透過高考物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)題看高中物理核心素養(yǎng)的考查與培養(yǎng)

林志強(qiáng)

摘 要：隨著高中新課程改革的深入進(jìn)行，發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)成為了教育總框架，物理學(xué)科也成為了其中的棟梁。高中物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)正逐漸從知識(shí)立意向能力立意轉(zhuǎn)型，成為培養(yǎng)科學(xué)思想與創(chuàng)新、科學(xué)探究與交流、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的重要途徑。本文從高考物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)試題的分析來了解高考試題對實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略制定的指導(dǎo)性作用，并且分析探討電學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)對于高中物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)的重要作用。

關(guān)鍵詞：高考;電學(xué)實(shí)驗(yàn);核心素養(yǎng);教學(xué)策略

眾所周知高中物理的學(xué)習(xí)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，而電學(xué)實(shí)驗(yàn)是高中物理課程中的一個(gè)重要模塊，是物理教學(xué)中的主要內(nèi)容之一，也是高考物理考查的一個(gè)核心內(nèi)容，通過新課程改革的開展又向其添加了很多社會(huì)科學(xué)和自然科學(xué)方面的知識(shí)，所以高考電學(xué)實(shí)驗(yàn)試題既是物理學(xué)科考查的重要根本，又有著開放、新穎、創(chuàng)新的命題特點(diǎn)，是高考物理試題中的一顆最耀眼的星星。

經(jīng)過對許多的高考電學(xué)實(shí)驗(yàn)題的分析，我深深的體會(huì)到了考題設(shè)計(jì)者對物理核心素養(yǎng)的深刻理解，以及設(shè)計(jì)題目時(shí)對各個(gè)核心素養(yǎng)要素考查的準(zhǔn)確定位，下面就我就以自己對高考電學(xué)實(shí)驗(yàn)題的分析感受談?wù)勛约旱囊恍w會(huì)，以2018年高考理綜全國1卷23題為例：

[2018 年全國Ⅰ卷，理綜 23 題]某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖（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°C時(shí)的阻值）為900.0Ω;電源E（6V ，內(nèi)阻可忽略）;電壓表V（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 ）;單刀開關(guān)S1，單刀雙擲開關(guān)S2。

實(shí)驗(yàn)時(shí)，先按圖（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)見下表。

回答下列問題：

（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_________;

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

本題通過探究熱敏電阻的溫度特性，來考查等效替代法測電阻的原理、儀器的使用及讀數(shù)以及考生利用圖象處理數(shù)據(jù)的能力。通過分析本人總結(jié)以下四點(diǎn)體會(huì)。

第一.本題在一開始并沒有說明實(shí)驗(yàn)原理，只有通讀全題后才能弄清楚實(shí)驗(yàn)原理，真正理解題中所述實(shí)驗(yàn)操作步驟的目的，才能進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用解答。題目篇幅比較長，需要考生耐心通讀全文，第一遍粗讀，第二遍細(xì)讀，通過上下文的整體銜接來把握實(shí)驗(yàn)的原理，如果還沒有看清楚題目就急于做題，必然導(dǎo)致思路不清或者理解錯(cuò)誤而解題失敗，更有甚者被題目的長度而嚇倒，而放棄本題。所以本題一開始就從審題這一基本環(huán)節(jié)了很好的考查了學(xué)生的核心素養(yǎng)中的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任這一要素，俗話說“態(tài)度決定一切”，一道題的解答過程也只有在認(rèn)真、科學(xué)、有責(zé)任感的基礎(chǔ)上才能有成功的可能。本題給我們物理教學(xué)的第一個(gè)啟示，就是教師在課堂上解答一道題目時(shí)切不可急功近利，省略了審題、挖掘題目關(guān)鍵條件這一重要步驟，而應(yīng)該教會(huì)學(xué)生細(xì)致的審題，注重關(guān)鍵條件的理解，聯(lián)系前后關(guān)系，之后才能選擇正確的物理原理進(jìn)列式求解。

