高考對(duì)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展的導(dǎo)向分析
——以2021年普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試(全國乙卷)為例

甘肅 王長才 鐘 寧

2021年全國卷Ⅰ與全國卷Ⅱ合為全國乙卷，試卷讓筆者認(rèn)識(shí)到高考的方向發(fā)生了變化，物理實(shí)驗(yàn)考題的變化尤為明顯。新考卷對(duì)考生真實(shí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析能力、誤差處理能力、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新思維等方面有了更高的要求，也間接引導(dǎo)著高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)向多樣化、特色化發(fā)展。

2021年全國乙卷又一次刷新了甘肅考生對(duì)高考試題難度的理解，尤其是在考完理綜試卷之后，考生普遍反映物理試題很難。然而2021年全國上下對(duì)高考試題及評(píng)析高度保密，不能獲得試題具體難度系數(shù)。為此，筆者于2021年8月以畢業(yè)自8所高中的150名不同階段的復(fù)讀生為樣本，統(tǒng)計(jì)他們重做全國乙卷物理試題的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)各種題型的數(shù)據(jù)均不容樂觀，尤其是實(shí)驗(yàn)考題更是令人觸目驚心，原本以為滿分為5分的22題學(xué)生的平均分至少應(yīng)在3分，結(jié)果實(shí)際的平均分僅為1.18分，難度系數(shù)為0.24；滿分為10分的23題數(shù)據(jù)更差，平均分僅為1.74，難度系數(shù)為0.17。仔細(xì)分析學(xué)生考卷，筆者發(fā)現(xiàn)了高考時(shí)考生在物理實(shí)驗(yàn)部分可能出現(xiàn)的問題。

1 高考時(shí)考生在物理實(shí)驗(yàn)部分可能出現(xiàn)的問題

1.1 有效數(shù)字位數(shù)保留出錯(cuò)率極高

22題是平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)題，題圖如圖1、圖2所示，共3空，均要求保留2位有效數(shù)字，但計(jì)算A點(diǎn)水平方向速度的第一空很多同學(xué)寫的是1 m/s或100 cm/s而不是1.0 m/s，計(jì)算A點(diǎn)豎直方向速度的第二空很多同學(xué)寫的是196 cm/s、200 cm/s或2 m/s而不是2.0 m/s，均不得分，這兩空零分率高達(dá)48%。后來經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，76%以上的學(xué)生是掌握了這兩空的做題方法的，錯(cuò)誤的主要原因是不注意有效數(shù)字位數(shù)的保留。

圖1

圖2

23題是測電池的電動(dòng)勢和內(nèi)電阻的實(shí)驗(yàn)題，第一空很多同學(xué)知道要用大電阻保護(hù)電路，但在“5.0”和“15.0”之中選擇時(shí)沒有按照題中要求填寫，填成了15，因有效數(shù)字位數(shù)缺失而出錯(cuò)。

1.2 “真實(shí)”實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理讓學(xué)生無所適從

22題的第三空考查的是逐差法處理頻閃照片問題，如果嚴(yán)格按照此方法，可以得到當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹?.7 m/s2，但很多同學(xué)沿襲復(fù)習(xí)時(shí)的刷題經(jīng)驗(yàn)，僅用兩組數(shù)據(jù)解得9.6 m/s2、9.8 m/s2或10 m/s2，結(jié)果均不得分，零分率高達(dá)52%?？梢娞幚怼熬幵臁钡膶?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相對(duì)容易，同學(xué)們欠缺處理“真實(shí)”的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力。

圖3

圖4

1.3 創(chuàng)新點(diǎn)也是失分點(diǎn)

圖5

圖6

基于上述的3種原因，筆者對(duì)23題考生分?jǐn)?shù)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)：零分率高達(dá)34%，滿分率僅為0.06%。

考生對(duì)這兩道實(shí)驗(yàn)題的得分情況如此之差，充分說明考生對(duì)實(shí)驗(yàn)考題極不適應(yīng)。要想適應(yīng)全國乙卷對(duì)實(shí)驗(yàn)題的考查需求，教師必須清楚高考的新導(dǎo)向，按照新導(dǎo)向開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)。

2 高考對(duì)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展的導(dǎo)向分析

圍繞高中物理學(xué)科核心素養(yǎng)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求和“高考十大命題原則”對(duì)實(shí)驗(yàn)題的考查要求，結(jié)合考生在物理實(shí)驗(yàn)題部分可能出現(xiàn)的問題，不難分析出高考對(duì)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展的新導(dǎo)向。

2.1 回歸物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)本質(zhì)

通過調(diào)研筆者發(fā)現(xiàn)，我縣的8所高中，僅1所學(xué)校有足夠的實(shí)驗(yàn)器材開展課本上要求的物理實(shí)驗(yàn)，其余7所均因缺乏實(shí)驗(yàn)器材，完全以“講實(shí)驗(yàn)”代替“做實(shí)驗(yàn)”。這種現(xiàn)象在某些地區(qū)也是存在的，這也就不難理解為什么學(xué)生處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)過于機(jī)械，為什么學(xué)生實(shí)驗(yàn)綜合能力普遍偏低了。

新高考試題對(duì)實(shí)驗(yàn)的要求提醒我們，要想提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)綜合能力，實(shí)驗(yàn)教學(xué)必需回歸本質(zhì)，要讓學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，用足夠長的時(shí)間經(jīng)歷真實(shí)的實(shí)驗(yàn)過程，解決真實(shí)的實(shí)驗(yàn)問題，收集并處理真實(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力。

