吳廣國 鄒斌

摘? ?要：2018年高考理綜卷（北京）物理部分考查了1個演示實驗和3個學生實驗，分值為48分，占物理學科總分的40%，對實驗的考查力度很大。物理學科核心素養(yǎng)中的物理觀念、科學思維、科學探究和科學態(tài)度與責任都有所涉及，考查了學生對物理學科本質的深刻理解、能量守恒觀的建立。其中，在伽利略“斜面實驗”中考查了模型建構和科學推理等科學探究要素。通過對這4個實驗題進行分析，指出在日常實驗教學中需要注意的問題，強調不能以知識為目標引領教學，而應以物理學科核心素養(yǎng)來引領教學。

關鍵詞：物理學科本質;能量觀;科學推理;實驗教學;高考北京卷

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2019）3-0041-5

1? ? 物理學科核心素養(yǎng)在2018年高考北京物理考題中的體現(xiàn)

2018年北京高考物理實驗試題考查了1個演示實驗和3個學生實驗，分值為48分，占整個物理考卷分值的40%，如表1所示。

白光的雙縫干涉實驗的考查作為物理部分選擇題第3小題出現(xiàn)，如果在光源與單縫之間加一紅色濾光片后，問白光的干涉條紋將如何變化。當加上紅色濾光片后，整個干涉條紋變成等間距的紅色干涉條紋;加上藍色濾光片后，整個干涉條紋變成等間距的藍色干涉條紋。也就是說紅色濾光片是透過紅光。本題基于白光的雙縫干涉的觀察和實驗，提出“如果是紅光的雙縫干涉將是什么樣的條紋”的問題，讓學生形成猜想和假設，設計實驗與制定方案。即采用紅色濾光片獲取紅光，然后通過單縫得到線光源，獲取紅光雙縫干涉條紋和處理信息，得出結論并進行合理解釋，體現(xiàn)了物理學科核心素養(yǎng)中的科學探究[1]。

第19題為選擇題，考查內容為研究平行板電容器電容相關因素的實驗，實驗裝置如圖1所示。題目來源于人教版教材選修3-1第一章《靜電場》第8節(jié)《電容器的電容》中關于研究影響平行板電容器電容大小的因素的課堂演示實驗。電容器的電容是用來描述電容器存儲電荷本領的物理量，其大小由電容器的自身參數(shù)決定，而與電容器所帶的電荷量、電容器兩極板間的電勢差大小無關。但為了定義電容器的電容大小，依據(jù)電容器所帶電荷量與電容器兩極板間電壓之比為定值，用該定值來定義電容器的電容，即C=■=■。靜電計指針偏轉角度的大小可以推知兩個平行板間電勢差的大小。在這個演示實驗中，保持平行板所帶電荷量不變。A選項就考查了如何使平行板帶電。可以用帶正電的玻璃棒與電容器a板接觸，因為b板和靜電計的外殼都接地，所以同時也就帶上了負電荷。

2.2? ? 追尋物理基本概念和規(guī)律的形成和建立過程

科學思維是基于物理實驗和經驗事實建構物理模型的抽象概括過程，是分析綜合、推理論證等方法在科學領域的具體運用;是基于事實證據(jù)和科學推理對不同觀點和結論提出質疑和批判，進行檢驗和修正，進而提出創(chuàng)造性見解的能力與品格。在物理實驗中可以培養(yǎng)“科學思維”的學科核心素養(yǎng)。

比如近代物理中，“科學思維”在光電效應這一重要的物理現(xiàn)象和規(guī)律的發(fā)現(xiàn)和建立過程中，得到了充分的體現(xiàn)。在這個物理規(guī)律的教學中，教師應該充分挖掘赫茲的光電效應現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)歷史。為了解釋光電效應，愛因斯坦發(fā)展了普朗克的能量量子化理論，提出了光量子理論解釋光電效應，并給出了著名的光電效應方程。因為沒有得到實驗驗證，愛因斯坦的光量子理論沒有及時地得到人們的理解和支持。直到1916年密立根對此進行了全面的實驗驗證，并且通過實驗和愛因斯坦的光量子理論求出了普朗克常數(shù)，與普朗克1900年從黑體輻射求得的結果符合甚好。密立根并不諱言，他在做光電效應實驗時，本來的目的是希望證明經典理論的正確性，甚至在他宣布了光電方程時，還聲稱要肯定愛因斯坦的光量子理論還為時過早。

在追尋物理基本概念和規(guī)律的形成和建立過程中，培養(yǎng)學生在基于實驗事實的基礎上對不同觀點和結論提出質疑和批判的精神，培養(yǎng)學生探索自然、認識科學本質，嚴謹認真、實事求是、持之以恒的科學態(tài)度和責任感。

2.3? ? 充分利用教材中的演示實驗和學生實驗

物理教學要基于物理學科核心素養(yǎng)確定教學目標和內容，不能僅專注于學生獲得知識。在高中物理課程中，應注重科學探究，尤其應注重物理實驗。教材中的“演示實驗”“科學漫步”“思考與討論”“做一做”和“說一說”等欄目，在培養(yǎng)學生的探究能力和科學態(tài)度等方面具有重要地位。

在學生實驗和演示實驗中，應發(fā)掘實驗在培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)和提出問題能力方面的潛在價值。教師可在一些物理實驗中創(chuàng)設情境，讓學生在觀測和體驗后有所發(fā)現(xiàn)、有所聯(lián)想，萌發(fā)出科學問題;還可在實驗中創(chuàng)設一些任務，讓學生在完成任務中運用科學思維，自己提出應探究的科學問題。

