創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)情景　突出證據(jù)獲取　彰顯核心素養(yǎng)

許冬?！≈煳幕?/p>

摘 要：2019年高考海南物理實(shí)驗(yàn)試題，通過創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)情景，考查實(shí)驗(yàn)原理的理解，突出實(shí)驗(yàn)證據(jù)的獲取以及基于證據(jù)的推理、論證.試題有效地考查了實(shí)驗(yàn)?zāi)芰皩W(xué)科核心素養(yǎng).教學(xué)啟示：堅(jiān)持以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，樹立正確的課程觀與教學(xué)觀;重視實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練，促進(jìn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Πl(fā)展;發(fā)展科學(xué)探究能力，提升物理學(xué)科核心素養(yǎng).

關(guān)鍵詞：海南高考;物理實(shí)驗(yàn)試題;解析;分析;啟示

文章編號(hào)：1008-4134（2019）19-0047中圖分類號(hào)：G633.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

物理實(shí)驗(yàn)是重要的課程資源，是教學(xué)的目標(biāo)也是學(xué)生重要的學(xué)習(xí)內(nèi)容，是學(xué)生學(xué)習(xí)物理學(xué)的一種基本方法和途徑，也是教師教學(xué)的一種重要手段.實(shí)驗(yàn)?zāi)芰κ歉呖寄芰疾榈闹匾矫?多年來海南高考實(shí)驗(yàn)試題與全國卷一樣，堅(jiān)持“1力+1電”的命題風(fēng)格.由于海南試題是國家考試中心命題，因此，研究海南高考試題，對(duì)深度研究全國卷試題具有重要的參考價(jià)值，對(duì)于其他省市的物理教學(xué)具有借鑒和啟示作用.

1 高考真題與解析

2019年高考海南物理實(shí)驗(yàn)試題共2道，對(duì)應(yīng)的題號(hào)分別為11、12.分析如下.

1.1 試題11與解析

用實(shí)驗(yàn)室提供的器材設(shè)計(jì)一個(gè)測(cè)量電流表內(nèi)阻的電路.實(shí)驗(yàn)室提供的器材為：待測(cè)電流表A（量程10mA，內(nèi)阻約為50Ω），滑動(dòng)變阻器R1，電阻箱R，電源E（電動(dòng)勢(shì)約為6V，內(nèi)阻可忽略），開關(guān)S1和S2，導(dǎo)線若干.

（1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)室提供的器材，在圖1所示虛線框內(nèi)將電路原理圖補(bǔ)充完整，要求滑動(dòng)變阻器起限流作用;

（2）將圖2中的實(shí)物按設(shè)計(jì)的原理圖連線;

（3）若實(shí)驗(yàn)提供的滑動(dòng)變阻器有兩種規(guī)格：

①10Ω，額定電流2A;

②1500Ω，額定電流0.5A.

實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該取_____.（填“①”或“②”）

解析 （1）將電源、開關(guān)、滑動(dòng)變阻器與已知的部分電路連接為閉合電路，原理圖如圖3所示;

（2）根據(jù)圖3所示原理圖，將實(shí)物圖進(jìn)行連線，如圖4所示;

（3）由閉合電路歐姆定律知，S2斷開時(shí)，電路的總電阻為R + RA= E/Ig，則R≈600Ω，因此滑動(dòng)變阻器應(yīng)選擇②.

1.2 試題12與解析

某同學(xué)利用圖5的裝置測(cè)量輕彈簧的勁度系數(shù).圖中光滑的細(xì)桿和直尺水平固定在鐵架臺(tái)上，一輕彈簧穿在細(xì)桿上，其左端固定，右端與細(xì)繩連接;細(xì)繩跨過光滑定滑輪，其下端可以懸掛砝碼（實(shí)驗(yàn)中，每個(gè)砝碼的質(zhì)量均為m=50.0g）.彈簧右端連有一豎直指針，其位置可在直尺上讀出.實(shí)驗(yàn)步驟如下：

①在繩下端掛上一個(gè)砝碼，調(diào)整滑輪，使彈簧與滑輪間的細(xì)線水平且彈簧與細(xì)桿沒有接觸;

②系統(tǒng)靜止后，記錄砝碼的個(gè)數(shù)及指針的位置;

③逐次增加砝碼個(gè)數(shù)，并重復(fù)步驟②（保持彈簧在彈性限度內(nèi)）：

④用n表示砝碼的個(gè)數(shù)，l表示相應(yīng)的指針位置，將獲得的數(shù)據(jù)記錄在表格內(nèi).

