學生從做實驗題到做真實驗的角色轉變
——以2021年江蘇省高考物理實驗試題為例

左祥勝

（江蘇省宿遷中學，江蘇宿遷 223800）

1 引言

2021年江蘇省高考物理試題是我省實行新高考的開篇之作，也是在《普通高中物理課程標準（2017年版）》、《中國高考評價體系》指引下的命題.［1］試題以真實情境為載體，以學科素養為導向，以關鍵能力考查為重點，彰顯了新高考“價值引領、素養導向、能力為重、知識為基”的命題理念.其中，物理實驗試題以學習探索類情境為載體，利用水平氣墊導軌和光電門等實驗器材驗證動量定理，再現真實的實驗場景.試題源于教材而又高于教材，問題設置以科學探究過程為基準，引導學生像科學家一樣去思考，給人耳目一新的感覺.

2 高考物理實驗試題評析

2.1 真題再現

例1.（2021年江蘇省高考第11題）小明利用如圖1所示的實驗裝置驗證動量定理.將遮光條安裝在滑塊上，用天平測出遮光條和滑塊的總質量M＝200.0 g，槽碼和掛鉤的總質量m＝50.0 g.實驗室將滑塊系在繞過定滑輪懸掛有槽碼的細線上.滑塊由靜止釋放，數字計時器記錄遮光條通過光電門1和2的遮光時間Δt1和Δt2，以及這兩次開始遮光的時間間隔Δt，用游標卡尺測出遮光條寬度，計算出滑塊經過兩光門速度的變化量Δv.

圖1

（1）游標卡尺測量遮光條寬度如圖2所示，其寬度d_________mm；

圖2

（2）打開氣泵，待氣流穩定后調節氣墊導軌，直至看到導軌上的滑塊能在短時間內保持靜止，其目的是________；

（3）多次改變光電門2的位置進行測量，得到Δv和Δt的數據如表1.

表1

請根據表中數據，在方格紙上（圖3）作出Δv-Δt圖線；

圖3

（4）查得當地的重力加速度g＝9.80 m／s2，根據動量定理，ΔvΔt圖線斜率的理論值為_________m／s2；

（5）實驗結果發現，圖線斜率的實驗值總小于理論值，產生這一誤差的兩個可能原因是______.

（A）選用槽碼質量偏小.

（B）細線與氣墊導軌不完全平行.

（C）每次釋放滑塊的位置不同.

（D）實驗中Δv的測量值偏大.

2.2 試題溯源

試題考生非常熟悉，源于教材（見例2、例3），而又高于教材.旨在引導學生在日常學習、高三復習備考時要回歸課本，關注基備知識.對新課標要求掌握的21 個分組實驗，學生需要掌握實驗原理，會收集、處理實驗數據；知道實驗過程中產生誤差的原因、減小誤差的方法與措施等.同時，學生還要真正走進實驗室，要認真動手操作與思考，注重實驗素養的養成.對教材中每個實驗不僅要知其然，更需要知其所以然.只有這樣，學生的實驗能力才能大幅度提升.

例2.（人教版必修1第32頁復習與提高B組4）為了測定氣墊導軌上滑塊的加速度，滑塊上安裝了寬度為2.0 c m 的遮光條.如圖3，滑塊在牽引力作用下先后通過兩個光電門，配套的數字計時器記錄了遮光條通過第一光電門的時間Δt1為0.20 s，通過第二個光電門的時間Δt2為0.05 s，遮光條從開始遮住第一個光電門到開始遮住第二個光電門的時間t為2.5 s，試估算滑塊的加速度.

圖3

例3.（人教版必修2第98頁練習與應用2）圖4為一種利用氣墊導軌“驗證機械能守恒定律”的實驗裝置.主要實驗步驟如下：

圖4

（A）將氣墊導軌放在水平桌面上，將導軌調至水平.

（B）測出擋光條的寬度d.

（C）將滑塊移至圖示位置，測出擋光條到光電門的距離l.

（D）釋放滑塊，讀出擋光條通過光電門的擋光時間t.

（E）用天平稱出托盤和砝碼的總質量m.

（F）….

