中考“測量小電燈功率”實驗的拓展與啟示

(江蘇省太倉市實驗中學，江蘇 太倉 215400)

初中物理中“測量小電燈功率”實驗因其涉及內容多、要求高、綜合性強，而成為各地中考物理的熱點，在中考實測中，往往不局限于教材原型實驗的要求，而是加以多維度的變化、拓展和延伸。本文試圖對2017年各地中考“測量小電燈功率”實驗試題作比較和分析，以求進一步提高我們的實驗教學質量。

1 教材原型實驗教育目標分析

蘇科版物理九年級下冊第十五章第二節安排了學生活動：測量小電燈的功率，顯性目的是測量小電燈的額定功率和實際功率，隱形目的是幫助學生了解實驗設計的具體思路與方法。實驗采用伏安法，教材給出了如圖1所示的實驗電路圖。

圖1

根據義務教育物理課程標準，物理實驗能力的構成要素可歸納為：方案設計、觀察測量、數據分析和評價交流四大方面。結合布盧姆的認知教育目標分類方法，在認知過程維度和知識維度兩個方向，筆者對“測量小電燈功率”實驗的教育目標進行了分析，結果如表1所示。

表1

教材沒有要求學生對探究活動進行較深層次的評價，包括改進實驗的措施與方法、實驗條件發生變化后新問題的發現、新方案的設計、拓展研究方向等。在布盧姆認知教育目標分類中，認知過程維度由低到高分成6個層級，分別是：記憶、理解、運用、分析、評價和創造，教材在該實驗的目標要求方面沒有最高層級“創造”的要求，這恰恰為該實驗中考命題的拓展留下了足夠的空間。

2 中考實驗命題的拓展比較

2.1 各地中考實驗試題與拓展

筆者查閱了2017年全國各地58份含有“測量小電燈功率”的物理中考試卷，除了5份與教材原型實驗的要求相似度極高外，其余實測試題都有不同程度的變化、拓展與延伸。現列舉15個省市中考“測量小電燈功率”實驗試題，對其變化和拓展的內容以及測量目標進行簡單統計，如表2所示，其中代碼含義為：1記憶，2理解，3運用，4分析，5評價，6創造，A事實性知識，B概念性知識，C程序性知識，D元認知知識。

表2

2.2 實驗試題的比較與分析

上述列舉的中考“測量小電燈功率”試題，考查要求各不相同，考查側重點也不盡相同，但無一例外都對原型實驗進行了多角度、多層次的拓展與延伸，在認知目標維度方面幾乎都體現了“創造”層次的要求，主要在以下四方面進行了拓展。

(1) 改變實驗方案，拓展實驗深度

在原有實驗的基礎上，更換不同的實驗器材，設計新的實驗方案，進行新方案下的實驗操作、觀察測量、數據分析，并得出實驗結論。例如2017年江蘇省南京市中考物理試卷第26題，原實驗方案中將電流表換成了滑動變阻器，要求考生完成新方案的兩個實驗操作步驟，并用已測物理量(用字母表示)寫出小電燈額定功率的表達式，在難度要求上有了大幅提升。

(2) 多項實驗融合，拓展實驗廣度

用相近或相似的電路可以完成3個電學實驗：“測量小電燈的功率”“伏安法測電阻”和“研究電流與電壓和電阻的關系”，條件稍加改變，就可以將其中任意兩個實驗融合在一起，達到相互間融會貫通的目的。例如2017年吉林省長春市中考物理試卷第26題，將“測量小燈泡的電功率”和“探究電流與電壓關系”兩個實驗整合在一起，在數據分析、定量計算方面進行了有效拓展。

(3) 延伸數據分析，拓展實驗難度

在收集實驗證據的基礎上，對實驗數據的處理進行深入挖掘，提出了更高的數據分析要求，或發現新規律，或提出新問題，或計算新物理量，或運用圖像進行分析。例如2017年新疆烏魯木齊市中考物理試卷第18題，要求結合圖像判斷小電燈電阻的變化情況，并且進一步判斷和比較小電燈在不同情況下功率的定量關系，拓展了實驗難度。

(4) 加強實驗評估，拓展實驗寬度

對實驗探究過程的某個或某幾個環節進行論證、評價和交流，指出實驗存在的問題或不足，比較方案的優劣，判斷實驗結論的可靠性等，要求闡述自己的觀點，說明判斷的依據和理由。例如2017年河北省中考物理試卷第16題，學生用兩個方案同時完成了測量小電燈功率的實驗，一個實驗方案誤差大，另一個實驗方案不容易操作，要求進行交流評估，并說明理由。

2.3 實例分析說明

例(2017年江蘇無錫)：小明和小華測量額定電壓為2.5V的小燈泡的額定功率。

(1) ① 圖2甲是他們連接的部分電路，請用筆畫線代替導線將電路連接完整。

② 閉合開關前，應將滑動變阻器處在最________(填寫“左”或“右”)端。

③ 閉合開關后，發現無論怎樣調節滑動變阻器的滑片，燈泡都不亮，電壓表和電流表均無示數，小明找來一根完好的導線，一端連在電源負極，另一端觸碰接線柱A、B、C，當發現只有觸碰接線柱C時，燈泡才發光，若電路中只有一處故障，且各器材，導線均完好，則電路故障可能是_______-。

