淺談高考實驗題中的“新瓶裝舊酒”

摘" 要：2023年高考物理湖南卷第11題在題源、實驗儀器選用、實驗情境、設問角度等方面富有創(chuàng)新性，給人耳目一新的感覺。但是，試題中的圖表呈現(xiàn)過于理想、知識考查過于理論，試題僅是披著“新瓶”的外衣，內在裝的還是知識理論考查的“舊酒”，不利于學生真正創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和高中實驗教學的引導。

關鍵詞：高考實驗題；試題創(chuàng)新

《中國高考評價體系說明》指出，高考命題時應堅持理論聯(lián)系實際的原則，考查學生探索新方法、積極主動解決問題的能力。［1］縱觀近幾年的高考試題，題型普遍呈現(xiàn)出“無思維，不命題；無情境，不成題”的典型特征。在如今這個重視實踐能力和創(chuàng)新能力的新時代，實驗題應當通過方案設計、動手操作、觀察現(xiàn)象、記錄數據、分析歸納與得出結論等環(huán)節(jié)，全方位實現(xiàn)“立德樹人、服務人才、指導教學”的高考核心目標。2023年高考物理湖南卷第11題，在深化基礎性的前提下，進一步強化試題的應用性、創(chuàng)新性、探究性和開放性，使人耳目一新。然而，受某些因素的限制和影響，完成試題后卻讓人產生“新瓶裝舊酒”的唏噓和遺憾。1" 真題呈現(xiàn)

（2023年湖南卷第11題）某同學探究彈簧振子振動周期與質量的關系，實驗裝置如圖（a）所示，輕質彈簧上端懸掛在鐵架臺上，下端掛有鉤碼，鉤碼下表面吸附一個小磁鐵，其正下方放置智能手機，手機中的磁傳感器可以采集磁感應強度實時變化的數據并輸出圖像，實驗步驟如下：

（1）測出鉤碼和小磁鐵的總質量m；

（2）在彈簧下端掛上該鉤碼和小磁鐵，使彈簧振子在豎直方向做簡諧運動，打開手機的磁傳感器軟件，此時磁傳感器記錄的磁感應強度變化周期等于彈簧振子振動周期；

（3）某次采集到的磁感應強度B的大小隨時間t變化的圖像如圖（b）所示，從圖中可以算出彈簧振子振動周期T＝""" （用“t0”表示）；

（4）改變鉤碼質量，重復上述步驟；

（5）實驗測得數據如下表所示，分析數據可知，彈簧振子振動周期的平方與質量的關系是""" （填“線性的”或“非線性的”）；

（6）設彈簧的勁度系數為k，根據實驗結果并結合物理量的單位關系，彈簧振子振動周期的表達式可能是""" （填正確答案標號）；

A. 2πmk

B. 2πkm

C. 2πmk

D. 2πkm

（7）除偶然誤差外，寫出一條本實驗中可能產生的誤差原因：" 。

參考答案：（3）t010" （5）線性的" （6）A" （7）空氣阻力

2" “瓶”的“新”

2.1" 題源新

在老教材中，彈簧振子振動周期與質量的關系屬于選考內容，但在新教材中該內容卻出現(xiàn)在選擇性必修一最后的課題研究中，總體仍呈現(xiàn)出“源于教材但不拘泥于教材”的特點。從2023年開始，湖南省高考采用“新高考、新教材”的模式，相比于2021年和2022年采用的“新高考、老教材”模式，新教材中的熱學、光學、機械波和機械振動等內容由選考內容變?yōu)楸乜純热?。同時新教材上的一些演示實驗、閱讀材料、課題研究等也可能被改編為實驗試題，這勢必使實驗題的題源范圍比以前更廣泛、更具有新意。2.2" 儀器新

隨著我國社會的不斷發(fā)展，一些具有高科技含量的實驗器材逐步取代了傳統(tǒng)器材，使得實驗過程更便捷，實驗數據更精確，實驗情境更具有創(chuàng)新性和應用性。這些科技進步不僅引導學生從生活中發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，還能幫助他們有效地解決問題。例如，本題利用智能手機附帶的傳感器和軟件來測量磁感應強度，以此來探究彈簧振子的周期公式。這種來源于生活的現(xiàn)代化實驗器材能更好地激發(fā)學生親自動手實驗的熱情，引導學生真正走進實驗室，并通過實踐解決實際問題。2.3" 情境新

《深化新時代教育評價改革總體方案》中明確提出了優(yōu)化情境設計，增強試題靈活性，深化關鍵能力考查的要求。本題結合科技前沿，借助數字化實驗儀器，在親切且新穎的實驗氛圍下拓寬學生的科學視野，旨在培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和動手能力，推動學生由“解題”思維向“解決問題”能力的轉變，這就要求學生不僅要熟練掌握實驗的基本原理和操作，更要將其熟練應用于實際生活，解決具體問題，從而在實踐中培養(yǎng)關鍵實驗能力和提升核心學科素養(yǎng)。2.4" 設問新

