河北 李富恩 北京 何彥雨

利用SOLO分類理論，剖析“恒定電流”實驗試題。

恒定電流是高中物理的難點，又是高考的重點，電學(xué)實驗更是高考的熱點。本文從SOLO分類評價理論的角度總結(jié)近幾年全國卷Ⅰ中恒定電流部分考查的特點，探索有效的高考復(fù)習(xí)方法和應(yīng)考策略。

1.SOLO分類評價理論及應(yīng)用簡介

1.1 SOLO分類理論

SOLO分類評價理論是教育心理學(xué)家約翰·比格斯(John B.Biggs)在《評價學(xué)習(xí)的質(zhì)量—SOLO分類法》(1982)一書中創(chuàng)建的一種學(xué)生學(xué)業(yè)評價的方法，是一種以等級描述為特征的質(zhì)性評價方法。比格斯把學(xué)生對某個問題的學(xué)習(xí)結(jié)果由低到高劃分為五個層次：

(1)前結(jié)構(gòu)層次(Prestructural)：學(xué)生基本上無法理解問題和解決問題只能給出一些邏輯混亂、沒有根據(jù)的答案。(2)單點結(jié)構(gòu)層次(Unistructural)：學(xué)生能夠找到一個解決問題的思路，但不能合理論證，單憑一個論點就直接給出所謂的答案。(3)多點結(jié)構(gòu)層次(Multistructural)：學(xué)生找到了不止一個解決問題的思路，但不能把這些思路很好地整合在一起。(4)關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)層次(Relational)：學(xué)生找到了多個解決問題的思路，并且能夠把這些思路聯(lián)合起來思考解決問題。(5)抽象拓展層次(Extended abstract)：學(xué)生能夠?qū)栴}進(jìn)行抽象的概括，從理論的角度來分析問題、深化問題，進(jìn)一步得到拓展。

1.2 恒定電流試題分析

根據(jù)SOLO分類評價理論，對近五年的高考全國卷Ⅰ中關(guān)于恒定電流的試題進(jìn)行總結(jié)和分析，歸納試題的特點和規(guī)律。

根據(jù)高中多數(shù)同學(xué)的特點，前結(jié)構(gòu)層次的試題不做分析。單點結(jié)構(gòu)層次的試題要求學(xué)生能夠知道，了解單一的恒定電流的知識點，比如求電流、計算功率等基本公式的運用。多點結(jié)構(gòu)的試題要求學(xué)生能夠運用本章知識點及相關(guān)的概念、公式、定理的理解和相應(yīng)判斷。關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)層次的試題要求學(xué)生能夠運用多個知識點、連接相關(guān)概念、定理、定律解決相關(guān)的問題。抽象拓展層面的試題要求學(xué)生能力最高，能夠從科學(xué)、技術(shù)、工程等方面，抽象總結(jié)出對應(yīng)的物理模型，建構(gòu)知識框架，恰當(dāng)運用數(shù)學(xué)等知識解決相應(yīng)問題。

下面對近五年的全國卷Ⅰ關(guān)于恒定電流的試題逐層次列表匯總。

單點結(jié)構(gòu)多點結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)抽象拓展201423題201516題23題201616題23題201723題201823題

說明：本章單點結(jié)構(gòu)層面的題沒有，單純恒定電流的計算題一般不會涉及，考題在多點結(jié)構(gòu)層面主要分布在選擇題，考題主要體現(xiàn)在實驗題目中，且考查的層面偏高，能夠很好地評價學(xué)生的學(xué)習(xí)層面，對學(xué)生的能力要求比較高。

(1)選擇題出現(xiàn)在2015和2016年，且均在第16題，2015年的考題是在含有變壓器的交流電路中計算電功率的大小，2016年的題目是在變壓器的交流電路中計算電流強(qiáng)度大小，兩道選擇題考查的知識點都是和交變電流一章關(guān)聯(lián)，沒有單獨在直流電路中進(jìn)行考查，改變了計算公式的使用情境，增加了一定難度。

2.恒定電流的復(fù)習(xí)策略與建議

2.1 關(guān)注課本雙基內(nèi)容，把好核心概念關(guān)

對概念的理解一定要嚴(yán)謹(jǐn)。本節(jié)概念主要為電流強(qiáng)度、電動勢、電功和電功率。其中電流強(qiáng)度和電動勢是重點，在復(fù)習(xí)電流強(qiáng)度中要抓住定義和微觀解釋兩個方面。

