從高考談中學物理實驗創新的教學策略

摘要：本文通過對新課程下高考物理實驗創新試題的分類及研究，尋找中學物理創新實驗的課堂教學策略，培養學生創新思維，提高科學素養。

關鍵詞：高考；物理實驗創新試題；創新思維；教學策略

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148(2011)4(S)-0003-4

中學物理教學的根本目的是培養學生的科學思維能力，激發中學生的創新精神。物理是一門實驗學科，中學物理實驗的創新教學是實現這一目標的重要途徑。在現階段高考對中學物理教學仍發揮著重要的影響。研究高考物理創新實驗試題所反饋的信息，對指導中學物理實驗教學有著現實的意義。作者通過研究新課程下高考物理實驗創新試題，提出中學物理課堂實驗創新的教學策略，以期得到專家和同行的指正。

1 新課程下高考物理實驗創新試題的特點

隨著高中新課程改革的逐步推進，與之相關的高考物理實驗試題在實驗數據處理、誤差分析與控制、實驗結論的分析和評價、通過實驗探究解決應用型問題包括高科技應用等方面做出有益的探索。這類試題通過創設實驗新情境，讓學生體驗科學工作者發現自然規律的探究過程，具有很好的創新性，并能有效地提高學生的科學素養。近年來高考實驗創新試題主要有以下幾種類型：

1.1 拓展創新型

這類試題立足于課本和考試大綱要求的實驗，實驗條件沒有太大的變化，但在實驗方法、數據處理、誤差討論和論證評價等方面進行改造和拓展，顯出其新穎性、創新性。如：

例1［2010年重慶卷22（1）］ 某同學用打點計時器測量做勻速直線運動的物體的加速度，電源頻率f=50Hz，在紙帶上打出的點中，選出零點，每隔4個點取1個計數點，因保存不當，紙帶被污染，如圖1所示，A、B、C、D是依次排列的4個計數點，僅能讀出其中3個計數點到零點的距離：SA=16.6mm、SB=126.5mm、SD=624.5mm，若無法再做實驗，可由以上信息推知：

①相鄰兩計數點的時間間隔為______s；

②打C點時物體的速度大小為______m/s（取2位有效數字）；

③物體的加速度大小為______（用SA、SB、SD和f表示）。

本題①、②兩問是用常規的方法可以解決的，但問題③在數據處理方面，必須采用非常規的方法才能解決，是在常規實驗基礎上的創新。

1.2 應變創新型

這類試題的素材仍來源于課本和大綱規定的實驗，但實驗條件或解決的目標發生了變化，要求學生能發現問題，并探究解決問題的方法，在考查應變能力方面有創新。

例2［2010年福建卷19(3)］ 如圖2所示是一些準備用來測量待測電阻Rx阻值的實驗器材，器材及其規格列表如下:

器材規格

待測電阻Rx電源E電壓表V1電壓表V2電流表A滑動變阻器R開關S、導線若干阻值在900Ω~1000Ω之間，具有一定內阻，電動勢約9.0V量程2.0V，內阻r1=1000Ω量程5.0V，內阻r2=2500Ω量程3.0V，內阻r=0.010Ω最大阻值約100Ω，額定電流0.5A

為了能正常進行測量并盡可能減少測量誤差，實驗要求測量時電表的讀數大于其量程的一半，而且調節滑動變阻器能使電表讀數有較明顯的變化。請用實線代表導線，在如圖2所給的實驗器材中選擇若干合適的器材，連成滿足要求的測量Rx阻值的電路。

依題意可知，電源供給電路應接成分壓器電路，但通過估算可知通過Rx的最大電流Im在0.01A左右，用伏安法無法達到實驗要求，而r1、r2為已知值，應選擇V1、V2設計為比較法測量電路，考查學生發現問題及解決問題的能力。

例3［2010年江蘇卷第11題］ 為了探究受到空氣阻力時，物體運動速度隨時間的變化規律，某同學采用了“加速度與物體質量、物體受力關系”的實驗裝置（如圖3所示）。實驗時，平衡小車與木板之間的摩擦力后，在小車上安裝一薄板，以增大空氣對小車運動的阻力。

