高考物理電學實驗分析與思考

高玉峰

物理是一門以實驗為基礎的自然科學，物理概念、規律、結論往往都是建立在實驗的基礎上，經過歸納總結概括得出的.

《普通高中物理課程標準（實驗）》的課程基本理念第一條是“高中物理課程旨在進一步提高學生的科學素養，從知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀等三個方面培養學生，為學生終身發展、應對現代社會和未來發展的挑戰奠定基礎.”在課程具體目標的知識與技能中第2條是“認識實驗在物理學中的地位和作用，掌握物理實驗的一些基本技能，會使用基本的實驗儀器，能獨立完成一些物理實驗.”在課程具體目標的知識與技能中第2條是“通過物理概念和規律的學習過程，了解物理學的研究方法，認識物理實驗、物理模型和數學工具在物理學發展過程中的作用.”由此可以看出，物理實驗在高中物理中的地位和作用.而從歷年和各地的高考來看，高考中電學實驗幾乎是年年必考，且所占比重較大.

1 高考中電學實驗的考查要求

高中物理教學課標對電學實驗提出了具體的要求.通過教學，學生可以充分理解各種儀器的相關原理，學會選擇各種合適的器材進行實驗，可以熟練地使用各種電學儀器.

高考電學實驗對學生能力的考查，重點在于關注學生的能否進行正確的實驗操作，能否對實驗數據做出正確的分析處理、進而獲得實驗結果和體驗，具備實驗的基本素養.更高的要求是學生能夠按照要求做好實驗，并且在此基礎上進行拓展和創新設計.從歷年的高考試卷來看，電學實驗大多是源于教材而又高于教材，注重考查學生利用基本實驗原理和方法進行創新、解決實際問題的能力，同時能進行實驗評估，這種源于教材，異于教材的命題思路，對中學電學實驗教學有著很好的導向作用.

2 高考電學實驗的命題思路與特點

分析了2014年高考物理實驗試題，幾乎所以省份都考了電學實驗，表1是2014年七份高考試卷中的電學實驗試題以及分值、考點和能力考查.

從表1中幾個省份和地區的電學實驗來看，有以下幾個特 點：從權重上看，電學實驗題的分值在實驗題中所占比重超過一半，（除天津理綜考了三個實驗，上海物理考了四個實驗），北京理綜就考了一個電學實驗.從內容上看，全國卷、全國新課標1、北京理綜、上海物理都考了“測電源的電動勢和內阻”（上海采用的是DIS實驗）， 天津理綜、浙江理綜考了“測導體的電阻”， 山東理綜雖然考了“利用電阻定律測導線長度”，但實際仍然是“測導體的電阻”.從題型上看，電學實驗主要以實物連線、作圖題、填空題，選擇題的形式出現.

從考查學生能力上看，電學實驗主要考查學生的實驗操作、數據處理和分析論證.實驗操作主要考查形式有以下幾類：（1）實物連接，如全國卷、山東理綜、浙江理綜，包括上海物理的示意圖連接.（2）實驗器材和電路選擇，如北京理綜和山東理綜，海南理綜則要求能夠畫出合適的電路圖.（3）電表讀數，電學實驗中電表讀數是學生必須掌握的技能，如在全國新課標1和山東理綜.

數據處理的考查形式主要有以下幾類：（1）根據實驗得到的數據作圖，高中物理實驗中，數據處理主要采用作圖法，通過作圖來對實驗數據進行分析是學生必須掌握的實驗技能，如全國卷、全國新課標1、北京理綜、浙江理綜.（2）根據實驗數據計算，如山東理綜.

分析論證的考查形式主要是處理圖象，得到圖象以后，要根據實驗要求通過分析圖象，來達到實驗目的，如全國卷、全國新課標1、北京理綜、浙江理綜、上海物理卷.在這方面總體來講大多數省份是表現地“中規中矩”，筆者以為一定程度上創新程度不夠，當然也有不少“閃光點”，如浙江理綜卷中電學實驗第2小題“數據選擇”，該題其實包含了內接法和外接法的誤差來源與分析，對學生的要求較高；再如天津理綜卷電學實驗第2小題，不但要求設計實驗，而且要求能耗最小，該題不但考查學生的綜合應用能力和創造性思維，同時融入了“節能減排”的教育思想.上海物理一如既往地考DIS實驗，這應該是今后中學實驗的趨勢；而北京理綜在常規的實驗題基礎上結合了電源輸出功率和路端電壓的問題，對學生的知識應用有一定的拓展

