摘?要：半偏法測毫安表內(nèi)阻的實驗雖然不是考試大綱規(guī)定的實驗內(nèi)容.但由于其實驗方法巧妙、操作簡便、精度較高，在電學(xué)實驗設(shè)計中堪稱典范;THUSSAT診斷性測試電學(xué)實驗題通過半偏法測毫安表內(nèi)阻、毫安表改裝為電流表、電壓表量程擴大等小實驗的組合，體現(xiàn)實驗?zāi)芰疾榈幕A(chǔ)性與綜合性;通過考綱外實驗命題凸顯創(chuàng)新性實驗?zāi)芰蛯W(xué)科核心素養(yǎng)的考查.THUSSAT診斷性測試命題思想對中學(xué)教學(xué)具有一定的導(dǎo)向作用，刷題刷不出實驗?zāi)芰εc學(xué)科素養(yǎng)，只有親自動手做實驗，同時能從多視角評價實驗，才是提高實驗?zāi)芰蛯W(xué)科核心素養(yǎng)的有效途徑.

關(guān)鍵詞：THUSSAT測試;電學(xué)實驗;半偏法;評價;思考

文章編號：1008-4134（2020）05-0008中圖分類號：G633.7文獻標(biāo)識碼：B

作者簡介：許冬保（1963-），男，江西九江人，本科，中學(xué)特級教師，研究方向：中學(xué)物理考試命題及其評價.

中學(xué)生標(biāo)準(zhǔn)學(xué)術(shù)能力測試（THUSSAT）分為基礎(chǔ)性測試、適應(yīng)性測試及診斷性測試三類.始于2017年，每個學(xué)年度組織4次測試.由清華大學(xué)牽頭組織，由高考命題專家和省級教研員作為考試顧問，在《普通高中教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)》和高考大綱的基礎(chǔ)上，結(jié)合大學(xué)選材視角對高中不同年級的學(xué)生進行測試，旨在幫助高水平大學(xué)更早發(fā)現(xiàn)和識別學(xué)生的優(yōu)勢和特長;幫助參試中學(xué)更精準(zhǔn)地完成自身教學(xué)質(zhì)量、優(yōu)勢和不足的準(zhǔn)確評估，明確教學(xué)提升的方向;幫助參試學(xué)生完成全面和科學(xué)的自我診斷，發(fā)現(xiàn)自身的學(xué)習(xí)優(yōu)勢和不足，更有針對性地完成學(xué)術(shù)表現(xiàn)提升.試題定位于具有較高的區(qū)分度，強調(diào)基于高等教育學(xué)術(shù)人才培養(yǎng)所要求的跨學(xué)科綜合運用能力[1]，本文對2017級11月THUSSAT診斷性測試一道電學(xué)實驗試題進行分析，旨在了解THUSSAT診斷性測試命題思想，為教學(xué)提供參考.

1?THUSSAT診斷性測試電學(xué)實驗試題

試題?某實驗小組的同學(xué)探究小燈泡L的伏安特性曲線，可供選用的器材如下：

小燈泡L規(guī)格“3.8V，0.4A”;

毫安表mA：量程10mA，內(nèi)阻未知;

電壓表V：量程3V，內(nèi)阻rV=9kΩ;

電阻箱R：阻值范圍（0～99.9Ω）;

標(biāo)準(zhǔn)電阻R1：阻值1kΩ;

標(biāo)準(zhǔn)電阻R2：阻值3kΩ;

滑動變阻器R3：阻值范圍0～10Ω;

滑動變阻器R4：阻值范圍0～200Ω;

滑動變阻器R5：阻值范圍0～2000Ω;

學(xué)生電源E1：電動勢6V，內(nèi)阻不計;

學(xué)生電源E2：電動勢12V，內(nèi)阻不計;

開關(guān)及導(dǎo)線若干.

（1）請你幫助該實驗小組在圖1所示的虛線框內(nèi)畫出用半偏法測量毫安表內(nèi)阻的實驗電路原理圖.

（2）甲同學(xué)用圖1中的電路來測量毫安表的內(nèi)阻，為了測量盡量準(zhǔn)確，電源選用，滑動變阻器選（填所選器材的代號）.

（3）經(jīng)過正確的實驗操作得到毫安表的內(nèi)阻為9.8Ω，將其改裝成量程為0.5A的電流表需（選“串聯(lián)”或“并聯(lián)”）電阻箱R，且將電阻箱R的阻值調(diào)為Ω.

