姚中化 黃正玉

(1. 深圳市教育科學(xué)研究院，廣東 深圳 518021； 2.深圳市第二實(shí)驗(yàn)學(xué)校，廣東 深圳 518021)

教育部考試中心指出,高考命題將繼續(xù)堅(jiān)定正確的政治方向,緊緊圍繞高考的核心功能,上好“立德樹(shù)人一堂課”、做精“服務(wù)選才一把尺”、樹(shù)好“引導(dǎo)教學(xué)一面旗”．本文通過(guò)幾個(gè)實(shí)際案例分析,真實(shí)情境實(shí)驗(yàn)試題如何引導(dǎo)教學(xué)的．

1 真實(shí)情境實(shí)驗(yàn)試題可以引導(dǎo)學(xué)生走出死記硬背

案例1.小車與滑板間的摩擦還是小車與桌面間的摩擦?

(2021年深圳一模)(7分)圖1為“驗(yàn)證加速度與質(zhì)量關(guān)系” 的實(shí)驗(yàn)裝置,圖2為同時(shí)釋放小車甲、乙后打出的兩條紙帶(相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間均有4個(gè)點(diǎn)并未畫(huà)出)．忽略繩子的質(zhì)量以及滑輪與繩子間的摩擦．

圖1

圖2

(1) 測(cè)量得到各相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離如表1所示(單位:cm).

表1

可以判斷桌面上運(yùn)動(dòng)的小車______(填“甲”或“乙”)的加速度較大．請(qǐng)通過(guò)定量分析,說(shuō)明你的判斷依據(jù):

(2) 測(cè)得甲、乙兩車質(zhì)量分別為M1、M2,加速度分別為a1、a2,若在誤差允許范圍內(nèi)滿足____________(用a1、a2、M1、M2表示),則驗(yàn)證了加速度與質(zhì)量的關(guān)系．

(3) 欲得到(2)中的實(shí)驗(yàn)結(jié)論,下列操作必要的有________

(A) 連接小車的細(xì)繩與桌面平行.

(B) 平衡兩小車和桌面間的摩擦力.

(C) 用天平測(cè)量動(dòng)滑輪和鉤碼的總質(zhì)量.

實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新點(diǎn): (1) 第1問(wèn)設(shè)置的加速度判斷屬于重點(diǎn)必考,但是增加的“通過(guò)分析說(shuō)明判斷依據(jù)”這一空,考核的是學(xué)生的“推理論證能力”,屬于“新高考”新增“關(guān)鍵能力”,要求學(xué)生“用數(shù)據(jù)說(shuō)話”,樹(shù)立“證據(jù)意識(shí)”,利用“控制變量”思想．因而評(píng)分細(xì)則規(guī)定,“因?yàn)榧姿俣茸兓?所以加速度大”,這樣的回答并不符合要求,也不能給分．考生可以直接算出兩個(gè)點(diǎn)的速度,并比較速度相同時(shí)間的速度變化大小,也可以通過(guò)相鄰相同時(shí)間內(nèi)的位移差進(jìn)行判斷,或者直接算出平均加速度進(jìn)行比較．

(2) 實(shí)驗(yàn)設(shè)置者有意將常規(guī)實(shí)驗(yàn)中的滑板去掉,改為直接將小車放置在桌面上．學(xué)生如果不分析題意,直接記住“細(xì)線應(yīng)該與木板平行”,不能“與桌面平行”,于是第3問(wèn)只選(B),沒(méi)有選(A)．作為大規(guī)模的模擬考試來(lái)說(shuō),積極發(fā)揮了試題引導(dǎo)教學(xué)的功能．提醒物理教學(xué)必須注重具體問(wèn)題具體分析,物理教學(xué)切忌死記硬背．題目大膽設(shè)置需要學(xué)生具備“創(chuàng)新思維”,敢于接受“通過(guò)傾斜桌子平衡摩擦”的大膽構(gòu)想．題目(A)、(B)兩個(gè)選項(xiàng)實(shí)際上還具有自洽性,如果認(rèn)為(A)選項(xiàng)錯(cuò)誤,那么(B)選項(xiàng)也是錯(cuò)的,因?yàn)槊枋龅那榫扯际切≤囍苯臃胖迷谧烂嫔系模?/p>

案例2.有或者沒(méi)有立柱的平拋儀.