（1）往砝碼盤中加入一小砝碼，在釋放小車______（選填“之前”或“之后”）接通打點計時器的電源，在紙帶上打出一系列的點;

（2）從紙帶上選取若干計數點進行測量，得出各計數點的時間t與速度v的數據如下表（表格略）。請根據實驗數據作出小車的vt圖像;

（3）通過對實驗結果的分析，該同學認為：隨著運動速度的增加，小車所受的空氣阻力將變大，你是否同意他的觀點？請根據vt圖像簡要闡述理由。

本題采用課本實驗裝置的基礎上在小車上安裝了一塊薄板，并把實驗探究目標由探究“加速度與物體質量、物體受力關系”改為“探究空氣阻力與物體運動速度的關系”，巧妙地應用vt圖像分析而得出結論，從而考查了實驗條件和探究目標改變后考生的應變能力。

1.3 應用創新型

這類試題一般是課本、大綱未涉及的實驗，試題背景取材于生活實際、社會熱點、高科技發展，考查學生能否用已學過的物理理論、實驗方法和實驗器材，設計實驗方案解決新問題，真正考查學生的應用創新能力。

例4［2010年全國高考Ⅰ卷］ 圖5是利用激光測轉速的原理示意圖，圖中圓盤可繞固定軸轉動，盤邊緣側面上有一小段涂有很薄的反光材料。當盤轉到某一位置時，接收器可以接收到反光涂層所反射的激光束，并將所收到的光信號轉變成電信號，在示波器顯示屏上顯示出來（如圖6所示）。

（1）若圖6中示波器顯示屏橫向的每大格（5小格）對應的時間為5.00×10-2s，則圓盤的轉速為______轉/s。（保留3位有效數字）

（2）若測得圓盤直徑為10.20cm，則可求得圓盤側面反光涂層的長度為______cm。（保留3位有效數字）

本題要求能應用圓周運動和勻速直線運動的知識，并能從圖線中獲取有用信息解決教材中未涉及的一個創新實驗問題。

例5［2008年山東卷第23題］ （題目略）

本題以2007年諾貝爾物理學獎獲獎項目“巨磁電阻”效應為背景來設置實驗試題，根據“材料的電阻隨磁場的增強而增大”的磁阻效應測量磁感應強度，這一全新的高科技類試題是中學課本完全沒有接觸過的，考生必須根據題給方案找到解決問題的方法，也是新課程下出現的一類很好的創新性實驗試題。

2 中學物理實驗創新的教學策略

高考物理實驗試題的創新實踐給我們的啟示是：在中學物理實驗中必須從大處著眼，小處著手，設置新情景、新條件、新要求，讓學生在解決問題的過程中培養分析問題的思維能力，從而激發創新精神。

2.1 抓好基礎實驗是中學物理實驗創新教學的前提條件

在課本和考試大綱要求的實驗教學中，必須努力夯實好實驗的“三基”，并適度進行拓展，為學生實驗創新思維的發展打下厚實的基礎。具體有以下幾個方面的做法：

(1)基本儀器的正確操作、使用及拓展。例如在正確使用毫米刻度尺的基礎上，讓學生用一支鉛筆和這把刻度尺去測定漆包線的直徑；在正確使用游標卡尺的基礎上，讓學生用游標卡尺和刻度尺測量滑動變阻器電阻線的直徑和總長度等。

(2) 掌握課本和考試大綱規定的基本實驗原理、步驟，并在這個基礎上改造創新。例如：要用電阻箱R(0~999.9Ω)、定值電阻R0(阻值3Ω)、電壓表(量程3V，內阻約為6kΩ)、電流表(量程0.3A，內阻約為2Ω)等器材去測定一個電動勢約為3.7V，內阻約為2Ω，允許通過的最大電流300mA的電池的電動勢E和內阻r，只允許在兩個電表中選用一個，應選用哪個表？應如何設計測量電路并測出E、r。

