突出創(chuàng)新，重視原理，改變方法

董友軍 王磊

摘要：分析“八省聯(lián)考”物理卷中的實(shí)驗(yàn)題型，發(fā)現(xiàn)試題特點(diǎn)有：實(shí)驗(yàn)?zāi)康膭?chuàng)新，指向物理觀念;實(shí)驗(yàn)裝置創(chuàng)新，指向科學(xué)探究和科學(xué)態(tài)度與責(zé)任;實(shí)驗(yàn)設(shè)問(wèn)創(chuàng)新，指向科學(xué)思維。結(jié)合高考評(píng)價(jià)體系在本次物理實(shí)驗(yàn)題中的落實(shí)情況，得到高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)啟示：突出創(chuàng)新思維、重視實(shí)驗(yàn)原理、改變實(shí)驗(yàn)方法。

關(guān)鍵詞：八省聯(lián)考;物理實(shí)驗(yàn)題;核心素養(yǎng)

物理是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，承擔(dān)著培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐操作能力的重要作用，物理試題中對(duì)實(shí)踐操作能力的考查也多依托于實(shí)驗(yàn)。本文立足“八省聯(lián)考”8套物理試卷的實(shí)驗(yàn)題型，分析試題特點(diǎn)，提出教學(xué)建議。

一、實(shí)驗(yàn)題型概況

8套物理試卷中的實(shí)驗(yàn)題都是一道力學(xué)題、一道電學(xué)題（除湖北卷第一道為電學(xué)實(shí)驗(yàn)、第二道為力學(xué)實(shí)驗(yàn)，其他7套試卷都是第一道為力學(xué)實(shí)驗(yàn)、第二道為電學(xué)實(shí)驗(yàn)）。實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠袦y(cè)量、探究、研究、驗(yàn)證、改裝、制作等。實(shí)驗(yàn)原理全都體現(xiàn)了物理觀念，7個(gè)實(shí)驗(yàn)考查運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念，9個(gè)實(shí)驗(yàn)考查能量觀念。選用的關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)器材，有傳統(tǒng)器材，如打點(diǎn)計(jì)時(shí)器;也有先進(jìn)器材，如單晶硅太陽(yáng)能電池。除了重慶卷力學(xué)實(shí)驗(yàn)，其他所有實(shí)驗(yàn)都畫(huà)出了實(shí)驗(yàn)裝置圖像。在數(shù)據(jù)呈現(xiàn)過(guò)程中，除了遼寧卷力學(xué)實(shí)驗(yàn)，其他所有實(shí)驗(yàn)都有測(cè)量數(shù)據(jù)圖像。題目來(lái)源方面，8道源于《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡(jiǎn)稱“課標(biāo)”），8道源于2019年版人教版高中物理教材（以下簡(jiǎn)稱“教材”）;其中，4套試卷（湖南卷、湖北卷、遼寧卷、福建卷）一道源于課標(biāo)、一道源于教材，河北卷和廣東卷兩道都源于課標(biāo)，江蘇卷和重慶卷兩道都源于教材。

二、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新：指向?qū)W科核心素養(yǎng)

課標(biāo)指出，高中物理課程注重體現(xiàn)物理學(xué)科本質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)。物理學(xué)科核心素養(yǎng)主要包括物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。本次考試16道實(shí)驗(yàn)題都很好地體現(xiàn)了核心素養(yǎng)的考查。

（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康膭?chuàng)新：指向物理觀念

物理觀念主要包括物質(zhì)觀念、運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念、能量觀念等要素。實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖菍?shí)驗(yàn)教學(xué)的起點(diǎn)，在做實(shí)驗(yàn)前必須要明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，培養(yǎng)學(xué)生的目標(biāo)意識(shí)。

16道實(shí)驗(yàn)題中，有3個(gè)探究性實(shí)驗(yàn)、2個(gè)研究性實(shí)驗(yàn)、1個(gè)制作性實(shí)驗(yàn)，指向物理觀念，體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡膭?chuàng)新。比如，廣東卷電學(xué)實(shí)驗(yàn)“探究LED燈的伏安特性曲線”，指向物質(zhì)觀念和能量觀念;福建卷力學(xué)實(shí)驗(yàn)“研究物體沿斜面運(yùn)動(dòng)的規(guī)律”，指向物質(zhì)觀念和運(yùn)動(dòng)觀念;湖北卷電學(xué)實(shí)驗(yàn)“制作一個(gè)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)”，指向物質(zhì)觀念、能量觀念和相互作用觀念。