本題要求考生根據實驗結果結合物理量的單位關系，猜測彈簧振子的振動周期公式。這里的巧思在于向實驗題中加入了物理單位制的考查，這在以往的高考實驗題中并不多見。這種設問方式新穎獨特，對學生的發(fā)散性思維和知識遷移能力提出了更高的要求。3" “酒”的“舊”

3.1" 圖表呈現(xiàn)過于理想的舊問題

試題中給了磁感應強度B的大小隨時間t變化的圖像，由圖像中可以看出，數據之間的變化關系與余弦函數非常相似，這也高度符合理論得到的周期公式。但由于小磁鐵的磁場空間分布特點，加之實驗過程中出現(xiàn)的一些不可控因素的影響，最終的實驗結果并不能完美符合理想情況，因此數據圖像肯定會存在誤差。筆者自己做了類似實驗，在網上也查閱了相關實驗資料，實際圖像應更接近圖1，兩者有著明顯差別。

的大小隨時間t變化的實際圖像本題的原圖雖然有著便捷考查和訓練學生知識技能的作用，但這樣的圖表畢竟是不夠真實或過于理想化的。筆者經過多年的高三教學實踐發(fā)現(xiàn)，由于實驗數據并非總是完美的，學生往往就自行編造一些虛假的數據以方便運算。長此以往，學生可能就只關注實驗背后的知識原理，過分依賴理論計算的便捷性，而忽視了實驗數據的真實性、可靠性和科學性，這與物理核心學科素養(yǎng)中的“科學態(tài)度和責任”是明顯相悖的。高考試題具有重要的引導作用，我們必須保證整個實驗數據的真實可靠，這不僅是因為真實的數據在認知上具有極高的價值，更在于真實的數據能與學生的日常生活緊密相連，能吸引他們全部的注意力，啟發(fā)學生從生活中獲得經驗以及探討、發(fā)現(xiàn)問題。在這里，我們不妨讓圖表不那么“理想化”，呈現(xiàn)出一種更接近真實的狀態(tài)，讓學生感受到實驗的魅力更多來源于它的真實性。筆者在做實驗和查閱相關資料中發(fā)現(xiàn)，如果把手機直接懸掛在彈簧上，代替鉤碼和小磁鐵做上下振動，再利用智能手機內部的傳感器軟件，記錄下豎直方向加速度與時間的關系，圖像會更理想一些，實驗圖像如圖2所示。

3.2" 知識考查過于理論的舊問題

由于高考目前仍是以紙筆測試形式為主，因此在一線實驗教學中普遍存在“愿意多做實驗題，而不愿多做實驗”的現(xiàn)象，本題就體現(xiàn)出了這一特征。試題更多的是關注學生對物理理論知識的掌握情況，而對于學生是否真正走進實驗室開展過真實的實驗，考查的并不明顯。此外，本題還跟大多數高考實驗題類似，考查的大多是對以往所學物理規(guī)律的進一步驗證，導致在處理問題時學生容易受到腦海中固有結論的影響。因此，實驗題中呈現(xiàn)的探究本質上只是在形式上的創(chuàng)新探究，對學生的批判性思維、論證性思維的考查并不充分。如果學生已經事先掌握了已有結論T＝2πmk，則此題明顯失去了考查學生的核心實驗能力和學科素養(yǎng)方面的意義。

在《普通高中物理課程標準（2017版2020年修訂）》中指出，要避免讓學生按教師或教材的既定步驟進行虛假“探究”，不應只把注意力集中在與探究假設相符的物理事實上，還需要觀察和收集那些與預期結果相矛盾的信息。［2］或許本題可以這樣修改：問題一，實驗圖像與理論圖像之間存在差異的原因可能有哪些，如何證明你的猜想；問題二，在實驗中提供兩個質量不同的鉤碼，并已知彈簧振子的振動周期公式，為了盡可能減小實驗誤差，你認為應該選擇質量大的鉤碼還是質量小的鉤碼，請給出你選擇的理由。這樣的問題設計可以有效打破學生已存在的固有結論，需要學生以自己原有的知識作為基礎，進行合理的猜想和假設，并尋求證據進行論證，這些過程勢必會對學生發(fā)展思維能力、提高科學探究素養(yǎng)帶來極大的益處。4" 總結

由于高考真題具有強大的反饋功能、激勵功能和導向功能，對物理學科核心素養(yǎng)的落實具有重要的評判與引領作用。筆者期待未來的高考實驗題能用漂亮的“新瓶”裝滿甜蜜的“美酒”，使得這些試題能為學生終身發(fā)展、應對現(xiàn)代和未來社會發(fā)展的挑戰(zhàn)奠定堅實的基礎。

參考文獻

［1］教育部考試中心.中國高考評價體系說明［M］.北京：人民教育出版社，2019：32-35.

［2］中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）［M］.北京：人民教育出版社，2020：54．