近5年全國卷物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)題分布特點(diǎn)及其對(duì)教學(xué)的啟示

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(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的學(xué)科.因此學(xué)生學(xué)好物理實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)題有利于研究新的高考，研究如何在現(xiàn)有知識(shí)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(shí)驗(yàn)題特點(diǎn)對(duì)比分析

2.1 考查分值對(duì)比分析 考點(diǎn)統(tǒng)計(jì)

本文將實(shí)驗(yàn)考查內(nèi)容按照實(shí)驗(yàn)原理、計(jì)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(shí)驗(yàn)考查情況匯總表

續(xù)表1

2.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容對(duì)比分析

(1)考查類型統(tǒng)計(jì)分析[2]

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

圖1 實(shí)驗(yàn)類型統(tǒng)計(jì)圖

比如2019年高考理綜全國卷Ⅱ考查的是測量動(dòng)摩擦因數(shù).人教版教材中沒有測量動(dòng)摩擦因數(shù)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，平時(shí)也沒學(xué)過其實(shí)驗(yàn)原理.但實(shí)驗(yàn)器材都是實(shí)驗(yàn)室常見的器材：鐵架臺(tái)、木板、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶等，學(xué)生也在研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)當(dāng)中學(xué)過處理紙帶的方式方法.實(shí)驗(yàn)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(dòng)學(xué)以及牛頓第二定律的有關(guān)知識(shí)儲(chǔ)備再結(jié)合相關(guān)實(shí)驗(yàn)理論基礎(chǔ)，合理地推導(dǎo)出此實(shí)驗(yàn)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(jì)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(jì)圖

圖3 考查分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)圖

經(jīng)上述統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，力學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)于計(jì)算的考查占比最多，約占一半，其次是對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的考查，而對(duì)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(duì)于實(shí)驗(yàn)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(gè)實(shí)驗(yàn)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(shí)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(dòng)摩擦因數(shù)、2018年全國卷Ⅲ的測量人的反應(yīng)時(shí)間等.這些實(shí)驗(yàn)原理均不在那7個(gè)常規(guī)實(shí)驗(yàn)中.

全國卷實(shí)驗(yàn)題對(duì)于計(jì)算的考查大都是對(duì)于紙帶的數(shù)據(jù)處理，求物體運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度以及加速度.在考查的18次計(jì)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(duì)物理實(shí)驗(yàn)教與學(xué)的啟示

實(shí)驗(yàn)?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(jì)和分析，為更好地進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出如下建議.

(1)注重實(shí)驗(yàn)原理的學(xué)習(xí)，多讓學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐

學(xué)習(xí)任何一個(gè)實(shí)驗(yàn)最重要的就是掌握實(shí)驗(yàn)原理.掌握實(shí)驗(yàn)原理就是要知道實(shí)驗(yàn)的目的是什么，要達(dá)到這樣的目的，在實(shí)驗(yàn)中依據(jù)理論知識(shí)中的哪些定理、定律等內(nèi)容而設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)程序，測量項(xiàng)目、操作步驟和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析與計(jì)算，以及如何通過現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)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(dú)立完成“考試內(nèi)容與要求”中所列的實(shí)驗(yàn)[3]，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，對(duì)結(jié)論進(jìn)行分析和評(píng)價(jià).