（二）實(shí)驗(yàn)裝置創(chuàng)新，指向科學(xué)探究和科學(xué)態(tài)度與責(zé)任

科學(xué)探究是指基于觀察和實(shí)驗(yàn)提出物理問(wèn)題、形成猜想和假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制訂方案、獲取和處理信息、基于證據(jù)得出結(jié)論并作出解釋，以及對(duì)科學(xué)探究過(guò)程和結(jié)果進(jìn)行交流、評(píng)估、反思的能力。實(shí)驗(yàn)裝置是實(shí)驗(yàn)器材的組合體。通過(guò)實(shí)驗(yàn)裝置，可以測(cè)量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，可以說(shuō)，實(shí)驗(yàn)裝置是科學(xué)探究的物質(zhì)基礎(chǔ)。

除了重慶卷力學(xué)實(shí)驗(yàn)，其他15道實(shí)驗(yàn)題都在實(shí)驗(yàn)裝置上有所創(chuàng)新，即在課標(biāo)或教材實(shí)驗(yàn)裝置基礎(chǔ)上有所拓展。比如，湖南卷力學(xué)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)光電門(mén)、氣墊導(dǎo)軌等實(shí)驗(yàn)裝置，把研究對(duì)象放在斜面上測(cè)量重力加速度。裝置創(chuàng)新，引導(dǎo)高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不墨守成規(guī)、因循守舊，要勇敢使用新器材完成舊實(shí)驗(yàn)，指向科學(xué)探究能力的培養(yǎng)。

社會(huì)責(zé)任主要包括認(rèn)識(shí)科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)、環(huán)境關(guān)系，以及遵守道德規(guī)范、保護(hù)環(huán)境并推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展的責(zé)任感。實(shí)驗(yàn)器材是完成實(shí)驗(yàn)必需的物品。器材不同，實(shí)驗(yàn)的過(guò)程便不同、實(shí)驗(yàn)的思維也不同。

16道實(shí)驗(yàn)題的關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)器材有很多是創(chuàng)新器材，包括力傳感器、氣墊導(dǎo)軌、光電門(mén)、LED燈、單晶硅太陽(yáng)能電池、熱敏電阻、馬鈴薯電池、光敏電阻、精密元件等。這些創(chuàng)新器材，能夠激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生去研制更加先進(jìn)的器材，同時(shí)也讓學(xué)生感受到先進(jìn)器材的優(yōu)勢(shì)，體會(huì)到科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)、環(huán)境之間相互促進(jìn)的關(guān)系，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。

（三）實(shí)驗(yàn)設(shè)問(wèn)創(chuàng)新：指向科學(xué)思維

科學(xué)思維主要包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素。實(shí)驗(yàn)設(shè)問(wèn)是在指實(shí)驗(yàn)題中設(shè)置需要學(xué)生回答的問(wèn)題。

16道實(shí)驗(yàn)題在設(shè)問(wèn)時(shí)均力求突破常規(guī)套路，考查科學(xué)思維。比如，廣東卷力學(xué)實(shí)驗(yàn)，要求通過(guò)圖像信息分析誤差：“觀察圖1中拉力峰值隨時(shí)間變化規(guī)律，試分析造成這一結(jié)果的主要原因?！边@有效考查了學(xué)生的模型建構(gòu)和科學(xué)推理素養(yǎng)。

再如，遼寧卷電學(xué)實(shí)驗(yàn)，依據(jù)實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果進(jìn)行應(yīng)用：“該同學(xué)注意到智能手機(jī)有自動(dòng)調(diào)節(jié)屏幕亮度的功能，光照強(qiáng)度大時(shí)屏幕變亮，反之變暗。他設(shè)想利用光敏電阻的特性，實(shí)現(xiàn)‘有光照射光敏電阻時(shí)，小燈泡變亮;反之變暗的功能，設(shè)計(jì)了如圖2所示電路，則電路中（填‘R1或‘R2）為光敏電阻，另一個(gè)為定值電阻?！币阎獙?shí)驗(yàn)結(jié)論，再進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，可以強(qiáng)化學(xué)生的科學(xué)論證和質(zhì)疑創(chuàng)新素養(yǎng)。

