靜守核心素養(yǎng) 動(dòng)升關(guān)鍵能力①
——2018年全國(guó)Ⅰ卷物理實(shí)驗(yàn)題評(píng)析

(1. 廣東省佛山市順德區(qū)容山中學(xué)，廣東 佛山 528303； 2. 河北省唐山市灤南縣第一中學(xué)，河北 唐山 063500)

靜為靜止，意為不變，即通過(guò)高考實(shí)驗(yàn)題的不變性，促使教學(xué)堅(jiān)守物理學(xué)科核心素養(yǎng)。動(dòng)為運(yùn)動(dòng)，意為變化，即通過(guò)高考實(shí)驗(yàn)題的變化性，引導(dǎo)教學(xué)，提升學(xué)生關(guān)鍵能力。2018年全國(guó)Ⅰ卷物理實(shí)驗(yàn)題總有兩題，分別為第22題力學(xué)實(shí)驗(yàn)題和第23題的電學(xué)實(shí)驗(yàn)題。

1 力學(xué)實(shí)驗(yàn)題評(píng)析

1.1 原題呈現(xiàn)

如圖1(a)所示，一彈簧上端固定在支架頂端，下端懸掛一托盤；一標(biāo)尺由游標(biāo)和主尺構(gòu)成，主尺豎直固定在彈簧左邊；托盤上方固定有一能與游標(biāo)刻度線準(zhǔn)確對(duì)齊的裝置，簡(jiǎn)化為圖中的指針。

圖1

現(xiàn)要測(cè)量圖(a)中彈簧的勁度系數(shù)。當(dāng)托盤內(nèi)沒(méi)有砝碼時(shí)，移動(dòng)游標(biāo)，使其零刻度線對(duì)準(zhǔn)指針，此時(shí)標(biāo)尺讀數(shù)為1.950cm；當(dāng)托盤內(nèi)放有質(zhì)量為0.100kg的砝碼時(shí)，移動(dòng)游標(biāo)，再次使其零刻度線對(duì)準(zhǔn)指針，標(biāo)尺示數(shù)如圖(b)所示，其讀數(shù)為cm。當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣却笮?.80m/s2，此彈簧的勁度系數(shù)為N/m(保留3位有效數(shù)字)。

1.2.1 實(shí)驗(yàn)來(lái)源

本題源于2018年物理考試大綱中規(guī)定的實(shí)驗(yàn):探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系。在命制高考題時(shí)，把原實(shí)驗(yàn)演變?yōu)閼?yīng)用彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系求彈簧的勁度系數(shù)。

1.2.2 修改建議

(1) 儀器名稱表述不規(guī)范:本題考查“游標(biāo)卡尺”的原理，卻在題目中使用不規(guī)范的“標(biāo)尺”“游標(biāo)”表述，增加了學(xué)生理解題意的難度，干擾了試題考查的目標(biāo)。人教版物理選修3-1分別用“游標(biāo)卡尺”“游標(biāo)尺”表述。根據(jù)百度百科的解釋，所謂“標(biāo)尺”是指“光學(xué)計(jì)量?jī)x器的長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)，它廣泛應(yīng)用于測(cè)量長(zhǎng)度的儀器中，如工具顯微鏡、測(cè)長(zhǎng)儀、測(cè)量機(jī)等”，“標(biāo)尺”與“游標(biāo)卡尺”的讀數(shù)原理不同。希望在以后的高考題中，最好使用教材中的規(guī)范名稱。

(2) 狀態(tài)表述不嚴(yán)謹(jǐn):本題有兩處表述“使其零刻度線對(duì)準(zhǔn)指針”，卻沒(méi)有交代清楚“零刻度線對(duì)準(zhǔn)指針”時(shí)是處于靜止?fàn)顟B(tài)還是運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。因?yàn)樵谕斜P加入砝碼后，指針是處于變速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，只有在“靜止?fàn)顟B(tài)”時(shí)，“零刻度線對(duì)準(zhǔn)指針”才會(huì)有“二力平衡”。作為高考題應(yīng)該表述嚴(yán)謹(jǐn)，符合物理邏輯，正確表述為:使其零刻度線對(duì)準(zhǔn)靜止時(shí)的指針。

