高考物理實(shí)驗(yàn)題對(duì)中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的啟示

王勝春

高考中的物理實(shí)驗(yàn)題是物理知識(shí)與實(shí)際問(wèn)題的有機(jī)融合，考查學(xué)生在一定約束的條件下解決實(shí)際問(wèn)題的能力，既具有實(shí)踐性又具有理論性，既涉及相關(guān)知識(shí)又含有知識(shí)的應(yīng)用，是學(xué)科素養(yǎng)的高度體現(xiàn)，因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)于全面落實(shí)培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)的目標(biāo)，具有不可替代的特殊作用。近幾年的高考物理實(shí)驗(yàn)題在命制思路上力圖貫徹新課程的基本理念，體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)在發(fā)展學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力和提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)方面的重要價(jià)值。下面我以一道2016年高考物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)試題為例，談?wù)勂渲刑N(yùn)含的思想和方法以及對(duì)中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的啟示。

一、試題分析

1. 試題再現(xiàn)

某同學(xué)利用圖1（a）所示電路測(cè)量量程為2.5 V的電壓表V的內(nèi)阻（內(nèi)阻為數(shù)千歐姆），可供選擇的器材有：電阻箱R（最大阻值99 999.9 Ω），滑動(dòng)變阻器R1（最大阻值50 Ω），滑動(dòng)變阻器R2（最大阻值5 000Ω），直流電源E（電動(dòng)勢(shì)3 V），開(kāi)關(guān)1個(gè)，導(dǎo)線若干。

圖1

實(shí)驗(yàn)步驟如下：

①按電路原理圖1（a）連接線路；

②將電阻箱阻值調(diào)節(jié)為0，將滑動(dòng)變阻器的滑片移到與圖1（a）中最左端所對(duì)應(yīng)的位置，閉合開(kāi)關(guān)S；

③調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使電壓表滿偏；

④保持滑動(dòng)變阻器滑片的位置不變，調(diào)節(jié)電阻箱阻值，使電壓表的示數(shù)為2.00 V，記下電阻箱的阻值。

回答下列問(wèn)題：

（1）實(shí)驗(yàn)中應(yīng)選擇滑動(dòng)變阻器 （填“R1”或“R2”）。

（2）根據(jù)圖1（a）所示電路將圖1（b）中實(shí)物圖連線。

（3）實(shí)驗(yàn)步驟④中記錄的電阻箱阻值為630.0 Ω，若認(rèn)為調(diào)節(jié)電阻箱時(shí)滑動(dòng)變阻器上的分壓不變，計(jì)算可得電壓表的內(nèi)阻為_(kāi)_______Ω（結(jié)果保留到個(gè)位）。

（4）如果此電壓表是由一個(gè)表頭和電阻串聯(lián)構(gòu)成的，可推斷該表頭的滿刻度電流為_(kāi)_______（填正確答案標(biāo)號(hào)）。

A. 100 μA B. 250 μA C. 500 μA D. 1 mA

2. 試題特點(diǎn)

本題不是教材的實(shí)驗(yàn)，也不是考綱中明確要求的實(shí)驗(yàn).該試題給出了實(shí)驗(yàn)電路圖和實(shí)驗(yàn)步驟。要求考生從電路圖和實(shí)驗(yàn)步驟出發(fā)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪M(jìn)行有效分析，從而找出實(shí)驗(yàn)原理、操作原理，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，解決實(shí)際問(wèn)題。從知識(shí)上看，本題在符合學(xué)生的認(rèn)知水平和思維能力的基礎(chǔ)上考查了學(xué)生實(shí)驗(yàn)品質(zhì)的深刻性、靈活性。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中恰當(dāng)?shù)厝谌肓说湫臀锢砜茖W(xué)方法的要素.實(shí)驗(yàn)整體構(gòu)思具有一定的創(chuàng)新性，將探究過(guò)程和探究方法隱含在試題的分析和解答過(guò)程中，學(xué)生在遇到認(rèn)知沖突時(shí)，運(yùn)用“發(fā)現(xiàn)問(wèn)題—提出假設(shè)—分析論證—得出結(jié)論”的思維探究過(guò)程解決問(wèn)題，充分體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)在發(fā)展學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力和提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)方面的重要價(jià)值。