3 對電學實驗教學的幾點建議

3.1 注重基本電表的使用和結構原理

電學實驗主要依靠一定的電表才能完成，而高中階段主要電表是電流表，電壓表和多用電表.對于這些電表，學生在正確使用上基本不存在問題，如電表連接，連接時的注意事項，正確的讀數.從歷年的電學實驗試題來看，讀數和單個電表連接一直是高考的熱點，縱觀2014年高考，三個電表的讀數都涉及到了，而且從學生答題情況來看得分率較高.但如果涉及到電表的內阻或者電表改裝問題時，那么了解電表的結構原理就顯得尤為重要，如天津理綜卷的電學實驗第2小題：根據粗測的判斷，設計一個測量電路，要求測量盡量準確并使電路能耗較小，畫出實驗電路圖，并將各元件字母代碼標在該元件的符號旁.該題的電路設計，需要的電流表和電壓表是需要G表改裝而來，如果學生不清楚電流表的結構原理，那么該題就很難解決.因此，教師在教學過程中注重電表原理結構的講解，像電流表和電壓表的改裝，多用電表的內部結構，為了落實這個教學目標，結合講解，還應該讓學生走進實驗室，動手摸一摸，用一用，甚至可以拆一拆.

3.2 重視電路圖的分析

要完成一個電學實驗，達到實驗目的，就需要有一個合適的電路圖.從2014年高考中的電學實驗可以看出，實驗電路圖可能是給定的，如全國卷、全國新課標1、北京理綜、浙江理綜卷等；也可能是要學生自己畫或者自己設計的，如海南理綜和天津理綜卷.因此，在教學過程中，要求學生掌握教材中的一些基本電路圖以及適用要求，如內接法和外接法，限流式和分壓式接法等，理解這些電路的優點和不足，掌握誤差分析和來源.

對于學生來講，電路圖如果要自己設計，那么難度就大大增加了，在教學過程中教師應該指導學生在這方面的訓練，首先可以指導學生從實驗目的出發，明確基本的電路圖，其次是選擇合適的儀器，沒有合適的電表應該考慮改裝，第三考慮電路的實驗誤差，選擇誤差小的實驗設計.

3.3 重視實驗數據的處理

數據處理和分析論證是實驗過程中的重要環節，而圖象來處理數據在高中物理實驗中充當著重要角色，“描繪小燈泡伏安特性曲線”、“測電源的電動勢和內阻”都用到圖象法，圖象法既能充分體現其直觀性，又可以借助其取平均值的做法而減小實驗誤差.在2014年高考中根據實驗數據描點作圖，對做出的圖象進行分析處理是考查學生的主要形式.而且近年來電學實驗的設計逐漸傾向于真實的實驗情景，而且與生活實際緊密聯系在一起，因此在數據處理過程中要聯系生活實際，不能在理想化狀態下來處理，這也就要求平時的實驗教學不能是“黑板上談兵”，哪怕在高三的復習中也一樣.我們在高三復習過程中把所有高考要求的實驗又重新做了一遍，并在此基礎上加以拓展和提升，從學生的反饋情況來看效果非常突出.

3.4 重視電學實驗誤差的來源分析

實驗誤差有系統誤差和偶然誤差之分，系統誤差是由于實驗裝置或方案的本身所造成的，無法避免；而偶然誤差是由于在實驗操作、實際測量過程中產生的.電學實驗中，系統誤差的分析尤為重要，平時在教學過程中涉及到的電表大都是理想電表，但在實驗中是基于真實的條件下獲得的，而且現在高考實驗都趨向于真實的實驗情景，如浙江理綜卷22（2）題由于學生不知道兩組實驗數據的差異（差異其實就是由于電表的系統誤差造成的）而無從下手.因此教師應讓學生知道實驗不是理想情景，在教學過程中要培養學生的誤差分析意識，如電流表的分壓作用，電壓表的分流作用，電阻隨溫度的變化等因素所導致實驗結果與真實值之間的差異，只有知道了誤差來源，才能通過實驗原理、目的、條件的分析，完善設計思路，減小誤差，提高實驗精度.

3.5 在教材基礎上合理的拓展

高考電學實驗雖然都來自教材，但或多或少在此基礎上進行了拓展與創新.如新課標1第23題對“測電源的電動勢和內阻”進行了創新和拓展；天津理綜卷9（3）②題把電表改裝融入了實驗；北京理綜卷21（5）把電源輸出功率和路端電壓的關系融入了電學實驗；有點是把力學實驗與電學實驗結合在了一起（有點類似傳感器的味道），如山東理綜把長度測量與電學實驗結合起來；更有甚者是知識點的考查不“顯山漏水”，卻暗藏殺機，如浙江理綜卷22（2）巧妙地把電表的誤差分析融入了數據處理中，許多考生一時反應不過來.由此可見，高考實驗的不斷創新和拓展，勢必要求教師在教學中在立足教材的基礎上不斷開拓創新，合理地對外遷移.

當然，電學實驗是千變萬化，防不勝防，與其采取題海戰術，增加學生無謂的負擔，不如“以本為本”，立足教材中的基本電路，如內接法和外接法的誤差分析，分壓式接法和限流式接法的優缺點；還有電表的基本結構原理及電表的使用方法和注意事項，只有掌握了最基本的原理和方法，以不變應萬變，才能在高考中立于不敗之地.