摘 要：2021年湖南卷物理電學(xué)實驗題12題立足教材，通過創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)探索類的真實情境，重視考查實驗原理的理解、實驗設(shè)計、實驗數(shù)據(jù)的分析和處理等，突出創(chuàng)新能力的命題導(dǎo)向，從實驗情境設(shè)置、實驗探究能力等級考查和學(xué)科核心素養(yǎng)等方面進(jìn)行解讀，對今后高中物理實驗教學(xué)有所啟示.

關(guān)鍵詞：電學(xué)實驗題;核心素養(yǎng);創(chuàng)新能力;教學(xué)啟示

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1008-4134（2021）23-0051-03

1 試題及解讀

1.1 試題呈現(xiàn)

例題1 （2021年湖南高考 12題）某實驗小組需要測定電池的電動勢E和內(nèi)阻r，提供器材有：一根均勻電阻絲其總電阻大于R0，并配有可在電阻絲上移動的金屬夾、一個單刀雙擲開關(guān)、一個定值電阻阻值為R0、一塊電流表內(nèi)阻為RA、一節(jié)待測電池、導(dǎo)線若干.由于缺少刻度尺，無法測量電阻絲的長度，但發(fā)現(xiàn)桌子上有一個刻度均勻圓形時鐘表盤.其中一位同學(xué)提出將電阻絲繞在該表盤上，通過讀圓心角來表示接入電路的電阻絲長度.主要實驗步驟如下：

（1）將器材如圖1（a）連接;

（2）開關(guān)閉合前，金屬夾應(yīng)夾在電阻絲的端（填“a”或“b”）;

（3）改變金屬夾的位置，接通開關(guān)，記錄每次接入電路的電阻絲對應(yīng)的圓心角θ和電流表示數(shù)I，得到多組數(shù)據(jù);

（4）整理數(shù)據(jù)并在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)繪圖，所得圖像如圖（b）所示，設(shè)單位角度對應(yīng)電阻絲為r0 ，圖線斜率為K，縱軸截距為d，該電池的內(nèi)阻和電動勢的表達(dá)式可表示為 r= ，E= （用R0、RA、K、d、r0表示）;

（5）為進(jìn)一步確定結(jié)果，還需要測量單位角度對應(yīng)電阻絲的阻值r0 ，利用現(xiàn)有器材設(shè)計實驗，在圖（c）方框中畫出實驗電路圖（電阻絲用電阻箱符號表示）;

（6）利用設(shè)計電路測出的r0，可得該電池的內(nèi)阻和電動勢.

參考答案：（1）b;（2）r0bK-R0-RA;（3）r0K;（4）實驗電路圖（如圖2）.

1.2 試題分析

此題考查學(xué)生利用給定儀器測定電池的電動勢和內(nèi)阻，能夠很好地展示考生解決問題的思維過程，在核心價值的引領(lǐng)作用和學(xué)科素養(yǎng)的導(dǎo)向作用下，很好考查了關(guān)鍵能力和必備知識，本文從實驗情境設(shè)置、實驗探究能力等級考查和學(xué)科核心素養(yǎng)等方面進(jìn)行解讀.

1.2.1 實驗情境設(shè)置

此題巧妙地設(shè)置一個電流表和“一個特殊的電阻箱”（通過改變接入電路的電阻絲長度和接入電路的電阻絲對應(yīng)的圓心角θ來讀取接入電路電阻大小，最后讓學(xué)生設(shè)計測單位角度電阻的電路）測定電池的電動勢和內(nèi)阻，是學(xué)習(xí)探索類情境的命題，是一個培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的好載體，在解題過程中，學(xué)生需要提取有效信息，經(jīng)歷探究過程：由情境設(shè)問—模型構(gòu)建—科學(xué)推理—科學(xué)論證（或質(zhì)疑創(chuàng)新），能夠很好地把所學(xué)物理與實際結(jié)合起來，由于這類情境源于實際存在的真實問題，解決過程中需要將實際問題與物理抽象模型聯(lián)系起來，對學(xué)生的模型構(gòu)建和轉(zhuǎn)換的能力要求高，可以將這一引領(lǐng)作用直接導(dǎo)向?qū)W科素養(yǎng)、有效承載關(guān)鍵能力和必備知識的考查.

