源于教材 高于教材
——提高高三物理實驗復習實效性的教學策略

(1. 江蘇省贛榆高級中學，江蘇 連云港 222100;2. 江蘇省常州市北郊高級中學，江蘇 常州 213031)

實驗設計與分析能力是物理學科核心素養中科學探究能力的重要組成部分。近年來，物理高考以能力立意為導向，對實驗的考查要求逐年提高，因此，提高高三物理實驗復習的實效性顯得尤為重要。高中物理教材凝聚了物理學家智慧的經典實驗以及相關實驗素材，為學生的實驗探究提供設計原型和范式，可以引領學生經歷科學探究的過程，學習科學探究的方法，感悟科學探究的真諦。為此，挖掘教材中實驗的復習功能，是提高物理實驗復習實效性的重要途徑。

1 一“材”多用，提高學生實驗器材的使用能力

一“材”多用是指將教材中某個實驗的實驗器材運用于多個物理實驗中，可將不同的物理實驗通過實驗器材這條主線串聯起來進行專題復習。這種專題復習既強化了學生對實驗器材作用和使用方法的掌握，又提高了學生實驗器材的使用能力，對培養學生的實驗能力大有裨益。

在探究“加速度與力、質量的關系”的實驗中，滲透了諸多科學研究方法，其中有平衡摩擦力的等效法和控制變量法、小車質量遠大于所掛砝碼和砝碼盤的總質量的實驗條件簡化法、圖像法等。對此實驗加以改進，既可以提高實驗的準確度，又可以使實驗操作簡便，如用氣墊導軌替代長木板，可不用平衡摩擦力，用力傳感器測量合外力不需要考慮小車的質量遠大于砝碼和砝碼盤的總質量的條件，通過用光電計時器測量小車的運動時間，或者用位移傳感器，就不需要用打點計時器測量加速度。以此改進實驗為背景，通過改變實驗條件和儀器設置問題進行專題復習，既不脫離教材又不拘泥教材，體現了開放性、探究性等特點。

“守舊源于封閉，創新出自開放”。利用氣墊導軌等器材，可構建創新實驗方案，培養學生實驗器材的使用能力。

圖1

某同學利用如圖1所示的裝置驗證動能定理，在氣墊導軌上安裝了兩光電門1、2，滑塊上固定一遮光條，滑塊用細線繞過定滑輪與鉤碼相連。實驗時，測出光電門1、2間的距離為L，遮光條的寬度為d，滑塊和遮光條的總質量為M，鉤碼質量為m。

(1) 完成下列實驗步驟中的填空：

A． 安裝好實驗裝置，其中與定滑輪及彈簧測力計相連的細線處于豎直狀態；

B． 實驗時要調整氣墊導軌水平，不掛鉤碼時，接通氣源，釋放滑塊，如果滑塊，則表示氣墊導軌已調整至水平狀態；

C． 掛上鉤碼后，接通氣源，再放開滑塊，記錄滑塊通過光電門1的時間t1和通過光電門2的時間t2，若彈簧測力計的示數為F，則要驗證動能定理的表達式為：；

D． 改變鉤碼的質量，重復步驟C，求得滑塊在不同合力作用下的動能變化量ΔEk。

(2) 對于上述實驗，下列說法正確的是( )。

A． 滑塊的加速度與鉤碼的加速度大小相等

B． 彈簧測力計的讀數為滑塊所受合外力

C． 實驗過程中鉤碼處于超重狀態

D． 鉤碼的總質量m應遠小于滑塊和遮光條的總質量M

用“探究加速度與力、質量的關系”中的實驗器材還可以設計測定物塊與木板間的動摩擦因數的實驗方案，設計利用自由落體運動探究功和動能關系的實驗方案，設計研究小車以不同的初速度沿粗糙水平面滑動的距離，得出小車的初動能大小與克服摩擦力做功的情況，以驗證動能定理。通過實驗原型的創新拓展，強化了學生對氣墊導軌、光電門、光電計時器、力傳感器等實驗器材使用方法的領會和掌握，對培養學生實驗器材的使用能力有重要作用。

2 一“理”多用，提高學生物理原理的應用能力

一“理”多用是指將教材中某個實驗的物理原理運用于多個實驗中，可將不同的物理實驗通過實驗原理這條主線串聯起來進行專題復習。因此,在復習教材中實驗時，不要墨守成規，可通過改變實驗條件，讓學生進行拓展創新，從而獲得成功的體驗和提高應用物理原理的能力。