三、高考評(píng)價(jià)體系在實(shí)驗(yàn)題中的落實(shí)情況

高考評(píng)價(jià)體系主要由“一核”“四層”“四翼”三部分組成，其中，“四翼”為考查要求，即“基礎(chǔ)性、綜合性、應(yīng)用性、創(chuàng)新性”，回答“怎么考”的問(wèn)題。本次“八省聯(lián)考”物理實(shí)驗(yàn)題的“四翼”落實(shí)情況如下：

（一）廣東卷

1.第11題：力學(xué)實(shí)驗(yàn)“驗(yàn)證機(jī)械能守恒”。

共有4個(gè)設(shè)問(wèn)：求重力勢(shì)能減少量，屬于基礎(chǔ)性考查;求動(dòng)能增加量，屬于綜合性考查;分析拉力峰值減少原因，屬于創(chuàng)新性考查;選哪種密度小球能減少誤差，屬于應(yīng)用性考查。

2.第12題：電學(xué)實(shí)驗(yàn)“探究伏安特性曲線”。

共有4個(gè)設(shè)問(wèn)，分別為：連接滑動(dòng)變阻器，屬于基礎(chǔ)性考查;電路連線，屬于綜合性考查;根據(jù)現(xiàn)象分析電路故障，屬于應(yīng)用性考查;根據(jù)伏安特性曲線求功率，屬于綜合性考查。

（二）湖南卷

1.第11題：力學(xué)實(shí)驗(yàn)“測(cè)量重力加速度”。

共有4個(gè)設(shè)問(wèn)：用光電門(mén)記錄時(shí)間判斷勻速，屬于基礎(chǔ)性考查;游標(biāo)卡尺讀數(shù)，屬于基礎(chǔ)性考查;求重力加速度，兼具綜合性、應(yīng)用性和創(chuàng)新性考查;分析測(cè)量值小于真實(shí)值的原因，屬于應(yīng)用性考查。

2.第12題：電學(xué)實(shí)驗(yàn)“探究伏安特性曲線”。

共有5個(gè)設(shè)問(wèn)：補(bǔ)齊數(shù)據(jù)，作伏安特性曲線，屬于基礎(chǔ)性考查;根據(jù)曲線判斷電阻是否為常數(shù)，屬于基礎(chǔ)性考查;求短路時(shí)電流，屬于基礎(chǔ)性考查;求電動(dòng)勢(shì)，屬于基礎(chǔ)性考查;根據(jù)曲線估算最大輸出功率，屬于綜合性考查。

（三）湖北卷

1.第12題：電學(xué)實(shí)驗(yàn)“制作火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)”。

共有6個(gè)設(shè)問(wèn)：求熱敏電阻阻值，屬于基礎(chǔ)性考查;比較測(cè)量值與真實(shí)值的大小，屬于基礎(chǔ)性考查;判斷熱敏電阻性質(zhì)，屬于基礎(chǔ)性考查;找出連線有誤的地方，兼具綜合性和應(yīng)用性考查;求電阻箱阻值，屬于應(yīng)用性考查;求連入電路電阻阻值，屬于應(yīng)用性考查。

2.第13題：力學(xué)實(shí)驗(yàn)“測(cè)量動(dòng)摩擦因數(shù)和重力加速度”。

共有5個(gè)設(shè)問(wèn)：寫(xiě)出加速度表達(dá)式，屬于綜合性考查;計(jì)算加速度的數(shù)值，屬于基礎(chǔ)性考查;比較測(cè)量值與真實(shí)值大小，屬于應(yīng)用性考查;求動(dòng)摩擦因數(shù)，兼具應(yīng)用性和創(chuàng)新性考查;求重力加速度，兼具應(yīng)用性和創(chuàng)新性考查。

（四）河北卷

1.第11題：力學(xué)實(shí)驗(yàn)“驗(yàn)證力的平行四邊定則”。

共有4個(gè)設(shè)問(wèn)：游標(biāo)卡尺讀數(shù)，屬于基礎(chǔ)性考查;計(jì)算彈力增加量，屬于綜合性考查;先畫(huà)力的圖示，再求合力，屬于綜合性考查;分析小鉤碼重力對(duì)結(jié)果的影響，屬于應(yīng)用性考查。