比如在第一節(jié)中涉及恒定電場概念，同學(xué)們都知道：關(guān)于自由電荷在導(dǎo)體中做定向移動的原因，以前經(jīng)常這樣說，導(dǎo)體中有了電場，在電場中處于靜止的電荷受到了電場力的作用，就發(fā)生了定向移動，再無其他解釋了。這樣的解釋雖然正確，但是，同學(xué)們經(jīng)常會問：導(dǎo)體中的電場強(qiáng)度不是為零么？哪里來的電場呢？我們都知道，導(dǎo)體中的電場為零是有條件的，即導(dǎo)體處于靜電平衡狀態(tài)。我們從來沒有處理過導(dǎo)體不是靜電平衡狀態(tài)下的電場情況。如果糊里糊涂過去，對于復(fù)習(xí)這一章會有一些阻礙，也違背了“物理要說理”的原則。所以在復(fù)習(xí)時一定要澄清恒定電場的概念。實際上有恒定電流存在的時候，導(dǎo)體內(nèi)的不同位置是有電荷堆積的，導(dǎo)體內(nèi)的電荷并不為零，導(dǎo)體內(nèi)的電荷分布是不隨時間變化的，電場強(qiáng)度也不隨時間變化，這就是所謂的“恒定”?？梢姾愣ㄊ窍鄬τ陟o電場而言的，其本質(zhì)為動態(tài)平衡。解釋了這些，能幫助同學(xué)們理解后面的電動勢、閉合電路的歐姆定律的知識。但是關(guān)于電場，不要求學(xué)生分析導(dǎo)體內(nèi)電荷分布的具體情況，更不分析電荷分布達(dá)到平衡的動態(tài)過程，千萬不能把學(xué)生帶偏。

其次，關(guān)于電流強(qiáng)度的微觀解釋是要讓同學(xué)們形成一種物理模型，拓寬它的適用范圍，才能以不變應(yīng)萬變。教科書中在恒定電流知識點講解中僅從“電荷定向移動形成電流”的思想出發(fā)，電流的強(qiáng)弱程度用電流這個物理量表示。電流越大，單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量就越多，并直接給出了q=It表達(dá)式。教材而是以例題的形式詳細(xì)推導(dǎo)了銅導(dǎo)線中自由電子定向移動的速率，幫助同學(xué)們理解電流的形成，將宏觀電流I與微觀量v建立起了聯(lián)系，即電流的微觀解釋。在各地的高考題中經(jīng)常有體現(xiàn)。比如2007年天津高考25題：離子推進(jìn)器是新一代航天動力裝置，可用于衛(wèi)星姿態(tài)控制和軌道修正。推進(jìn)劑從P中注入，在A處電離出正離子，BC間加有電壓，正離子進(jìn)入B時的速度忽略不計，經(jīng)加速后形成電流為I的離子束噴出。已知推進(jìn)器獲得的推力為F，單位時間內(nèi)噴出的離子質(zhì)量為J。

解答：電流I、質(zhì)量J都是電流強(qiáng)度微觀解釋的模型：I=nqvs，J=nmvs。

2.2 透徹理解基本定律

夯實概念，建好模型。不論是選擇還是實驗，都是基本知識的再現(xiàn)。本章考題多以實驗題目呈現(xiàn)，在實驗復(fù)習(xí)中要高度重視。

2.3 注重實驗基本原理和技能

(1)實驗器材的選取

①電源的選擇

電源的選擇要根據(jù)配置的實驗器材，比如，在測量小燈泡的伏安特性實驗中，小燈泡的規(guī)格為“2.5 V，1 A”，就需要選擇2節(jié)干電池提供3 V電壓，如果是“3.8 V，0.6 A”需要3節(jié)干電池提供4.5 V的電壓，如果是電火花打點計時器則需要220 V的交流電壓。而在測量一節(jié)干電池電動勢和內(nèi)阻實驗中就需要一節(jié)舊電池。

②電流表和電壓表的選擇

電壓表要根據(jù)電源的實際參數(shù)來選，電流表則要兼顧電源和電阻的具體情況來選，比如測定金屬電阻率的實驗中，如果電源給的是3 V，電阻大約為5 Ω的金屬絲，電壓表選擇3 V的量程，電流表選擇0.6 A。在選擇電流表時需要查看銘牌標(biāo)識或根據(jù)歐姆定律進(jìn)行粗略計算。

