研江蘇高考實驗題 展“云實驗”教學策略＊

季志鋒

（江蘇省西亭高級中學，江蘇 南通 226301）

1 真題研習

1.1 真題回放

題1.（2014年江蘇高考物理試卷第10題）某學生通過實驗測量一種合金的電阻率.

（1）用螺旋測微器測量合金絲的直徑.為防止讀數時測微螺桿發生轉動，讀數前應先旋緊題如圖1（甲）所示的部件____（選填“A”、“B”、“C”或“D”）.從圖中的示數可讀出合金絲的直徑為____mm.

圖1

（2）題圖1（乙）所示是測量合金絲電阻的電路，相關器材的規格已在圖中標出.合上開關，將滑動變阻器的滑片移到最左端的過程中，發現電壓表和電流表的指針只在圖示位置發生很小的變化.由此可以推斷：電路中______（選填圖中表示接線柱的數字）之間出現了______（選填“短路”或“斷路”）.

（3）在電路故障被排除后，調節滑動變阻器，讀出電壓表和電流表的示數分別為2.23V和38mA，由此，該學生算出接入電路部分的合金絲的阻值為58.7Ω.為了更準確地測出合金絲的阻值，在不更換實驗器材的條件下，對實驗應做怎樣的改進？請寫出兩條建議.

題2.（2014年江蘇高考物理試卷第11題）小明通過實驗驗證力的平行四邊形定則.

（1）實驗記錄紙如圖2（甲）所示，O點為橡皮筋被拉伸后伸長到的位置，兩彈簧測力計共同作用時，拉力F1和F2的方向分別過P1和P2點；一個彈簧測力計拉橡皮筋時，拉力F3的方向過P3點.3個力的大小分別為F1＝3.30N，F2＝3.85N和F3＝4.25N.請根據圖中給出的標度作圖求出F1和F2的合力.

（2）仔細分析實驗，小明懷疑實驗中的橡皮筋被多次拉伸后彈性發生了變化，影響實驗結果.他用彈簧測力計先后兩次將橡皮筋拉伸到相同長度，發現讀數不相同，于是進一步探究了拉伸過程對橡皮筋彈性的影響.

實驗裝置圖2（乙）所示，將一張白紙固定在豎直放置的木板上，橡皮筋的上端固定于O點，下端N掛一重物.用與白紙平行的水平力緩慢地移動N，在白紙上記錄下N的軌跡.重復上述過程，再次記錄下N的軌跡.

兩次實驗記錄的軌跡如圖2（丙）所示，過O點作一條直線與軌跡交于a、b兩點，則實驗中橡皮筋分別被拉伸到a和b時所受拉力Fa、Fb的大小關系為_______.

圖2

（3）根據（2）中的實驗，可以得出的實驗結果有哪些？______（填寫選項前的字母）

（A）橡皮筋的長度與受到的拉力成正比.

（B）兩次受到的拉力相同時，橡皮筋第2次的長度較長.

（C）兩次被拉伸到相同長度時，橡皮筋第2次受到的拉力較大.

（D）兩次受到的拉力相同時，拉力越大，橡皮筋兩次的長度之差越大.

（4）根據小明的上述實驗探究，請對驗證力的平行四邊形定則實驗提出兩點注意事項.

1.2 真題習得

2014年江蘇卷實驗題的考查和往年相比，在內容上一道力學實驗題和一道電學實驗題的格局沒有改變；在題型上一道基本實驗操作題和一道創新實驗操作題的形式也基本沒變.這兩道實驗題，在題干情境的建立上雖然都是以基礎的實驗情境為載體，但是實現新的突破，凸顯了實驗的操作性、應用性和思辨性.

（1）由“考實驗”向“做實驗”轉變.

閱讀這兩道實驗題，宛如一個人正親歷實驗，并將自己所操作的實驗一步一步地展示給讀者，實驗情境設置充分展現了實驗的操作性.另外，在問題的考查上，也重視實驗操作的考核，如題1的第1問，為防止讀數時測微螺桿發生轉動，讀數前應先旋緊題圖1（甲）所示的哪個部件，只要求學生選填符號，而不是寫出名稱，出題的落腳點就是操作，只要學生真正地使用過一次，就是說不出其名稱，也能正確地選填.再如，題2的第1問，要求根據圖中給出的標度利用作圖求出F1和F2的合力，這是探究求合力的方法或驗證力的平行四邊形定則實驗中的最基本的實驗操作，同時也是較重要的實驗環節，只有正確的畫出力的圖示，才能得出結論.學生只有本著科學、嚴謹的態度認真作圖，才能減小誤差，然后通過多次實驗的比較、判斷得到較為科學的結論.

這兩道實驗真題，在情境和問題設置上均立足于實驗的操作，實現了從對實驗原理單一的考查到重視實驗操作考查的轉變，突出真做實驗的教學價值，回歸實驗的本真.