第二.本題考查的實(shí)質(zhì)是等效替代法在電學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，通過實(shí)驗(yàn)操作流程的介紹，要求學(xué)生抓住開關(guān)S2切換到1、2兩接點(diǎn)前后，通過R2的調(diào)節(jié)使兩次電壓表的讀數(shù)相同的物理意義，并結(jié)合閉合電路歐姆定律的理解，得出電阻R2與RT的阻值相等的結(jié)論，從而認(rèn)識(shí)到對RT的阻值測量是電阻箱的讀數(shù)得到的。這一原理的考查也是本題的核心內(nèi)容，他不同于常規(guī)的伏安法測電阻，不僅在實(shí)驗(yàn)器材上有明顯的不同，實(shí)驗(yàn)原理的簡單明了更是他的主要特點(diǎn)，同時(shí)還有一個(gè)最重要的優(yōu)點(diǎn)，沒有因電表的內(nèi)阻影響而產(chǎn)生的測量系統(tǒng)誤差（例如“外小、內(nèi)大”---伏安法測電阻時(shí)，電流表外接測量系統(tǒng)誤差偏小，電流表內(nèi)接測量系統(tǒng)誤差偏大）。這一考查內(nèi)容很好的考查了物理核心素養(yǎng)的科學(xué)思想與創(chuàng)新這一要素，本人認(rèn)為這也是最重要的一個(gè)考查要點(diǎn)，這點(diǎn)也給我們提出了最重要的啟示，即在電學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過程中除了介紹課本中的基本實(shí)驗(yàn)原理以外，也應(yīng)該重視創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方法的探討，并且從實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差分析的角度對比不同的實(shí)驗(yàn)原理，這種對比最好的做法是讓學(xué)生親手用不同的實(shí)驗(yàn)原理來測量，對比結(jié)果，并討論產(chǎn)生不同結(jié)果的原因，讓學(xué)生真正理解不同原理的真正意義，從而拓展了視野，學(xué)會(huì)了創(chuàng)新。只有在教學(xué)中重視培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、知識(shí)遷移能力和解決實(shí)際問題的能力，才能讓學(xué)生在創(chuàng)新性的考題中從容應(yīng)對。

第三.本題題中分析的電學(xué)元件是一個(gè)熱敏電阻，其電阻率具有負(fù)溫度系數(shù)，這樣的元器件學(xué)生在日常生活中是沒有直接體驗(yàn)過的，其特性對學(xué)生來說是很不發(fā)解的。本人認(rèn)為選用這個(gè)熱敏電阻為對象出題比選用一個(gè)通普通的恒定阻值電阻更具有意義，因?yàn)樗芨玫目疾閷W(xué)生的創(chuàng)新思維。如果在課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中能有這樣的創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)?zāi)鞘菢O好的，學(xué)生們一定會(huì)發(fā)現(xiàn)這樣一個(gè)完全不同于恒定電阻的性質(zhì)，必定在他們的腦子里開成了一個(gè)大大的疑問—-為什么這種材料有別于普通電阻呢？其微觀結(jié)構(gòu)有什么神密的特點(diǎn)呢？由此必將引發(fā)的更深層次的學(xué)習(xí)，這樣的好奇心一定是最好的學(xué)習(xí)探究的動(dòng)力，也必能很好的培養(yǎng)物理核心素養(yǎng)中的物質(zhì)觀念與應(yīng)用這一基礎(chǔ)內(nèi)容。所以老師在電學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中也一定要注重這一實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，比如，可以讓學(xué)生在“描繪電學(xué)元件的伏安特性曲線”這一節(jié)實(shí)驗(yàn)課中分別對熱敏電阻、白熾燈泡、恒定電阻三個(gè)元件進(jìn)行測量描繪，由他們自己來發(fā)現(xiàn)這三個(gè)對象的溫度特性的不同，必能讓他們印象深刻。這樣的探究過程讓他們很好的了解掌握了不同電學(xué)元件的溫度特性，對大自然中不同物質(zhì)有了更加深刻的了解，無形當(dāng)中培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)物質(zhì)觀，為全面培養(yǎng)核心素養(yǎng)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

