱荚嚧缶V”作為命題的指導性文件，在引領提升學生物理核心素養(yǎng)的導向、修正學生知識體系不完整傾向、滿足高校對培養(yǎng)人才知識需求有著重要的指導作用，在“考試大綱”中對重視實驗能力和科學探究方面，提升物理核心素養(yǎng)方面有著詳盡的說明。教師在實驗問題的復習過程中要重視“考試大綱”規(guī)定的原始實驗，要用科學的思維方法提升學生的核心素養(yǎng)，讓學生在對問題的選擇、改編的思維過程中提高應試成績，在對各類實驗及相關問題的解析、研討和拓展過程中學會方法、掌握規(guī)律、提升探究能力。

一、運用科學思維方法復習“考試大綱”要求的原始實驗

2018年物理“考試大綱”對實驗能力的要求是“考生能獨立地完成實驗，能明確實驗目的、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)，并得出結論，對結論進行分析和評價。能發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，并制定解決問題的方案。能運用已學過的物理理論、實驗方法和實驗儀器處理問題，包括簡單的設計性實驗。”而“考試大綱”的必考內容中共有十二個實驗，其中包括兩個探究性實驗、四個驗證性實驗和六個測量與使用性實驗；選考內容中共有四個實驗，其中包括一個探究性實驗和三個測量性實驗。

在高考備考復習有關“考試大綱”規(guī)定的實驗類問題過程中，學生不應當對相關的實驗進行死記硬背，而是運用科學思維的方法和物理學的規(guī)律進行思考，通過科學推理形成模型，掌握實驗的規(guī)律，解決實驗的相關問題。

【例1】測定電源電動勢和內阻的實驗。

在復習相關內容時，要知道實驗原理是閉合電路歐姆定律；能掌握用電壓表和電流表測量電動勢和內阻的方法；會用圖象法求電源電動勢和內阻。

按科學思維的方法對實驗復習時，應從實驗原理出發(fā)，通過問題引領實現(xiàn)自主生成的目的。本實驗原理是閉合電路歐姆定律E=U+Ir，其問題引領的思維過程是：“該實驗需要測量的物理量是什么？是電動勢E和內阻r；能直接測量嗎？恐怕不能，應根據(jù)閉合電路歐姆定律間接測量電壓U和電流I；用什么儀器測量？電流表和電壓表；電壓表如何連接？同電源并聯(lián)；電流表如何連接？同電源串聯(lián)；一組數(shù)據(jù)可否？不行，需多組數(shù)據(jù)；如何實現(xiàn)？需要與電流表串聯(lián)一個滑動變阻器；數(shù)據(jù)如何處理？可用U-I圖象?！?/p>

根據(jù)以上思維過程，可解決實驗所用器材、電路圖、實驗步驟和數(shù)據(jù)處理等實驗問題，其思維過程可用流程圖表現(xiàn)為：

【感悟與超越】對于“考試大綱”要求的十六個實驗，在備考復習過程中重新回顧原始實驗目的、原理、器材、實驗步驟和結論非常重要，問題的關鍵是要在理解的基礎上，按物理的思維方法進行復習，這些內容也是解決高考相關問題必備的素養(yǎng)。

二、根據(jù)“考試大綱”和核心素養(yǎng)的能力要求解決問題

“考試大綱”指出：“在應用某種能力處理或解決具體問題的過程中往往伴隨著發(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、提出問題并加以論證解決等探究能力的考查滲透在以上各種能力的考查中。”高考命題的考查方式逐漸由以知識為主過渡到以能力測試為主。因此，在解決相關問題的時候要注重各種方法的綜合運用，要選有利于提升能力的問題進行研究。

【例2】(2016·全國卷Ⅰ)如圖1所示，現(xiàn)要組裝一個由熱敏電阻控制的報警系統(tǒng)，當要求熱敏電阻的溫度達到或超過60℃時，系統(tǒng)報警。提供的器材有：熱敏電阻，報警器(內阻很小，流過的電流超過Ic時就會報警)，電阻箱(最大阻值為999.9 Ω)，直流電源(輸出電壓為U，內阻不計)，滑動變阻器R1(最大阻值為1 000 Ω)，滑動變阻器R2(最大阻值為2 000 Ω)，單刀雙擲開關一個，導線若干。

在室溫下對系統(tǒng)進行調節(jié)，已知U約為18 V，Ic約為10 mA；流過報警器的電流超過20 mA時，報警器可能損壞；該熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小，在60℃時阻值為650.0 Ω。

(1)在答題卡上完成待調節(jié)的報警系統(tǒng)原理電路圖的連線。

(2)在電路中應選用滑動變阻器________(填“R1”或“R2”)。

(3)按照下列步驟調節(jié)此報警系統(tǒng)：

①電路接通前，需將電阻箱調到一定的阻值，根據(jù)實驗要求，這一阻值為________Ω；滑動變阻器的滑片應置于________(填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是______________。

②將開關向________(填“c”或“d”)端閉合，緩慢移動滑動變阻器的滑片，直至______________。

(4)保持滑動變阻器滑片的位置不變，將開關向另一端閉合，報警系統(tǒng)即可正常使用。

【答案】(1)連線如圖2所示；

(2)R2；

(3)①650.0b接通電源后，流過報警器的電流會超過20 mA，報警器可能損壞；②c報警器開始報警。

【解析】(1)根據(jù)題意可知，本實驗要求能用電阻箱進行校準，故電阻箱應與熱敏電阻并聯(lián)，利用單刀雙擲開關進行控制；再與報警器和滑動變阻器串聯(lián)即可起到報警作用，故連線如圖2所示。