(2000年天津、江西卷)(6分)某同學(xué)用圖3所示裝置通過(guò)半徑相同的A、B兩球的碰撞來(lái)驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律,圖3中PQ是斜槽,QR為水平槽,實(shí)驗(yàn)時(shí)先使A球從斜槽上某一固定位置G由靜止開(kāi)始滾下,落到位于水平地面的記錄紙上,留下痕跡,重復(fù)上述操作10次,得到10個(gè)落點(diǎn)痕跡,再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方,讓A球仍從位置G由靜止開(kāi)始滾下,和B球碰撞后,A、B球分別在記錄紙上留下各自的落點(diǎn)痕跡,重復(fù)這種操作10次,圖3中O點(diǎn)是水平槽末端R在記錄紙上的垂直投影點(diǎn),B球落點(diǎn)痕跡如圖4所示,其中米尺水平放置,且平行于G、R、O所在的平面,米尺的零點(diǎn)與O點(diǎn)對(duì)齊．

圖3

圖4

(1) 碰撞后B球的水平射程應(yīng)為_(kāi)_____cm．

(2) 在以下選項(xiàng)中,哪些是本次實(shí)驗(yàn)必須進(jìn)行的測(cè)量?答:________(填選項(xiàng)號(hào)).

(A) 水平槽上未放B球時(shí),測(cè)量A球落點(diǎn)位置到O點(diǎn)的距離.

(B)A球與B球碰撞后,測(cè)量A球及B球落點(diǎn)位置到O點(diǎn)的距離.

(C) 測(cè)量A球或B球的直徑．

(D) 測(cè)量A球和B球的質(zhì)量(或兩球質(zhì)量之比).

(E) 測(cè)量G相對(duì)于水平槽面的高度．

參考答案: (1) 64.7； (2) (A)、(B)、(D).

實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新點(diǎn)： 本試題的設(shè)置體現(xiàn)高考試題命題的“考查基礎(chǔ),變換情境,設(shè)問(wèn)科學(xué),注重創(chuàng)新”的基本原則．第1問(wèn)考核數(shù)據(jù)處理和讀數(shù)的基本技能,屬于考查基礎(chǔ),只有經(jīng)歷過(guò)真實(shí)情境的學(xué)生才能準(zhǔn)確答出．第2問(wèn)屬于變換情境,如果對(duì)原有實(shí)驗(yàn)中的帶立柱的平拋實(shí)驗(yàn)儀器不清楚,不知道“兩個(gè)小球拋出點(diǎn)不同”,也就無(wú)法理解“為什么需要測(cè)量小球直徑”．因而勢(shì)必死記硬背,于是在本題的回答中也錯(cuò)誤的選擇了(C)選項(xiàng)．

這個(gè)實(shí)驗(yàn)試題的創(chuàng)新情境完全來(lái)自于真實(shí)情況,原有帶立柱的實(shí)驗(yàn)裝置(圖5),立柱的安放是一個(gè)操作難點(diǎn),往往達(dá)不到豎直放置,或者導(dǎo)致兩球不在同一水平面．而且立柱裝置容易損壞,于是學(xué)生們便常有將被碰小球放置在斜槽末端的操作．本實(shí)驗(yàn)題作為高考題,在發(fā)揮高考試題“引導(dǎo)教學(xué)的一面旗”的功能方面,可以說(shuō)是載入物理高考史的經(jīng)典案例．實(shí)驗(yàn)題設(shè)置充分“體現(xiàn)公平公正,以生考熟,直擊軟肋”．

圖5

2 真實(shí)情境實(shí)驗(yàn)試題可以培養(yǎng)創(chuàng)新能力

案例3.單擺懸點(diǎn)固定的另類模式.

