高考物理實驗題對中學物理實驗教學的啟示

王勝春

高考中的物理實驗題是物理知識與實際問題的有機融合，考查學生在一定約束的條件下解決實際問題的能力，既具有實踐性又具有理論性，既涉及相關知識又含有知識的應用，是學科素養的高度體現，因此，實驗教學對于全面落實培養科學素養的目標，具有不可替代的特殊作用。近幾年的高考物理實驗題在命制思路上力圖貫徹新課程的基本理念，體現實驗在發展學生的實驗探究能力和提高學生科學素養方面的重要價值。下面我以一道2016年高考物理電學實驗試題為例，談談其中蘊含的思想和方法以及對中學物理實驗教學的啟示。

一、試題分析

1. 試題再現

某同學利用圖1（a）所示電路測量量程為2.5 V的電壓表V的內阻（內阻為數千歐姆），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 000Ω），直流電源E（電動勢3 V），開關1個，導線若干。

圖1

實驗步驟如下：

①按電路原理圖1（a）連接線路；

②將電阻箱阻值調節為0，將滑動變阻器的滑片移到與圖1（a）中最左端所對應的位置，閉合開關S；

③調節滑動變阻器，使電壓表滿偏；

④保持滑動變阻器滑片的位置不變，調節電阻箱阻值，使電壓表的示數為2.00 V，記下電阻箱的阻值。

回答下列問題：

（1）實驗中應選擇滑動變阻器 （填“R1”或“R2”）。

（2）根據圖1（a）所示電路將圖1（b）中實物圖連線。

（3）實驗步驟④中記錄的電阻箱阻值為630.0 Ω，若認為調節電阻箱時滑動變阻器上的分壓不變，計算可得電壓表的內阻為________Ω（結果保留到個位）。

（4）如果此電壓表是由一個表頭和電阻串聯構成的，可推斷該表頭的滿刻度電流為________（填正確答案標號）。

A. 100 μA B. 250 μA C. 500 μA D. 1 mA

2. 試題特點

本題不是教材的實驗，也不是考綱中明確要求的實驗.該試題給出了實驗電路圖和實驗步驟。要求考生從電路圖和實驗步驟出發，結合實驗目的進行有效分析，從而找出實驗原理、操作原理，進而發現實驗設計原理，解決實際問題。從知識上看，本題在符合學生的認知水平和思維能力的基礎上考查了學生實驗品質的深刻性、靈活性。

實驗設計中恰當地融入了典型物理科學方法的要素.實驗整體構思具有一定的創新性，將探究過程和探究方法隱含在試題的分析和解答過程中，學生在遇到認知沖突時，運用“發現問題—提出假設—分析論證—得出結論”的思維探究過程解決問題，充分體現了實驗在發展學生的實驗探究能力和提高學生科學素養方面的重要價值。

3. 在實驗過程中融入科學的方法

在實驗設計與實施的過程中，融入了控制變量和誤差分析的思想.此題從表面上看是串聯分壓的知識，沒有誤差分析，但是在實際實施過程中，對誤差的認知程度對實驗原理的理解起到了至關重要的作用?？梢?，任何一個實驗的設計都離不開科學思想和方法，更離不開對誤差的認知。這樣的試題有利于檢驗學生是否真正理解了實驗的要素和真諦；有利于檢驗學生是否真正掌握了科學探究的原則和方法；有利于檢驗學生是否真正具備了良好的科學品質和辯證的科學思維能力。

二、學生面臨的困惑與暴露的問題

1. 原理分析上的困惑

試題采用的是半偏法，由于不是大綱明確要求的方法，很多考生沒能很好地論證出隱藏的誤差分析.題設步驟④中認為調節電阻箱時滑動變阻器上的分壓不變，很多考生不能很好地理解出：在滑動變阻器采用分壓接法供電，并且其阻值比用電部分阻值小很多時，即使用電部分阻值發生一定的變化，供電電壓卻幾乎不變。