（2）由“讀實驗”向“用實驗”轉變.

題1的第2問，其實就是利用伏安法測電阻，電路簡單，此處出現的故障確也是實驗操作時時常出現的故障.圖1（乙）中電壓表示數幾乎滿偏、電流表示數幾乎為0，說明電壓表與電源連接的部分是導通的，而電流表與合金絲、電源連接的電路是不導通的，電流表上雖有很小的示數，也只是測得流經電壓表上的電流.問題的設置改變以往借單一表述來設置問題情景考查電路中的故障分析，即用語言來描述電路中電壓表、電流表的示數變化，而是直接呈現實驗中出現的情境，讓學生身臨其境用實驗的現象（電表指針的位置）來分析問題.由此，筆者聯想起多年前曾擔任教師實驗技能競賽評委時的情形，與題中情境如出一轍，但是令人震驚的是竟有多位選手沒能正確排除故障而完成實驗，這折射出我們實驗開設率不高，學生真正獨立實驗的機會甚少.題2的第3問更是根據實驗中得到的情境直接應用實驗的數據來分析問題，選項（B）、（D）不就是實驗直接反映出來的規律嗎？

這兩道實驗真題，充分利用實驗的情境來設置問題，體現了實驗的目的，實現了實驗的價值.開展實驗的目的總是為了解決問題或驗證規律，以實驗的情境為載體來設置問題，更能體現實驗的探究性和靈動性，更能反映學生的實驗能力、分析能力，同時也能折射出實驗的真做率.

（3）由“識實驗”向“辨實驗”轉變.

這兩道實驗真題都是以實驗的情境來設置問題讓學生對實驗數據進行分析與論證的，改變了以往純粹的理論考查，如給個阻值便問電流表需要內接還是外接.問題從實驗中來，到實驗中去，踐行了陶行知“做學教合一”的理念，彰顯了實驗的功效性和思辨性.

（4）由“練實驗”到“真實驗”的轉變.

這兩道實驗真題，遠遠超越了對學生實驗技能、實驗能力以及實驗中分析問題、解決問題能力的考查，超越了作為選拔性考試習題的功效，更深遠的是對實驗的教學有著巨大的推動作用.實驗教學豈能只憑幾道實驗習題的講解，需要切實放手讓學生真實驗，讓學生在實驗情境中建立經驗，形成知識，真正應用知識分析、解決問題，形成開放性思維，養成科學探究的意識.

2 “云實驗”教學策略

筆者深知實驗教學對學生發展、民族復興的重要性，深知倡導當下實驗教學開設的緊迫性，結合以上對2014年江蘇實驗真題的分析和正在研究的省級課題“基于創新學力培養的高中物理‘云實驗’教學研究”，摭談幾點“云實驗”教學策略.

（1）創設“云實驗”情境激思維.

云實驗是為了探尋某一確定的本質、規律和概念而提供的眾多、可供選擇的實驗途徑、方案（可以是確定的實驗器材，可以是生活實景、小制作，還可以是基于數字化的動畫或網絡的虛擬實驗室，甚至可以是基于實驗需求基礎上想象的實驗情境），對應所呈現的物理思維、所涉及的實驗原理和方法、實驗的操作以及所得的實驗現象都具有相應的不確定性，最終每位學生可以根據自己的興趣、愛好和需求選擇，實現同一個目標，同時通過交流展示使每個學生獲得盡可能寬廣的思維方式的一系列試探性操作［2］.

例如，筆者開設的“驗證機械能守恒定律”一節實驗課中，鑒于實驗原理相對較為簡單，筆者提供豐富的實驗器材，例如，鐵架臺、重物、打點計時器、紙帶、圓弧斜槽、小球、小車、長木板、氣墊導軌、光電門等，由學生根據自己的知識基礎、認知能力自主設計實驗.學生在小組討論的基礎上形成了以下多種個性化的實驗方案.

方案1：建立重物自由下落的實驗情境（書本實驗），利用打點計時器和紙帶來處理物體下落的高度及對應的速度.

方案2：建立小球沿圓弧軌道運動的實驗情境，利用刻度尺直接測量小球在圓弧上下滑的高度，小球從斜槽末端飛出的速度可以利用光電門來測量或者利用平拋運動的知識來處理.

方案3：建立重物牽引小車沿長直木板運動的實驗情境，利用打點計時器和紙帶來處理物體下落的高度及對應的速度.

方案4：建立重物牽引滑塊沿氣墊導軌運動的實驗情境，將光電門之間的距離設為重物下落的高度，利用光電門記錄的時間，以及遮光片的寬度來求解物塊的瞬時速度.

