高考對物理實驗教學發展的導向分析
——以2021年普通高等學校招生全國統一考試(全國乙卷)為例

甘肅 王長才 鐘 寧

2021年全國卷Ⅰ與全國卷Ⅱ合為全國乙卷，試卷讓筆者認識到高考的方向發生了變化，物理實驗考題的變化尤為明顯。新考卷對考生真實實驗數據的分析能力、誤差處理能力、實驗創新思維等方面有了更高的要求，也間接引導著高中物理實驗教學向多樣化、特色化發展。

2021年全國乙卷又一次刷新了甘肅考生對高考試題難度的理解，尤其是在考完理綜試卷之后，考生普遍反映物理試題很難。然而2021年全國上下對高考試題及評析高度保密，不能獲得試題具體難度系數。為此，筆者于2021年8月以畢業自8所高中的150名不同階段的復讀生為樣本，統計他們重做全國乙卷物理試題的數據，發現各種題型的數據均不容樂觀，尤其是實驗考題更是令人觸目驚心，原本以為滿分為5分的22題學生的平均分至少應在3分，結果實際的平均分僅為1.18分，難度系數為0.24；滿分為10分的23題數據更差，平均分僅為1.74，難度系數為0.17。仔細分析學生考卷，筆者發現了高考時考生在物理實驗部分可能出現的問題。

1 高考時考生在物理實驗部分可能出現的問題

1.1 有效數字位數保留出錯率極高

22題是平拋運動實驗題，題圖如圖1、圖2所示，共3空，均要求保留2位有效數字，但計算A點水平方向速度的第一空很多同學寫的是1 m/s或100 cm/s而不是1.0 m/s，計算A點豎直方向速度的第二空很多同學寫的是196 cm/s、200 cm/s或2 m/s而不是2.0 m/s，均不得分，這兩空零分率高達48%。后來經調查發現，76%以上的學生是掌握了這兩空的做題方法的，錯誤的主要原因是不注意有效數字位數的保留。

圖1

圖2

23題是測電池的電動勢和內電阻的實驗題，第一空很多同學知道要用大電阻保護電路，但在“5.0”和“15.0”之中選擇時沒有按照題中要求填寫，填成了15，因有效數字位數缺失而出錯。

1.2 “真實”實驗數據處理讓學生無所適從

22題的第三空考查的是逐差法處理頻閃照片問題，如果嚴格按照此方法，可以得到當地重力加速度為9.7 m/s2，但很多同學沿襲復習時的刷題經驗，僅用兩組數據解得9.6 m/s2、9.8 m/s2或10 m/s2，結果均不得分，零分率高達52%。可見處理“編造”的實驗數據相對容易，同學們欠缺處理“真實”的實驗數據的能力。

圖3

圖4

1.3 創新點也是失分點

圖5

圖6

基于上述的3種原因，筆者對23題考生分數的統計數據：零分率高達34%，滿分率僅為0.06%。

考生對這兩道實驗題的得分情況如此之差，充分說明考生對實驗考題極不適應。要想適應全國乙卷對實驗題的考查需求，教師必須清楚高考的新導向，按照新導向開展實驗教學活動。

2 高考對物理實驗教學發展的導向分析

圍繞高中物理學科核心素養對實驗教學的要求和“高考十大命題原則”對實驗題的考查要求，結合考生在物理實驗題部分可能出現的問題，不難分析出高考對物理實驗教學發展的新導向。

2.1 回歸物理實驗教學本質

通過調研筆者發現，我縣的8所高中，僅1所學校有足夠的實驗器材開展課本上要求的物理實驗，其余7所均因缺乏實驗器材，完全以“講實驗”代替“做實驗”。這種現象在某些地區也是存在的，這也就不難理解為什么學生處理實驗數據時過于機械，為什么學生實驗綜合能力普遍偏低了。

