源于教材異于教材

何永健??

1引言

高中物理新課程提出：學生應該在科學探究中受到提出問題、猜想與假設、制定計劃與設計實驗等七項科學探究要素的訓練培養，具體達到27項物理實驗能力的要求，物理高考試題對實驗內容的考查也是緊緊圍繞這些要求命題的.綜觀近年來的高考物理實驗題，大都來源于教材，雖然“探究實驗”、“設計性實驗”、“創新實驗” 等新詞不斷出現，但教材提供的演示實驗、學生實驗等經典實驗仍然是所有實驗命題的基礎， 這也完全符合新課程對學生實驗能力的考查要求.因為，新課程提出的培養學生的探究和創新能力要求，是建立在符合高中學生的思維發展、實際認知基礎和物理知識水平上，而不能有不符合學生實際的過高要求.

近年來，全國及各省、市的自主命題試卷中的實驗題在內涵新穎、材料豐富的實驗背景下，大多采用陳題出新，注重考查學生利用基本實驗原理和方法解決實際問題的能力，試題由知識立意逐漸轉變為能力立意，這種“源于教材，異于教材”的命題思路，對中學物理新課程的實驗教學起著良好的導向作用，也是今后高考實驗命題的基本趨勢，對這一課題的研究不僅有利于今后高考實驗的復習，而且會對物理課程改革有極大的啟示和幫助.下面就此問題談點看法與感想，與各位同仁交流和共享：

2典型實例

2.1拓展延伸型

例1（2007年全國理綜22題第2小題） 碰撞的恢復系數的定義為e=v2-v1v20-v10，其中v10和v20分別是碰撞前兩物體的速度，v1和v2分別是碰撞后物體的速度.彈性碰撞的恢復系數e=1，非彈性碰撞的e<1.某同學借用驗證動量守恒定律的實驗裝置（如圖1所示）驗證彈性碰撞的恢復系數是否為1，實驗中使用半徑相等的鋼質小球1和2（它們之間的碰撞可近似視為彈性碰撞），且小球1的質量大于小球2的質量.

實驗步驟如下：

安裝好實驗裝置，做好測量前的準備，并記下重錘線所指的位置O.

第一步，不放小球2，讓小球1從斜槽上A點由靜止滾下，并落在地面上.重復多次，用盡可能小的圓把小球的所落點圈在里面，其圓心就是小球落點的平均位置.

第二步，把小球2 放在斜槽前端邊緣處C點，讓小球1從A點由靜止滾下，使它們碰撞.重復多次，并使用與第一步同樣的方法分別標出碰撞后小球落點的平均位置.

第三步，用刻度尺分別測量三個落地點的平均位置離O點的距離，即線段OM、OP、ON的長度.

上述實驗中，

①P點是平均位置，

M點是平均位置，

N點是平均位置.

②請寫出本實驗的原理，寫出用測量量表示的恢復系數的表達式.

③三個落地點距O點的距離OM、OP、ON與實驗所用的小球質量是否有關系？.

點評此題是根據學生實驗“驗證碰撞中動量守恒”的基本原理和步驟設計的一道源于教材又高于教材的實驗題，試題取材于普通物理力學中的碰撞實驗內容，與教材中“驗證碰撞中動量守恒”實驗所不同的是，將普通物理中的“碰撞的恢復系數的定義” 的有關內容遷移到本題，符合新課程強調過程與方法在新的情景下的可移植性要求，這樣做，既拓展了學生的知識視野，考查了學生的自主學習和快速獲取信息的能力，又提高了試題的新穎度，構建了精彩巧妙的實驗情景，對涉及到的物理字母含義均作了充分的說明，為解題作了有效的鋪墊，使試題既新穎別致、立意深遠又沒有脫離教材.將原實驗中用平拋運動規律研究碰撞后兩球的運動情況，碰撞小球、被碰小球在碰撞前后的落點的平均位置點等各知識點直接遷移到試題之中，體現了對基礎知識、基本技能和遷移能力的考查，突出了對學生活化知識、自主學習、創造創新等多種能力的考查.