2.第12題：電學(xué)實(shí)驗(yàn)“測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻”。

共有5個(gè)設(shè)問(wèn)：選測(cè)量馬鈴薯電池的電動(dòng)勢(shì)和電阻的最優(yōu)電路，屬于綜合性考查;選測(cè)量新干電池的電動(dòng)勢(shì)和電阻的最優(yōu)電路，屬于綜合性考查;根據(jù)描點(diǎn)，畫(huà)出U-I圖像，屬于基礎(chǔ)性考查;通過(guò)U-I圖像求電動(dòng)勢(shì)，屬于綜合性考查;通過(guò)U-I圖像求內(nèi)阻，兼具綜合性和應(yīng)用性考查。

（五）遼寧卷

1.第11題：力學(xué)實(shí)驗(yàn)“測(cè)量重力加速度”。

共有3個(gè)設(shè)問(wèn)：實(shí)驗(yàn)器材選擇，屬于綜合性考查;求重力加速度大小，屬于綜合性考查;改變條件對(duì)重力加速度測(cè)量的影響，屬于綜合性考查。

2.第12題：電學(xué)實(shí)驗(yàn)“探究光敏電阻與光照關(guān)系”。

共有4個(gè)設(shè)問(wèn)：寫(xiě)出光敏電阻與電壓關(guān)系，屬于綜合性考查;補(bǔ)齊數(shù)據(jù)，作U-d特性曲線，屬于基礎(chǔ)性考查;依據(jù)數(shù)據(jù)得出結(jié)論，屬于綜合性考查;將結(jié)論應(yīng)用于新電路，屬于綜合性考查。

（六）福建卷

1.第11題：力學(xué)實(shí)驗(yàn)“研究斜面運(yùn)動(dòng)”。

共有3個(gè)設(shè)問(wèn)：數(shù)據(jù)計(jì)算，屬于基礎(chǔ)性考查;判斷s-t2關(guān)系，屬于基礎(chǔ)性考查;求加速度，屬于綜合性考查。

2.第12題：電學(xué)實(shí)驗(yàn)“測(cè)試電流性能”。

共有3個(gè)設(shè)問(wèn)：電阻箱讀數(shù)，屬于基礎(chǔ)性考查;在微安表上標(biāo)出指針，屬于基礎(chǔ)性考查;求電阻箱需設(shè)置的電阻，屬于綜合性考查。

（七）重慶卷

1.第11題：力學(xué)實(shí)驗(yàn)“研究勻變速運(yùn)動(dòng)”。

共有3個(gè)設(shè)問(wèn)：求相鄰兩點(diǎn)時(shí)間間隔，屬于基礎(chǔ)性考查;求中間時(shí)刻瞬時(shí)速度，屬于基礎(chǔ)性考查;求加速度，屬于綜合性考查。

2.第12題：電學(xué)實(shí)驗(yàn)“電流表改為電壓表”。

共有4個(gè)設(shè)問(wèn)：滑動(dòng)變阻器電阻值選擇，屬于綜合性考查;求電流表內(nèi)阻，屬于綜合性考查;電流表改電壓表電阻的連接方式，屬于基礎(chǔ)性考查;求連接電阻的阻值，屬于基礎(chǔ)性考查。

（八）江蘇卷

1.第12題：力學(xué)實(shí)驗(yàn)“測(cè)量動(dòng)摩擦因數(shù)”。

共有5個(gè)設(shè)問(wèn)：實(shí)驗(yàn)步驟排序，屬于基本性考查;求加速度，屬于綜合性考查;先描點(diǎn)，再作出f-M圖像，屬于綜合性考查;求動(dòng)摩擦因數(shù)，屬于綜合性考查;誤差分析，兼具綜合性和創(chuàng)新性考查。

2.第13題：電學(xué)實(shí)驗(yàn)“電流表改為歐姆表”。

只有1個(gè)設(shè)問(wèn)，求刻度3應(yīng)標(biāo)注的電阻值，屬于綜合性考查。

可以看出，本次16道實(shí)驗(yàn)題的設(shè)問(wèn)，基礎(chǔ)性考查最多，綜合性考查和應(yīng)用性考查次之，創(chuàng)新性考查最少，難度適中，較好地落實(shí)了高考評(píng)價(jià)體系的考查要求。