“驗證力的平行四邊形定則”是一個內涵豐富的經典實驗，從合力與分力等效的思想和平行四邊形定則出發，通過變換實驗器材和變化合力與分力的獲得方法，實現對實驗的改進與創新，提高學生應用物理原理的能力。

圖2

如圖2所示，通過變換實驗器材可以改進實驗方案，變化合力與分力的獲得方法，可以將彈簧測力計顯示分力轉換為用鉤碼所受的重力來表示分力，將彈簧測力計顯示合力轉換為用重物或鉤碼所受的重力來表示合力。

3 一“法”多用，提高學生實驗方法的遷移能力

一“法”多用是指將高中物理教材中某個實驗方法運用于多個實驗中，將不同的物理實驗通過實驗方法這條主線串聯起來進行專題復習。一“法”多用式的實驗專題復習，既強化了學生對實驗方法的領會和掌握，又提高了學生實驗方法的遷移能力，對培養學生的實驗能力起著重要作用。

在“驗證力的平行四邊形定則”的實驗中，合力與分力是一種等效替代的關系，等效法是該實驗的基本思想方法，是指從事物間的效果相同出發，把實際復雜的現象、過程或問題轉化為簡單的物理現象、過程或問題來研究和處理的方法。

“測定電池的電動勢和內阻”是高中物理中重要的實驗之一，由于電表的內阻導致采用圖3和圖4電路接法均存在系統誤差，分析該實驗的系統誤差是此實驗的教學難點，用等效法進行分析，既簡單方便又易于理解。

圖3

圖4

對于圖4的測量電路，可以把電源和電流表看成一個整體，等效為一個電源。電壓表測得的電壓就是等效電源的路端電壓，電流表測得的電流就是通過等效電源的電流，等效電源的電動勢相當于開路時的路端電壓，也就是這個電源本身的電動勢，等效電源的內電阻就是電源內阻和電流表的電阻之和，即：E′=E,r′=r+RA。

4 一“題”多用，提高學生的分析能力

一“題”多用是指將物理教材中的學生實驗或演示實驗、章節練習實驗題等進行適當的多問、多變，以此衍變出多個實驗問題。從一“題”多用的思路出發，將實驗題從不同的角度、不同的側面以及用不同的設計方法進行合理的改造、改編、加工等，形成問題串進行專題復習，以此達到不同的實驗復習效果。一“題”多用式的實驗專題復習，既強化了學生對實驗問題分析方法的領會和掌握，又提高了學生的分析能力，對培養學生的實驗能力具有重要意義。

如2018年全國卷Ⅲ中的一道實驗題，甲、乙兩同學通過下面的實驗測量人的反應時間。實驗步驟如下：

(1) 甲用兩個手指輕輕捏住量程為L的木尺上端，讓木尺自然下垂。乙把手放在尺的下端(位置恰好處于L刻度處，但未碰到尺)，準備用手指夾住下落的尺。

(2) 甲在不通知乙的情況下，突然松手，尺子下落；乙看到尺子下落后快速用手指夾住尺子。若夾住尺子的位置刻度為L1，重力加速度大小為g，則乙的反應時間為(用L、L1和g表示)。

(3) 已知當地的重力加速度大小為g=9.80m/s2，L=30.0cm，L1=10.4cm，乙的反應時間為s。

(4) 寫出一條提高測量結果準確程度的建議。

這道高考題原型出自人教版必修1教材第45頁的“做一做”，在實驗教學中，如果能以此“做一做”為教學素材，并進行如下的拓展：(1) 將刻度尺的“0刻度”置于下端和將刻度尺的“最大刻度”置于下端，在處理分析數據時有何區別？(2) 如何減小該實驗的測量誤差？結合自己動手實驗的體會，提出有利于減小實驗誤差的建議。針對物理教材中“做一做”實驗問題進行一題多問或一題多變，并加以分析，既鞏固和強化了學生對自由落體運動理想模型的認識，又使學生會應用自由落體運動的規律解決實際問題，既提高了學生對該問題的分析能力，同時又貼近高考對實驗考查的要求。

挖掘物理教材中的實驗素材，做好實驗復習，充分體現了高考實驗試題源于教材又高于教材的命題思想。因此，基于教材中的經典實驗、“問題與練習”“做一做”等欄目實驗，讓高考實驗復習回歸教材，從一“材”多用、一“理”多用、一“法”多用、一“題”多用四個方面，挖掘教材中各種實驗問題的復習功能，對高三物理實驗復習將會起到事半功倍的作用。