(3)①因要求熱敏電阻達到60℃時報警，此時電阻為650 Ω，故應將電阻箱調節(jié)至650 Ω，然后由最大調節(jié)滑動變阻器，直至報警器報警，故開始時滑片應在b端，目的是讓電流由小到大調節(jié)，保證報警器的安全使用；②將開關接到c端與電阻箱連接，調節(jié)滑動變阻器直至報警器開始報警即可，然后再接入熱敏電阻，電路即可正常工作。

教師要引導學生得出正確答案時可采用如下流程圖：

【感悟與超越】在解決實驗類問題時，關鍵是要對題干進行認真閱讀與理解，從中提取解題的有效信息，思考解決問題的可行方法，應用相關的知識對問題進行解讀。本題考查信息提取能力、電路設計能力、邏輯推理和實驗操作能力。在電路設計時要思考每個元件的作用，確定各個元件之間的串并聯(lián)關系。在滑動變阻器選取和實驗操作過程中，要了解電阻箱的作用，不要忽略熱敏電阻的阻值，要進行相關的計算才能得出正確結論，決不能憑空想象和靠運氣行事，本題提示復習過程中對傳感器的引入要引起足夠的重視。

在解決實驗類問題過程中教師應引導學生從實驗目的和實驗原理出發(fā)，對實驗相關問題進行邏輯思維，找到問題從而得到結論，教師還要引領學生尋找同類問題進行比較分析，找出異同點，掌握解決問題的過程與方法。

三、讓學生在選題和改編題過程中提升物理核心素養(yǎng)

問題是思維的起點，是走出迷茫、推動學習的動力，問題又是提升其物理核心素養(yǎng)的前提，物理學習是從問題開始的。教師可以讓學生從選題開始，讓學生在選擇適合自己問題的過程中加深對知識的理解，提升解題能力。教師可以給出題干讓學生設置問題，也可以根據(jù)題干的變化，讓學生改編問題；走在物理課堂教學與備考復習的路上，只要教師有培養(yǎng)學生綜合能力的意識，可采用多元立體的方法，根據(jù)學生已經(jīng)養(yǎng)成的學習習慣，通過潛移默化、潤物細無聲的方式，把提升學生物理核心素養(yǎng)的元素滲透到教學過程之中，讓學生在養(yǎng)成良好的習慣，提升核心素養(yǎng)同時大幅提升應試成績。

【例3】某同學設計了一個用打點計時器驗證動量守恒定律的實驗:在小車A的前端粘有橡皮泥,推動小車A使之做勻速運動。然后與原來靜止在前方的小車B相碰并粘合成一體繼續(xù)做勻速運動。他設計的具體裝置如圖3中甲所示,在小車A后連著紙帶,電磁打點計時器的電源頻率為50 Hz,長木板下墊著小木片以平衡摩擦力。

(1)若已得到打點紙帶如圖3中乙所示,并測得各計數(shù)點間距標在圖上,A為運動起始的第一點,則應選________段計算A的碰前速度,應選________段來計算A和B碰后的共同速度。(均選填“AB”“BC”“CD”或“DE”)

(2)已測得小車A的質量m1=0.40 kg,小車B的質量m2=0.20 kg,由以上測量結果可得:碰前總動量為________kg·m/s,碰后總動量為________kg·m/s。

【答案】(1)BCDE；(2)0.420 0.417。

其解題拓展與收獲流程圖：

【感悟與超越】由于高考命題絕大部分都是原創(chuàng)題，不可能同例題或學生做過的題相同，因此，對于問題可能的變化與應對措施的思考是提升應試成績的重要途徑。在解讀本題過程中教師應把重點放在對題干的閱讀與理解，尋找解決問題的過程與方法上。在得出結論后，教師應提出本題可能的變化及應對方法讓學生思考。

對于本題可提出題干不變，如何改變問法，改編題干可能引發(fā)什么變化。在本題拓展思考過程中，教師可以加入條件，若已知照相機的閃光的頻率n、木塊A和B的在彈簧彈開后兩物體運動的頻閃照片，如圖4中的乙圖，教師可提示：若A、B物體在水平的氣墊導軌上，其中A物體與彈簧相連,碰撞過程將壓縮彈簧,當彈簧被壓縮到最短時,將A、B物體彈開，則A、B物體將分別做什么運動？兩物體運動遵循什么規(guī)律？若已知A、B物體的質量，乙圖中兩物體動量分別是多少？若改變其已知條件，本題還可如何設置問題？教師可讓學生在問題的描述、設置、解讀及各相關知識的關系思考過程中提升綜合能力。

教師應當認識到比例題解析更重要的是讓學生尋找同類相關的題目進行比較和思考，尋找相關問題難與易的關系，形成系統(tǒng)的思想，掌握解決同類問題的過程與方法。在對于尖子生的培養(yǎng)過程中，教師不要把所有可能變化都講到，要給學生提出更多的問題并引領其思考的過程，當教師給學生思考的理由和空間后，學生會回饋一系列驚喜。