(江蘇省太倉市實驗中學,江蘇 太倉 215400)
初中物理中“測量小電燈功率”實驗因其涉及內(nèi)容多、要求高、綜合性強,而成為各地中考物理的熱點,在中考實測中,往往不局限于教材原型實驗的要求,而是加以多維度的變化、拓展和延伸。本文試圖對2017年各地中考“測量小電燈功率”實驗試題作比較和分析,以求進一步提高我們的實驗教學質(zhì)量。
蘇科版物理九年級下冊第十五章第二節(jié)安排了學生活動:測量小電燈的功率,顯性目的是測量小電燈的額定功率和實際功率,隱形目的是幫助學生了解實驗設(shè)計的具體思路與方法。實驗采用伏安法,教材給出了如圖1所示的實驗電路圖。
圖1
根據(jù)義務(wù)教育物理課程標準,物理實驗能力的構(gòu)成要素可歸納為:方案設(shè)計、觀察測量、數(shù)據(jù)分析和評價交流四大方面。結(jié)合布盧姆的認知教育目標分類方法,在認知過程維度和知識維度兩個方向,筆者對“測量小電燈功率”實驗的教育目標進行了分析,結(jié)果如表1所示。
表1
教材沒有要求學生對探究活動進行較深層次的評價,包括改進實驗的措施與方法、實驗條件發(fā)生變化后新問題的發(fā)現(xiàn)、新方案的設(shè)計、拓展研究方向等。在布盧姆認知教育目標分類中,認知過程維度由低到高分成6個層級,分別是:記憶、理解、運用、分析、評價和創(chuàng)造,教材在該實驗的目標要求方面沒有最高層級“創(chuàng)造”的要求,這恰恰為該實驗中考命題的拓展留下了足夠的空間。
筆者查閱了2017年全國各地58份含有“測量小電燈功率”的物理中考試卷,除了5份與教材原型實驗的要求相似度極高外,其余實測試題都有不同程度的變化、拓展與延伸。現(xiàn)列舉15個省市中考“測量小電燈功率”實驗試題,對其變化和拓展的內(nèi)容以及測量目標進行簡單統(tǒng)計,如表2所示,其中代碼含義為:1記憶,2理解,3運用,4分析,5評價,6創(chuàng)造,A事實性知識,B概念性知識,C程序性知識,D元認知知識。
表2
上述列舉的中考“測量小電燈功率”試題,考查要求各不相同,考查側(cè)重點也不盡相同,但無一例外都對原型實驗進行了多角度、多層次的拓展與延伸,在認知目標維度方面幾乎都體現(xiàn)了“創(chuàng)造”層次的要求,主要在以下四方面進行了拓展。
(1) 改變實驗方案,拓展實驗深度
在原有實驗的基礎(chǔ)上,更換不同的實驗器材,設(shè)計新的實驗方案,進行新方案下的實驗操作、觀察測量、數(shù)據(jù)分析,并得出實驗結(jié)論。例如2017年江蘇省南京市中考物理試卷第26題,原實驗方案中將電流表換成了滑動變阻器,要求考生完成新方案的兩個實驗操作步驟,并用已測物理量(用字母表示)寫出小電燈額定功率的表達式,在難度要求上有了大幅提升。
(2) 多項實驗融合,拓展實驗廣度
用相近或相似的電路可以完成3個電學實驗:“測量小電燈的功率”“伏安法測電阻”和“研究電流與電壓和電阻的關(guān)系”,條件稍加改變,就可以將其中任意兩個實驗融合在一起,達到相互間融會貫通的目的。例如2017年吉林省長春市中考物理試卷第26題,將“測量小燈泡的電功率”和“探究電流與電壓關(guān)系”兩個實驗整合在一起,在數(shù)據(jù)分析、定量計算方面進行了有效拓展。
(3) 延伸數(shù)據(jù)分析,拓展實驗難度
在收集實驗證據(jù)的基礎(chǔ)上,對實驗數(shù)據(jù)的處理進行深入挖掘,提出了更高的數(shù)據(jù)分析要求,或發(fā)現(xiàn)新規(guī)律,或提出新問題,或計算新物理量,或運用圖像進行分析。例如2017年新疆烏魯木齊市中考物理試卷第18題,要求結(jié)合圖像判斷小電燈電阻的變化情況,并且進一步判斷和比較小電燈在不同情況下功率的定量關(guān)系,拓展了實驗難度。
(4) 加強實驗評估,拓展實驗寬度
對實驗探究過程的某個或某幾個環(huán)節(jié)進行論證、評價和交流,指出實驗存在的問題或不足,比較方案的優(yōu)劣,判斷實驗結(jié)論的可靠性等,要求闡述自己的觀點,說明判斷的依據(jù)和理由。例如2017年河北省中考物理試卷第16題,學生用兩個方案同時完成了測量小電燈功率的實驗,一個實驗方案誤差大,另一個實驗方案不容易操作,要求進行交流評估,并說明理由。
例(2017年江蘇無錫):小明和小華測量額定電壓為2.5V的小燈泡的額定功率。
(1) ① 圖2甲是他們連接的部分電路,請用筆畫線代替導線將電路連接完整。
② 閉合開關(guān)前,應將滑動變阻器處在最________(填寫“左”或“右”)端。
③ 閉合開關(guān)后,發(fā)現(xiàn)無論怎樣調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片,燈泡都不亮,電壓表和電流表均無示數(shù),小明找來一根完好的導線,一端連在電源負極,另一端觸碰接線柱A、B、C,當發(fā)現(xiàn)只有觸碰接線柱C時,燈泡才發(fā)光,若電路中只有一處故障,且各器材,導線均完好,則電路故障可能是_______-。
