透過高考物理電學實驗題看高中物理核心素養的考查與培養

林志強

摘 要：隨著高中新課程改革的深入進行，發展學生核心素養成為了教育總框架，物理學科也成為了其中的棟梁。高中物理電學實驗教學正逐漸從知識立意向能力立意轉型，成為培養科學思想與創新、科學探究與交流、科學態度與責任的重要途徑。本文從高考物理電學實驗試題的分析來了解高考試題對實驗教學策略制定的指導性作用，并且分析探討電學實驗教學對于高中物理核心素養的培養的重要作用。

關鍵詞：高考;電學實驗;核心素養;教學策略

眾所周知高中物理的學習以實驗為基礎，而電學實驗是高中物理課程中的一個重要模塊，是物理教學中的主要內容之一，也是高考物理考查的一個核心內容，通過新課程改革的開展又向其添加了很多社會科學和自然科學方面的知識，所以高考電學實驗試題既是物理學科考查的重要根本，又有著開放、新穎、創新的命題特點，是高考物理試題中的一顆最耀眼的星星。

經過對許多的高考電學實驗題的分析，我深深的體會到了考題設計者對物理核心素養的深刻理解，以及設計題目時對各個核心素養要素考查的準確定位，下面就我就以自己對高考電學實驗題的分析感受談談自己的一些體會，以2018年高考理綜全國1卷23題為例：

[2018 年全國Ⅰ卷，理綜 23 題]某實驗小組利用如圖（a）所示的電路探究在25℃～80℃ 范圍內某熱敏電阻的溫度特性。所用器材有：置于溫控室（圖中虛線區域）中的熱敏電阻RT ，其標稱值（25°C時的阻值）為900.0Ω;電源E（6V ，內阻可忽略）;電壓表V（量程150mV ）;定值電阻R0 （阻值20.0Ω ），滑動變阻器R1 （最大阻值為1000Ω ）;電阻箱R2 （阻值范圍0～999.9Ω ）;單刀開關S1，單刀雙擲開關S2。

實驗時，先按圖（a）連接好電路，再將溫控室的溫度t升至80.0℃。將S2與1端接通，閉合S1，調節R1 的滑片位置，使電壓表讀數為某一值U0;保持R1 的滑片位置不變，將R2 置于最大值，將S2與2端接通，調節R2，使電壓表讀數仍為 U0;斷開S1，記下此時R2的讀數。逐步降低溫控室的溫度t，得到相應溫度下R2 的阻值，直至溫度降到25.0℃。實驗得到的R2-t 數據見下表。

回答下列問題：

（1）在閉合S1前，圖（a）中R1 的滑片應移動到_________（填“a”或“b”）端;

（2）在圖（b）的坐標紙上補齊數據表中所給數據點，并做出R2-t 曲線;

（3）由圖（b）可得到RT在25℃～80℃ 范圍內的溫度特性。當t=44.0℃ 時，可得RT_________;

（4）將 握于手心，手心溫度下 的相應讀數如圖（c）所示，該讀數為_________，則手心溫度為_________℃。

本題通過探究熱敏電阻的溫度特性，來考查等效替代法測電阻的原理、儀器的使用及讀數以及考生利用圖象處理數據的能力。通過分析本人總結以下四點體會。

第一.本題在一開始并沒有說明實驗原理，只有通讀全題后才能弄清楚實驗原理，真正理解題中所述實驗操作步驟的目的，才能進行數據處理和應用解答。題目篇幅比較長，需要考生耐心通讀全文，第一遍粗讀，第二遍細讀，通過上下文的整體銜接來把握實驗的原理，如果還沒有看清楚題目就急于做題，必然導致思路不清或者理解錯誤而解題失敗，更有甚者被題目的長度而嚇倒，而放棄本題。所以本題一開始就從審題這一基本環節了很好的考查了學生的核心素養中的科學態度與責任這一要素，俗話說“態度決定一切”，一道題的解答過程也只有在認真、科學、有責任感的基礎上才能有成功的可能。本題給我們物理教學的第一個啟示，就是教師在課堂上解答一道題目時切不可急功近利，省略了審題、挖掘題目關鍵條件這一重要步驟，而應該教會學生細致的審題，注重關鍵條件的理解，聯系前后關系，之后才能選擇正確的物理原理進列式求解。