四、教學(xué)啟示

高考評(píng)價(jià)體系將“引導(dǎo)教學(xué)”納入核心功能，有利于理順教考關(guān)系，增強(qiáng)以考促學(xué)的主動(dòng)意識(shí)。教學(xué)與考試，相對(duì)獨(dú)立，又相互促進(jìn)。當(dāng)二者協(xié)調(diào)發(fā)展時(shí)，形成教考和諧的局面，會(huì)推動(dòng)教育進(jìn)步，當(dāng)二者不匹配時(shí)，就會(huì)阻礙教育改革的推進(jìn)。通過(guò)上述對(duì)“八省聯(lián)考”物理實(shí)驗(yàn)題的分析，我們可以得到如下教學(xué)啟示：

（一）突出創(chuàng)新思維

創(chuàng)新是實(shí)驗(yàn)的生命力，也是實(shí)驗(yàn)的閃光點(diǎn)。高考實(shí)驗(yàn)以課標(biāo)和教材實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，這引導(dǎo)高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，既要重視課標(biāo)和教材實(shí)驗(yàn)，也要在其基礎(chǔ)上有所拓展和創(chuàng)新，培養(yǎng)學(xué)生的遷移能力和創(chuàng)新思維。

對(duì)于同一個(gè)物理量，嘗試用不同的測(cè)量工具，可以用常見(jiàn)工具也可以用陌生工具，可以用傳統(tǒng)工具也可以用先進(jìn)工具。如測(cè)量加速度，重慶卷、江蘇卷用了比較傳統(tǒng)的工具——打點(diǎn)計(jì)時(shí)器;遼寧卷、湖南卷、湖北卷、廣東卷用了比較先進(jìn)的工具——光電門(mén)及力傳感器，福建卷則用了比較陌生的工具——在光滑傾斜的軌道上裝有若干可沿軌道移動(dòng)的框架。通過(guò)運(yùn)用不同的測(cè)量工具，學(xué)生經(jīng)歷不同的思路，這對(duì)發(fā)展學(xué)生的能力和素養(yǎng)有很好的促進(jìn)作用。

（二）重視實(shí)驗(yàn)原理

實(shí)驗(yàn)原理是解決問(wèn)題的歸宿，一旦確定了實(shí)驗(yàn)原理，那么解決實(shí)驗(yàn)問(wèn)題都要從原理去思考。高考實(shí)驗(yàn)題的設(shè)問(wèn)，都從原理開(kāi)始，以原理為中心選取器材、組合裝置、確定步驟、處理數(shù)據(jù)、分析誤差等。如用Δx=x2-x1=at2測(cè)量加速度，就始終圍繞該公式去分析問(wèn)題和解決問(wèn)題。學(xué)生抓住了實(shí)驗(yàn)原理，就抓住了實(shí)驗(yàn)本質(zhì)，無(wú)論怎么考查，只要從原理上去思考，就能找到解題的方向，從而正確完成實(shí)驗(yàn)問(wèn)題。

（三）改變實(shí)驗(yàn)方法

方法是指人們?yōu)榱苏J(rèn)識(shí)世界和改造世界等目的而采用的，并可以將其應(yīng)用于其他類似情境中的某一類手段或途徑的統(tǒng)稱。愛(ài)因斯坦說(shuō)：“走出校門(mén)后，把學(xué)校里學(xué)的知識(shí)全部忘記，剩下的東西就是教育”。這里“剩下的東西”，某種程度上指的就是方法。物理實(shí)驗(yàn)對(duì)于某個(gè)物理量的測(cè)量，可以變化不同的方法，通過(guò)不同方法的實(shí)驗(yàn)，提升學(xué)生對(duì)物理方法應(yīng)用的靈活性。如測(cè)量加速度，本次“八省聯(lián)考”就出現(xiàn)了5種不同的方法：湖南卷的v2B-v2A=2al 、湖北卷的a=vB-vAΔt12、遼寧卷的h=v0t+12gt2 、福建卷的s=12at2 、重慶卷的x2-x1=at2。

*本文系廣東省廣州市黃埔區(qū)2020年度教育科學(xué)規(guī)劃課題“基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的中學(xué)物理教學(xué)設(shè)計(jì)研究”（編號(hào)：2020096）的階段性研究成果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 教育部考試中心.中國(guó)高考評(píng)價(jià)體系：函套[M].北京：人民教育出版社，2019.