培養(yǎng)探究思維 落實(shí)物理核心素養(yǎng)

摘 ? 要：2020年全國(guó)Ⅰ卷理綜電學(xué)實(shí)驗(yàn)題，緊扣新課程標(biāo)準(zhǔn)，以伏安法測(cè)電阻為背景，考查學(xué)生圖象的應(yīng)用，以及常用的口訣“小外大內(nèi)”，但又跳出常規(guī)，把電表內(nèi)阻均設(shè)為已知，對(duì)學(xué)生的應(yīng)試心理是個(gè)考驗(yàn)，要求學(xué)生能正確理解實(shí)驗(yàn)原理，正確處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，正確使用有效數(shù)字。體現(xiàn)了對(duì)學(xué)生的數(shù)據(jù)處理能力、問(wèn)題、證據(jù)與解釋等物理核心素養(yǎng)的考查。

關(guān)鍵詞：物理高考;核心素養(yǎng);教學(xué)啟示

2019年版新教材把每個(gè)實(shí)驗(yàn)都獨(dú)立出來(lái)作為一節(jié)，可見(jiàn)實(shí)驗(yàn)的重要地位;這幾年的高考試題也在逐步提升實(shí)驗(yàn)題的質(zhì)量，在逐步強(qiáng)化物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰臀锢韺W(xué)科核心素養(yǎng)的考核。如全國(guó)I卷，這兩年命題從注重考查考生基于理解實(shí)驗(yàn)原理的基礎(chǔ)上的實(shí)驗(yàn)操作技能，也慢慢在傾向于側(cè)重考查學(xué)生猜想假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)、記錄數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、誤差分析、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新等能力。只有真正動(dòng)手做過(guò)實(shí)驗(yàn)、深入思考過(guò)的學(xué)生，才能對(duì)真實(shí)實(shí)驗(yàn)情境生成的問(wèn)題得心應(yīng)手。

1 ?試題及解析

某同學(xué)用伏安法測(cè)量一阻值為幾十 ？贅的電阻Rx，所用電壓表的內(nèi)阻為1 k？贅，電流表內(nèi)阻值為0.5 ？贅，該同學(xué)采用兩種測(cè)量方案，一種是將電壓表跨接在圖1（a）所示電路的O、P兩點(diǎn)之間，另一種是跨接在O、Q兩點(diǎn)之間。測(cè)量得到如圖1（b）所示的兩條U-I圖線，其中U與I分別為電壓表和電流表的示數(shù)。

回答下列問(wèn)題：

（1）圖1（b）中標(biāo)記為Ⅱ的圖線是采用電壓表跨接在 ? ? ? ?（填“0、P”或“O、Q”）兩點(diǎn)的方案測(cè)量得到的。

（2）根據(jù)所用實(shí)驗(yàn)器材和圖1（b）可判斷，由圖線 ? ? （填“Ⅰ”或“Ⅱ”）得到的結(jié)果更接近待測(cè)電阻的真實(shí)值，結(jié)果為（保留1位小數(shù)）。

（3）考慮到實(shí)驗(yàn)中電表內(nèi)阻的影響，需對(duì)（2）中得到的結(jié)果進(jìn)行修正，修正后待測(cè)電阻的阻值為 ? ? ? ?（保留1位小數(shù)）。

解析：

（1）依題意可知該實(shí)驗(yàn)為伏安法測(cè)電阻，若把電壓表接在OP之間為外接法，因?yàn)殡妷罕淼姆至髯饔茫沟脺y(cè)起來(lái)阻值偏小;若把電壓表接在OQ之間為內(nèi)接法，因電流表的分壓作用，使得電阻的測(cè)量值偏大。由圖1（b）可知斜率表示待測(cè)電阻Rx，I圖線的斜率較大為內(nèi)接法測(cè)量得到的，所以I的圖線是接在OQ之間測(cè)量得到的，II圖線為接在OP之間測(cè)量得到的。