3. 在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中融入科學(xué)的方法

在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)施的過(guò)程中，融入了控制變量和誤差分析的思想.此題從表面上看是串聯(lián)分壓的知識(shí)，沒(méi)有誤差分析，但是在實(shí)際實(shí)施過(guò)程中，對(duì)誤差的認(rèn)知程度對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解起到了至關(guān)重要的作用。可見(jiàn)，任何一個(gè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)都離不開(kāi)科學(xué)思想和方法，更離不開(kāi)對(duì)誤差的認(rèn)知。這樣的試題有利于檢驗(yàn)學(xué)生是否真正理解了實(shí)驗(yàn)的要素和真諦；有利于檢驗(yàn)學(xué)生是否真正掌握了科學(xué)探究的原則和方法；有利于檢驗(yàn)學(xué)生是否真正具備了良好的科學(xué)品質(zhì)和辯證的科學(xué)思維能力。

二、學(xué)生面臨的困惑與暴露的問(wèn)題

1. 原理分析上的困惑

試題采用的是半偏法，由于不是大綱明確要求的方法，很多考生沒(méi)能很好地論證出隱藏的誤差分析.題設(shè)步驟④中認(rèn)為調(diào)節(jié)電阻箱時(shí)滑動(dòng)變阻器上的分壓不變，很多考生不能很好地理解出：在滑動(dòng)變阻器采用分壓接法供電，并且其阻值比用電部分阻值小很多時(shí)，即使用電部分阻值發(fā)生一定的變化，供電電壓卻幾乎不變。

2. 實(shí)物連線暴露的問(wèn)題

實(shí)物連線是對(duì)實(shí)際操作的間接考查.考生暴露出的問(wèn)題主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是將分壓供電連成了限流方式；二是沒(méi)有將導(dǎo)線接在實(shí)物的接線柱上。

三、對(duì)中學(xué)電學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的啟示

細(xì)心的教師都會(huì)發(fā)現(xiàn)，這兩年的高考物理實(shí)驗(yàn)試題不拘泥于教材和考綱，而是更加注重挖掘?qū)嶒?yàn)內(nèi)隱的知識(shí)和方法。但從學(xué)生所面臨的困惑與暴露的問(wèn)題上看，我們平時(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是存在著一定問(wèn)題和不足的。如：按部就班地完成教材實(shí)驗(yàn)，不去體會(huì)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)中所蘊(yùn)含的思想和方法；不做完善的誤差分析；不給學(xué)生自主的思維空間；不讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)際操作等。這些做法既降低了學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)的積極性，又難以提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰吞骄磕芰Γ焕趯W(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的全面發(fā)展。從這兩年的實(shí)驗(yàn)試題來(lái)看，實(shí)驗(yàn)試題的考查點(diǎn)正是實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)重視的點(diǎn)，因此物理教師在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，除做好常規(guī)實(shí)驗(yàn)之外，還應(yīng)合理挖掘教材實(shí)驗(yàn)所包涵的方法和思維方式，幫助學(xué)生逐漸形成科學(xué)、合理的實(shí)驗(yàn)理念，逐步滲透物理實(shí)驗(yàn)思維。以下是幾點(diǎn)建議：

1. 緊抓教材，深挖原理和思維方法

教材中明確要求的實(shí)驗(yàn)有：描繪小燈泡的伏安特性曲線、測(cè)量金屬絲的電阻率、測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻等。我們要利用這些實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生深刻理解實(shí)驗(yàn)原理、誤差分析、優(yōu)劣對(duì)比，讓學(xué)生懂得合理取舍、明白實(shí)驗(yàn)的簡(jiǎn)潔性與合理性，讓學(xué)生的思維靈活起來(lái)。

比如在電學(xué)實(shí)驗(yàn)中，確定電流表的內(nèi)接外接，很多教師會(huì)直接給出結(jié)論：當(dāng)R2

很多設(shè)計(jì)性電學(xué)實(shí)驗(yàn)都需要選擇實(shí)驗(yàn)器材，這是學(xué)生的薄弱環(huán)節(jié)。而實(shí)驗(yàn)器材的選擇就是要依據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，抓住主要因素，忽略次要因素，對(duì)結(jié)果做出大概推斷或估計(jì)的辯證過(guò)程。如果我們?cè)诮虒W(xué)中能夠重視這些能力的培養(yǎng)，就會(huì)事半功倍，問(wèn)題也就迎刃而解了。