回答下列問題：

（1）根據(jù)表1的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在圖6中補(bǔ)齊數(shù)據(jù)點(diǎn)并做出l-n圖象.

（2）彈簧的勁度系數(shù)k可用砝碼質(zhì)量m、重力加速度大小g及l(fā)-n圖線的斜率α表示，表達(dá)式為k=.若g取9.80m/s2，則本實(shí)驗(yàn)中k=N/m（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）.

解析 （1）補(bǔ)充數(shù)據(jù)點(diǎn)，在坐標(biāo)系中描點(diǎn)作圖并擬合直線，如圖7所示;

（2）設(shè)彈簧的原長為l0.由胡克定律及平衡條件得，nmg=kl-l0，圖象的斜率為 α=ΔlΔn=l-l0n，因此，彈簧的勁度系數(shù)為 k=mgα.

在圖7中可求出圖象的斜率為

α = Δ lΔ n = 12.90-10.00×10-26-0m ≈4.83×10-3m .

代入勁度系數(shù)表達(dá)式得

k = mgα = 0.050×9.804.83×10-3N/m≈101N/m.

2 實(shí)驗(yàn)?zāi)芰εc核心素養(yǎng)考查分析

關(guān)于實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，物理考試大綱[1]指出：能獨(dú)立完成“考試內(nèi)容與要求”中所列的實(shí)驗(yàn)，能明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，能理解?shí)驗(yàn)原理和方法，能控制實(shí)驗(yàn)條件，會(huì)使用儀器，會(huì)觀察、分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，會(huì)記錄處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并得出結(jié)論，能對(duì)結(jié)論進(jìn)行分析和評(píng)價(jià);能發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，并制訂解決方案;能運(yùn)用已學(xué)過的物理理論、實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)儀器去處理問題，包括簡單的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn).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)探究及科學(xué)態(tài)度與責(zé)任4個(gè)方面.從實(shí)驗(yàn)?zāi)芰εc核心素養(yǎng)的視角進(jìn)行分析，結(jié)果如下：

2.1 試題11分析

試題11分析結(jié)果見表2.

表2 試題11實(shí)驗(yàn)?zāi)芰εc核心素養(yǎng)考查分析

試題11設(shè)問實(shí)驗(yàn)?zāi)芰λ仞B(yǎng)表現(xiàn)素養(yǎng)類型素養(yǎng)水平

（1）設(shè)計(jì)測(cè)量電流表內(nèi)阻的電路（給出部分電路及滑動(dòng)變阻器起限流作用）簡單的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)?zāi)芰哂形锢碛^念.理解閉合電路中電荷定向運(yùn)動(dòng)與電源相互作用;從能量視角認(rèn)識(shí)閉合電路的有關(guān)規(guī)律，以此設(shè)計(jì)測(cè)電流表內(nèi)阻的電路物理觀念（運(yùn)動(dòng)與相互作用、能量）水平3

能對(duì)已知的比較簡單的實(shí)驗(yàn)電路進(jìn)行分析和推理，完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)科學(xué)思維（推理）水平2

（2）根據(jù)原理圖，實(shí)物連線基本實(shí)驗(yàn)技能能根據(jù)已經(jīng)設(shè)計(jì)的電路為直接的證據(jù)，完成實(shí)物圖連線科學(xué)思維（論證）水平2

確保實(shí)驗(yàn)操作安全，具有嚴(yán)肅認(rèn)真、實(shí)事求是的態(tài)度科學(xué)態(tài)度與責(zé)任（科學(xué)態(tài)度）水平2

（3）滑動(dòng)變阻器的選擇實(shí)驗(yàn)器材選擇能對(duì)閉合電路進(jìn)行分析和推理，獲得結(jié)論并作出解釋;能使用證據(jù)選擇規(guī)格為1500Ω滑動(dòng)變阻器科學(xué)思維（推理、論證）水平4

能分析數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)特點(diǎn)，形成結(jié)論，嘗試用閉合電路歐姆定律進(jìn)行解釋科學(xué)探究（證據(jù)、解釋）水平3

2.2 試題12分析

試題12分析結(jié)果見表3.