2.2 要通過多樣化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)來提升學(xué)生的創(chuàng)新能力

我縣僅有的1所開設(shè)物理實(shí)驗(yàn)課的高中，每個(gè)實(shí)驗(yàn)也僅僅開設(shè)一種最基本的探究方案，這嚴(yán)重制約了學(xué)生實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力的提升。為此，可以效仿有優(yōu)秀教學(xué)方式的學(xué)校，在周末開展多樣化的實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)。主要方式有：

(1)同一實(shí)驗(yàn)開設(shè)多種探究方案。如在“測量速度”時(shí)，可以利用不同的測量器材：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、光電門、攝影器材等，利用不同的實(shí)驗(yàn)原理：平均速度法、極限法等，設(shè)計(jì)多樣化的實(shí)驗(yàn)探究方案，讓實(shí)驗(yàn)更有趣味性，同時(shí)鍛煉學(xué)生的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力。

(2)嘗試?yán)眯略O(shè)備來開展實(shí)驗(yàn)，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。如在“測量速度”時(shí)，可以利用超聲波測量；利用手機(jī)錄制運(yùn)動(dòng)視頻，用Tracker軟件分析視頻得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等實(shí)驗(yàn)方案。實(shí)驗(yàn)完成后，還可以構(gòu)建簡單模型，引導(dǎo)學(xué)生分析新設(shè)備測量數(shù)據(jù)時(shí)所使用的原理，拓寬學(xué)生創(chuàng)新思維。

(3)通過閱讀實(shí)驗(yàn)論文來增長實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)。近現(xiàn)代物理之所以快速發(fā)展，和物理學(xué)家間的相互交流是分不開的，而學(xué)術(shù)論文是相互交流的最基本手段。引導(dǎo)學(xué)生在中學(xué)時(shí)期就習(xí)慣閱讀論文，還可為他們的后續(xù)學(xué)習(xí)打下良好基礎(chǔ)。以“測量速度”為例，在知網(wǎng)選擇“高級(jí)檢索”，在“文獻(xiàn)分類”中選擇“中等教育”板塊，按照“主題”分類檢索“測量速度*實(shí)驗(yàn)”，可以得到很多與“測量速度”相關(guān)的文獻(xiàn)，如果引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)閱讀這些相關(guān)文獻(xiàn)，必定對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)及創(chuàng)新思維提升具有強(qiáng)力的推動(dòng)作用。

(4)帶領(lǐng)學(xué)生參加研究性學(xué)習(xí)、科技創(chuàng)新、科普創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)等活動(dòng)。隨著國家對(duì)青少年科技創(chuàng)新越來越重視，研究性學(xué)習(xí)、科技創(chuàng)新、科普創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)等賽事也越來越多，這些賽事，都和開展高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)多樣化、特色化發(fā)展密切相關(guān)，利用這樣的契機(jī)，可以節(jié)省很多農(nóng)村學(xué)生參加這些賽事的費(fèi)用，讓他們?cè)跍?zhǔn)備賽事時(shí)增長見識(shí)；還可以讓學(xué)生在國家級(jí)、省級(jí)賽場上展露身影，和參與這些賽事的同學(xué)交流學(xué)習(xí)，開闊視野，增長見聞，提高實(shí)驗(yàn)綜合能力。

2.3 通過創(chuàng)設(shè)情境讓學(xué)生理解有效數(shù)字保留及誤差分析的意義

高考實(shí)驗(yàn)題對(duì)有效數(shù)字位數(shù)保留及誤差分析的考查是不會(huì)取消的，考生之所以在這方面失分，大多數(shù)還是因?yàn)椴粔蛑匾?。?chuàng)設(shè)恰當(dāng)情境，讓學(xué)生理解有效數(shù)字保留及誤差分析的意義，重視物理實(shí)驗(yàn)本身的規(guī)律，規(guī)范中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的過程與結(jié)果表達(dá)，就顯得很有必要了。如從“蝴蝶效應(yīng)”入手，講述洛倫茲用計(jì)算機(jī)模擬天氣過程，進(jìn)行天氣數(shù)值預(yù)報(bào)試驗(yàn)時(shí)，為了方便，把原來小數(shù)點(diǎn)后保留了6位的初始數(shù)據(jù)，用僅保留3位的數(shù)據(jù)來代替進(jìn)行計(jì)算，卻發(fā)現(xiàn)越往后計(jì)算結(jié)果相差越大，以至結(jié)果完全不同……讓學(xué)生明白初始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)上的微小差異在計(jì)算中會(huì)不斷累積，會(huì)以極快的速度增長，最后造成巨大的誤差，進(jìn)而明白有效數(shù)字保留及誤差分析的意義。

3 小結(jié)

錢學(xué)森之問，是懸掛在我們所有教育從業(yè)者頭頂上的達(dá)摩克利斯之劍，為此我國的科技及教育從業(yè)者，正在積極擔(dān)當(dāng)科技自立自強(qiáng)的時(shí)代使命，為人類發(fā)展和世界進(jìn)步貢獻(xiàn)創(chuàng)新力量。在中學(xué)時(shí)期就真正地培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新能力，不僅會(huì)讓學(xué)生在高考時(shí)大顯身手，考出好成績，還能縮小與發(fā)達(dá)地區(qū)之間教育的差距，培養(yǎng)出祖國真正需要的人才。

本文系甘肅省教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2021年度重點(diǎn)課題：農(nóng)村地區(qū)普通高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)多樣化特色化發(fā)展模式研究——以靜寧縣為例(立項(xiàng)號(hào)：GS[2021]GHBZ088)的研究成果。