茹秀芳 肖 化

（1.山西師范大學(xué)教師教育學(xué)院，山西 臨汾 041004；2.華南師范大學(xué)物理與電信工程學(xué)院，廣東 廣州 510006）

2014年廣東高考電學(xué)實(shí)驗(yàn)題，題干表述說(shuō)明是一個(gè)創(chuàng)新設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，但主要考查的是學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能以及對(duì)電學(xué)實(shí)驗(yàn)原理的識(shí)知，總體來(lái)講難度不大.但是，學(xué)生在這個(gè)題目上出錯(cuò)率仍然很高.究其原因，有些考生在作答時(shí)不夠嚴(yán)謹(jǐn)、規(guī)范，對(duì)物理基本原理不能有效遷移，造成了失分.對(duì)學(xué)生的錯(cuò)誤表現(xiàn)進(jìn)行分析，有助于改進(jìn)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)和物理實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?

1 題目

某學(xué)生設(shè)計(jì)的可調(diào)電源電路如圖1（a）所示，R0為保護(hù)電阻，P為滑動(dòng)變阻器的滑片，閉合開關(guān)S.

圖1 電路圖

① 用電壓表測(cè)量A、B兩端的電壓；將電壓表調(diào)零，選擇0－3V擋，示數(shù)如圖1（b），電壓值為______V.

②在接通外電路之前，為了保證外電路的安全，滑片P應(yīng)先置于________端.

③要使輸出電壓U變大，滑片P應(yīng)向________端滑動(dòng).

④ 若電源電路中不接入R0，則在使用過(guò)程中，存在________的風(fēng)險(xiǎn)（填“斷路”或“短路”）.

參考答案：（1）①1.30；②A；③B；④ 短路.

“源于教材，高于教材”，是高考命題的基本原則.本題目中“設(shè)計(jì)可調(diào)電源電路”的實(shí)驗(yàn)，不是高中物理教材或考試大綱規(guī)定的實(shí)驗(yàn)，但是，該實(shí)驗(yàn)可以從粵教版高中物理（選修3－異曲同工）“路端電壓與負(fù)載的關(guān)系”的相關(guān)實(shí)驗(yàn)中找到原型，是《2014年普通高等學(xué)校招生全國(guó)統(tǒng)一考試（廣東卷）物理考試大綱的說(shuō)明》（以下簡(jiǎn)稱“說(shuō)明”）中“實(shí)驗(yàn)9：測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻”的變式，也是將2013年廣東高考電學(xué)實(shí)驗(yàn)題中的可調(diào)電源“黑箱”打開后的電路.本題目注重實(shí)驗(yàn)過(guò)程和實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，重點(diǎn)考查學(xué)生“進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和收集證據(jù)”的基本方法和技能；考查學(xué)生基本操作規(guī)范；考查學(xué)生對(duì)“外電路歐姆定律”等實(shí)驗(yàn)原理的理解.

2 學(xué)生的錯(cuò)誤表現(xiàn)

2.1 不認(rèn)真讀題，忽視已知，憑經(jīng)驗(yàn)作答

問(wèn)題①要求學(xué)生正確讀出電壓表示數(shù)，并明確說(shuō)明是0－3V擋，因此，題目不考查學(xué)生對(duì)量程的選擇.但是有些學(xué)生還是在0－15V的量程內(nèi)回答，將示數(shù)讀為6.5.說(shuō)明這些學(xué)生沒(méi)有認(rèn)真讀題，并有效提取題干給定的信息.只憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行主觀判斷.不過(guò)大多數(shù)學(xué)生還是能在0－3V的量程內(nèi)讀數(shù).

2.2 表述電壓表示數(shù)時(shí)不會(huì)正確記錄“有效數(shù)字”

物理實(shí)驗(yàn)因?yàn)閮x器的精密度問(wèn)題，在讀取數(shù)據(jù)時(shí)，總是要考慮在數(shù)字末端帶有一位不可靠的估讀數(shù)字，與可靠讀數(shù)一起，構(gòu)成實(shí)驗(yàn)的近似數(shù)據(jù)，即有效數(shù)字.問(wèn)題①重點(diǎn)考查學(xué)生對(duì)“有效數(shù)字”的識(shí)知和掌握.本題不管是在量程還是示數(shù)上，都提供的是較為簡(jiǎn)單的情況，但是學(xué)生記為1.3，以及其他數(shù)字的比例很高，令人驚訝.

