袁衛(wèi)民

(保定市第二中學(xué) 河北 保定 071000)

物理是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，實(shí)驗(yàn)不僅是中學(xué)物理教學(xué)的重要內(nèi)容，也是教學(xué)的一種重要方式、手段．物理實(shí)驗(yàn)題作為高考的必考題目，既考查了基礎(chǔ)知識的掌握情況即物理觀念，又考查了科學(xué)探究過程，同時(shí)也考查了學(xué)生設(shè)計(jì)性思維和創(chuàng)新性思維等科學(xué)思維．高考全國Ⅰ卷物理實(shí)驗(yàn)試題幾乎沒有一個照搬課本中的實(shí)驗(yàn)，命題都是本著“來源于教材而不拘泥于教材”的原則，因此高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)要更加注重對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力以及設(shè)計(jì)性思維、創(chuàng)新性思維等科學(xué)思維的培養(yǎng)．

本文以2019年高考全國Ⅰ卷理綜物理實(shí)驗(yàn)試題為例，對考查的物理學(xué)科核心素養(yǎng)以及對物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的啟示做一分析．

1 高考試題分析

【例1】(第22題)某小組利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器對物塊沿傾斜的長木板加速下滑時(shí)的運(yùn)動進(jìn)行探究．物塊拖動紙帶下滑，打出的紙帶一部分如圖1所示．已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用交流電的頻率為50 Hz，紙帶上標(biāo)出的每兩個相鄰點(diǎn)之間還有4個打出的點(diǎn)未畫出．在A,B,C,D,E5個點(diǎn)中，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器最先打出的是______點(diǎn)．在打出C點(diǎn)時(shí)物塊的速度大小為______m/s(保留3位有效數(shù)字)；物塊下滑的加速度大小為______m/s2(保留2位有效數(shù)字)．

圖1 例1題圖

解析:物塊沿傾斜的長木板加速下滑，速度開始小，所打的點(diǎn)密，因此打點(diǎn)計(jì)時(shí)器最先打出的是A點(diǎn)；根據(jù)勻變速直線運(yùn)動的中間時(shí)刻瞬時(shí)速度等于平均速度，可求得C點(diǎn)速度大小為 0.233 m/s；根據(jù)Δx=aT2可求得物塊下滑的加速度大小為0.75 m/s2．

評析:本題將刻度尺的使用與測定物塊的速度和加速度融合在一起，考查獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、分析處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、得出結(jié)論的基本實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ?/p>

考查的必備知識：基本儀器刻度尺的讀數(shù)、研究勻變速直線運(yùn)動.

關(guān)鍵能力：基本儀器的讀數(shù)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理.

核心素養(yǎng)：定性分析與定量計(jì)算相結(jié)合進(jìn)行科學(xué)推理，獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，基于數(shù)據(jù)得出結(jié)論進(jìn)行科學(xué)探究．

【例2】(第23題)某同學(xué)要將一量程為250 μA的微安表改裝為量程為20 mA的電流表．該同學(xué)測得微安表內(nèi)阻為1 200 Ω，經(jīng)計(jì)算后將一阻值為R的電阻與微安表連接，進(jìn)行改裝．然后利用一標(biāo)準(zhǔn)毫安表，根據(jù)圖2(a)所示電路對改裝后的電表進(jìn)行檢測(虛線框內(nèi)是改裝后的電表)．

圖2 例2題圖

(1)根據(jù)圖2(a)和題給條件，將圖2(b)中的實(shí)物連線．

(2)當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)毫安表的示數(shù)為16.0 mA時(shí)，微安表的指針位置如圖2(c)所示，由此可以推測出改裝的電表量程不是預(yù)期值，而是______．(填正確答案標(biāo)號)

A．18 mA B．21 mA

C．25 mA D．28 mA

(3)產(chǎn)生上述問題的原因可能是______．(填正確答案標(biāo)號)

A．微安表內(nèi)阻測量錯誤，實(shí)際內(nèi)阻大于1 200 Ω

B．微安表內(nèi)阻測量錯誤，實(shí)際內(nèi)阻小于1 200 Ω

C．R值計(jì)算錯誤，接入的電阻偏小

D．R值計(jì)算錯誤，接入的電阻偏大

(4)要達(dá)到預(yù)期目的，無論測得的內(nèi)阻值是否正確，都不必重新測量，只需要將阻值為R的電阻換為一個阻值為kR的電阻即可，其中k=______．