比如，人教版選修3-2《電磁感應》第6節(jié)《互感和自感》的學習中，教材中就有“演示實驗”“思考與討論”和“做一做”欄目。由法拉第電磁感應定律和楞次定律，知電感線圈對變化的電流具有阻礙作用。在教與學過程中，通過教材中的演示實驗（如圖6所示）讓學生清楚地觀察到電路通斷時，燈泡的發(fā)光情況。用電流傳感器可以清楚地演示自感對電路中電流的影響。圖7所示為圖6電路圖中開關S通斷時，兩支路的電流變化情況[3]。

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圖6? 并聯(lián)電路中通斷電自感演示電路圖

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圖7? R=2RL并聯(lián)電路中通斷電自感 I-t曲線

從圖7中觀測到閉合電路瞬間，A2所對應的電流（實線）瞬間達到最大值 0.1074 A。而A1所對應的電流（虛線），并沒有同時與A2達到最大值，而是經過一段電流增大的過程后達到了A1支路的電流最大值，即0.2139 A。由于A1所測支路與A2所測支路電阻不同，且A2所測支路電阻為A1所測支路電阻的兩倍，所以A1所測支路電流為A2所測支路電流的兩倍。

當在兩支路電流穩(wěn)定并處于相同的穩(wěn)定狀態(tài)時，斷開電鍵S，得到圖7中的電流變化曲線。此時，發(fā)現(xiàn)A2支路中電流由穩(wěn)定時的0.1074 A直接變化為反向電流（大小為0.2133 A），此時電流大小大致為電鍵S斷開前的兩倍，方向相反。

當閉合圖6的電路，待到兩支路電流穩(wěn)定時，突然斷開電鍵S，將會導致通過電感線圈RL的電流減小，從而電感線圈RL的內部將會產生一個感生電流方向與原電流方向相同。在此A1所測支路中，電感線圈感應電流阻礙原電流的減小。

通過圖7可以看出變化曲線。虛線為A1支路中電流的變化曲線，此曲線可以直觀看出在斷開電路電鍵S時，A1支路中電流并沒有突變?yōu)榱悖蔷徛郎p小最終趨近為零。由此可以看出，此電感線圈產生的感生電流阻礙了電流的變小，此支路電流不能突變。

通過“演示實驗”和“做一做”欄目，可以讓學生清楚地觀察到燈泡的亮暗變化情況，直觀上感受到電感線圈對變化的電流的阻礙作用;進一步通過傳感器測量兩支路的電流，可以讓學生更加清楚線圈對電流的阻礙作用，而不是阻止。并且能夠得知燈泡的亮暗與通過燈泡的電流的正相關關系，如何才能使燈泡閃亮等，這樣的學習和討論使學生受益匪淺。

2.4? ? 注重物理儀器的工作原理的講解

在物理各類實驗中，我們可以直接觀察物理實驗現(xiàn)象，也可以定量地進行精確測量。在物理量的測量過程中，離不開精密的測量儀器。比如，最基本的長度測量儀器刻度尺、游標卡尺和螺旋測微器等，電流、電壓等的測量儀器電流表和電壓表，測量電阻、電容所用的萬用電表，用來觀察和測量電流、電壓信號的示波器，測量磁場強度的特斯拉計等。要想能夠熟練地選取和使用實驗器材，必須對實驗器材的工作原理進行詳細講解和探討。只有這樣才能深入理解物理本質，才能更深入地掌握實驗器材的工作原理，才能熟練選取和應用實驗器材進行物理實驗。

比如，在學習示波器的使用時，面板上有“衰減”這個旋鈕，學生也知道當輸入信號過大時，可以通過調節(jié)衰減旋鈕到更高檔位來實現(xiàn)將信號衰減顯示到屏幕上，但至于為什么這么調節(jié)，是調節(jié)的示波器內部的什么電路呢？如圖8所示。

通過圖8可以還清楚地看到，AC和DC兩個旋鈕的內部作用，利用了電容的通交流隔直流的基本特性。所以，如果將旋鈕打到AC，則屏幕上只顯示交流;如果打到DC，則交流和直流成分都會加在示波器Y方向的極板上，顯示在屏幕上。而所謂衰減的不同檔位是利用了不同的電阻作為分壓器，來實現(xiàn)10檔位、100檔位、1000檔位等更高檔位。如果所觀測信號過大，初始沒有衰減的話，直接加在Y極板上，有可能損壞電極。

3? ? 小? ?結

物理學科是一門以實驗為基礎的學科，物理實驗是物理學習和研究的重要方法和手段，加強物理演示實驗和學生實驗的教學，不僅能夠提高物理學科的教學效果、學生科學研究的責任與態(tài)度，還有助于培養(yǎng)學生的科學思維素養(yǎng)，鍛煉學生的團隊合作精神。無論是學生實驗還是演示實驗，每一個基礎實驗都要求有科學的準備、嚴謹?shù)牟僮?、細心的觀察、現(xiàn)象的解釋、實驗數(shù)據(jù)的分析和討論、實驗的改進和拓展等過程，利用科學實驗激發(fā)學生的求知欲望和興趣，促進學生掌握知識、運用知識，培養(yǎng)學生嚴謹求實的科學態(tài)度。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]郭奕玲，沈慧君.物理學史（第2版）[M].北京：清華大學出版社，2005.

[3]劉洋，吳廣國.利用Vernier傳感器演示電路中的自感現(xiàn)象[J].實驗教學與儀器， 2015（3）：29-31.

（欄目編輯? ? 陳? 潔）