（4）乙同學(xué)根據(jù)已有數(shù)據(jù)及提供的器材，設(shè)計了探究小燈泡L的伏安特性的實驗電路，請你在圖2中標(biāo)明乙同學(xué)所選器材的代號.

2?試題分析

（1）半偏法測毫安表內(nèi)阻的實驗電路原理圖如圖3所示.

（2）在圖3所示電路中，閉合S1，調(diào)節(jié)滑動變阻器的阻值，使毫安表滿偏;閉合S2，在滑動變阻器電阻不變的條件下，調(diào)節(jié)電阻箱的阻值，使毫安表半偏.則毫安表的內(nèi)阻等于電阻箱的阻值.為了使電阻箱的接入對整個回路的電阻影響較小，則滑動變阻器的電阻宜盡量大些.其次，由于回路電阻較大，毫安表量程小，宜選用電動勢大的電源.因此，為了測量盡量準(zhǔn)確，電源選用E2，滑動變阻器選用R5.

（3）毫安表量程擴大，需要并聯(lián)一個小電阻.若毫安表滿偏電流及內(nèi)阻記為Ig、Rg.則由歐姆定律知，電阻箱R的阻值R=IgRgI-Ig.將Rg=9.8Ω、I=0.5A代入，得R=0.2Ω.

（4）已知小燈泡L規(guī)格“3.8V，0.4A”，電壓表量程3V，需要擴大電壓表量程.根據(jù)電壓表內(nèi)阻rV=9kΩ及實驗器材提供的標(biāo)準(zhǔn)電阻R2阻值3kΩ，因此，將電壓表與標(biāo)準(zhǔn)電阻R2串聯(lián)即改裝為量程為4V的電壓表，符合測量要求.為了便于多測幾組數(shù)據(jù)，方便調(diào)節(jié)，滑動變阻器選阻值小的R3為宜，由于小燈泡的額定電壓為3.8V，選用電動勢為6V的電源合適.依試題要求，符合要求的器材代號標(biāo)注在如圖4所示的電路圖中.

3?試題評價

物理學(xué)科核心素養(yǎng)主要包括：物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任四個方面.評價中關(guān)于素養(yǎng)水平參照《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》[2]附錄中的“核心素養(yǎng)水平劃分”來確定.基于物理實驗?zāi)芰εc核心素養(yǎng)水平的評價[3]，見表1.

4?教學(xué)思考

諾貝爾物理學(xué)獎獲得者丁肇中指出：“所有的自然科學(xué)都是實驗科學(xué).再好的理論如果與實驗不相符，那么理論就不存在.實驗可以推翻理論，而理論永遠無法推翻實驗.”物理實驗的重要性是毋庸置疑的，THUSSAT診斷性測試給我們帶來了哪些思考呢？

4.1?測電流表內(nèi)阻所引發(fā)的思考

測電流表內(nèi)阻是一個傳統(tǒng)的實驗，現(xiàn)行教材及考試大綱中均未列出.但是，該實驗近年來頻現(xiàn)于高考試題及THUSSAT測試中.如2012年天津理綜物理試題、2018年海南省物理試題、2019年海南省物理試題、2018年9月THUSSAT診斷性測試題等.下面以2018年9月THUSSAT診斷性測試題為例，通過比對，了解試題特點及能力考查要求.

試題：如圖5所示是某興趣小組設(shè)計的一個測量電流表內(nèi)阻和一個電池組的電動勢及內(nèi)電阻的實驗電路.他們的實驗步驟如下：

①斷開單刀雙擲開關(guān)?S2，閉合開關(guān)?S1，調(diào)節(jié)滑動變阻器R0的滑動端，使電流表?A滿偏.

②保持R0的滑動端不動，將單刀雙擲開關(guān)?S2?接?M，調(diào)節(jié)電阻箱R的值，使電流表A半偏，讀出電阻箱R的值為a.

③斷開開關(guān)S1，將單刀雙擲開關(guān)S2接N，不斷改變和記錄電阻箱的值R以及分別與R相對應(yīng)的電流表的值?I.

④分別以R和1/I?為橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)建立平面直角坐標(biāo)系，利用記錄的?R和對應(yīng)的?1/I進行描點畫線，得到如圖6所示的坐標(biāo)圖象.