2.2多個實驗整合型

例2（2009年福建卷）某研究性學習小組為了制作一種傳感器，需要選用一種電器元件.題中有該電器元件的伏安特性曲線圖（圖略），有同學對其提出質疑，須先進一步驗證該伏安特性曲線，實驗室備有下列器材：

器材（代號）規格

電流表（A1）量程0～50 mA，內阻約為50 Ω

電流表（A2）量程0～200 mA，內阻約為50 Ω

電壓表（V1）量程0～3 V，內阻約為10 kΩ

電壓表（V2）量程0～15 V，內阻約為25 kΩ

滑動變阻器（R1）阻值范圍0～15 Ω，允許通過最大電流為1 A

滑動變阻器（R2）阻值范圍0～1 KΩ，允許通過最大電流為100 A

直流電源（E）輸出電壓6 V，內阻不計

開關（S）導線若干

①為提高實驗結果的準確程度，電流表應選用；

電壓表應選用；滑動變阻器應選用.（以上均填器材代號）

②為達到上述目的，請在圖2虛線框內畫出正確的實驗電路原理圖，并標明所用器材的代號.

③若發現實驗測得的伏安特性曲線與圖中曲線基本吻合，請說明該伏安特性曲線與小電珠的伏安特性曲線有何異同點？

相同點：

；

不同點：.

點評從表面上看，此題是一個“新題”，不屬于教材實驗的熟悉內容，但認真研究后卻看到，此題是由“測定金屬的電阻率”、“描繪小燈泡的伏安曲線”、“傳感器的簡單使用” 三個基本實驗整合串接而成，也是一道“源于教材，異于教材” 的典型好題.涉及電流表的內接和外接、滑動變阻器的分壓和限流接法、電路設計的原則和儀器儀表精度的選用、利用圖象進行數據分析處理等重點實驗考查內容，是在教材原始實驗基礎上的重組與創新，主要是考查學生對電學儀表的使用技能，學生對基本電路連接的實踐動手能力，學生的物理實驗素養.在此基礎上，進一步考查學生是否能靈活的運用學過的實驗知識、實驗方法、儀器去處理、分析、研究一些未做過的實驗，包括用教材原始實驗的設計原則遷移到新實驗進行實驗設計等，完全符合新課程的考查要求.

3基本類型的特點

從以上兩例可以看出，這種具有“源于教材，異于教材”命題特點的實驗試題的表述、構成形式雖各不相同，但考查目標卻是完全一致的，試題情景十分新穎，整合性和創造性極強，主要考查學生的實驗操作能力、實驗設計能力、實驗數據的處理分析能力和對操作過程的綜合遷移能力，充分體現了新課程重視實驗過程、重視綜合實驗素質的精神.除以上兩種類型外，還有以下幾種類型：

3.1重視過程型

如2012年云南卷，第23題是一個典型的創新實驗，通過探究安培力來測定磁場大小和方向，情景新穎自然，富有創造性，很好的考查了平時實驗教學的落實達標情況，以及學生的動手能力、實驗設計能力和綜合分析能力，充分體現了新教材中重視過程、注重培養學生實驗創新和遷移能力的主旨.

3.2 注重探究型

如2012年四川卷的第22題的（2）小題，表面上看是對“測定小燈泡的伏安特性曲線” 的考查，而實際上是在此材料背景下對電路的探究設計，涉及到對電表的改裝、電表的內接和外接、電表量程的選用等教材原始實驗和實驗基本素養的考查，重視對實驗過程的遷移探究等綜合能力的考查.

3.3對實驗方法在不同情境下的遷移型

如2000年的全國卷，在“研究平拋運動”這個實驗，數據處理方法就是把

打點計時器紙帶數據處理的方法遷移過來，由Δs=At2遷移平拋運動豎直方向Δy=gT2；2009年的寧夏卷，實驗題在“測定金屬絲的電阻率”的實驗中，把“測電源電動勢和內阻”實驗中圖象處理數據的方法遷移過來等.雖然很多物理高考實驗試題設置的情境不同，但是實驗原理和實驗方法依然是學生所熟悉的教材內容，真所謂“ 萬變不離其本”，主要考查學生的自主學習能力、知識聯想能力、應變能力和遷移能力.

