深入分析實驗試題特點,有效規(guī)劃實驗備考策略

吳愛兄 王波 李開武 張國玉

實驗在中學(xué)物理教學(xué)中的地位不言而喻，深入理解物理實驗有助于學(xué)生建立正確的物理概念，加深對物理規(guī)律的認(rèn)識，增強分析問題和解決問題的能力，所以對物理實驗的考查一直是高考的重要內(nèi)容和形式．自２０２０年北京市實施等級考試以來，高考物理卷對實驗的考查較前幾年有了明顯的變化．面對新的高考形勢，我們只有深入分析試題特點和考試趨勢，才能有效規(guī)劃實驗備考策略，真正做到有效教學(xué)，提升備考效率．

１ 北京高考物理實驗試題特點分析

１.１ 加大了實驗覆蓋面、分值占比，拓寬了考查形式從２０１３年到２０１７年，北京高考物理實驗試題的數(shù)量和分值一直未變，考查的內(nèi)容和形式基本穩(wěn)定．

２０１８年、２０１９年作為新舊高考的過渡之年，實驗試題較以前開始有所變化，２０２０年物理正式采用學(xué)業(yè)水平等級考試，近４年的實驗內(nèi)容考查在２０１９年的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改革創(chuàng)新．表１對近８年北京高考物理試卷中與物理實驗有關(guān)的試題做了統(tǒng)計．

從表１可以看出２０１７年之前實驗題的分?jǐn)?shù)占比穩(wěn)定在２０％，試題的位置一直是第１９題和第２１題．第１９題以選擇題的形式考查學(xué)生的推理分析能力;第２１題以一個完整的實驗從實驗原理的理解、實驗儀器的選擇使用、實驗數(shù)據(jù)的處理分析等多角度考查學(xué)生的綜合實驗?zāi)芰Γ玻埃保改曛髮嶒灴疾橛辛嗣黠@變化，從試題數(shù)量上看，２０１８年、２０１９年在１２道物理題中與實驗直接相關(guān)的有４道，占試題總數(shù)的三分之一，分?jǐn)?shù)占比達(dá)到了３３％．２０２０年進(jìn)入新高考，之后的高考試題中的實驗考查數(shù)量明顯增多，分值占比為３０％左右．從題型上看，既有選擇題，又有填空題（實驗題中），２０２２年的壓軸題也直接與實驗相關(guān)，將理論考查與實驗考查融會貫通．從試題內(nèi)容上看，既有演示實驗也有分組實驗，既有思維實驗也有設(shè)計實驗．

１.２ 深化關(guān)鍵能力考查，突出思維品質(zhì)，關(guān)注創(chuàng)新能力

加大關(guān)鍵能力的考查力度是新高考命題改革的主要方向．通過深入分析近４年北京物理實驗題的命題特點（如表２），我們發(fā)現(xiàn)新高考以來實驗題除了考查學(xué)生對實驗原理的理解、對實驗操作的規(guī)范，以及對數(shù)據(jù)的處理等常規(guī)內(nèi)容之外，還注重考查學(xué)生的模型建構(gòu)和實驗方案的設(shè)計能力，同時增加了思想實驗的考查．考查的重點放在了對學(xué)生科學(xué)思維水平、科學(xué)探究能力和綜合應(yīng)用所學(xué)解決實際問題的能力上，聚焦思維過程和思維品質(zhì)．

２ 沖刺階段物理實驗復(fù)習(xí)的策略建議

通過對表１和表２的深入分析，我們發(fā)現(xiàn)新高考以來物理實驗考查堅持以能力考查為主旨，以發(fā)展學(xué)生的實驗技能、遷移能力、探究能力及創(chuàng)新能力為指導(dǎo)思想，注重對實驗的基本操作、基本方法和基本原理的考查，以鑒別學(xué)生是否達(dá)到了實驗?zāi)芰Φ幕疽?突出設(shè)計性實驗與探究性實驗的考查，以鑒別學(xué)生是否具備通過實驗進(jìn)行探究、創(chuàng)新的核心素養(yǎng);側(cè)重對實驗數(shù)據(jù)的處理及實驗過程中思維能力的考查，以鑒別學(xué)生是否具備主動應(yīng)用科學(xué)方法和科學(xué)思維解決問題的核心素養(yǎng)．因此，在沖刺階段我們對實驗的復(fù)習(xí)一定要立足基礎(chǔ)、重視能力、提升思維．

２.１ 回歸教材：整合梳理實驗?zāi)康?，理解實驗原?/p>

２０２１年、２０２２年的第１５題均是以三個具體的實驗背景展開問題設(shè)計，一方面打破了歷年一道實驗題考查一個實驗的模式，增加了實驗覆蓋面，另一方面從關(guān)注對一個實驗的全面理解轉(zhuǎn)向?qū)W(xué)生實驗素養(yǎng)的整體考查，拓展了實驗?zāi)芰疾榈姆绞剑虼嗽诤笃诘膶嶒瀼?fù)習(xí)中要以實驗?zāi)芰槁淠_點，對教材實驗進(jìn)行有效的整合梳理．我們可以從實驗?zāi)康某霭l(fā)圍繞實驗探究的思路對教材中的每一個學(xué)生實驗進(jìn)行整合．思考每一個實驗需要“測量哪些物理量”“用什么儀器測”“怎么測”“測得準(zhǔn)不準(zhǔn)”“還可以怎樣測”“哪種測法更好”．比如教材中“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗就給出了兩種實驗方案（如圖４）．

