立足新教材,落實“四層”“四翼”
——以2023年高考物理廣東卷第11題為例

李澤欽

(廣州大學附屬中學)

自2021年廣東卷物理自主命題以來,經歷了兩年過渡期,迎來了新課標新教材下的首年命題。如何立足新課標新教材,落實高考改革的“四層”“四翼”,來實現高考評價體系所要求的立德樹人,服務選才,引導教學的核心目標?本文以2023年高考廣東卷物理第11題為例進行分析,提出教學啟示以期為新時期的物理實驗教學提供參考。

本文依據《普通高中物理課程標準(2017年版2020年修訂)》第四章第四節明確提出的高中物理學生必做的21個實驗內容,再對比舊課標(2003年版)選出了如下幾個不同的實驗見表1。表中實驗的不同之處主要在于對比舊課標,新課標的實驗內容為新增或實驗內容的表述要求有所變化。

表1

2023年高考廣東卷物理的第11題考查測量玻璃的折射率,也恰好在此表中?？梢娫谥袑W教學中,認真研讀課標的重要性不言而喻。具體題目呈現如下:

1.原題賞析與變式拓展

1.1 原題賞析

(廣東卷第11題)某同學用激光筆和透明長方體玻璃磚測量玻璃的折射率,實驗過程如下:

(1)將玻璃磚平放在水平桌面上的白紙上,用大頭針在白紙上標記玻璃磚的邊界。

(2)①激光筆發出的激光從玻璃磚上的M點水平入射到達ef面的O點后反射到N點射出,用大頭針在白紙上標記O點、M點和激光筆出射孔Q的位置。

②移走玻璃磚,在白紙上描繪玻璃磚的邊界和激光的光路,在QM連線的延長線與ef面的邊界交于P點,如圖1(a)所示。

③用刻度尺測量PM和OM的長度d1和d2,PM的示數如圖1(b)所示,d1為________cm,測得d2為3.40 cm。

圖(a)

(3)利用所測量的物理量,寫出玻璃磚折射率的表達式n=________,由測得的數據可得折射率n為________(結果保留3位有效數字)。

【試題溯源】本題源自教材中測量玻璃的折射率這一經典實驗,是以基礎性為主的試題,難度偏易。從試題溯源來看,該實驗題的實驗情境來源于教材并做了創新。

圖2

通過上述分析可見,雖然本實驗源于教材,但是考查過程中做了一些創新。那么具體來看本次光學實驗又是如何通過情境設計來落實“四層”“四翼”的?本文根據《基于高考評價體系的物理科考試內容改革實施路徑》中對“四層”考查內容和“四翼”考查要求的具體表述進行參照,統計如下表2。

表2

從表2可以看到本實驗比較全面地體現了“四層”“四翼”的相關內容?？疾榱藢W生對于儀器的使用、實驗操作的理解、數據處理等關鍵能力以及對實驗原理分析、實驗誤差分析等物理學科素養和核心價值等等。

1.2 變式拓展

通過上述實驗可以看到,當我們遇到陌生情境時,應該與熟悉的情境進行對比,以實驗操作中的原理為主線,找到其中的共性,再進行模型遷移解決實際問題,我們可以參考如下變式題。

【變式題1】如圖3所示,實驗目的為測量半圓形玻璃磚的折射率。在平鋪的白紙上垂直紙面插大頭針P1、P2確定入射光線,并讓入射光線過圓心O,在玻璃磚(圖中實線部分)另一側垂直紙面插大頭針P3,使P3擋住P1、P2的像,連接OP3,圖中MN為分界面,虛線半圓與玻璃磚對稱,B、C分別是入射光線、折射光線與圓的交點,AB、CD均垂直于法線并分別交法線于A、D點。

圖3

(1)設AB的長度為l1,AO的長度為l2,CD的長度為l3,DO的長度為l4,為較方便地表示出玻璃磚的折射率,需用刻度尺測量________,則玻璃磚的折射率可表示為________。

(2)如果在插大頭針P3前,玻璃磚由于沒有放好,以O為圓心逆時針轉過了一個小角度,那么測得的玻璃磚的折射率會________(填“偏大”“偏小”或“不變”)。

【變式題2】在傳統實驗“測定玻璃的折射率”中:

(1)下列操作不能取得較好實驗效果的是________。

A.大頭針垂直地插在紙面上

B.入射角應當盡可能小

(2)在本次實驗時,兩界面aa′、bb′間距畫得比實際玻璃磚的寬度大了些如圖4所示,那么測得的折射率會________(填“偏大”“偏小”或“不變”)。

圖4

(3)若同學想測量液體的折射率,操作步驟如下:選取半徑r的一個圓形軟木塞,木塞中心插一枚大頭針如圖5所示,讓其在液面漂浮并靜止。現在調整大頭針插入的深度,讓大頭針露在液體中的長度為h,此時從液面上方的各個方向向液體中看,都恰好看不到大頭針。根據上述測量的物理量,求液體折射率n′=________。

圖5

【解析】第(1)問中為了減小測量的相對誤差,選擇的入射角應適當大些,使得測量的長度適當增加,故選B。第(2)問中在畫光路圖時,將入射點、出射點分別確定在aa′、bb′上,如圖6。

圖6

圖7

2.教學啟示與指引

2.1 立足課標,回歸教材

通過對本文高考實驗題的分析,可以看出高考實驗命題注重新的課程標準,以教材常規實驗為基礎進行創新,突出對基本儀器的考查。因此在實驗教學中,注重實驗的必備知識,回歸教材重視基礎知識的教學?；A概念要講透講精,提高考點覆蓋率,確保知識無盲區,拓展知識掌握的廣度和熟練度。求“質”求“效”不貪“量”,拿足基本分。

2.2 突出原理,重視操作

從本文實驗題來看,既重視實驗原理,又考查了學生動手操作能力。建議讓學生都到實驗室去完成課程標準中的必做實驗,那么學生對操作步驟以及基本儀器的使用等都會有深刻的印象。在實驗操作中應當以原理為主線,讓學生思考各個實驗步驟的實施目標是什么?操作中有哪些細節?各個細節如有違反,會對實驗帶來怎樣的影響?同時要仔細研讀實驗步驟的表述,嘗試用自己的語言進行表述,努力做到準確、完整、簡練。同時也要注重利用現有的實驗儀器讓學生自主完成規定的實驗,通過實驗操作加深對原理的理解。

2.3 加強探究,引導遷移

“四層” “四翼”的考查需要以情境為載體實現,在沒有理解知識的情況下死記“口訣”并不適用,比如本文高考光學實驗題最后一問,死記傳統實驗下入射角大,測量的折射率相對誤差小的“口訣”反而得出相反的答案。如果缺乏知識遷移能力,當試題改變形式或情境就無從下手。同時在《高考評價體系的物理科考試內容改革實施路徑》的創新性表述中明確提到實驗設計的創新,即通過實驗來考查創新性。這也需要老師有意識地培養學生遷移的能力來適應實驗題的創新性。

所以,在實驗教學中,需要加強實驗遷移能力和實驗探究能力的訓練。利用教材中的實驗作為新情境實驗問題的突破口,找到其中的共性,再進行模型遷移解決實際問題。實驗教學不再是簡單的解題而是解決實際問題。除了“解決問題”以外在教學中也建議培養學生“問題解決”的能力,即多在教學中引導學生如何發現問題、提出問題或表述問題而不是直接拋出問題讓學生解答,讓學生自己找到問題或者有了問題后,想辦法分析問題、解決問題進而提升學生的探究與遷移能力。