2. 實物連線暴露的問題

實物連線是對實際操作的間接考查.考生暴露出的問題主要體現在兩個方面：一是將分壓供電連成了限流方式；二是沒有將導線接在實物的接線柱上。

三、對中學電學實驗教學的啟示

細心的教師都會發現，這兩年的高考物理實驗試題不拘泥于教材和考綱，而是更加注重挖掘實驗內隱的知識和方法。但從學生所面臨的困惑與暴露的問題上看，我們平時的實驗教學是存在著一定問題和不足的。如：按部就班地完成教材實驗，不去體會知識和實驗中所蘊含的思想和方法；不做完善的誤差分析；不給學生自主的思維空間；不讓學生進行實際操作等。這些做法既降低了學生學習實驗的積極性，又難以提升學生的實驗能力和探究能力，更不利于學生科學素養的全面發展。從這兩年的實驗試題來看，實驗試題的考查點正是實驗教學中應重視的點，因此物理教師在進行實驗教學時，除做好常規實驗之外，還應合理挖掘教材實驗所包涵的方法和思維方式，幫助學生逐漸形成科學、合理的實驗理念，逐步滲透物理實驗思維。以下是幾點建議：

1. 緊抓教材，深挖原理和思維方法

教材中明確要求的實驗有：描繪小燈泡的伏安特性曲線、測量金屬絲的電阻率、測電源的電動勢和內阻等。我們要利用這些實驗讓學生深刻理解實驗原理、誤差分析、優劣對比，讓學生懂得合理取舍、明白實驗的簡潔性與合理性，讓學生的思維靈活起來。

比如在電學實驗中，確定電流表的內接外接，很多教師會直接給出結論：當R2

很多設計性電學實驗都需要選擇實驗器材，這是學生的薄弱環節。而實驗器材的選擇就是要依據實驗原理，抓住主要因素，忽略次要因素，對結果做出大概推斷或估計的辯證過程。如果我們在教學中能夠重視這些能力的培養，就會事半功倍，問題也就迎刃而解了。

教材中的實驗內容蘊含相關的方法，也含有完成實驗必須的條件以及影響實驗結果的相關因素，教師應深層次開發這些，讓學生明白一些條件和方法的必要性，讓學生了解如何選擇條件和方法，讓學生體驗方法和條件對完成實驗的重要性。如此，學生才會在遇到問題的時候自然地關注條件和方法，并且會根據實驗目的來確定適當的條件和方法，從而提高實驗能力。以上所述內容，教材中給了足夠的空間，因此我們必須緊抓教材，培養學生的基本實驗素養。

2. 不囿于教材，讓學生動起腦來

高考大綱中對實驗能力的要求是：①能獨立完成表中所列的實驗，能明確實驗目的，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、分析實驗現象，會記錄、處理實驗數據并得出結論，會對結論進行分析和評價；②能發現問題、提出問題并制訂解決方案；③能運用已學過的物理理論、實驗方法和實驗儀器去處理問題，包括簡單的設計性實驗。

這幾個方面的能力要求不是孤立的，著重對某一種能力進行考查的同時在不同程度上也考查了與之相關的其他能力。同時，在應用某種能力處理或解決具體問題的過程中也伴隨著發現問題、提出問題的過程。因而高考對考生發現問題、提出問題等探究能力的考查滲透在對以上各種能力的考查中。

高中電學實驗的核心可大致分為測量未知電阻的阻值，測量電流表、電壓表的內阻等，為了提升學生的實驗素養，我們可以發散的問題形式，放飛學生的思維。如提出設問：你有多少種測量未知電阻的阻值的方法，在什么條件下才能使用？讓學生明白，同樣的實驗目的可以通過不同的實驗原理來實現，實驗原理不同，實驗方案也就不同。教師在教學中不能只局限于課本上的實驗原理，而應帶領學生開闊思路、發散思維。只有教師在日常教學中堅持從實驗原理入手，帶領學生進行實事求是的分析，學生才能在遇到問題時處變不驚，應對自如，在提高實驗能力的同時養成善于思考的好習慣。

3. 切忌紙上談兵，讓學生動起手來

由于受實際條件的制約，高考不能直接考查實驗操作，導致教師在教學中產生懶惰心理，很多實驗都靠講授，多數實驗都是紙上談兵，進而導致學生只會死記硬背，脫離了物理學習的正常軌道。這不僅抑制了學生的動手能力，還增加了學生理解實驗的困難。

如滑動變阻器的分壓和限流兩種接法：若滑動變阻器的總阻值小于用電部分的阻值，則通常選用分壓接法.從理論上分析學生接受起來較為困難，但通過實驗觀察就十分直觀。所有的實驗方案可行與否，都可以以實驗現象為依據，直觀易懂、印象深刻。教師要提高的不僅僅是學生的成績，更是學生的能力。

動手操作的過程是其他教學方法所不能替代的。我們應努力開放實驗室，保證學生能夠有充足的時間進入實驗室，親自動手實驗，在實驗操作過程中提高實驗能力，回歸物理本質。