1.2.2 多角度設(shè)問多層次考查實驗探究能力

物理實驗是物理學(xué)科的基礎(chǔ)，部分學(xué)生感覺很難，也是平常物理學(xué)科教學(xué)的重點(diǎn)，物理探究是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的主要途徑，物理實驗承載著科學(xué)探究的重要思想和方法，對培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神具有重要意義.實驗探究能力是物理等級考查的焦點(diǎn).此實驗題設(shè)計的問題對物理實驗探究四個層次考查：第（1）步考查實驗探究能力的第一層次，即是觀察與識記，即能完成課程標(biāo)準(zhǔn)要求的觀察、測量任務(wù)，知道實驗儀器名稱，此處沒有設(shè)問考查學(xué)生;步驟（2）（3）考查實驗探究能力的第二層次，即是操作與運(yùn)用，在步驟（2）設(shè)問考查學(xué)生根據(jù)閉合電路歐姆定律對電路進(jìn)行分析，一根均勻電阻絲其總電阻大于R0，并配有可在電阻絲上移動的金屬夾等效一個滑動變阻器，閉合開關(guān)時金屬夾應(yīng)夾在電阻絲的b端，接入電路有效電阻最大;步驟（4）考查實驗探究能力的第三層次，即分析與表述，在這步設(shè)（2）（3）問，由閉合電路歐姆定律和接入電路有效電阻與圓心角θ關(guān)系即R=θr0并根據(jù)（1/I）-θ圖像得出電動勢E和內(nèi)阻r的關(guān)系式;步驟（5）（6）考查實驗探究能力的第四層次，即是設(shè)計與評價，在步驟（5）設(shè)問讓學(xué)生利用現(xiàn)有儀器設(shè)計測量單位角度對應(yīng)電阻絲的阻值r0，設(shè)計利用等效替代法測量單位角度r0，讓學(xué)生評估和評價實驗方案正確性，避開了實驗系統(tǒng)誤差考查了學(xué)生的創(chuàng)新能力.

1.2.3 通過綜合應(yīng)用考查學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究的素養(yǎng)要素

學(xué)生物理學(xué)科水平的差異，主要體現(xiàn)在科學(xué)思維、科學(xué)探究的素養(yǎng)水平上，學(xué)生的創(chuàng)新思維發(fā)展是物理學(xué)科思維提升的標(biāo)志.例題1以學(xué)生在測定電池的電動勢和內(nèi)阻中遇到的真實問題（沒有電壓表、電阻箱和滑動變阻器，只有一個電阻絲，卻由于缺少刻度尺，無法測量電阻絲的長度，但發(fā)現(xiàn)桌子上有一個圓形鐘表盤，最后設(shè)計測單位角度的電阻r0）為載體，引導(dǎo)學(xué)生通過研究解決.培養(yǎng)學(xué)生的分析能力、推理能力、建模能力及實驗設(shè)計能力.在真實問題解決的過程中，學(xué)生收獲的不僅僅是學(xué)科能力的提升，更重要的是學(xué)生創(chuàng)造性思維的火花被點(diǎn)燃，學(xué)生收獲的是智慧和啟迪.

2 教學(xué)啟示

通過以上分析，此道實驗題是一道高質(zhì)量、高信度的高考題，新高考實驗命題與以前考試大綱要求的知識熟練掌握程度沒有變，而對解決實驗中存在問題層次的要求大大提高了，學(xué)科素養(yǎng)在“一核四層四翼”高中評價體系中很好地得以落實.我們的實驗教學(xué)理念需要改變，下面是筆者對物理實驗教學(xué)的一點(diǎn)體會.

2.1 在進(jìn)行實驗物理觀念教學(xué)時，要特別注意物理觀念的內(nèi)化、提升和升華

物理觀念是國家課程標(biāo)準(zhǔn)提出的一個新的概念，有的一線教師認(rèn)為物理觀念就是三維目標(biāo)所說的物理概念、物理規(guī)律，結(jié)合筆者的教學(xué)實際，對物理觀念理解是，物理觀念不僅包括“物理概念、規(guī)律等基本認(rèn)識”，還包括從概念和規(guī)律提煉、升華之后的物理觀點(diǎn)和認(rèn)知，這要求我們在物理實驗教學(xué)時做出改變，下面以電壓表的工作原理進(jìn)行說明，通過實驗探究電壓表原理如圖3所示，通過電流計讀出流過兩個電阻的電流Ig，電壓表內(nèi)阻RV=Rg+R為已知，根據(jù)閉合電路歐姆定律U=Ig·RV，電流流過電阻電勢降低，讀電流而讀電壓.建立電壓表的原理時，教師引導(dǎo)學(xué)生將物理觀念內(nèi)化，電壓表實際也是一個電阻，是一個會讀電流的特殊電阻.進(jìn)一步提升，如果已知電壓表內(nèi)阻，知道電壓表讀數(shù)可以測出串聯(lián)電路中電流，即一個電壓表既可以當(dāng)電壓表用，也可以當(dāng)電流表使用，還可當(dāng)分壓的電阻使用.注意升華，根據(jù)U=Ig·RV，控制變量Ig不變，改變電阻大小，通過讀電阻大小也可以讀電壓，這樣做成了“新型電壓表”.如2014年四川省理綜高考電學(xué)實驗題就考了一個變形電壓表，考查了學(xué)生真正掌握必備知識的能力.

