湯志超

(廣東廣雅中學(xué) 廣東 廣州 510160)

1 引言

物理學(xué)科是一門建立在實驗基礎(chǔ)上的學(xué)科.因此學(xué)生學(xué)好物理實驗至關(guān)重要.2020年將是很多省份“舊高考”的最后一年，明年將進(jìn)行“新高考”.分析近5年的高考實驗題有利于研究新的高考，研究如何在現(xiàn)有知識的基礎(chǔ)上推陳出新，更加有利于培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng).

2 近5年高考理綜全國卷實驗題特點對比分析

2.1 考查分值對比分析 考點統(tǒng)計

本文將實驗考查內(nèi)容按照實驗原理、計算、讀數(shù)、做圖、誤差分析等基本技能做了匯總[1]，繪制了表1.

表1 近5年高考力學(xué)實驗考查情況匯總表

續(xù)表1

2.2 實驗內(nèi)容對比分析

(1)考查類型統(tǒng)計分析[2]

從實驗考查類型統(tǒng)計結(jié)果可以看出：近5年，驗證型實驗考查了4次，探究型實驗考查了4次，測量型實驗考查了7次.全國卷更傾向于考查測量型實驗，很少直接考查書本中的實驗.大多是在教材中實驗的基礎(chǔ)上創(chuàng)設(shè)新的實驗情境考查學(xué)生解決問題的能力.測量型實驗需要學(xué)生在掌握教材中實驗基本原理的基礎(chǔ)上應(yīng)用實驗原理解決新的實驗問題.實驗類型統(tǒng)計圖如圖1所示.

圖1 實驗類型統(tǒng)計圖

比如2019年高考理綜全國卷Ⅱ考查的是測量動摩擦因數(shù).人教版教材中沒有測量動摩擦因數(shù)這個實驗，平時也沒學(xué)過其實驗原理.但實驗器材都是實驗室常見的器材：鐵架臺、木板、電磁打點計時器、紙帶等，學(xué)生也在研究勻變速直線運(yùn)動當(dāng)中學(xué)過處理紙帶的方式方法.實驗原理雖然沒學(xué)過，但學(xué)生可以根據(jù)已有的關(guān)于運(yùn)動學(xué)以及牛頓第二定律的有關(guān)知識儲備再結(jié)合相關(guān)實驗理論基礎(chǔ)，合理地推導(dǎo)出此實驗中的原理方程式，從而解決問題.

(2)考查基本技能分析

考查基本技能分析數(shù)據(jù)與統(tǒng)計圖分別如表1和圖2、圖3所示.

表1 考查基本技能分析數(shù)據(jù)

圖2 考查次數(shù)統(tǒng)計圖

圖3 考查分?jǐn)?shù)統(tǒng)計圖

經(jīng)上述統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，力學(xué)實驗對于計算的考查占比最多，約占一半，其次是對實驗原理的考查，而對于讀數(shù)、作圖以及誤差分析考查的次數(shù)以及分值都較少.

分析真題發(fā)現(xiàn)，對于實驗原理的考查不僅僅局限于考試內(nèi)容和要求中所列的那7個實驗原理.比如2017年高考理綜全國卷Ⅱ第22題“探究平均速度、瞬時速度和加速度之間的關(guān)系”；2018年高考理綜全國卷Ⅱ和2019年全國卷Ⅱ的測量動摩擦因數(shù)、2018年全國卷Ⅲ的測量人的反應(yīng)時間等.這些實驗原理均不在那7個常規(guī)實驗中.

全國卷實驗題對于計算的考查大都是對于紙帶的數(shù)據(jù)處理，求物體運(yùn)動的瞬時速度以及加速度.在考查的18次計算中，涉及紙帶求速度或加速度的就占了10次，超過了一半.

3 對物理實驗教與學(xué)的啟示

實驗?zāi)芰κ恰犊荚嚧缶V》中學(xué)生須具有的五大能力中的一種能力.以《考試大綱》為基礎(chǔ)，根據(jù)本文的數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析，為更好地進(jìn)行物理實驗教學(xué)提出如下建議.

(1)注重實驗原理的學(xué)習(xí)，多讓學(xué)生動手實踐

學(xué)習(xí)任何一個實驗最重要的就是掌握實驗原理.掌握實驗原理就是要知道實驗的目的是什么，要達(dá)到這樣的目的，在實驗中依據(jù)理論知識中的哪些定理、定律等內(nèi)容而設(shè)計的實驗程序，測量項目、操作步驟和實驗數(shù)據(jù)分析與計算，以及如何通過現(xiàn)有的實驗室的器材達(dá)到想要達(dá)到的目的.這也是《考試大綱》中提到的：能獨立完成“考試內(nèi)容與要求”中所列的實驗[3]，能明確實驗?zāi)康?，能理解實驗原理和方法，能控制實驗條件，會使用儀器，會觀察、分析實驗現(xiàn)象，會記錄、處理實驗數(shù)據(jù)，并得出結(jié)論，對結(jié)論進(jìn)行分析和評價.