③滑動變阻器的選擇

滑動變阻器在實驗中扮演著重要角色，不同的實驗有不同的需要，在復(fù)習(xí)這個知識點時要注意分辨。在限流電路中只需讓它起到保護(hù)儀器、調(diào)整電流的作用，阻值大小控制在跟研究電阻差距不大即可，而在分壓電路中阻值應(yīng)該偏小。

如(2016年全國卷Ⅱ，改編)某同學(xué)利用如圖所示電路測量量程為2.5 V的電壓表的內(nèi)阻(內(nèi)阻為數(shù)千歐姆)，可供選擇的器材有電阻箱R(最大阻值99 999.9 Ω)、滑動變阻器R1(最大阻值50 Ω)、滑動變阻器R2(最大阻值5 kΩ)、直流電源E(電動勢3 V)、開關(guān)1個、導(dǎo)線若干。

實驗步驟如下：按電路原理圖連接線路；將電阻箱阻值調(diào)節(jié)為0，將滑動變阻器的滑片移到與圖中最左端所對應(yīng)的位置，閉合開關(guān)S；調(diào)節(jié)滑動變阻器阻值，使電壓表滿偏；保持滑動變阻器滑片位置不變，調(diào)節(jié)電阻箱阻值，使電壓表的示數(shù)為2.00 V，記下電阻箱的阻值。則

(1)實驗中應(yīng)選擇滑動變阻器________(填R1或R2)。

(2)實驗中記錄的電阻箱的阻值為630.0 Ω，若認(rèn)為調(diào)節(jié)電阻箱時滑動變阻器的分壓不變，計算可得電壓表的內(nèi)阻為________(保留到個位)。

(3)如果此電壓表是由一個表頭和電阻串聯(lián)構(gòu)成的，可推斷該表頭的滿刻度電流為________。

A.100 μA B.250 μA C.500 μA D.1 mA

【解析】(1)本實驗原理類似為半偏法測量電壓表內(nèi)阻，實驗原理是接入電阻箱的時候電路的總電阻減小的不能太大，所以滑動變阻器的電阻必須是小電阻，所以選擇R1，這樣誤差會小些。

RV=4R=2 520 Ω

本題是在基礎(chǔ)知識的前提下進(jìn)行了創(chuàng)新和嫁接，將半偏法實驗原理拓展成本題的模型，考查了學(xué)生對概念以及實驗原理的理解、接受、以及遷移運用的能力。雖然不是很難，但它是一個對綜合知識和能力的考查，所以要想答好這類題必須有過硬的知識儲備，需要老師在復(fù)習(xí)時加以重視和引導(dǎo)。

(2)注重實驗原理

所以，有

只要牢牢抓住歐姆定律和閉合電路歐姆定律，一切推導(dǎo)將迎刃而解。電表的改裝實際上就是部分電路歐姆定律的一個應(yīng)用。

(3)重視實驗操作

能演示的一定演示，能讓學(xué)生操作的一定動手做，如果能夠把演示實驗改成學(xué)生動手操作的實驗，將更能提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，以講代練不能提升學(xué)生的綜合素養(yǎng)。物理實驗實際就是一種情境教學(xué)，讓學(xué)生在實驗情境中發(fā)現(xiàn)和提煉問題，獲取客觀真實的數(shù)據(jù)，通過對數(shù)據(jù)的分析處理形成關(guān)于物理規(guī)律的認(rèn)知和結(jié)論。

(4)注重誤差分析

任何實驗結(jié)果都不能沒有誤差，誤差分為偶然誤差和系統(tǒng)誤差。偶然誤差是可以通過多次實驗取平均值來減小，系統(tǒng)誤差只能通過改進(jìn)實驗方案減小。復(fù)習(xí)時要讓學(xué)生分清誤差的來源。比如半偏法測靈敏電流表內(nèi)阻中，誤差來源于閉合另一個支路后干路中電流發(fā)生了變化，才造成最后結(jié)果的偏小誤差。在2012年天津高考中有一道題是在干路中串接一個電流表保證干路電流不變，這樣測出的電阻沒有誤差。

2012年天津高考試題圖