基于核心素養下的高中物理實驗教學思考

李亮

【關鍵詞】電學實驗;試題分析;物理核心素養

結合新課程改革在河北省的落地和實施，分別從2021年河北省高考和全國高考中各選一道電學實驗題作為試題分析，談一談新課改下物理學科核心素養的培養和教學思考.

1 試題分析

例1 2021年河北高考題中，其中一題涉及研究小燈泡的伏安特性.根據實驗室提供的小燈泡、直流電源、滑動變阻器等器材，需完成以下問題：

（1）根據圖1，完成圖2中的實物連線;

（2）按照圖1連線后，閉合開關，小燈泡閃亮一下后熄滅， 觀查發現燈絲被燒斷， 原因可能是______

（3）更換小燈泡后，該同學操作后將實驗數據描點作圖，得到I-U 圖像，其中一部分如圖3所示，根據圖像計算出P 點對應狀態下小燈泡的電阻為________Ω（保留3位有效數字）.

解析 這道題考查了電路故障原因分析，考查了實驗數據處理;要理解實驗原理，分析清楚實驗電路結構是電路故障分析的前提與關鍵;根據圖示圖像求出燈泡兩端電壓與通過燈泡的電流，應用歐姆定律可以求出燈泡的電阻，求電阻時要注意有效數字的保留.

第（1）問分析與思考：本問考查實際動手操作能力.物理實驗的學習不僅是課堂上講解和注意事項，更是要能夠通過親自動手操作進而有所收獲，針對新舊課標的對比發現，新課改教育下的物理實驗要求更加明確具體，更加注重觀查識別和動手操作.

第（2）問分析與思考：本問是分析電路故障問題，較第一問問題難度上升，能力要求更高，實際是對電路知識的運用以及電路結構的全面認識的考查.要利用已掌握的電學知識對題中給出每一種情況進行準確分析和判斷，找到故障結果，進而排除錯誤選項.

從新舊教材對于伏安特性曲線內容對比來看，

第二問是舊教材選修3-1課本47頁實驗《描繪小燈泡伏安特性曲線》的一個拓展和延伸，雖然電路圖是完全一致的，但要求和問題卻不相同，由描繪小燈泡的伏安特性曲線定性分析轉變為電路中的故障分析，提問要求更加具體明確，是把問題解決向解決問題的科學思維轉變.再對比新教材必修第三冊課本60頁拓展學習內容《伏安特性曲線》不難看出，新教材更注重物理學科核心素養中關鍵能力的培養，尤其是學習探索問題情境時，高質量地認識問題、分析問題、解決問題所具備的關鍵能力.新教材將實驗改為拓展學習，不再單一地局限于小燈泡的伏安特性曲線繪制，而是將伏安特性的定義、特點、應用、圖像的理解充分展示，給學生們更加廣闊的思考和學習空間，促進了核心素養當中的“物理觀念”的形成.第（3）問分析與思考：考查了實驗數據處理以及學生的計算能力，同時也是對歐姆定律公式的理解和檢驗，難點是學生對于圖像斜率的了解和認識，形成固化思維，默認圖像的斜率是小燈泡的阻值，或者是阻值的倒數，其實小燈泡電阻與電流和電壓值有瞬時對應關系，即圖像上坐標與原點連線的倒數為小燈泡電阻.

例2 在2021全國甲卷中，某同學通過使用小燈泡、電壓表、電流表等器材，用圖4所示的電路來研究小燈泡的伏安特性，完成下列填空：

（1）有3個阻值分別為10Ω、20Ω、30Ω的定值電阻可供選擇，為了描繪小燈泡電流在0～300mA的U -I 曲線，R0 應選取阻值為______Ω的定值電阻;

（2）閉合開關前，滑動變阻器的滑片應置于變阻器的 （填“a”或“b”）端;

（3）當流過電流表的電流較小時，將電阻箱R2的阻值置零，改變滑動變阻器滑片的位置，讀取電壓表和電流表的示數U 、I，結果如圖5所示.當流過電流表的電流為10mA 時， 小燈泡的電阻為______Ω（保留1位有效數字）;

（4）為使得電壓表滿量程時對應于小燈泡兩端的電壓為3V，該同學經計算知，應將R2 的阻值調整為______Ω.然后調節滑動變阻器R1，測量數據;

（5）由圖5和數據可知，隨流過小燈泡電流的增加，其燈絲的電阻______ （填“增大”“減小”或“不變”）

分析 這道題關于電路安全，考查了實驗數據處理.利用串并聯改裝大量程電壓表，數據分析和計算，要理解實驗原理，分析清楚實驗電路結構是安全實驗的前提，根據燈泡兩端電壓與通過燈泡的電流，應用歐姆定律可以求出燈泡的電阻，利用改表原理和數據分析找到小燈泡的真實電流和電壓，進而求出電功率，求電阻和電功率時要注意有效數字的保留.