學(xué)習(xí)實驗原理除了在課堂上由教師講解外，更重要的是讓學(xué)生能夠親自動手做實驗.因此在平時學(xué)校條件允許的情況下應(yīng)該讓學(xué)生多到實驗室接觸實驗器材，多動手，讓其在動手實踐過程中掌握實驗原理，感受每一個實驗器材的用處.一般在教師講解完實驗原理以及如何進(jìn)行實驗操作后，學(xué)生大都能夠按照教師的指導(dǎo)進(jìn)行實驗操作，在進(jìn)行一次完整的實驗操作后，學(xué)生基本上都能夠掌握每個實驗器材的原理以及在實驗中的用途和功能.讓學(xué)生到實驗室進(jìn)行實驗?zāi)軌蚪o學(xué)生留下深刻的印象，對于每一個實驗儀器都能掌握操作規(guī)程和注意事項.這有利于在遇到新的實驗情境時能夠依據(jù)已掌握的理論知識解決問題.

(2)注重應(yīng)用數(shù)學(xué)處理物體問題的能力培養(yǎng)

從近些年的考題中可以發(fā)現(xiàn)，全國卷對于物理實驗計算能力的考查非常重視，近一半的分值考查了實驗數(shù)據(jù)的處理.這也是《考試大綱》中說明的考查學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)處理物理問題的能力的體現(xiàn).因此在平時的教學(xué)過程中，教師要更重視對學(xué)生計算能力的培養(yǎng).《考試大綱》中關(guān)于這方面的描述是這樣的：能夠根據(jù)具體問題列出物理量之間的關(guān)系式，進(jìn)行推導(dǎo)和求解，并根據(jù)結(jié)果得出物理結(jié)論；能運(yùn)用幾何圖形、函數(shù)關(guān)系進(jìn)行分析表達(dá).

中考時學(xué)生是可以使用計算器的，這就使得高一學(xué)生的計算能力非常薄弱.而高考是不能使用計算器的.為了高考時學(xué)生不被計算難倒，在高一時就要更加注重培養(yǎng)學(xué)生的計算能力.在課堂上多做相應(yīng)的練習(xí)，在平時的小測和期中、期末考試時都或多或少地考查一下學(xué)生的計算能力.

(3)注重應(yīng)用實驗理論解決實際問題能力的培養(yǎng)，發(fā)散思維的培養(yǎng)[4]

“考試內(nèi)容與要求”中所列的力學(xué)實驗共7個.這7個實驗也是平時教學(xué)的重點，教師都會將這些實驗分析得很透徹，學(xué)生也都會很認(rèn)真地學(xué)習(xí)這7個實驗的原理以及相應(yīng)的知識，平時的練習(xí)也都會經(jīng)常做到.但考綱中同樣提到：能發(fā)現(xiàn)問題，提出問題，并制定解決問題的方案；能運(yùn)用已學(xué)過的物理理論、實驗方法和實驗儀器處理問題，包括簡單的設(shè)計性實驗.分析表1也同樣發(fā)現(xiàn)，全國卷中出現(xiàn)的實驗并不全是考試內(nèi)容與要求中所列出的實驗，所以這就要求平時在實驗的教與學(xué)過程中不能只局限于那7個實驗.

比如探究平均速度、瞬時速度和加速度之間的關(guān)系、測量鐵塊與木板間動摩擦因數(shù)、測人的反應(yīng)時間、測重力加速度等.這些實驗教材中并沒有出現(xiàn)，但是這些實驗都是在教材原有實驗原理、原有實驗器材的基礎(chǔ)上進(jìn)行深化、拓展得到的.同樣的實驗器材，不同的實驗?zāi)康?

比如2017年高考理綜全國卷Ⅰ“研究小車在桌面上的直線運(yùn)動”這個實驗和我們平時遇到的實驗很不一樣.課本上研究小車的直線運(yùn)動用到的實驗器材是打點計時器、紙帶等，而這個實驗用到的是自制“滴水計時器”，沒有用紙帶，而是“滴水計時器等時間間隔地滴下小水滴”，用桌子來記錄水滴的位置，從而記住小車的運(yùn)動信息.題目雖然沒有一處提到打點計時器，也沒有提到紙帶，看似是完全沒有學(xué)過的實驗，但如果學(xué)生在實驗室做過用小車和打點計時器來研究小車的勻變速直線運(yùn)動這個實驗,就能夠?qū)⑾鄳?yīng)的實驗理論以及處理數(shù)據(jù)的方法遷移到這個實驗中來，從而解決新的實驗情境.再比如2019年高考理綜全國卷Ⅱ“測量鐵塊與木板間動摩擦因數(shù)的實驗”用到的實驗器材是學(xué)生熟悉的鐵架臺、鐵塊(小車)、打點計時器、木板.學(xué)生在實驗室用這些器材做過實驗，但做的是“研究勻變速直線運(yùn)動”.這一題就是使用熟悉的器材做不同的實驗，達(dá)到不同的實驗?zāi)康?因此在平時的實驗教學(xué)過程中，可以多設(shè)置一些問題.比如：這個實驗器材除了能夠測量這個物理量還能夠測量什么物理量呢？既可以拓展學(xué)生的思維，又可以加深學(xué)生對實驗器材功能的理解.