學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)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(dòng)手做實(shí)驗(yàn).因此在平時(shí)學(xué)校條件允許的情況下應(yīng)該讓學(xué)生多到實(shí)驗(yàn)室接觸實(shí)驗(yàn)器材，多動(dòng)手，讓其在動(dòng)手實(shí)踐過程中掌握實(shí)驗(yàn)原理，感受每一個(gè)實(shí)驗(yàn)器材的用處.一般在教師講解完實(shí)驗(yàn)原理以及如何進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作后，學(xué)生大都能夠按照教師的指導(dǎo)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，在進(jìn)行一次完整的實(shí)驗(yàn)操作后，學(xué)生基本上都能夠掌握每個(gè)實(shí)驗(yàn)器材的原理以及在實(shí)驗(yàn)中的用途和功能.讓學(xué)生到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚪o學(xué)生留下深刻的印象，對(duì)于每一個(gè)實(shí)驗(yàn)儀器都能掌握操作規(guī)程和注意事項(xiàng).這有利于在遇到新的實(shí)驗(yàn)情境時(shí)能夠依據(jù)已掌握的理論知識(shí)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(duì)于物理實(shí)驗(yàn)計(jì)算能力的考查非常重視，近一半的分值考查了實(shí)驗(yàn)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(shí)的教學(xué)過程中，教師要更重視對(duì)學(xué)生計(jì)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(shí)學(xué)生是可以使用計(jì)算器的，這就使得高一學(xué)生的計(jì)算能力非常薄弱.而高考是不能使用計(jì)算器的.為了高考時(shí)學(xué)生不被計(jì)算難倒，在高一時(shí)就要更加注重培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算能力.在課堂上多做相應(yīng)的練習(xí)，在平時(shí)的小測和期中、期末考試時(shí)都或多或少地考查一下學(xué)生的計(jì)算能力.

(3)注重應(yīng)用實(shí)驗(yàn)理論解決實(shí)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(shí)驗(yàn)共7個(gè).這7個(gè)實(shí)驗(yàn)也是平時(shí)教學(xué)的重點(diǎn)，教師都會(huì)將這些實(shí)驗(yàn)分析得很透徹，學(xué)生也都會(huì)很認(rèn)真地學(xué)習(xí)這7個(gè)實(shí)驗(yàn)的原理以及相應(yīng)的知識(shí)，平時(shí)的練習(xí)也都會(huì)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(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)儀器處理問題，包括簡單的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn).分析表1也同樣發(fā)現(xiàn)，全國卷中出現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)并不全是考試內(nèi)容與要求中所列出的實(shí)驗(yàn)，所以這就要求平時(shí)在實(shí)驗(yàn)的教與學(xué)過程中不能只局限于那7個(gè)實(shí)驗(yàn).

比如探究平均速度、瞬時(shí)速度和加速度之間的關(guān)系、測量鐵塊與木板間動(dòng)摩擦因數(shù)、測人的反應(yīng)時(shí)間、測重力加速度等.這些實(shí)驗(yàn)教材中并沒有出現(xiàn)，但是這些實(shí)驗(yàn)都是在教材原有實(shí)驗(yàn)原理、原有實(shí)驗(yàn)器材的基礎(chǔ)上進(jìn)行深化、拓展得到的.同樣的實(shí)驗(yàn)器材，不同的實(shí)驗(yàn)?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(dòng)”這個(gè)實(shí)驗(yàn)和我們平時(shí)遇到的實(shí)驗(yàn)很不一樣.課本上研究小車的直線運(yùn)動(dòng)用到的實(shí)驗(yàn)器材是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶等，而這個(gè)實(shí)驗(yàn)用到的是自制“滴水計(jì)時(shí)器”，沒有用紙帶，而是“滴水計(jì)時(shí)器等時(shí)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(dòng)信息.題目雖然沒有一處提到打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，也沒有提到紙帶，看似是完全沒有學(xué)過的實(shí)驗(yàn)，但如果學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室做過用小車和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器來研究小車的勻變速直線運(yùn)動(dòng)這個(gè)實(shí)驗(yàn),就能夠?qū)⑾鄳?yīng)的實(shí)驗(yàn)理論以及處理數(shù)據(jù)的方法遷移到這個(gè)實(shí)驗(yàn)中來，從而解決新的實(shí)驗(yàn)情境.再比如2019年高考理綜全國卷Ⅱ“測量鐵塊與木板間動(dòng)摩擦因數(shù)的實(shí)驗(yàn)”用到的實(shí)驗(yàn)器材是學(xué)生熟悉的鐵架臺(tái)、鐵塊(小車)、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、木板.學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室用這些器材做過實(shí)驗(yàn)，但做的是“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”.這一題就是使用熟悉的器材做不同的實(shí)驗(yàn)，達(dá)到不同的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?因此在平時(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，可以多設(shè)置一些問題.比如：這個(gè)實(shí)驗(yàn)器材除了能夠測量這個(gè)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(duì)實(shí)驗(yàn)器材功能的理解.