教材中的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容蘊(yùn)含相關(guān)的方法，也含有完成實(shí)驗(yàn)必須的條件以及影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的相關(guān)因素，教師應(yīng)深層次開(kāi)發(fā)這些，讓學(xué)生明白一些條件和方法的必要性，讓學(xué)生了解如何選擇條件和方法，讓學(xué)生體驗(yàn)方法和條件對(duì)完成實(shí)驗(yàn)的重要性。如此，學(xué)生才會(huì)在遇到問(wèn)題的時(shí)候自然地關(guān)注條件和方法，并且會(huì)根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康膩?lái)確定適當(dāng)?shù)臈l件和方法，從而提高實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ΑＲ陨纤鰞?nèi)容，教材中給了足夠的空間，因此我們必須緊抓教材，培養(yǎng)學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)。

2. 不囿于教材，讓學(xué)生動(dòng)起腦來(lái)

高考大綱中對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ囊笫牵孩倌塥?dú)立完成表中所列的實(shí)驗(yàn)，能明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康模芾斫鈱?shí)驗(yàn)原理和方法，能控制實(shí)驗(yàn)條件，會(huì)使用儀器，會(huì)觀察、分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，會(huì)記錄、處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并得出結(jié)論，會(huì)對(duì)結(jié)論進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)；②能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題并制訂解決方案；③能運(yùn)用已學(xué)過(guò)的物理理論、實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)儀器去處理問(wèn)題，包括簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。

這幾個(gè)方面的能力要求不是孤立的，著重對(duì)某一種能力進(jìn)行考查的同時(shí)在不同程度上也考查了與之相關(guān)的其他能力。同時(shí)，在應(yīng)用某種能力處理或解決具體問(wèn)題的過(guò)程中也伴隨著發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題的過(guò)程。因而高考對(duì)考生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題等探究能力的考查滲透在對(duì)以上各種能力的考查中。

高中電學(xué)實(shí)驗(yàn)的核心可大致分為測(cè)量未知電阻的阻值，測(cè)量電流表、電壓表的內(nèi)阻等，為了提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)，我們可以發(fā)散的問(wèn)題形式，放飛學(xué)生的思維。如提出設(shè)問(wèn)：你有多少種測(cè)量未知電阻的阻值的方法，在什么條件下才能使用？讓學(xué)生明白，同樣的實(shí)驗(yàn)?zāi)康目梢酝ㄟ^(guò)不同的實(shí)驗(yàn)原理來(lái)實(shí)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)原理不同，實(shí)驗(yàn)方案也就不同。教師在教學(xué)中不能只局限于課本上的實(shí)驗(yàn)原理，而應(yīng)帶領(lǐng)學(xué)生開(kāi)闊思路、發(fā)散思維。只有教師在日常教學(xué)中堅(jiān)持從實(shí)驗(yàn)原理入手，帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行實(shí)事求是的分析，學(xué)生才能在遇到問(wèn)題時(shí)處變不驚，應(yīng)對(duì)自如，在提高實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ耐瑫r(shí)養(yǎng)成善于思考的好習(xí)慣。

3. 切忌紙上談兵，讓學(xué)生動(dòng)起手來(lái)

由于受實(shí)際條件的制約，高考不能直接考查實(shí)驗(yàn)操作，導(dǎo)致教師在教學(xué)中產(chǎn)生懶惰心理，很多實(shí)驗(yàn)都靠講授，多數(shù)實(shí)驗(yàn)都是紙上談兵，進(jìn)而導(dǎo)致學(xué)生只會(huì)死記硬背，脫離了物理學(xué)習(xí)的正常軌道。這不僅抑制了學(xué)生的動(dòng)手能力，還增加了學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)的困難。

如滑動(dòng)變阻器的分壓和限流兩種接法：若滑動(dòng)變阻器的總阻值小于用電部分的阻值，則通常選用分壓接法.從理論上分析學(xué)生接受起來(lái)較為困難，但通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察就十分直觀。所有的實(shí)驗(yàn)方案可行與否，都可以以實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象為依據(jù)，直觀易懂、印象深刻。教師要提高的不僅僅是學(xué)生的成績(jī)，更是學(xué)生的能力。

動(dòng)手操作的過(guò)程是其他教學(xué)方法所不能替代的。我們應(yīng)努力開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，保證學(xué)生能夠有充足的時(shí)間進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，親自動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中提高實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ貧w物理本質(zhì)。