回答下列問題：

（1）在滑塊從靜止釋放到運動到光電門的過程中，系統的重力勢能減少了多少？

（2）為驗證機械能守恒定律，還需要測量哪個物理量？

（3）若要符合機械能守恒定律的結論論，以上測得的物理量應該滿足怎樣的關系？

2.3 試題評析

首先，實驗試題以真實場景再現的方式呈現，讓學生有身臨其境之感，有利于將做過實驗的學生與沒有做過實驗的學生區分開來，彰顯高考命題的導向作向；其次，實驗設計原理簡單，采用滑塊牽引小車在水平氣墊導軌上運動的方式來驗證動量定理（F合Δt＝Δp），實驗器材在中學物理實驗中也很常見（氣墊導軌、光電門），讓學生對實驗倍感親切，消除對高考實驗試題的恐懼感，有助于學生真實水平的發揮；最后，試題每一小問設置體現真實的科學探究過程.問題設置雖然常規，但有一定的梯度，體現進階性，讓不同層次的學生都能有所收獲，凸顯了高考試題的選拔功能.試題第（1）問設置的問題是游標卡尺的讀數，重點考查了學生對基本實驗儀器的使用與操作規范；第（2）問設置的問題是氣墊導軌的水平調節，重點考查了學生實驗設計與動手操作能力；第（3）、（4）問設置的問題是利用圖像處理實驗數據，并從圖像斜率得出當地的重力加速度，重點考查學生信息轉化、數據處理能力，培養學生的實證意識；第（5）問設置的問題是要學生分析圖線斜率實驗值小于理論值的可能原因，培養學生分析推理等關鍵能力.引導中學物理教學要關注課標與教材，突出基礎性；學生要走進實驗室，去做真實驗，不能讓實驗教學走過場，回歸教學本源.

3 教學啟示

在以往的教學實踐中我們發現，實驗教學的效率往往很低，做實驗不如做實驗題.學生做實驗常常是在走過場，通常將教材中的實驗到實驗里去重復一遍，或者是僅僅滿足自己的實驗結論與教材中是否一致.在整個實驗過程中，學生主動性不強，缺少思維過程，更談不上知其所以然了.從高考閱卷現場反饋的結果來看，學生實驗試題得分也普遍較低，這也從側面反映了中學物理實驗教學現狀.新高考物理實驗試題設置加大對學生探究能力與創新能力的考查，高考命題專家在學生掌握實驗基本知識、基本技能的基礎上，設計源于基本實驗，但又高于基本實驗的實驗試題，突出對考生實驗探究能力和實驗設計能力的考查，來實現創新型人才的選拔.［2］

3.1 重視實驗操作，引導學生真做實驗

高考命題專家在實驗題命題時總希望把“做過實驗的考生”和“沒有做過實驗的考生”區分開來，同時，也希望通過實驗試題來鑒別考生實驗探究能力、創新能力的高低.學生如果不動手去做一做教材中的實驗，是很難對實驗真正理解.因此，針對新課標所要求掌握的21個基本實驗，學生不僅要掌握基本實驗儀器操作規范與讀數，還要獨立進行實驗準備，包括明確實驗目的，實驗原理和方法；正確使用儀器進行觀察和測量，會控制實驗條件和排除實驗故障，會收集并分析處理實驗數據得出正確結論，了解誤差和有效數字的概念，會獨立完成實驗報告等.這樣做既可以使學生達到熟悉教材中新課標規定的實驗的目的，還可以使學生養成周密思考的習慣.同時，在實驗設計過程中，教師還要引導學生多思考：應該怎樣做？為什么要這樣做？換種方法能不能做？［3］

3.2 立足課標教材，深入理解實驗原理

高考物理實驗試題，以真實問題情景為載體，大都源于教材，而又高于教材.在設計實驗試題時，往往要改變常規考法，立足基本實驗，通過設計新穎的實驗情境，合理設問，將考生所學的物理實驗知識、方法和實驗技能進行適當遷移，與新的實驗情境相結合完成實驗，增強實驗的基礎性、綜合性、探究性與創新性.這就提示我們在實驗復習時仍然要著眼于教材中的實驗，要認真體會每個實驗原理和設計意圖，要著重去思考教材中的實驗有哪些可以拓展延伸的地方.每個實驗教學都要讓學生經歷“開放性設計”、“規范化操作”和“反思性研究”3 個階段，實現實驗教學效果的最大化.

3.3 開放實驗室，提升學生實驗能力

實驗教學是國家課程方案和課程標準規定的重要教學內容，是培養創新人才的重要途徑.目前，在“雙減”政策的推動下，學生有足夠的自主支配時間.學校可以為學生創設豐富多樣的自主實踐活動，組織開展好基礎性實驗和拓展性實驗；實驗室也要加大建設力度，配齊配足實驗器材，同時，還要加大實驗員培養力度，提高業務能力.要開放實驗室，引導學生走進實驗室，利用課余時間，以獨立或小組合作方式開展實驗探究.努力構建學生自主式（學生帶著項目問題來，實驗室按照學生要求提供實驗器材與技術支持.整個探究過程中，可以跨學科融合）或者菜單式（實驗室按照國家課程標準并結合學校自身特點，開設一定量的富有創新性、啟發性與趣味性的探究小實驗，學生選擇自己感興趣的實驗，可以獨立完成或者在實驗員的帶領下共同完成）.積極推動學生開展研究型、任務型、項目化、問題式、合作式學習，提升學生的實驗能力.