云實驗情境的建構，是基于“做”的原則，讓學生在做中學，讓教師在做中教，在勞力上勞心.勞心就是思維，學生根據“云實驗”情境，通過審慎思考選擇適合自己的研究方案，使知識的建構和應用更接近自己的生活、更接近自己的心理.在勞力上勞心，是一切發明之母，事事在勞力上勞心，便可得事物之真理［3］.云實驗教學正是基于“做學教統一”的教育理念上提出的，勞力上勞心，不僅要培養學生的實驗技能，更要不斷激發學生的思維，培養學科思辨的方式.

（2）“按需服務”促自主.

云實驗中“云”的理念借鑒于云計算理念，狹義的云計算指IT基礎設施的交付和使用模式，在遠程的數據中心，大量電腦和服務器連成一片，按照各自的需求進行存儲和運算，即通過網絡以按需、易擴展的方式獲得所需的資源，即體現在服務的按需性.云實驗教學中，教師和學生共同營造云實驗情境，以生活實景、科技創作、網絡模擬以及科學想象為載體［4］，學生根據個人的興趣愛好、現有生活經驗、知識儲備、能力結構和認知水平，選擇適合自己的研究途徑，設置個性化的研究方案，獨立實驗以達到預定的學習目標.如上述“驗證機械能守恒定律”一課，筆者提供給大量的器材，不同的學生根據自己的實際選擇了不同的器材，設計了個性化的實驗方案，殊途同歸，共同驗證了同一個規律，且規律的得來都源自于學生親身經歷.此時，學生的自我活動也就真正的開始，即學生在教師的指導下，進行能動的、有意義的創造性活動.

“云實驗”教學的基調就定格在讓學生自主活動，提供寬廣的學習場景，學生通過自主活動建立實際經驗，通過實驗數據的采集、整理、分析加深對經驗的理解，完成知識的自我建構.正如佐藤正夫所說，從實際經驗及直接感知（直觀）所獲得的明晰、正確而且是恒久的表象，對掌握知識、發展知識，將會產生巨大的效果.［5］

（3）“交流展示”提學力.

“云實驗”教學中創新學力的提升不僅表現在學生通過自主活動獲得直接的生活經驗與具體的直觀事實，并由此開始生動活潑地發展認識與思考力，還體現在小組內的合作討論以及小組間的交流展示中，不斷通過思維的碰撞，生成新的善辯性思維.

例如上述“驗證機械能守恒定律”一課，雖然實驗的結論已知，但實驗的途徑、方法和過程并沒有告訴學生，這樣驗證機械能守恒定律的過程也就具有探究的性質了.學生獨立設計驗證這個規律的實驗方案，并按照自己的實驗方案進行實際操作、觀察、測量、記錄和處理實驗數據.在實驗時，學生可能會遇到許多預料不到的問題.例如學生在利用小球沿圓弧軌道下滑的實驗情境驗證機械能守恒定律時，設計的實驗方案可行，但從實驗數據上來看，實驗誤差很大（誤差超過50%），小組通過分析找出實驗誤差的原因——小球與斜槽之間的摩擦不能忽略，測量小球沿軌道下滑的高度不準確和利用平拋運動來求解小球運動到斜槽末端的速度誤差較大等.再如，在小組間交流展示中，其他學生針對利用重物自由下落來驗證機械能守恒定律的小組提出：“實驗中是如何減小實驗誤差的？”經過組內討論和其他同學的補充，最終形成共同的觀點：在器材選擇時，應選擇密度較大、體積較小的鐵錘；實驗操作時，應將打點計時器的限位孔固定在豎直方向上；在紙帶釋放前，將限位孔上端的紙帶豎直拉直等.又如，利用重物牽引小車沿長直木板運動的實驗情境來驗證機械能守恒定律時，發現小車與長木板及紙帶與限位孔之間存在摩擦，總使得實驗中重物減小的重力勢能略小于系統增加的動能，小組間討論是否可以采用平衡摩擦的方法來進行實驗，經改善實驗后發現重物減小的重力勢能比不平衡摩擦力時更接近系統增加的動能，由此外推到如果長木板水平，不考慮一切阻力時，重物減小的重力勢能等于系統增加的動能.

總之，2014年江蘇高考實驗真題是考查實驗的一次大膽的變革，也是回歸實驗本真的一次成功的實踐，勢必對實驗教學產生深遠的影響.

1 中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準［S］.北京：人民教育出版社，2003.

2 季志鋒.基于培養創新學力的高中物理“云實驗”教學［J］.實驗教學與儀器，2013（6）：15.

3 陶行知，胡曉風等編.陶行知教育文集［M］.成都：四川教育出版社，2007：178.

4 季志鋒.摭談基于創新學力培養的高中物理“云實驗”教學［J］.物理通報，2013（9）：4.

5 ［日］佐藤正夫著鐘啟泉譯.教學原理［M］.北京：教育科學出版社，2002：267.