（2）依題意可知，待測(cè)電阻Rx為幾十 ？贅、電壓表的內(nèi)阻為1 k？贅、電流表的電阻為0.5 ？贅，由此待測(cè)電阻為大電阻應(yīng)采用內(nèi)接法測(cè)量誤差比較小。所以圖線I的測(cè)量值更接近于待測(cè)電阻的真實(shí)值，由圖1（b）可知I的斜率為50.5，所以圖線I的電阻測(cè)量值為50.5 。

（3）由（2）問(wèn)可知，圖線I采用的是內(nèi)接法測(cè)量的電阻，且測(cè)量值為50.5 ？贅，但是由于電流表內(nèi)阻的分壓作用，所以R測(cè)=Rx真+RA，因此修正后待測(cè)電阻的阻值為Rx真=R測(cè)-RA=50.0 。

2 ?命題立意

2.1 ?今年電學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容考查與往年較為不一樣

筆者就全國(guó)Ⅰ卷理綜物理近10年關(guān)于電學(xué)實(shí)驗(yàn)考題分析（如表1），近10年高考對(duì)實(shí)驗(yàn)的考查都是“一力一電、一大一小、一易一難”的形式，其中第一題主要為力學(xué)常規(guī)題，分值較少，側(cè)重考察基本原理和儀器讀數(shù)，第二題多數(shù)為電學(xué)實(shí)驗(yàn)，側(cè)重考查學(xué)生實(shí)驗(yàn)遷移能力，只有2011年和2020年兩年考在實(shí)驗(yàn)第一題，難度相對(duì)簡(jiǎn)單且考查的分值較少。2012年至2019年均出現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)題第二題。今年電學(xué)實(shí)驗(yàn)相比往年考題更側(cè)重考察基礎(chǔ)性和綜合性，基礎(chǔ)性并不一定是簡(jiǎn)單或者送分，而是代表學(xué)生掌握該知識(shí)的必要性，今年的電學(xué)實(shí)驗(yàn)看似簡(jiǎn)單，實(shí)則不易，若是對(duì)實(shí)驗(yàn)原理理解不夠透徹或者不會(huì)從圖象獲取有效數(shù)據(jù)，則很難做對(duì)。

2.2 ?U-I圖象的出現(xiàn)，突出培養(yǎng)學(xué)生作圖能力和根據(jù)圖象分析解決問(wèn)題的能力的重要性

本題通過(guò)U-I圖象考查學(xué)生獲取和處理信息等綜合能力。新高考注重對(duì)學(xué)生基本原理的理解考查，對(duì)學(xué)生從圖象獲取信息和解決問(wèn)題能力的考查。新任務(wù)、新情景對(duì)原理分析、方法選擇、數(shù)據(jù)處理、誤差分析等能力要求較高。平均值法、逐差法、圖象法、列表法、公式法等數(shù)據(jù)處理方法反復(fù)考查，尤其是圖象法，作圖與圖象分析是熱點(diǎn)與亮點(diǎn)[ 1 ]。往年全國(guó)Ⅰ卷電學(xué)實(shí)驗(yàn)涉及到圖象的題也是不少，如2018年的R-t圖象，2017年的I-U圖象，2014年的-R圖象。

3 ?教學(xué)啟示

3.1 ?進(jìn)行“有限教導(dǎo)”，讓學(xué)生充分地參與實(shí)驗(yàn)教學(xué)

在教學(xué)中，“有限教導(dǎo)”的目的在于讓學(xué)生的心智通過(guò)學(xué)習(xí)得到充分的鍛煉[ 2 ]。教師在引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)應(yīng)先激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)起學(xué)生探究的欲望，然后引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)的猜想假設(shè)，嘗試性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，接下來(lái)讓其進(jìn)行自主探索，在探索過(guò)程中給予適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)撥和方法指導(dǎo)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)構(gòu)建物理觀念，體會(huì)物理思想方法，培育各種科學(xué)探究的能力，讓學(xué)生充分體會(huì)得到實(shí)驗(yàn)結(jié)論的成就感。高考實(shí)驗(yàn)題，往往來(lái)源于教材實(shí)驗(yàn)，但又不拘泥于教材，所以教師在上實(shí)驗(yàn)課時(shí)，還應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新，適當(dāng)也可以引入DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，激發(fā)學(xué)生對(duì)現(xiàn)代科學(xué)探究的強(qiáng)烈欲望。