4對實驗教學的啟示

4.1扎實完成各種實驗，全面落實課程的實驗要求

從以上對高考物理實驗試題的類型特點分析看，高考物理實驗試題都是在教材原始實驗的基礎上加工衍變而成的，內容涉及高中全部的演示和分組實驗內容，主要考查物理實驗的基礎知識和基本能力.因此，物理實驗教學必須要回歸實驗課堂，扎實全面完成各類實驗，使學生親自動手獨立完成實驗，對實驗原理、實驗器材、實驗步驟、實驗的數據處理等都有切身的感受和體驗，徹底糾正“做實驗不如講實驗、背實驗”的教學偏見，通過長期的培養訓練要求，將實驗內容情境化，將實驗過程動態化、可操作化，增加自己的實驗情景儲備，逐步使這些實驗知識和技能上升內化為實驗的綜合能力.

4.2設計一些實驗探究練習，有效地培養學生的實驗遷移和探究能力

教師既要重視課程標準規定的學生實驗，又要在此基礎上有新的拓展和提高，可以有意設計一些探究實驗讓學生操作和練習.如學生在做必修二《驗證機械能守恒定律》的實驗時，有幾個組的電磁打點計時器在紙帶上打出的“跡點”是雙點，實驗結束后教師組織學生一起探究解決這個問題，到底是什么原因造成的？師生共同分析了產生這個問題的各種原因后，主要歸納為兩種：

一是由電磁打點計時器的電壓過高或過低引起的；二是由于儀器的固有頻率發生改變而引起的.

然后師生一起通過實際實驗來研究問題產生的真正原因，原來是長期使用中，使計時器緊固螺絲的松緊程度和振動片的長度發生改變，使儀器的固有頻率發生改變而引起的，并不是電壓過高或過低引起的.通過對這個問題的探究，學生對探究練習興趣濃厚，信心大增，有效地培養了學生的實驗探究意識，不放過實驗中的任何一個疑點.關鍵是通過一些課內的生成性問題，引導和培養學生的質疑和探究習慣.

4.3重視實驗的開放性、多變性和創造性，極大地培養學生的創新精神

高中物理新課程在學生實驗的編排中改變了舊教材中實驗方法只有一種的單調模式，而是設計了多種實驗方案供學生根據實驗條件選擇，這就為啟發學生的思維創造性提供了極大的便利.不僅如此，我們還可以對實驗教學的內容進行合理的變化，通過改變器材、條件，變化數據處理方法，以及改變實驗原理、目的來增強學生的創新意識，最大限度地培養創新

精神.

4.4重視實驗過程，培養學生的實驗綜合能力

物理新課程顯著地提高了物理實驗的位置，實驗過程既是教學的有效手段，又是物理學的重要內容，特別是對實驗過程的考查在物理高考試題中已得到了充分體現，這也將是今后高考物理實驗考題命題的重點.要提高學生對實驗過程的綜合遷移能力，關鍵是讓學生親自動手做實驗，真正使學生經歷體驗實驗過程.如果學生不親自動手做實驗，很難發現問題，真正難以形成實驗能力，學生只有在不斷使用實驗儀器的過程中，才能真正掌握其使用方法，只有在不斷地動手實踐中，才能培養學生發現問題、分析問題和解決問題的能力，因此，教師應當有效的增加學生親自動手實踐的機會，開放實驗室，使一些未能達到實驗目標和有探究練習需求的學生在課余時間到實驗室中繼續練習，千方百計地增加物理實驗過程對學生感官、思維等的刺激和感受，積累大量的實驗表象，為在實驗新情境下進行實驗知識和技能的遷移奠定扎實的基礎，真正有效地培養學生的實驗綜合能力.