第（1）（2）問分析與思考：考查電路安全，保護小燈泡，安全性是電路設計的基本原則，解決家庭電路中的簡單問題，能將安全用電和節約用電的知識應用于生活實際.

第（3）問分析與思考：考查認識鑒別圖像，利用圖像坐標與原點連線的斜率求出小燈泡電阻，難點是對坐標分度值得準確判斷.

第（4）問分析與思考：考查電表改裝中的擴大電壓表量程，利用電路中串并聯知識求解，并進行改裝，分別對應舊教材選修3-1，51頁例題1和新教材必修第三冊70頁課本內容把表頭改裝成電壓表，不難看出電表改裝是電學實驗的重點內容，本次考查沒有脫離教材，很好地起到指導教學的核心作用.第（5）問分析與思考：小燈泡伏安特性曲線的測量相比普通電阻的測量來說更有意義，能夠更好地考查學生的創新思維和對基本知識點的理解能力，學生出錯的原因是電阻率隨溫度非線性變化理解不清楚，對物理公式與圖像的對應關系不明確.這種錯誤恰恰表現出了核心素養當中的對物理概念認識不夠深刻.

2 試題總體分析

兩道實驗試題都在貫徹落實《深化新時代教育評價改革總體方案》要求，不斷地豐富強化基礎性考查，并且考查過程中不斷地優化情境設計，不斷地增強試題靈活性，進而達到深化關鍵能力考查，發揮高考的育人導向功能，助力高中育人模式改革，使新課程改革落地落實.

兩道試題分析不難發現，試題來源教材但又不拘泥于教材，是對知識尋找新的載體，不斷將知識與關鍵能力相融合，兩道試題命題過程都包含了理論聯系實際，在新的情境中把單一的問題解決向要求能力更高的解決問題轉變，要求學生具備能夠運用所掌握的物理知識來解決實際問題的能力，進而不斷培養學生學習物理的興趣，在解決真實問題過程中達到培養物理學科核心素養的目的.

兩道試題的考查內容相似又不相同，知識上考查歐姆定律、實驗與探究、實驗基本操作和數據處理，命題手段豐富，設置角度新穎，增強了試題的開放性和靈活性，考查學生分析能力以及利用數學知識處理物理問題的能力，體現出高考服務選才的基本目標.

3 基于核心素養下的高中物理實驗教學思考

基于物理核心素養要求確定課堂教學內容和目標，對于實驗中的物理規律，應該讓學生知道它的來龍去脈，理解準確含義，熟練運用和知道使用條件，如果是通過實驗探究獲得的物理規律更應該讓學生經歷探究過程.讓學生在解決問題的過程中獲得對知識和方法的感性認識，只有通過自身體驗才能更好地掌握知識和方法，更好地解決問題，而不是把方法當知識來用，生搬硬套，看似清楚實則不能解決實際問題.

基于物理核心素養的要求更要注重基礎知識的教學，引導教學回歸教材和新課標，同時也引導教學遵循教育教學規律，注重物理知識生成的同時也要重視物理知識的生成過程，在過程中不斷加強對基礎物理知識的融會貫通.

基于物理核心素養的要求更好地激發學生對物理實驗的興趣，增強學生在實驗過程中的實驗探究能力.培養實驗探究能力，首先要重視發現和提出問題的過程，進而養成良好收集證據解釋證據的行為，同時也要多讓學生表述解決問題的過程，把實驗探究能力目標落實到探究行為的設計上來.

基于物理核心素養的要求下更好地培養學生的科學態度，物理學是以實驗為基礎的學科，通過物理實驗能夠培養學生嚴謹的科學態度和追求實事求是的精神，讓學生在物理實驗中感悟到科學的嚴謹和求實的態度.要求學生在實驗中真實記錄實驗數據.