④排除故障后，閉合開關，移動滑動變阻器，當電壓表為2.5V時，電流表示數如圖2乙所示，則小燈泡的額定功率為_______W。

(2) 小明和小華觀察電流表和電壓表均標有電阻值，請教老師后得知這是電表的電阻，為了在接好的圖2甲中較準確地測量出小燈泡的電功率，他們對電壓表的負接線柱應該接在C處還是D處進行了探究，他們將開關閉合，移動滑動變阻器的滑片使燈泡發光，不添加器材，請你說出接下來的操作及判斷方法。

① 操作__________；

②如何判斷：____________。

(3) 小明和小華重新設計了一種測量小燈泡額定功率的電路，如圖2丙所示，電源電壓保持3.5V不變，R0為阻值為10Ω的定值電阻，連接好電路后進行如下操作：① 斷開開關S2，閉合開關S和S1，移動滑動變阻器滑片P，使電壓表示數為2.5V；

② 保持滑動變阻器滑片P位置不變，斷開開關S1，閉合開關S、S2，讀出電壓表示數為2.6V；

小燈泡的額定功率為_________W(計算結果保留兩位小數)。

圖2

分析：從實驗能力的考查要素方面分析，第(1)①、②以及第(2)問考查方案設計能力，第(1)③問考查評價交流能力，④問考查數據分析能力，第(3)問考查觀察測量與數據分析能力。

從實驗試題的認知測量目標角度分析，第(1)①、②問以及第(2)①問考查具體的操作，即“怎么做”，屬于程序性知識；第(1)④問以及第(3)問是電路規律的實際應用，考查“是什么”的問題，屬于概念性知識；第(1)③問根據實驗現象排查故障，考查“是什么”，屬于事實性知識；第(2)②問需要學生理解“為什么這樣做”，屬于元認知知識范疇。

從與教材原型實驗的對比角度分析，主要有兩方面的拓展：一是第(2)問中電表不再是理想電表，實驗中要考慮電表內阻對誤差的影響，要判斷電流表的分壓作用大，還是電壓表的分流作用大，選擇用電流表內接法還是外接法；二是第(3)問中將定值電阻取代了原先的電流表，設計了新的實驗方案，運用實驗數據計算小電燈的額定功率。這兩方面的拓展，明顯提升了考查的層次要求，是一道綜合性強、難度較高的實驗試題。

3 對初中物理實驗教學的啟示

(1) 做實做足教材基礎實驗

教材中的基礎性實驗是學生形成物理概念、掌握物理規律不可或缺的臺階和支架，是物理學習的支柱，對物理學習有著

重要的指導意義。教師需要指導和幫助學生扎扎實實地做好每一個基礎性實驗，明確實驗目的，理解實驗原理，設計實驗方案，掌握科學方法，正確使用儀器，規范實驗操作，細致觀察測量，科學分析數據，歸納實驗結論，了解實驗誤差，積極評價交流，獨立撰寫報告。只有讓學生親身經歷物理實驗的每一個環節，才能有效提高實驗能力，提升學科核心素養。

(2) 靈活拓展教材典型實驗

中考實驗試題的基本原理和實驗方法一定來源于教材，但通常不會是簡單地照搬教材實驗，而是對原型實驗進行改造、拓展和創新。這就要求我們有“見異求同，見同求異”的意識，立足教材，對教材中的典型、重點實驗加以適度拓展和延伸。一方面，針對同一個實驗，可以通過增減、自選實驗器材來改變已有條件，實施新的實驗方案，挖掘多種實驗方法，形成對原型實驗縱向延伸和拓展；另一方面，針對若干相近實驗，可以通過對比、歸納，把握相互間的聯系，實施橫向拓展。

(3) 利用多種途徑挖掘實驗資源

有效提高學生實驗能力的關鍵在于要給學生足夠的時間和空間，讓他們有機會去親身嘗試，親自動手。教師應積極探索多種途徑，豐富學生的實驗資源。一是開發利用教材資源，教材中的插圖、小實驗、超鏈接、綜合實踐活動等內容，都可以進行細致挖掘，精心設計；二是利用生活資源，學生日常生活中生活用品、科技新玩具等都是很有價值的實驗器材，可以進行小制作、小實驗、小發明等課外活動；三是關注利用媒體資源，吸收新知識，嘗試一些創新實驗，充實實驗資源。

回顧分析各地中考物理實驗試題不難發現，實驗情境似曾相識，卻又飽含新意，這無疑要求實驗教學能夠舉一反三、推陳出新。物理實驗教學要以有效提升學生的學科核心素養為目標，在對教材實驗的挖掘和拓展中，提煉出科學的實驗方法和思想。

參考文獻：

[1] 吳志明.中考伏安法實驗試題的比較與啟示[J].物理教學,2016，(2):44-47.

[2] 胡安陽，郭懷忠.中考物理實驗加試的實驗與思考[J].物理之友，2015，(3):26-28.