我們可以從實驗原理、操作、誤差等方面對不同方案進(jìn)行對比分析，找到實驗的核心點，拓展實驗方法．我們也可以從核心儀器出發(fā)，對比分析同一實驗儀器在不同的實驗中的使用方法，比如在力學(xué)中我們可以從“打點計時器”這一實驗儀器出發(fā)整合梳理所有應(yīng)用它的實驗，在電學(xué)中從“滑動變阻器”梳理相關(guān)實驗．

我 們還可以從核心方法出發(fā)梳理用圖像處理實驗數(shù)據(jù)的方法，系統(tǒng)思考“有哪些實驗可以用圖像處理數(shù)據(jù)”“做什么圖像”“怎樣建立坐標(biāo)系”“怎樣描點”“怎樣畫線”“怎樣計算”“同一實驗不同的圖像處理有什么不同”“遇到?jīng)]有做過的圖像問題怎么辦”等．通過這樣的系統(tǒng)梳理，幫助我們建立實驗的知識體系，深入了解不同實驗儀器的使用，形成策略性的設(shè)計實驗、處理數(shù)據(jù)、分析誤差的方法．

２．２ 重溫實驗：落實基礎(chǔ)技能，關(guān)注真實問題，提升問題解決能力

學(xué)生對任何知識的認(rèn)知都是一個不斷建構(gòu)的過程，沖刺階段我們還要引導(dǎo)學(xué)生帶著教材上的知識和習(xí)得的理論進(jìn)入實驗室，進(jìn)行實際實驗操作．只有通過動手實操學(xué)生才能把知識納入認(rèn)知結(jié)構(gòu)，才能提高對實驗原理和方法的理解，才能發(fā)現(xiàn)書面分析發(fā)現(xiàn)不了的問題．

北京高考物理試題一直致力于把做過實驗和沒做過實驗的考生區(qū)別出來，引導(dǎo)物理教學(xué)，以教材中的演示實驗和分組實驗為基礎(chǔ)，堅持做實驗、想實驗、用實驗，凸顯實驗的綜合性、開放性、應(yīng)用性和探究性．因此我們在沖刺階段要有規(guī)劃、有目的地進(jìn)入實驗室．

我們可以在進(jìn)入實驗室之前對每個實驗進(jìn)行系統(tǒng)地梳理思考：“應(yīng)用什么實驗原理做實驗”“怎樣操作實驗”“會看到哪些實驗現(xiàn)象”．在實驗時我們要關(guān)注：“儀器如何正確使用”“哪些地方操作不當(dāng)會增大實驗誤差”“如何減少實驗誤差”“看到了什么實驗現(xiàn)象”“還發(fā)現(xiàn)了哪些問題”．

在實驗后我們要做深入的分析：“看到的實驗現(xiàn)象與預(yù)測是否相同”“是實驗錯誤還是誤差”“如何進(jìn)一步處理問題”“可不可以應(yīng)用你所學(xué)的理論知識分析發(fā)現(xiàn)的問題”．我們只有通過這樣的分析才能發(fā)現(xiàn)真實的實驗問題，才能像科學(xué)家一樣學(xué)會思考．比如我們認(rèn)真觀察“沙擺”實驗時（如圖５），學(xué)生會發(fā)現(xiàn)沙子并不是均勻分布的，拉動的速度不同圖像也會有所不同，再應(yīng)用原理深入分析，從而深化對物理規(guī)律的理解，發(fā)現(xiàn)真實的實驗問題，最終有效地應(yīng)用規(guī)律解決問題．

２.３ 拓寬思維：延伸實驗內(nèi)涵，提升實驗思辨能力

高考實驗，尤其是設(shè)計性實驗和創(chuàng)新思維實驗，靈活性強，想通過單純的做題梳理將每一種題型復(fù)習(xí)得面面俱到，幾乎是不可能的，因此要想做到面對各種試題時處變不驚，實現(xiàn)有效遷移應(yīng)用，唯有從實驗思想和實驗方法角度入手提高對實驗方法的感知力，提升實驗思辨能力．我們可以關(guān)注教材中的相近實驗進(jìn)行思辨分析．如物理教材選擇性必修第二冊中有兩個實驗裝置非常相近的實驗（如圖６），分別在教材“安培力”與“渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動”后的習(xí)題中．

另外，許多同學(xué)不能準(zhǔn)確地分析實驗現(xiàn)象，主要原因是對實驗的原理不清晰，沒有理解每一個實驗的內(nèi)涵而僅憑實驗的儀器和實驗表象相似進(jìn)行盲目套用．因此對于后期的實驗復(fù)習(xí)要引導(dǎo)學(xué)生透過實驗現(xiàn)象分析實驗的原理，提升思辨能力和推理論證能力．我們還可以關(guān)注教材中的每一個實驗方案，進(jìn)行有效的追問．比如在“探究平拋運動豎直分運動的特點”的實驗中，要分別改變小球距地面的高度和小錘擊打的力度，多次重復(fù)這個實驗，要弄清楚“為什么要分別改變高度和力度”“改變高度的目的是什么”“改變力度的目的是什么”“僅做一次實驗可不可以”，這樣的有效追問可以提升學(xué)生的證據(jù)意識和解釋說明能力．

總之，后期的實驗復(fù)習(xí)我們要一手抓基礎(chǔ)，一手提能力;一邊系統(tǒng)梳理，一邊動手實踐，緊緊把握高考的脈搏，以有效提升科學(xué)素養(yǎng)和探究能力為目標(biāo)，走進(jìn)實驗室，回歸教材，提煉科學(xué)方法和物理思想．