1.2.3 從核心素養(yǎng)視角評(píng)析

本題考查了物理觀念，主要考查運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念；也考查了基礎(chǔ)技能：正確使用儀器，主要考查游標(biāo)卡尺的讀數(shù)。

1.2.4 從關(guān)鍵能力視角評(píng)析

本題主要考查關(guān)鍵能力中的思維能力。思維是信息加工的高級(jí)認(rèn)知過(guò)程，而不是機(jī)械記憶的低級(jí)認(rèn)知過(guò)程，思維能力包括邏輯推理、信息加工等能力。雖然學(xué)生已經(jīng)掌握了游標(biāo)卡尺的讀數(shù)規(guī)則，但本實(shí)驗(yàn)需要的“彈簧伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度x”卻不是游標(biāo)卡尺的直接讀數(shù)，而是需要學(xué)生對(duì)題目進(jìn)行“信息加工”，用第二次的讀數(shù)減去第一次的讀數(shù)才可以得到“彈簧伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度x”。要得出彈簧所受彈力等于砝碼所受重力，題目也沒(méi)有直接給出，而是需要經(jīng)過(guò)邏輯推理。

2 電學(xué)實(shí)驗(yàn)題評(píng)析

2.1 原題呈現(xiàn)

某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖2(a)所示的電路探究在25℃～80℃范圍內(nèi)某熱敏電阻的溫度特性。所用器材有:置于溫控室(圖中虛線區(qū)域)中的熱敏電阻RT，其標(biāo)稱值(25℃時(shí)的阻值)為900.0Ω；電源E(6V，內(nèi)阻可忽略)；電壓表(量程150mV)；定值電阻R0(阻值20.0Ω)，滑動(dòng)變阻器R1(最大阻值為1000Ω)；電阻箱R2(阻值范圍0～999.9Ω)；單刀開(kāi)關(guān)S1，單刀雙擲開(kāi)關(guān)S2。

圖2

實(shí)驗(yàn)時(shí)，先按圖2(a)連接好電路，再將溫控室的溫度t升至80.0℃。將S2與1端接通，閉合S1，調(diào)節(jié)R1的滑片位置，使電壓表讀數(shù)為某一值U0；保持R1的滑片位置不變，將R2置于最大值，將S2與2端接通，調(diào)節(jié)R2，使電壓表讀數(shù)仍為U0；斷開(kāi)S1，記下此時(shí)R2的讀數(shù)。逐步降低溫控室的溫度t，得到相應(yīng)溫度下R2的阻值，直至溫度降到25.0℃。實(shí)驗(yàn)得到的R2-t數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1

回答下列問(wèn)題:

(1) 在閉合S1前，圖(a)中R1的滑片應(yīng)移動(dòng)到(填“a”或“b”)端；

(2) 在圖(b)的坐標(biāo)紙上補(bǔ)齊數(shù)據(jù)表中所給數(shù)據(jù)點(diǎn)，并做出R2-t曲線；

(3) 由圖(b)可得到RT在25℃～80℃范圍內(nèi)的溫度特性。當(dāng)t=44.0℃時(shí)，可得RT=Ω；

(4) 將RT握于手心，手心溫度下R2的相應(yīng)讀數(shù)如圖(c)所示，該讀數(shù)為Ω，則手心溫度為℃。

2.2 電學(xué)實(shí)驗(yàn)題評(píng)析

2.2.1 實(shí)驗(yàn)來(lái)源

本實(shí)驗(yàn)源于2018年物理考試大綱中規(guī)定的實(shí)驗(yàn):描繪小電珠的伏安特性曲線。在命制高考題時(shí)，把小電珠換成了熱敏電阻，把伏安特性曲線換成了電阻溫度特性曲線。不過(guò)，筆者查閱人教版初中和高中物理教材，找不到“電阻箱”相關(guān)知識(shí)介紹，只是在2018年物理考試大綱實(shí)驗(yàn)說(shuō)明中出現(xiàn)了“電阻箱”三個(gè)字。