2.2 創(chuàng)設(shè)“與時俱進(jìn)”實驗教學(xué)情境，培養(yǎng)學(xué)生銳意進(jìn)取的創(chuàng)新精神

蘇霍姆林斯基說：“人的內(nèi)心靈魂深處有一種根深蒂固的需求，總是感到自己是一個發(fā)現(xiàn)者、研究者、探尋者.”隨著時間的推移，如果不向這種需求提供養(yǎng)料，學(xué)生的這種需求就會逐漸消失，教師應(yīng)該在教學(xué)中不斷扶植和幫助學(xué)生想成為發(fā)現(xiàn)者的愿望.這就需要教師對教學(xué)觀念的建立和營造教學(xué)氛圍方面進(jìn)行大膽的嘗試，設(shè)計一些新的、與時俱進(jìn)的實驗情境，培養(yǎng)學(xué)生對新事物的洞察力，激發(fā)學(xué)生的好奇心，培養(yǎng)學(xué)生與時俱進(jìn)、銳意創(chuàng)新的能力.下面以筆者在高三第一輪復(fù)習(xí)一道探究實驗為例進(jìn)行說明，實驗情境是：我不小心把智能手機(jī)“快充”充電器線機(jī)械壓扁了，發(fā)現(xiàn)手機(jī)無法實現(xiàn)快充功能，我就把這個實驗搬進(jìn)課堂組織學(xué)生探究其中原因，經(jīng)過學(xué)生的探究取得了比較好的教學(xué)效果.

例題2 智能手機(jī)快充技術(shù)改善人們旅行方便程度.我的66W快充手機(jī)的充電線被椅子擠壓了一下，發(fā)現(xiàn)手機(jī)無法實現(xiàn)快充功能，引導(dǎo)同學(xué)猜想，有同學(xué)猜測是因為電線壓扁以后電阻值發(fā)生了變化.為了驗證猜想，設(shè)計實驗測量被壓扁的充電線的電阻值.

（1）首先采用歐姆表測量該電線的電阻.

（2）歐姆表調(diào)零：把萬用表的旋鈕調(diào)到歐姆檔“×1”檔位，紅黑表筆對接，調(diào)節(jié)歐姆調(diào)零旋鈕，直到指針指到刻度盤______（填“右端”或“左端”）零刻度處.

（3）把紅黑表筆分別接觸充電線兩端，歐姆表指針指到圖4位置.可見該充電線電阻______（填“很小”或“很大”），歐姆表無法測量.

（4）為了進(jìn)一步測量該充電線電阻，該同學(xué)找來兩節(jié)1.5V的干電池、電池盒、量程為3V的電壓表、全電阻為5Ω的滑動變阻器、量程為3A的電流表，開關(guān)、導(dǎo)線若干，并按照圖5連接電路.接通開關(guān)，發(fā)現(xiàn)電壓表指針幾乎沒有偏轉(zhuǎn)，但電流表有示數(shù).請分析原因______并寫出一個解決問題的方案（包括需要哪些器材及需要測量的數(shù)據(jù)）______.

（5）該同學(xué)通過調(diào)整方案測量出充電線的阻值為0.4Ω（已知智能手機(jī)充電電壓為5V），簡述該充電線不能快充的原因：______.

參考答案：（2）右端.（3）很小.