表3 試題12實(shí)驗(yàn)?zāi)芰εc核心素養(yǎng)考查分析

試題12設(shè)問實(shí)驗(yàn)?zāi)芰λ仞B(yǎng)表現(xiàn)素養(yǎng)類型素養(yǎng)水平

（1）補(bǔ)齊數(shù)據(jù)點(diǎn)并做出l-n圖象.描點(diǎn)作圖，擬合曲線補(bǔ)齊數(shù)據(jù)點(diǎn)，具有實(shí)事求是的態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)規(guī)范描點(diǎn)作圖.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任（科學(xué)態(tài)度）水平2

（2）彈簧的勁度系數(shù)k理解實(shí)驗(yàn)原理;根據(jù)圖象，分析處理數(shù)據(jù)的能力具有清晰的物理觀念，從平衡的角度理解測(cè)彈簧勁度系數(shù)的原理物理觀念（運(yùn)動(dòng)與相互作用）水平4

能使用簡單和直接的證據(jù)寫出勁度系數(shù)的表達(dá)式科學(xué)思維（推理、論證）水平2

能分析圖象，發(fā)現(xiàn)其中規(guī)律，求出斜率.用力的平衡條件進(jìn)行解釋，并按有效數(shù)字要求表達(dá)探究結(jié)果科學(xué)探究（證據(jù)、解釋、交流）水平4

3 教學(xué)啟示

物理學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，物理實(shí)驗(yàn)是物理課程的重要組成部分，在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力及科學(xué)素養(yǎng)等方面具有非常重要的作用.2019年海南省物理實(shí)驗(yàn)試題帶給我們哪些啟示呢？

3.1 堅(jiān)持以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，樹立正確的課程觀與教學(xué)觀

實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)形成與發(fā)展的基石，實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)文化的重要組成部分，實(shí)驗(yàn)方法是探索自然規(guī)律的重要方法.研究結(jié)果表明，物理實(shí)驗(yàn)在促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化方面具有獨(dú)到的作用.由于科學(xué)實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)特征是探究性，因此，實(shí)驗(yàn)在培養(yǎng)學(xué)生探究能力方面具有得天獨(dú)厚的教學(xué)功能[2].

2019年高考海南物理實(shí)驗(yàn)試題共2道小題，計(jì)18分，權(quán)重18.0%，稍高于全國卷實(shí)驗(yàn)題的權(quán)重（13.6%）.這一數(shù)據(jù)表明，物理單科考試，實(shí)驗(yàn)題權(quán)重增大.這對(duì)于當(dāng)前或?qū)磉M(jìn)入課改省份的考試命題，可能具有一定的參考作用.

學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)科育人價(jià)值的集中體現(xiàn)，是學(xué)生通過學(xué)科學(xué)習(xí)而逐步形成的正確價(jià)值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力.物理學(xué)科核心素養(yǎng)引領(lǐng)著物理課程與教學(xué)改革的走向.以核心素養(yǎng)統(tǒng)領(lǐng)物理教學(xué)，必須樹立以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的課程觀與教學(xué)觀.在課程理念上，增加學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，著重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能與實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?在實(shí)驗(yàn)類型上，將部分驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)修改為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，以體現(xiàn)科學(xué)探究的精神，順應(yīng)科學(xué)教育發(fā)展的趨勢(shì);在實(shí)驗(yàn)方式上，將演示實(shí)驗(yàn)與學(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來，定性與定量實(shí)驗(yàn)相結(jié)合;在實(shí)驗(yàn)時(shí)空上，從課堂實(shí)驗(yàn)向課外實(shí)驗(yàn)拓展，做到課內(nèi)與課外相結(jié)合;在實(shí)驗(yàn)配備上，重視采用簡單儀器做實(shí)驗(yàn)，同時(shí)注意應(yīng)用現(xiàn)代化實(shí)驗(yàn)手段，做到常規(guī)器材與創(chuàng)新器材有機(jī)結(jié)合，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)開展創(chuàng)設(shè)良好環(huán)境[3].

3.2 重視實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練，促進(jìn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Πl(fā)展

基本的實(shí)驗(yàn)技能包括：會(huì)使用儀器，會(huì)觀察、分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，會(huì)記錄、處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等.學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的提高，要求通過實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生正確使用高中物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中的儀器和工具，并能獨(dú)立獲得較準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)信息.實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ膬?nèi)涵是豐富的，主要包括實(shí)驗(yàn)技能、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力以及實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)思想乃至實(shí)驗(yàn)精神等方面的內(nèi)容.