2.2.2 修改建議

圖3

電阻箱上的刻度標(biāo)注不真實(shí)。盡管在初中和高中物理教材中沒(méi)有電阻箱的相關(guān)內(nèi)容，但由于在考試大綱中有提到電阻箱，所以在一線教學(xué)中，物理教師都會(huì)安排學(xué)生使用或觀察電阻箱，且在平時(shí)的練習(xí)中也會(huì)經(jīng)?？疾殡娮柘?，學(xué)生對(duì)旋轉(zhuǎn)式電阻箱的原理和讀數(shù)還是比較熟悉的。學(xué)生接觸到實(shí)驗(yàn)室的旋轉(zhuǎn)式電阻箱如圖3所示，電阻箱上旋鈕刻度是按照逆時(shí)針變大，而本題電阻箱的刻度序數(shù)是按照順時(shí)針變大，雖然不影響電阻箱讀數(shù)，但與真實(shí)的電阻箱不符。

2.2.3 從核心素養(yǎng)視角評(píng)析

本題主要考查物理觀念中的物質(zhì)觀、運(yùn)動(dòng)觀，考查了電阻箱的正確讀數(shù)、滑動(dòng)變阻器的規(guī)范使用以及平滑曲線的正確描繪等基本技能。

2.2.4 從關(guān)鍵能力視角評(píng)析

本題是一道創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)題，主要考查關(guān)鍵能力中的創(chuàng)新能力。創(chuàng)新能力是指用已經(jīng)掌握的知識(shí)、方法去解決新問(wèn)題的能力，它在認(rèn)知能力譜系中屬于高階認(rèn)知能力。本題考查學(xué)生對(duì)“電阻定律”“部分電路歐姆定律”“閉合電路歐姆定律”的理解以及對(duì)“作圖法”“等效替代法”的應(yīng)用，通過(guò)解答相關(guān)問(wèn)題，有利于提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛣?chuàng)新能力。

3 教學(xué)啟示

3.1 基礎(chǔ)知識(shí)、技能的掌握是培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ那疤?/h3>

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，掌握扎實(shí)的物理知識(shí)，有利于理解實(shí)驗(yàn)原理；習(xí)得通用的科學(xué)方法，有利于創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)；正確掌握儀器的使用技能，有利于提升動(dòng)手能力。

3.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)是提升關(guān)鍵能力的有效途徑

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，在教學(xué)方式上需要采用啟發(fā)式、探究式、討論式、參與式，在學(xué)習(xí)方式上需要采用發(fā)現(xiàn)式、合作式。啟發(fā)式、探究式教學(xué)直接對(duì)應(yīng)的是創(chuàng)新能力的培養(yǎng)；討論式、參與式教學(xué)直接對(duì)應(yīng)的是合作能力的培養(yǎng)。發(fā)現(xiàn)式學(xué)習(xí)對(duì)應(yīng)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，合作式學(xué)習(xí)對(duì)應(yīng)合作能力的培養(yǎng)。

3.3 拓展大綱實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ年P(guān)鍵

上述的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)題都是對(duì)考試大綱規(guī)定實(shí)驗(yàn)的拓展，源于教材，而又超越教材。根據(jù)大綱實(shí)驗(yàn)進(jìn)行拓展，可以做到有的放矢，精準(zhǔn)教學(xué)，從而減少知識(shí)的簡(jiǎn)單重復(fù)，避免題海戰(zhàn)術(shù)。因此，拓展大綱實(shí)驗(yàn)，是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ年P(guān)鍵。

年年實(shí)驗(yàn)曾相似，歲歲設(shè)計(jì)卻不同。通過(guò)分析實(shí)驗(yàn)內(nèi)涵、明白實(shí)驗(yàn)方法、熟悉實(shí)驗(yàn)儀器，不僅可以培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，也有利于提升教師的教學(xué)效果。