最后一點(diǎn)，本題最主要的一個(gè)答題環(huán)節(jié)是把表格中的第五、六兩組數(shù)據(jù)描繪到圖（b）中，然后根據(jù)圖中的七個(gè)點(diǎn)擬合描繪出一條光滑曲線，再由這條曲線完成第（3）（4）兩小題的測量、讀數(shù)。本人經(jīng)過統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，描繪圖線這一步驟有以下兩種典型錯(cuò)誤，如圖（b1）、（b2）：

產(chǎn)生如圖（b1）描繪錯(cuò)誤的原因是，學(xué)生對熱敏電阻的電阻率隨溫度變化是非線性漸變的特點(diǎn)完全不清楚，對描點(diǎn)法的意義完全不理解，導(dǎo)致盲目的作圖連接成了折線。產(chǎn)生如圖（b2）描繪錯(cuò)誤的原因是，把物理實(shí)驗(yàn)作圖當(dāng)成了美術(shù)課畫圖了，描線粗大、粗糙，也說明了該生對圖象法的根本要求完全不明確。這兩個(gè)典型錯(cuò)誤恰恰是表現(xiàn)了核心素養(yǎng)中科學(xué)探究與交流這一要素的缺乏，對這一要素包含的問題、證據(jù)、解釋、交流四個(gè)要點(diǎn)均表現(xiàn)不足。而正確的作圖結(jié)果應(yīng)該如圖（b3），所描繪曲線光滑而精細(xì)，也有利于后面（3）（4）小題的解答。在用圖象法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)為了認(rèn)學(xué)生真正記住圖線的特征，老師可以結(jié)合物理現(xiàn)象規(guī)律，或者結(jié)合所分析物理量的公式關(guān)系，說明圖線所應(yīng)有的形態(tài)，從而讓學(xué)生對圖線有本質(zhì)的理解，而不死記硬背。同時(shí)也應(yīng)說明圖象法的基本做法，通過“列表-描點(diǎn)-連線”作出關(guān)系圖象時(shí)，描點(diǎn)時(shí)應(yīng)選擇合適的標(biāo)度，最終讓實(shí)驗(yàn)測量點(diǎn)盡量分布在整個(gè)坐標(biāo)圖中，繪制的點(diǎn)要清晰，繪制的線若是線性的一定要用刻度尺畫直線，若是非線性的一定要光滑精細(xì)。教會(huì)學(xué)生分析判斷在實(shí)驗(yàn)中所得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否合理，是否符合物理規(guī)律，讓他們在實(shí)驗(yàn)中真正的學(xué)會(huì)科學(xué)的分析判斷。

從以上四點(diǎn)分析可知，核心素養(yǎng)注重的是深層次的東西，而不是知識(shí)的表面現(xiàn)象。因此，在物理課堂教學(xué)中，特別是實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，老師要把知識(shí)的傳授轉(zhuǎn)化成素養(yǎng)和能力的培養(yǎng)。老師要能真正的做到以上轉(zhuǎn)化，就要對知識(shí)教學(xué)各層面的特點(diǎn)分析透徹，就要進(jìn)行知識(shí)的轉(zhuǎn)化和內(nèi)化，領(lǐng)悟各層次教學(xué)如何貫徹核心素養(yǎng)培養(yǎng)的，從而制定教學(xué)策略。物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略重在積極引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)與合作學(xué)習(xí)，夠在基本電學(xué)實(shí)驗(yàn)知識(shí)基礎(chǔ)上分析、 探究實(shí)驗(yàn)中的各層次的知識(shí)點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)規(guī)律，尤為重要的是老師要明確培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)一定需要學(xué)生的親身體驗(yàn)的活動(dòng)，讓學(xué)生感受到科學(xué)探究的本質(zhì)，形成科學(xué)態(tài)度和科學(xué)理論等，物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)就是這些活動(dòng)的重中之重，在實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中去觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，思考實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)，學(xué)會(huì)尊重事實(shí)，掌握科學(xué)方法，提升核心素養(yǎng)。

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