學(xué)生出現(xiàn)的錯(cuò)誤可以歸結(jié)為有2方面原因.一種原因是學(xué)生不會(huì)有效數(shù)字的讀數(shù)規(guī)則.“不會(huì)”又有2種情況.第1種情況是指有學(xué)生不知應(yīng)該考慮有效數(shù)字問(wèn)題，直接記錄直觀讀取的數(shù)字，沒(méi)有再進(jìn)行估讀.第2種情況是學(xué)生不知有效數(shù)字如何估讀.在物理測(cè)量工具中，秒表、電阻箱和游標(biāo)卡尺這3種儀器不需要估讀，刻度尺、螺旋測(cè)微器、天平、彈簧測(cè)力計(jì)、溫度計(jì)、電流表、電壓表、多用電表等儀器需要估讀.估讀規(guī)則為最小精度值為1，0.1，0.01的儀器，測(cè)量誤差出現(xiàn)在下一位，測(cè)量結(jié)果的估讀用十分估讀法；最小精度值為2，0.2，0.02的儀器和最小精度值為5，0.5，0.05的儀器，測(cè)量誤差出現(xiàn)在同一位，測(cè)量結(jié)果的估讀用二分估讀法和五分估讀法.本題中，0－3V量程中的最小精度值為0.1，估讀數(shù)字就應(yīng)該在百分位.正確的表述為1.30，但是許多學(xué)生卻將數(shù)字記為“1.3”，按照有效數(shù)字的記數(shù)方法，這里的3就成為不可靠數(shù)字，這與題目給定的信息不符.在錯(cuò)將電壓表量程選為0－15V的學(xué)生中，有學(xué)生記為6.50，5.30.“6.50”是學(xué)生錯(cuò)用十分估讀法讀精度值為0.5的儀器，“5.30”則是將儀表的精度值混雜，但是仍然是用十分估讀法估讀.因此，可以看出，學(xué)生只會(huì)十分估讀法而不知其他.

另一種原因是用數(shù)學(xué)表述代替物理表述.因?yàn)殡妷罕碇甘踞樓『门c“可靠”刻度重合，1.3讀出后，百分位的估讀數(shù)字為“0”.在數(shù)學(xué)中，1.3與1.30相同，但是在物理中，1.3與1.30代表了儀器的不同精密度.有學(xué)生則從數(shù)學(xué)的角度將1.3與1.30等效，將估讀數(shù)字“0”舍去.

2.3 不能有效遷移實(shí)驗(yàn)原理

實(shí)驗(yàn)原理是實(shí)驗(yàn)的靈魂.本題中，RAP與外電路并聯(lián)，與RPB、R0串聯(lián)，輸出電壓即為RAP兩端電壓，電路具有動(dòng)態(tài)性，涉及到多個(gè)電路基本原理.學(xué)生沒(méi)有正確理解本題目實(shí)驗(yàn)原理，對(duì)基本原理不能進(jìn)行有效遷移，造成對(duì)實(shí)驗(yàn)問(wèn)題的錯(cuò)誤判斷.

問(wèn)題②中，有學(xué)生認(rèn)為應(yīng)將滑片置于B端，是將串、并聯(lián)電路的電壓規(guī)律混淆所置.問(wèn)題②需考慮串聯(lián)電路分壓的情況，即RAP與外電路組成的并聯(lián)電路同RPB、R0分壓.要保證外電路安全，需要將外電路電壓降為0.根據(jù)并聯(lián)電路電壓規(guī)律，RAP與外電路的并聯(lián)電路總電壓與各分支電壓相等，也為0.只有將RAP降為0時(shí)，形成短路，才能達(dá)到以上要求.因此，應(yīng)將滑片置于A端.

R越大，r越小，則U越大.問(wèn)題③ 中，R0與RPB可等效為可調(diào)電源的內(nèi)電阻r，RAP與R外可等效為外電阻R.只有當(dāng)RPB為0時(shí)，等效內(nèi)電阻最小，等效的外電阻R最大.因此可知，應(yīng)置于B端.

問(wèn)題④則需考慮電路的故障分析.短路與斷路是常見(jiàn)的電路故障.當(dāng)不接入R0時(shí)，不論外接電路是短路還是斷路，因?yàn)榛瑒?dòng)變阻器的存在，可調(diào)電源電路都不會(huì)斷路.但是，當(dāng)滑片置于B端，且外電路短路時(shí)，電源電路存在短路的風(fēng)險(xiǎn).判斷為斷路的學(xué)生錯(cuò)誤之處在于沒(méi)有考慮到滑動(dòng)變阻器的作用.