解析:(1)將一量程為250 μA的微安表改裝為量程為20 mA的電流表, 需將一阻值為R的電阻與微安表并聯(lián)，連線如圖3所示．

圖3 電表改裝連線圖

(2)當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)毫安表的示數(shù)為16.0 mA時(shí)，微安表的指針位置在160，因此滿偏示數(shù)為250時(shí)，對應(yīng)為25.0 mA，因此選項(xiàng)C正確．

(3)微安表與阻值為R的電阻并聯(lián)，則兩者的電壓相等，即IgRg=(I-Ig)R,因此I偏大是由于Rg偏大或R偏小造成的，因此選項(xiàng)A，C正確．

(4)根據(jù)IgRg=(I-Ig)R，則

0.25Rg=(25-0.25 )R

0.25Rg=(20-0.25 )kR

評析:試題以電流表的改裝實(shí)驗(yàn)為背景，依據(jù)原理設(shè)計(jì)電路，連接實(shí)物圖；然后對電表進(jìn)行校準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)基于現(xiàn)象與實(shí)際不符的問題，并給出科學(xué)的解釋；通過分析、推理論證，尋找產(chǎn)生問題的可能原因，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)原理提出解決問題的方案，給予修正；從而真正實(shí)現(xiàn)由解題向解決問題轉(zhuǎn)變．本題重點(diǎn)考查了科學(xué)探究中關(guān)于證據(jù)和解釋的要素，全面考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力．

考查的必備知識：并聯(lián)電路電流、電壓的關(guān)系，電流表的改裝、校正.

關(guān)鍵能力：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)操作、分析現(xiàn)象、問題的分析與排除.

核心素養(yǎng)：設(shè)計(jì)性思維和創(chuàng)新性思維等科學(xué)思維，以及問題、證據(jù)、解釋等科學(xué)探究要素．

2 教學(xué)啟示

(1)研讀課程標(biāo)準(zhǔn)，更新教學(xué)理念

高考物理實(shí)驗(yàn)試題設(shè)置探究性或開放性的問題情境，創(chuàng)設(shè)真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，通過分析、討論或解釋，考查科學(xué)思維和科學(xué)探究等核心素養(yǎng)．

科學(xué)思維是物理學(xué)科核心素養(yǎng)中最重要的要素之一．在解答實(shí)驗(yàn)題時(shí)，需基于實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)要求等事實(shí)建構(gòu)物理模型即實(shí)驗(yàn)原理，需基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等事實(shí)證據(jù)和科學(xué)推理對所得結(jié)論提出質(zhì)疑和批判，進(jìn)行檢驗(yàn)和修正，進(jìn)而提出創(chuàng)造性見解．

通過設(shè)計(jì)新穎的實(shí)驗(yàn)情境，以問題為導(dǎo)向，要求考生將物理實(shí)驗(yàn)知識、方法和技能與新的情境相結(jié)合完成實(shí)驗(yàn),在較高的層次上考查考生的實(shí)驗(yàn)探究能力．

(2)注重培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)方法，提高科學(xué)探究能力

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是物理教學(xué)的重要組成部分，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中不能僅重結(jié)論，要通過再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、操作過程來滲透物理思想，啟發(fā)學(xué)生思路，培養(yǎng)概括、分析、推理能力．例如驗(yàn)證動量守恒定律的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是利用“等高平拋”的等時(shí)性，把無法直接測量的物理量(速度)，轉(zhuǎn)化為可直接測量的物理量(位移)，蘊(yùn)含了等效轉(zhuǎn)化的思維方法；用油膜法測分子直徑，就是把不能觀察到的微觀分子通過其自身的累積成為可觀察的宏觀油滴的體積和油膜面積的測量，運(yùn)用了累積的思維方法．實(shí)驗(yàn)的思想、方法是實(shí)驗(yàn)的靈魂，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中不僅要注重學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作技能的提高，更要重視實(shí)驗(yàn)方法的指導(dǎo)和深化，有意識讓學(xué)生體會物理實(shí)驗(yàn)的思想、方法．

近幾年的高考題重點(diǎn)考查學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力，要求學(xué)生能根據(jù)要求靈活運(yùn)用已學(xué)過的物理結(jié)論、實(shí)驗(yàn)方法和儀器設(shè)計(jì)簡單的實(shí)驗(yàn)方案并處理相關(guān)的實(shí)驗(yàn)問題．對設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生需要正確的理論分析，將理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合分析實(shí)驗(yàn)原理和過程，突出考查了學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和探究能力．物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中可通過創(chuàng)設(shè)問題情境，讓學(xué)生思考應(yīng)怎樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，為什么這樣設(shè)計(jì)，能否換一種方法，在此基礎(chǔ)上，通過不同的實(shí)驗(yàn)方案，深刻理解實(shí)驗(yàn)原理，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)．