如在“驗(yàn)證牛頓第二定律”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)之前一定要先引導(dǎo)學(xué)生對(duì)小車(chē)進(jìn)行受力分析，讓學(xué)生通過(guò)自己的受力分析知道平衡摩擦力的目的是為了使小車(chē)的合外力就是等于繩子拉力;引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)對(duì)小車(chē)和鉤碼整體隔離法的分析知道，其小車(chē)在鉤碼作用下向下加速時(shí)，繩子拉力T是略小于鉤碼重力mg的，只有滿足m<

3.2 ?更加重視數(shù)據(jù)處理和作圖技能培養(yǎng)

在物理實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程中經(jīng)常設(shè)計(jì)圖象法的使用，可以說(shuō)圖象法是物理實(shí)驗(yàn)探究的一種基本方法，它貫穿于整個(gè)物理實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)中，是進(jìn)行科學(xué)研究的一種基本方法[ 3 ]。利用圖象法，在處理數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)誤差分析時(shí)往往可達(dá)到“一圖抵千言”的效果，如在伏安法測(cè)電阻的實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)所測(cè)的多組U和I的數(shù)據(jù)，可以更直觀看出內(nèi)接法和外接法的適用條件以及進(jìn)一步可以進(jìn)行誤差分析;在探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)時(shí)，均可以很直觀地從a-F圖象和a-圖象看出加速度和合外力、質(zhì)量的關(guān)系。修訂版的教材更加注重實(shí)驗(yàn)的深入與實(shí)踐探索，那么除了想辦法讓學(xué)生動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，還要更加重視引導(dǎo)學(xué)生數(shù)據(jù)處理，特別是利用圖象法處理數(shù)據(jù)，這是一個(gè)培養(yǎng)學(xué)生物理科學(xué)探究和科學(xué)思維能力的很有效方法。因此，在一線實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，更要重視圖象法的應(yīng)用，一定要讓學(xué)生動(dòng)手描點(diǎn)畫(huà)圖，并且可以通過(guò)交流合作嘗試得到結(jié)論。

3.3 ?誤差分析及有效數(shù)字

基于《新課程標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)實(shí)驗(yàn)和誤差的要求，修訂版的教材在第一個(gè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)前新增了一節(jié)實(shí)驗(yàn)中的誤差和有效數(shù)字，目的是讓學(xué)生學(xué)會(huì)尊重實(shí)驗(yàn)事實(shí)，尊重實(shí)驗(yàn)誤差存在的必然性，及取有效數(shù)字的必要性;同時(shí)也要求教師在一線教學(xué)過(guò)程中應(yīng)更加重視培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是、科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度[ 4 ]。在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，如果能利用這些誤差產(chǎn)生的事實(shí)，讓學(xué)生深入分析并進(jìn)行探索，不僅可以讓學(xué)生更好地理解物理原理，同時(shí)可以提高他們對(duì)自然界探索的信心[ 2 ]。要重視這一節(jié)課的內(nèi)容，在理解系統(tǒng)誤差、偶然誤差的基礎(chǔ)上，還要引導(dǎo)學(xué)生從實(shí)驗(yàn)原理出發(fā)，探索減小誤差的方法。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 陸靜菊. 圖象法在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用研究[D].江蘇：蘇州大學(xué)，2014.

[4] 陳靜珠. 高中物理典型實(shí)驗(yàn)中的系統(tǒng)誤差分析與改進(jìn)方法的研究[D].山東：山東師范大學(xué)，2019.