問(wèn)題②與問(wèn)題③的回答還出現(xiàn)這樣的情況：有學(xué)生兩個(gè)問(wèn)題選擇同一個(gè)端點(diǎn)，即都為A端，或都為B端.出現(xiàn)這種情況的原因可能有學(xué)生是因?yàn)殄e(cuò)判，但也不排除有些學(xué)生有投機(jī)之嫌.因此，在此處，問(wèn)題的設(shè)計(jì)也存在缺陷，不能有效反映學(xué)生的實(shí)際能力.

2.4 書寫不規(guī)范

用何種語(yǔ)言、符號(hào)回答問(wèn)題，題干中給出了提示，學(xué)生完全可以按照提示表述.但是，許多學(xué)生無(wú)視提示，按自己的習(xí)慣書寫，與題目中給定的其他信息形成沖突.如對(duì)問(wèn)題②、③的回答.規(guī)范的書寫為大寫字母A、B，有學(xué)生寫為小寫字母a、b，與題目中的（a）圖、（b）圖所用符號(hào)沖突.還有學(xué)生寫為“電阻最大”、“電阻最小”.這種表述是模糊的，因?yàn)闆](méi)有說(shuō)明什么情況下電阻最大，什么情況下電阻最小.

在生活中，我們常常簡(jiǎn)化語(yǔ)言，“以偏概全”，有學(xué)生也將這種習(xí)慣帶到了物理中.問(wèn)題④中，許多學(xué)生給出“短”或“斷”的回答.因?yàn)轭}目中沒(méi)有給出“________路”的表述或提示，“短”或“斷”放在題目中沒(méi)有任何物理意義.答卷紙上只寫個(gè)“短”字，或許想說(shuō)明是“短路”，但是因?yàn)椴环衔锢硪?guī)范，不能得分.

3 啟示

3.1 開齊實(shí)驗(yàn)勤操作

從電壓表讀數(shù)的高出錯(cuò)率中可知，有些考生缺乏基本的實(shí)驗(yàn)技能，這與學(xué)生做實(shí)驗(yàn)太少或者不做實(shí)驗(yàn)有關(guān).實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ募埞P測(cè)驗(yàn)方式使得有些人對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)懷著投機(jī)心理，認(rèn)為紙上談兵也可以應(yīng)對(duì)高考實(shí)驗(yàn)題目.殊不知，紙筆訓(xùn)練永遠(yuǎn)只是在可能的幾個(gè)假設(shè)中做條件反射訓(xùn)練，無(wú)法應(yīng)對(duì)各種可能出現(xiàn)的實(shí)際情況，因此，也無(wú)法提升學(xué)生的基本技能.因此，開齊實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生勤于操作，才有可能將基本技能訓(xùn)練落到實(shí)處.

3.2 加強(qiáng)科學(xué)習(xí)慣的培養(yǎng)，形成科學(xué)態(tài)度

高考題通過(guò)實(shí)驗(yàn)過(guò)程細(xì)節(jié)，提示并考察學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作中的規(guī)范與安全意識(shí).問(wèn)題①在題干中陳述“將電壓表調(diào)零”，再選擋，要求學(xué)生科學(xué)記錄數(shù)據(jù).問(wèn)題②考慮在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行時(shí)，要保證安全.問(wèn)題④雖然是對(duì)電路狀態(tài)的判斷，但是仍然考慮的是實(shí)驗(yàn)安全.這些都是基本的實(shí)驗(yàn)常識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能，對(duì)有著良好的科學(xué)習(xí)慣和科學(xué)態(tài)度的學(xué)生來(lái)講，不應(yīng)該是難點(diǎn).但是學(xué)生在試卷上出現(xiàn)的各種錯(cuò)誤，說(shuō)明實(shí)際的實(shí)驗(yàn)教學(xué)在此方面有欠缺.物理實(shí)驗(yàn)除了培養(yǎng)學(xué)生的觀察、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰σ酝?，還培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與科學(xué)習(xí)慣.科學(xué)態(tài)度是指在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，要尊重事實(shí)、專心致志、嚴(yán)肅認(rèn)真、一絲不茍.科學(xué)習(xí)慣是指實(shí)驗(yàn)時(shí)，愛(ài)護(hù)儀器、注意安全，整潔、規(guī)范.因此，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，不但要讓學(xué)生會(huì)使用實(shí)驗(yàn)儀器，理解實(shí)驗(yàn)原理，熟悉實(shí)驗(yàn)流程，還要對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)督與評(píng)價(jià)，促使學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)致、規(guī)范的完成實(shí)驗(yàn)，養(yǎng)成科學(xué)習(xí)慣，形成科學(xué)態(tài)度.