2019年海南省物理實(shí)驗(yàn)試題，均不是考綱規(guī)定的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容.但是，去偽存真，不難發(fā)現(xiàn)試題設(shè)計(jì)的源頭仍在考綱規(guī)定的實(shí)驗(yàn)范圍之內(nèi).試題11是“測(cè)定金屬的電阻率”實(shí)驗(yàn)的拓展，試題對(duì)測(cè)電流表內(nèi)阻的電路設(shè)計(jì)要求很簡單，并未對(duì)用比較法測(cè)電表內(nèi)阻的方法進(jìn)行深入考查，試題側(cè)重基本實(shí)驗(yàn)技能（閉合電路的構(gòu)成、實(shí)物連線、器材選擇）的考查;試題12是“探究彈簧彈力和彈簧伸長的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)的變形，由彈簧的豎直懸掛改為水平牽引，考查了用圖象法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力.描點(diǎn)作圖、由圖象斜率求出相關(guān)物理量，考查的是最基本的實(shí)驗(yàn)技能.但是，這類問題的錯(cuò)誤發(fā)人深思.如直接跳過圖上缺少的數(shù)據(jù)點(diǎn)畫圖;用折線代替直線畫圖;不用直尺徒手畫直線;所畫直線誤差太大等.

綜上所述，實(shí)驗(yàn)技能是實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Πl(fā)展的基礎(chǔ)，實(shí)驗(yàn)技能的提高會(huì)促進(jìn)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ陌l(fā)展，但實(shí)驗(yàn)技能不等于實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ奶岣卟皇且货矶偷?，需要在長期的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中不斷培養(yǎng)、逐步發(fā)展.

3.3 發(fā)展科學(xué)探究能力，提升物理學(xué)科核心素養(yǎng)

實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)習(xí)的重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科素養(yǎng)的重要途徑和方式.《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，尤其應(yīng)重視科學(xué)探究，應(yīng)注重物理實(shí)驗(yàn)，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.”科學(xué)探究能力是指基于觀察和實(shí)驗(yàn)提出物理問題、形成猜想和假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制訂方案、獲取和處理信息，基于證據(jù)得出結(jié)論并作出解釋，以及對(duì)科學(xué)探究過程和結(jié)果進(jìn)行交流、評(píng)估、反思的能力.科學(xué)探究主要包括問題、證據(jù)、解釋、交流等要素[4].

長期以來，由于紙筆測(cè)試的局限，教師講實(shí)驗(yàn)，學(xué)生背實(shí)驗(yàn)的教學(xué)之風(fēng)盛行，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ζ毡檩^低.2019年海南省物理實(shí)驗(yàn)試題帶給我們的啟示是，做過實(shí)驗(yàn)與沒有做過實(shí)驗(yàn)效果是不相同的;認(rèn)真做過實(shí)驗(yàn)與沒有認(rèn)真做過實(shí)驗(yàn)的效果也是不相同的.盡管試題的整體難度不大，但試題在考查實(shí)驗(yàn)技能的同時(shí)，更加重視基于證據(jù)的推理與論證.試題11表現(xiàn)在，根據(jù)電動(dòng)勢(shì)的大小、電流表的量程這些數(shù)據(jù)為證據(jù)，結(jié)合閉合電路的歐姆定律進(jìn)行論證，從而選擇滑動(dòng)變阻器的大小;試題12表現(xiàn)在，由表格中的數(shù)據(jù)（缺失的2個(gè)）在l-n坐標(biāo)系中描點(diǎn)、擬合為直線、由圖象中的斜率以及平衡條件、胡克定律得到勁度系數(shù)表達(dá)式及其數(shù)值，這一系列的推理過程均源于證據(jù).

實(shí)驗(yàn)證據(jù)包括實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、數(shù)據(jù)、圖象、理論等.在高中階段學(xué)生科學(xué)論證水平的表現(xiàn)重點(diǎn)體現(xiàn)在對(duì)證據(jù)的認(rèn)識(shí)和使用上，重點(diǎn)從證據(jù)的收集、分析、解釋和使用方面進(jìn)行發(fā)展和提升[5].有鑒于此，物理實(shí)驗(yàn)的目的絕不僅僅是為了培養(yǎng)動(dòng)手能力、實(shí)驗(yàn)技能，實(shí)驗(yàn)思想、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)結(jié)論的質(zhì)疑與反思等是更為重要的教學(xué)內(nèi)容.證據(jù)是實(shí)驗(yàn)的核心，是做出推論的直接基礎(chǔ)[6].基于證據(jù)意識(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，是融物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任于一體的教學(xué).讓學(xué)生多方面獲取證據(jù)、經(jīng)歷科學(xué)論證的過程，有助于學(xué)生深化對(duì)科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)知和理解，有利于科學(xué)態(tài)度的養(yǎng)成，有利于促進(jìn)科學(xué)素養(yǎng)的形成與發(fā)展.

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（收稿日期：2019-08-01）