（4）充電線的阻值太小，在串聯(lián)電路的分壓作用下，其兩端電壓太小，電壓表難以測量.解決方案：①需要一個內(nèi)阻已知為r的電流表A1，并聯(lián)在導(dǎo)線兩端，讀出電流表讀數(shù)I，通過Ir表示充電線兩端電壓;②調(diào)節(jié)滑動變阻器，使電流表滿偏，用一個最小分度值為0.1Ω的電阻箱并聯(lián)在充電線和電流表兩端，調(diào)節(jié)電阻箱阻值，使電流表示數(shù)變?yōu)樵瓉淼囊话?，此時電阻箱讀數(shù)等于充電線電阻值;③使用電壓傳感器直接測量電阻絲兩端電壓.

（5）智能手機(jī)充電電壓約為5V，66W的充電功率對應(yīng)電流約為13A，故電線電阻增大后，電線消耗的功率達(dá)到67.6W，超過了充電器的額定功率，故不可以按照最大功率充電.

例題2分析：

（1）此題把生活中所遇到真實問題搬到物理課堂探究其原因.提高了學(xué)生科學(xué)探究的興趣、熱情，培養(yǎng)提出問題的意識、深入思考問題習(xí)慣等等，讓學(xué)生在實驗中如實記錄實驗、探究實驗和分析實驗問題、提出改進(jìn)意見，遵循基本科學(xué)倫理和道德規(guī)范.培養(yǎng)學(xué)生之間的合作精神、實事求是、敢對權(quán)威說不、能基于證據(jù)和推理提出自己見解的品質(zhì).引導(dǎo)學(xué)生做到“與時俱進(jìn)”，激發(fā)學(xué)生好奇心和創(chuàng)新欲望.

（2）培養(yǎng)學(xué)生多層次的探究能力，第（4）問開放式設(shè)問，讓學(xué)生寫出一個解決問題的方案（包括需要哪些器材，及需要測量的數(shù)據(jù)），培養(yǎng)學(xué)生遇到問題能從多角度、全方位地進(jìn)行思考，真正讓學(xué)生領(lǐng)略了實驗設(shè)計的思想和邏輯，體驗科學(xué)探究的嚴(yán)謹(jǐn)與巧妙，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散思維和創(chuàng)新能力.

（3）第（5）問設(shè)計問題：讓學(xué)生分析充電線被椅子擠壓了一下（壓扁了），電線不能快充的原因，培養(yǎng)學(xué)生推理論證能力，讓學(xué)生更深刻地理解科學(xué)探究的過程及本質(zhì)，同時學(xué)生在不斷論證、修正的過程中，體會探究和論證的樂趣，更好發(fā)展高階思維.

2.3 拓展探究問題呈現(xiàn)，挖掘探究問題視角，發(fā)展科學(xué)思維

與往常高考一樣，此道高考題源于教材（新人教版必選三第十二章電能 能量守恒定律第3節(jié)實驗：測電源的電動勢和內(nèi)阻練習(xí)與應(yīng)用第3題）而不拘泥于教材，教學(xué)中不要使用單一的信息呈現(xiàn)和缺乏層次分布問題，多設(shè)計情境復(fù)雜化和能力多元化的考查問題，挖掘探究問題視角，還要注意問題解決方式的多樣性，給學(xué)生提供足夠?qū)拸V的解決問題空間，充分暴露學(xué)生存在的問題和不足.長時間堅持下去，學(xué)生的必備知識和關(guān)鍵能力將得到深化.

總之，教學(xué)中要注意教學(xué)情境的設(shè)置，注意探究能力的培養(yǎng)，注意學(xué)科思想和科學(xué)研究方法的滲透，注意挖掘教學(xué)資源，培養(yǎng)學(xué)生勇于探索、勇于創(chuàng)新的精神，樹立科學(xué)態(tài)度和社會責(zé)任，培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng).

參考文獻(xiàn)：

[1]蔣煒波，趙堅.試題情境：實現(xiàn)“四層”“四翼”承載作用的重要載體[J].物理教學(xué)，2020（10）：2-5+36.

[2]褚祝文.基于新高考的高三復(fù)習(xí)課深度學(xué)習(xí)教學(xué)策略——以“牛頓運(yùn)動定律的應(yīng)用：板塊模型”為例[J].中學(xué)物理，2021，39（09）：37-40.

[3]何松，鮑明麗.新高考評價體系下物理等級考的試卷特征[J].物理教學(xué)，2020，42（05）：66-70.

[4]教育部考試中心.中國高考評價體系[M].北京：人民教育出版社，2020.

（收稿日期：2021-07-28）

作者簡介：褚祝文（1974-），男，湖南株洲人，本科，中學(xué)高級教師，研究方向：中學(xué)物理教學(xué).