3.3 注重基礎(chǔ)，舉一反三

無(wú)論實(shí)驗(yàn)題目如何創(chuàng)新，萬(wàn)變不離原理，明確實(shí)驗(yàn)原理是實(shí)驗(yàn)的前提.本題所考查的均是基礎(chǔ)的電學(xué)實(shí)驗(yàn)原理，只是根據(jù)實(shí)驗(yàn)電路的動(dòng)態(tài)性特征，將原理的應(yīng)用情景做了適當(dāng)變式.學(xué)生不能正確利用原理進(jìn)行分析判斷，說(shuō)明學(xué)生對(duì)基本實(shí)驗(yàn)原理沒(méi)有做到融會(huì)貫通.菜譜式的實(shí)驗(yàn)不能培養(yǎng)學(xué)生靈活應(yīng)用實(shí)驗(yàn)原理的能力，實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)結(jié)合基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)拓展，舉一反三，并適當(dāng)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在自主探究的過(guò)程中，提升實(shí)驗(yàn)原理的遷移能力.

3.4 樹立物理意識(shí)

物理學(xué)科雖然與其他學(xué)科有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系，但是基于自身學(xué)科特點(diǎn)，有自己的意識(shí)，如，矢量、標(biāo)量意識(shí)；單位、量綱意識(shí)；整體、局部意識(shí)；情景、模型意識(shí)等.學(xué)習(xí)物理的結(jié)果，就是要樹立這些物理意識(shí)，能運(yùn)用物理知識(shí)、物理實(shí)驗(yàn)、物理方法和物理語(yǔ)言分析物理問(wèn)題、探索物理規(guī)律.在本題中，學(xué)生用數(shù)學(xué)表述記錄物理數(shù)據(jù)，亂用符號(hào)，不能分別從局部或整體分析電路、語(yǔ)言表述隨意化等，都是缺乏物理意識(shí)的表現(xiàn).

2005年，在為“世界物理年”而作的寄語(yǔ)中，中國(guó)物理學(xué)會(huì)曾經(jīng)指出，“公眾的物理意識(shí)正在削弱”，呼吁物理工作者“為增進(jìn)公眾對(duì)物理學(xué)的理解，提升物理學(xué)在人類生活和社會(huì)發(fā)展中的地位和作用，提高全民科學(xué)文化素質(zhì)出一份力”.每一位物理教師也肩負(fù)重任，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生的物理意識(shí).首先，建立學(xué)生的實(shí)驗(yàn)意識(shí)，通過(guò)做實(shí)驗(yàn)，而不是講實(shí)驗(yàn)、背實(shí)驗(yàn)，明確物理的實(shí)證之意；其次，結(jié)合實(shí)驗(yàn)原理分析，挖掘物理本質(zhì)，滲透物理方法；第三，強(qiáng)化物理語(yǔ)言，物理實(shí)驗(yàn)的表述要具有規(guī)范性和專業(yè)性.除此之外，還可以從物理學(xué)史的角度，對(duì)一些基本實(shí)驗(yàn)的發(fā)展歷程進(jìn)行介紹，挖掘出物理學(xué)史中隱含的科學(xué)思想與科學(xué)方法，以及物理學(xué)家追求真理、規(guī)范嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)精神.

1 張軍朋，許桂清.中學(xué)物理科學(xué)探究學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)與案例［M］.北京：北京大學(xué)出版社，2010：49－53.

2 廖伯琴，張大昌.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn) （實(shí)驗(yàn)）解讀［M］.武漢：湖北教育出版社，2004：27－45.

3 廣東基礎(chǔ)教育課程資源研究開發(fā)中心物理教材編寫組.物理（選修3-1）［M］.廣州：廣東教育出版社，2004：46－47.

4 張江寧.淺談學(xué)習(xí)物理的幾個(gè)意識(shí)［J］.物理教師，1998（09）：7－8.

5 讓物理奏出時(shí)代進(jìn)步的音符——為“世界物理年”而作［J］.物理，2005（01）：1－2.