⑤通過測量得知該圖線在縱軸上的截距為b、斜率為k.

根據(jù)以上實驗操作，回答以下問題：

（1）在進行實驗步驟①之前，應(yīng)先將滑動變阻器的滑動端置于（填“左端”“中間”“右端”）.

（2）被測電流表的內(nèi)阻為;測得值與電流表內(nèi)阻的真實值相比較（填“偏大”“偏小”“相等”）.

（3）被測電池組的電動勢E=;內(nèi)電阻r=（用實驗過程中測得的物理量的字母進行表示，電流表內(nèi)阻不可忽略）.

分析：考查的是一個組合實驗，包括測量電流表內(nèi)阻和測量電池組電動勢及內(nèi)阻的實驗.重點考查半偏法測電流表內(nèi)阻及安阻法測量電源電動勢和內(nèi)阻的實驗原理、實驗操作、誤差分析以及數(shù)據(jù)處理方法等實驗?zāi)芰?

參考答案：（1）右端?;（2）?a，偏小?;

（3）E=1/k?r=b/k-a.

綜上，半偏法測電流表內(nèi)阻的實驗作為一個課外實驗，其實驗方法巧妙、簡捷，因而具有十分重要的意義;其次，試題通過小實驗的組合，有利于考查考生綜合的實驗?zāi)芰?另外，凸顯了通過考綱外實驗考查創(chuàng)新實驗?zāi)芰Φ拿}設(shè)計思想.

4.2?通過實驗促進物理核心素養(yǎng)提升的思考

實驗使學(xué)生通過觀察獲得感性認(rèn)識，為前概念轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W(xué)概念、形成物理觀念、認(rèn)識物理規(guī)律、理解物理理論等提供科學(xué)證據(jù).此外，實驗過程中所表現(xiàn)出來的意志品質(zhì)、科學(xué)態(tài)度、科學(xué)精神等素養(yǎng)是物理學(xué)文化的有機組成部分，是物理學(xué)體系中不可分割的重要內(nèi)容[4].因此，物理實驗具有獨特的教育功能，同時，物理實驗也是重要的教學(xué)目標(biāo)和學(xué)習(xí)內(nèi)容.《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》指出：“在高中物理課程中，應(yīng)注重科學(xué)探究，尤其應(yīng)注重物理實驗，這在培養(yǎng)學(xué)生的探究能力和科學(xué)態(tài)度等方面具有重要地位[2].”

THUSSAT診斷性測試電學(xué)實驗試題，重點考查了半偏法測毫安表內(nèi)阻的原理、實驗器材的選擇以及將毫安表與電壓表改裝為大量程的電流表與電壓表.從實驗?zāi)芰Ψ矫婵矗囶}通過小實驗的組合（毫安表內(nèi)阻測量及電表改裝擴大量程），考查基本的實驗?zāi)芰?它包括基本的實驗技能、發(fā)現(xiàn)問題并提出問題的能力、理論與實驗相結(jié)合的思維能力、實驗誤差分析與評價的能力以及簡單的設(shè)計性實驗（半偏法測毫安表內(nèi)阻）的能力等.

當(dāng)下，實驗?zāi)芰Φ目疾檫€只能停留在紙筆測試中，因此講實驗、背實驗、看實驗視頻、刷實驗試題成為重要的教學(xué)方式.中學(xué)生實驗?zāi)芰^差是一個普遍現(xiàn)象，重點中學(xué)也不例外，THUSSAT診斷性測試實驗題的命題思想具有一定的導(dǎo)向作用.刷題刷不出實驗?zāi)芰Γ挥型ㄟ^動手實驗、反思實驗、評價實驗，方可真正提高實驗?zāi)芰蛯W(xué)科核心素養(yǎng).

參考文獻：

[1]楊秋環(huán)，楊蒼洲.一道中學(xué)生標(biāo)準(zhǔn)學(xué)術(shù)能力診斷性測試試題的命題手法研究[J].中學(xué)數(shù)學(xué)研究，2018（09）：11-12.

[2]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2017：78-80.

[3]梁旭.如何確定素養(yǎng)目標(biāo)與素養(yǎng)水平[J].物理教師，2018，39（12）：2-5.

[4]廖伯琴.物理教育學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2012：200-201.

（收稿日期：2020-01-06）