第二.本題考查的實質是等效替代法在電學實驗中的應用，通過實驗操作流程的介紹，要求學生抓住開關S2切換到1、2兩接點前后，通過R2的調節使兩次電壓表的讀數相同的物理意義，并結合閉合電路歐姆定律的理解，得出電阻R2與RT的阻值相等的結論，從而認識到對RT的阻值測量是電阻箱的讀數得到的。這一原理的考查也是本題的核心內容，他不同于常規的伏安法測電阻，不僅在實驗器材上有明顯的不同，實驗原理的簡單明了更是他的主要特點，同時還有一個最重要的優點，沒有因電表的內阻影響而產生的測量系統誤差（例如“外小、內大”---伏安法測電阻時，電流表外接測量系統誤差偏小，電流表內接測量系統誤差偏大）。這一考查內容很好的考查了物理核心素養的科學思想與創新這一要素，本人認為這也是最重要的一個考查要點，這點也給我們提出了最重要的啟示，即在電學實驗教學的過程中除了介紹課本中的基本實驗原理以外，也應該重視創新實驗方法的探討，并且從實驗系統誤差分析的角度對比不同的實驗原理，這種對比最好的做法是讓學生親手用不同的實驗原理來測量，對比結果，并討論產生不同結果的原因，讓學生真正理解不同原理的真正意義，從而拓展了視野，學會了創新。只有在教學中重視培養學生的創新能力、知識遷移能力和解決實際問題的能力，才能讓學生在創新性的考題中從容應對。

第三.本題題中分析的電學元件是一個熱敏電阻，其電阻率具有負溫度系數，這樣的元器件學生在日常生活中是沒有直接體驗過的，其特性對學生來說是很不發解的。本人認為選用這個熱敏電阻為對象出題比選用一個通普通的恒定阻值電阻更具有意義，因為他能更好的考查學生的創新思維。如果在課堂實驗教學當中能有這樣的創新型實驗那是極好的，學生們一定會發現這樣一個完全不同于恒定電阻的性質，必定在他們的腦子里開成了一個大大的疑問—-為什么這種材料有別于普通電阻呢？其微觀結構有什么神密的特點呢？由此必將引發的更深層次的學習，這樣的好奇心一定是最好的學習探究的動力，也必能很好的培養物理核心素養中的物質觀念與應用這一基礎內容。所以老師在電學實驗教學當中也一定要注重這一實驗內容，比如，可以讓學生在“描繪電學元件的伏安特性曲線”這一節實驗課中分別對熱敏電阻、白熾燈泡、恒定電阻三個元件進行測量描繪，由他們自己來發現這三個對象的溫度特性的不同，必能讓他們印象深刻。這樣的探究過程讓他們很好的了解掌握了不同電學元件的溫度特性，對大自然中不同物質有了更加深刻的了解，無形當中培養了學生的科學物質觀，為全面培養核心素養打下堅實基礎。

最后一點，本題最主要的一個答題環節是把表格中的第五、六兩組數據描繪到圖（b）中，然后根據圖中的七個點擬合描繪出一條光滑曲線，再由這條曲線完成第（3）（4）兩小題的測量、讀數。本人經過統計發現，描繪圖線這一步驟有以下兩種典型錯誤，如圖（b1）、（b2）：

產生如圖（b1）描繪錯誤的原因是，學生對熱敏電阻的電阻率隨溫度變化是非線性漸變的特點完全不清楚，對描點法的意義完全不理解，導致盲目的作圖連接成了折線。產生如圖（b2）描繪錯誤的原因是，把物理實驗作圖當成了美術課畫圖了，描線粗大、粗糙，也說明了該生對圖象法的根本要求完全不明確。這兩個典型錯誤恰恰是表現了核心素養中科學探究與交流這一要素的缺乏，對這一要素包含的問題、證據、解釋、交流四個要點均表現不足。而正確的作圖結果應該如圖（b3），所描繪曲線光滑而精細，也有利于后面（3）（4）小題的解答。在用圖象法處理實驗數據時為了認學生真正記住圖線的特征，老師可以結合物理現象規律，或者結合所分析物理量的公式關系，說明圖線所應有的形態，從而讓學生對圖線有本質的理解，而不死記硬背。同時也應說明圖象法的基本做法，通過“列表-描點-連線”作出關系圖象時，描點時應選擇合適的標度，最終讓實驗測量點盡量分布在整個坐標圖中，繪制的點要清晰，繪制的線若是線性的一定要用刻度尺畫直線，若是非線性的一定要光滑精細。教會學生分析判斷在實驗中所得到的實驗結果是否合理，是否符合物理規律，讓他們在實驗中真正的學會科學的分析判斷。

從以上四點分析可知，核心素養注重的是深層次的東西，而不是知識的表面現象。因此，在物理課堂教學中，特別是實驗教學中，老師要把知識的傳授轉化成素養和能力的培養。老師要能真正的做到以上轉化，就要對知識教學各層面的特點分析透徹，就要進行知識的轉化和內化，領悟各層次教學如何貫徹核心素養培養的，從而制定教學策略。物理電學實驗教學策略重在積極引導學生進行自主學習與合作學習，夠在基本電學實驗知識基礎上分析、 探究實驗中的各層次的知識點和實驗規律，尤為重要的是老師要明確培養學生的核心素養一定需要學生的親身體驗的活動，讓學生感受到科學探究的本質，形成科學態度和科學理論等，物理電學實驗就是這些活動的重中之重，在實驗活動中去觀察實驗現象，思考實驗的本質，學會尊重事實，掌握科學方法，提升核心素養。

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