新高考試題對實驗的要求提醒我們，要想提高學生的實驗綜合能力，實驗教學必需回歸本質，要讓學生進入實驗室，用足夠長的時間經歷真實的實驗過程，解決真實的實驗問題，收集并處理真實的實驗數據，進而培養學生的實驗探究能力。

2.2 要通過多樣化的實驗教學來提升學生的創新能力

我縣僅有的1所開設物理實驗課的高中，每個實驗也僅僅開設一種最基本的探究方案，這嚴重制約了學生實驗創新能力的提升。為此，可以效仿有優秀教學方式的學校，在周末開展多樣化的實驗探究活動。主要方式有：

(1)同一實驗開設多種探究方案。如在“測量速度”時，可以利用不同的測量器材：打點計時器、光電門、攝影器材等，利用不同的實驗原理：平均速度法、極限法等，設計多樣化的實驗探究方案，讓實驗更有趣味性，同時鍛煉學生的實驗創新能力。

(2)嘗試利用新設備來開展實驗，分析實驗數據。如在“測量速度”時，可以利用超聲波測量；利用手機錄制運動視頻，用Tracker軟件分析視頻得到實驗數據等實驗方案。實驗完成后，還可以構建簡單模型，引導學生分析新設備測量數據時所使用的原理，拓寬學生創新思維。

(3)通過閱讀實驗論文來增長實驗素養。近現代物理之所以快速發展，和物理學家間的相互交流是分不開的，而學術論文是相互交流的最基本手段。引導學生在中學時期就習慣閱讀論文，還可為他們的后續學習打下良好基礎。以“測量速度”為例，在知網選擇“高級檢索”，在“文獻分類”中選擇“中等教育”板塊，按照“主題”分類檢索“測量速度*實驗”，可以得到很多與“測量速度”相關的文獻，如果引導學生仔細閱讀這些相關文獻，必定對學生的實驗素養及創新思維提升具有強力的推動作用。

(4)帶領學生參加研究性學習、科技創新、科普創新實驗等活動。隨著國家對青少年科技創新越來越重視，研究性學習、科技創新、科普創新實驗等賽事也越來越多，這些賽事，都和開展高中物理實驗教學多樣化、特色化發展密切相關，利用這樣的契機，可以節省很多農村學生參加這些賽事的費用，讓他們在準備賽事時增長見識；還可以讓學生在國家級、省級賽場上展露身影，和參與這些賽事的同學交流學習，開闊視野，增長見聞，提高實驗綜合能力。

2.3 通過創設情境讓學生理解有效數字保留及誤差分析的意義

高考實驗題對有效數字位數保留及誤差分析的考查是不會取消的，考生之所以在這方面失分，大多數還是因為不夠重視。創設恰當情境，讓學生理解有效數字保留及誤差分析的意義，重視物理實驗本身的規律，規范中學物理實驗數據處理的過程與結果表達，就顯得很有必要了。如從“蝴蝶效應”入手，講述洛倫茲用計算機模擬天氣過程，進行天氣數值預報試驗時，為了方便，把原來小數點后保留了6位的初始數據，用僅保留3位的數據來代替進行計算，卻發現越往后計算結果相差越大，以至結果完全不同……讓學生明白初始實驗數據上的微小差異在計算中會不斷累積，會以極快的速度增長，最后造成巨大的誤差，進而明白有效數字保留及誤差分析的意義。

3 小結

錢學森之問，是懸掛在我們所有教育從業者頭頂上的達摩克利斯之劍，為此我國的科技及教育從業者，正在積極擔當科技自立自強的時代使命，為人類發展和世界進步貢獻創新力量。在中學時期就真正地培養學生的實驗和創新能力，不僅會讓學生在高考時大顯身手，考出好成績，還能縮小與發達地區之間教育的差距，培養出祖國真正需要的人才。

本文系甘肅省教育科學“十四五”規劃2021年度重點課題：農村地區普通高中物理實驗教學多樣化特色化發展模式研究——以靜寧縣為例(立項號：GS[2021]GHBZ088)的研究成果。