④排除故障后,閉合開關(guān),移動滑動變阻器,當電壓表為2.5V時,電流表示數(shù)如圖2乙所示,則小燈泡的額定功率為_______W。
(2) 小明和小華觀察電流表和電壓表均標有電阻值,請教老師后得知這是電表的電阻,為了在接好的圖2甲中較準確地測量出小燈泡的電功率,他們對電壓表的負接線柱應該接在C處還是D處進行了探究,他們將開關(guān)閉合,移動滑動變阻器的滑片使燈泡發(fā)光,不添加器材,請你說出接下來的操作及判斷方法。
① 操作__________;
②如何判斷:____________。
(3) 小明和小華重新設(shè)計了一種測量小燈泡額定功率的電路,如圖2丙所示,電源電壓保持3.5V不變,R0為阻值為10Ω的定值電阻,連接好電路后進行如下操作:① 斷開開關(guān)S2,閉合開關(guān)S和S1,移動滑動變阻器滑片P,使電壓表示數(shù)為2.5V;
② 保持滑動變阻器滑片P位置不變,斷開開關(guān)S1,閉合開關(guān)S、S2,讀出電壓表示數(shù)為2.6V;
小燈泡的額定功率為_________W(計算結(jié)果保留兩位小數(shù))。
圖2
分析:從實驗能力的考查要素方面分析,第(1)①、②以及第(2)問考查方案設(shè)計能力,第(1)③問考查評價交流能力,④問考查數(shù)據(jù)分析能力,第(3)問考查觀察測量與數(shù)據(jù)分析能力。
從實驗試題的認知測量目標角度分析,第(1)①、②問以及第(2)①問考查具體的操作,即“怎么做”,屬于程序性知識;第(1)④問以及第(3)問是電路規(guī)律的實際應用,考查“是什么”的問題,屬于概念性知識;第(1)③問根據(jù)實驗現(xiàn)象排查故障,考查“是什么”,屬于事實性知識;第(2)②問需要學生理解“為什么這樣做”,屬于元認知知識范疇。
從與教材原型實驗的對比角度分析,主要有兩方面的拓展:一是第(2)問中電表不再是理想電表,實驗中要考慮電表內(nèi)阻對誤差的影響,要判斷電流表的分壓作用大,還是電壓表的分流作用大,選擇用電流表內(nèi)接法還是外接法;二是第(3)問中將定值電阻取代了原先的電流表,設(shè)計了新的實驗方案,運用實驗數(shù)據(jù)計算小電燈的額定功率。這兩方面的拓展,明顯提升了考查的層次要求,是一道綜合性強、難度較高的實驗試題。
(1) 做實做足教材基礎(chǔ)實驗
教材中的基礎(chǔ)性實驗是學生形成物理概念、掌握物理規(guī)律不可或缺的臺階和支架,是物理學習的支柱,對物理學習有著
重要的指導意義。教師需要指導和幫助學生扎扎實實地做好每一個基礎(chǔ)性實驗,明確實驗目的,理解實驗原理,設(shè)計實驗方案,掌握科學方法,正確使用儀器,規(guī)范實驗操作,細致觀察測量,科學分析數(shù)據(jù),歸納實驗結(jié)論,了解實驗誤差,積極評價交流,獨立撰寫報告。只有讓學生親身經(jīng)歷物理實驗的每一個環(huán)節(jié),才能有效提高實驗能力,提升學科核心素養(yǎng)。
(2) 靈活拓展教材典型實驗
中考實驗試題的基本原理和實驗方法一定來源于教材,但通常不會是簡單地照搬教材實驗,而是對原型實驗進行改造、拓展和創(chuàng)新。這就要求我們有“見異求同,見同求異”的意識,立足教材,對教材中的典型、重點實驗加以適度拓展和延伸。一方面,針對同一個實驗,可以通過增減、自選實驗器材來改變已有條件,實施新的實驗方案,挖掘多種實驗方法,形成對原型實驗縱向延伸和拓展;另一方面,針對若干相近實驗,可以通過對比、歸納,把握相互間的聯(lián)系,實施橫向拓展。
(3) 利用多種途徑挖掘?qū)嶒炠Y源
有效提高學生實驗能力的關(guān)鍵在于要給學生足夠的時間和空間,讓他們有機會去親身嘗試,親自動手。教師應積極探索多種途徑,豐富學生的實驗資源。一是開發(fā)利用教材資源,教材中的插圖、小實驗、超鏈接、綜合實踐活動等內(nèi)容,都可以進行細致挖掘,精心設(shè)計;二是利用生活資源,學生日常生活中生活用品、科技新玩具等都是很有價值的實驗器材,可以進行小制作、小實驗、小發(fā)明等課外活動;三是關(guān)注利用媒體資源,吸收新知識,嘗試一些創(chuàng)新實驗,充實實驗資源。
回顧分析各地中考物理實驗試題不難發(fā)現(xiàn),實驗情境似曾相識,卻又飽含新意,這無疑要求實驗教學能夠舉一反三、推陳出新。物理實驗教學要以有效提升學生的學科核心素養(yǎng)為目標,在對教材實驗的挖掘和拓展中,提煉出科學的實驗方法和思想。
參考文獻:
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