(改編創(chuàng)新實(shí)驗(yàn))在“用單擺測(cè)定重力加速度”的實(shí)驗(yàn)中,(1) 如圖6取細(xì)線一根,兩端各連接一個(gè)帶孔的鋼球,將鋼球1用鐵架臺(tái)夾緊固定．測(cè)擺長(zhǎng)時(shí),測(cè)量的________長(zhǎng)度為l和擺球直徑d,則擺長(zhǎng)為_(kāi)_______; (2) 測(cè)周期時(shí),當(dāng)擺球經(jīng)過(guò)________位置時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)并計(jì)數(shù)1次,測(cè)出經(jīng)過(guò)該位置N次(約60～100次)的時(shí)間為t,則周期為_(kāi)_______．

圖6

此外,請(qǐng)你從下列器材中選用所需器材,再設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn),粗略測(cè)出重力加速度g,并參照示例填寫(xiě)表1、表2(示例的方法不能再用)．

表1

表2

A.天平； B.刻度尺; C.彈簧秤; D.電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器; E.帶夾子的重錘; F.紙帶; G.導(dǎo)線若干; H.鐵架臺(tái); I.低壓交流電源; J.低壓直流電源; K.小車; L.螺旋測(cè)微器; M.斜面(高度可調(diào),粗糙程度均勻).

實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新點(diǎn)：擺球是中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的基本儀器,可以在不同實(shí)驗(yàn)中用到,如單擺測(cè)定重力加速度,擺球在豎直平面運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能守恒,擺球間碰撞的動(dòng)量守恒．然而擺球的懸線怎么固定,卻是一個(gè)令眾多學(xué)生困擾的難題．

專用的單擺裝置有一個(gè)專門(mén)固定懸線的卡扣,只需將線穿進(jìn)去,再用旁邊的螺旋裝置固定細(xì)線便可,如圖7所示．

圖7

然而,很多實(shí)驗(yàn)室沒(méi)有配備這種專門(mén)裝置,只有配套的懸線和小球,這種情況下需要配合常規(guī)的鐵架臺(tái)進(jìn)行固定,于是就有了各種懸線的繞法．

本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)巧妙地取兩個(gè)帶孔小球(圖8),并用細(xì)線將兩者連接,將其中的一個(gè)小球用鐵架臺(tái)固定,于是便解決了懸點(diǎn)無(wú)法固定的難題．這可能是最具創(chuàng)意的擺球固定方式．帶來(lái)的問(wèn)題是,擺長(zhǎng)的測(cè)量仍然是擺線加上擺球半徑．答題中發(fā)現(xiàn)很多學(xué)生誤認(rèn)為是兩球球心間距離為擺長(zhǎng),完全脫離了真實(shí)情境．考核的是學(xué)生的創(chuàng)新能力,就是在新情境下,以擺長(zhǎng)的基本概念為基礎(chǔ),如何創(chuàng)造性的完成任務(wù)．

圖8

案例4.沒(méi)有大頭針怎么測(cè)定折射率？

插針?lè)y(cè)定玻璃磚折射率,是中學(xué)物理基本實(shí)驗(yàn),需要儀器有玻璃磚、大頭針和白紙．

參考答案：如圖9,其中大頭針是用來(lái)確定光路的．

圖9

實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新點(diǎn)： 如果沒(méi)有大頭針,實(shí)驗(yàn)怎么完成呢?2020年中學(xué)生物理競(jìng)賽廣東省復(fù)賽實(shí)驗(yàn)試題,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)就沒(méi)有為考生提供大頭針．

那怎么辦呢?創(chuàng)造性能力就在這個(gè)時(shí)候可以激發(fā)出來(lái)．華南師大王笑君教授對(duì)核心素養(yǎng)考核的描述:“不追求題目的結(jié)構(gòu)完整,目標(biāo)指向半開(kāi)放,追求臨場(chǎng)思考”．

筆者在探究課上布置了這個(gè)作業(yè),沒(méi)有提供大頭針,讓學(xué)生們?cè)趯?shí)驗(yàn)室真實(shí)環(huán)境下,完成玻璃磚的折射率測(cè)定．實(shí)踐中,學(xué)生有用三角板的邊當(dāng)作入射光的,有直接用明亮的黑筆畫(huà)的直線當(dāng)作入射光線的,也有用筆尖替代大頭針的．總之不完整實(shí)驗(yàn)反而將學(xué)生思維打開(kāi),創(chuàng)造力得到極大地激發(fā)．