(3)掌握與中學物理實驗相關的基本物理規律，這是任何一個物理實驗改造、拓展、創新、應用所必須的。例如：做好電學實驗的創新，必須以歐姆定律，串并聯電路特點等基本理論的熟練掌握作為前提。

2.2 加強實驗探究教學是中學物理實驗創新的有效方法

引導學生對物理問題進行探究，并對實驗結果和實驗誤差進行分析，在對實驗進行評價與論證的基礎上，嘗試提出改進和完善實驗的方案，逐步培養學生發現問題、提出問題并解決問題的探究能力。

例如：“探究加速度與物體質量、受力關系”的實驗裝置中，平衡摩擦力后，將5個相同的砝碼都放在小車上，掛上砝碼盤，然后每次從小車上取一個砝碼添加到砝碼盤中，測量小車的加速度a與砝碼總重力F的多組數據，作出aF關系圖像，發現圖像不通過原點，要求分析產生這一誤差和結果的原因。通過分析實驗結果，得出在測F時漏測砝碼盤的重力，從而培養了學生質疑、解疑的探究能力。

又如制作水果電池（將兩個金屬電極插入西紅柿中），用電壓表測定兩個電極間的電壓約為0.6V，而幾個水果電池串聯卻不能使一個小燈泡發光，通過對實驗結果的分析與論證，找到產生問題的原因是水果電池內阻太大，這時提出正確測定水果電池E、r的要求時，學生就能水到渠成找到解決問題的辦法。

2.3 培養發散思維是中學物理實驗創新教學的重要途徑

在課堂教學中，引導學生學會圍繞一個問題，多角度、多方位進行思考，追求獨特、新穎的思維方式，有利于學生開拓思路形成靈活多樣的思維品質。例如在探究動能定理的實驗中，可以引導學生采用多種不同實驗方案，如有三個方案的裝置圖如下：

方案1：如圖3所示，由打出的紙帶取若干點，求出W與ΔEk的關系，作ΔEkW圖線，得出結論。本方案要求有兩個前提條件：(1)平衡摩擦力；(2)鉤碼質量m遠小于滑塊質量M。

方案2：實驗裝置如圖7所示，操作步驟如下：(1)一端系在滑塊上的細繩通過轉軸光滑的輕質滑輪掛上鉤碼，改變墊塊的位置，直至輕推滑塊后滑塊沿長木板向下做勻速直線運動；(2)保持長木板傾角不變，取下細繩和鉤碼，讓滑塊沿長木板向下做勻加速直線運動；(3)用打出的紙帶作ΔEkW圖線探究得出結論，此時滑塊加速下滑時，合外力大小等于鉤碼的重力，該方案無須平衡摩擦力，也不要求鉤碼質量m遠小于滑塊質量M。

方案3：如圖8所示，由兩個光電門測出v1、v2，由刻度尺測出光電門間距離s，測出鉤碼重力F，計算ΔEk和W，由兩者關系得出結論。

由不同探究方案得出結論，拓展了學生解決問題的思路，發散思維能力得到有效訓練，創新實驗設計能力得到鍛煉。

2.4 解決實際問題是中學物理創新實驗教學的驅動力

在中學物理實驗教學中，教師精心設計課題，讓學生學會用實驗的方法去解決生產、生活、高科技的實際應用問題。例如讓學生在課外用手表、一根細線、小石塊估測一座山的海拔高度，也可用這些工具測量一張課桌的高度；只用一把米尺測定米粒間的靜摩擦因數；用電壓表，電流表等器材去測定一卷漆包線的長度等，還可以讓學生解決一些科技類新問題，如提供必要器材和條件，讓學生設計測定熱敏電阻在各種不同溫度t下的電阻值Rt，作出Rtt圖像等。學生在不斷用實驗探究去解決實際應用問題的過程中，大大激發了他們進行創新實驗設計的熱情，從而有效地培養了學生的創新精神。

(欄目編輯趙保鋼)

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