李亮

【關(guān)鍵詞】電學(xué)實(shí)驗(yàn);試題分析;物理核心素養(yǎng)

結(jié)合新課程改革在河北省的落地和實(shí)施，分別從2021年河北省高考和全國高考中各選一道電學(xué)實(shí)驗(yàn)題作為試題分析，談一談新課改下物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)和教學(xué)思考.

1 試題分析

例1 2021年河北高考題中，其中一題涉及研究小燈泡的伏安特性.根據(jù)實(shí)驗(yàn)室提供的小燈泡、直流電源、滑動(dòng)變阻器等器材，需完成以下問題：

（1）根據(jù)圖1，完成圖2中的實(shí)物連線;

（2）按照圖1連線后，閉合開關(guān)，小燈泡閃亮一下后熄滅， 觀查發(fā)現(xiàn)燈絲被燒斷， 原因可能是______

（3）更換小燈泡后，該同學(xué)操作后將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描點(diǎn)作圖，得到I-U 圖像，其中一部分如圖3所示，根據(jù)圖像計(jì)算出P 點(diǎn)對應(yīng)狀態(tài)下小燈泡的電阻為________Ω（保留3位有效數(shù)字）.

解析 這道題考查了電路故障原因分析，考查了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理;要理解實(shí)驗(yàn)原理，分析清楚實(shí)驗(yàn)電路結(jié)構(gòu)是電路故障分析的前提與關(guān)鍵;根據(jù)圖示圖像求出燈泡兩端電壓與通過燈泡的電流，應(yīng)用歐姆定律可以求出燈泡的電阻，求電阻時(shí)要注意有效數(shù)字的保留.

第（1）問分析與思考：本問考查實(shí)際動(dòng)手操作能力.物理實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)不僅是課堂上講解和注意事項(xiàng)，更是要能夠通過親自動(dòng)手操作進(jìn)而有所收獲，針對新舊課標(biāo)的對比發(fā)現(xiàn)，新課改教育下的物理實(shí)驗(yàn)要求更加明確具體，更加注重觀查識(shí)別和動(dòng)手操作.

第（2）問分析與思考：本問是分析電路故障問題，較第一問問題難度上升，能力要求更高，實(shí)際是對電路知識(shí)的運(yùn)用以及電路結(jié)構(gòu)的全面認(rèn)識(shí)的考查.要利用已掌握的電學(xué)知識(shí)對題中給出每一種情況進(jìn)行準(zhǔn)確分析和判斷，找到故障結(jié)果，進(jìn)而排除錯(cuò)誤選項(xiàng).

從新舊教材對于伏安特性曲線內(nèi)容對比來看，

第二問是舊教材選修3-1課本47頁實(shí)驗(yàn)《描繪小燈泡伏安特性曲線》的一個(gè)拓展和延伸，雖然電路圖是完全一致的，但要求和問題卻不相同，由描繪小燈泡的伏安特性曲線定性分析轉(zhuǎn)變?yōu)殡娐分械墓收戏治?，提問要求更加具體明確，是把問題解決向解決問題的科學(xué)思維轉(zhuǎn)變.再對比新教材必修第三冊課本60頁拓展學(xué)習(xí)內(nèi)容《伏安特性曲線》不難看出，新教材更注重物理學(xué)科核心素養(yǎng)中關(guān)鍵能力的培養(yǎng)，尤其是學(xué)習(xí)探索問題情境時(shí)，高質(zhì)量地認(rèn)識(shí)問題、分析問題、解決問題所具備的關(guān)鍵能力.新教材將實(shí)驗(yàn)改為拓展學(xué)習(xí)，不再單一地局限于小燈泡的伏安特性曲線繪制，而是將伏安特性的定義、特點(diǎn)、應(yīng)用、圖像的理解充分展示，給學(xué)生們更加廣闊的思考和學(xué)習(xí)空間，促進(jìn)了核心素養(yǎng)當(dāng)中的“物理觀念”的形成.第（3）問分析與思考：考查了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理以及學(xué)生的計(jì)算能力，同時(shí)也是對歐姆定律公式的理解和檢驗(yàn)，難點(diǎn)是學(xué)生對于圖像斜率的了解和認(rèn)識(shí)，形成固化思維，默認(rèn)圖像的斜率是小燈泡的阻值，或者是阻值的倒數(shù)，其實(shí)小燈泡電阻與電流和電壓值有瞬時(shí)對應(yīng)關(guān)系，即圖像上坐標(biāo)與原點(diǎn)連線的倒數(shù)為小燈泡電阻.

例2 在2021全國甲卷中，某同學(xué)通過使用小燈泡、電壓表、電流表等器材，用圖4所示的電路來研究小燈泡的伏安特性，完成下列填空：

（1）有3個(gè)阻值分別為10Ω、20Ω、30Ω的定值電阻可供選擇，為了描繪小燈泡電流在0～300mA的U -I 曲線，R0 應(yīng)選取阻值為______Ω的定值電阻;

（2）閉合開關(guān)前，滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)置于變阻器的 （填“a”或“b”）端;

（3）當(dāng)流過電流表的電流較小時(shí)，將電阻箱R2的阻值置零，改變滑動(dòng)變阻器滑片的位置，讀取電壓表和電流表的示數(shù)U 、I，結(jié)果如圖5所示.當(dāng)流過電流表的電流為10mA 時(shí)， 小燈泡的電阻為______Ω（保留1位有效數(shù)字）;

（4）為使得電壓表滿量程時(shí)對應(yīng)于小燈泡兩端的電壓為3V，該同學(xué)經(jīng)計(jì)算知，應(yīng)將R2 的阻值調(diào)整為______Ω.然后調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R1，測量數(shù)據(jù);

（5）由圖5和數(shù)據(jù)可知，隨流過小燈泡電流的增加，其燈絲的電阻______ （填“增大”“減小”或“不變”）

分析 這道題關(guān)于電路安全，考查了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理.利用串并聯(lián)改裝大量程電壓表，數(shù)據(jù)分析和計(jì)算，要理解實(shí)驗(yàn)原理，分析清楚實(shí)驗(yàn)電路結(jié)構(gòu)是安全實(shí)驗(yàn)的前提，根據(jù)燈泡兩端電壓與通過燈泡的電流，應(yīng)用歐姆定律可以求出燈泡的電阻，利用改表原理和數(shù)據(jù)分析找到小燈泡的真實(shí)電流和電壓，進(jìn)而求出電功率，求電阻和電功率時(shí)要注意有效數(shù)字的保留.

第（1）（2）問分析與思考：考查電路安全，保護(hù)小燈泡，安全性是電路設(shè)計(jì)的基本原則，解決家庭電路中的簡單問題，能將安全用電和節(jié)約用電的知識(shí)應(yīng)用于生活實(shí)際.

第（3）問分析與思考：考查認(rèn)識(shí)鑒別圖像，利用圖像坐標(biāo)與原點(diǎn)連線的斜率求出小燈泡電阻，難點(diǎn)是對坐標(biāo)分度值得準(zhǔn)確判斷.

第（4）問分析與思考：考查電表改裝中的擴(kuò)大電壓表量程，利用電路中串并聯(lián)知識(shí)求解，并進(jìn)行改裝，分別對應(yīng)舊教材選修3-1，51頁例題1和新教材必修第三冊70頁課本內(nèi)容把表頭改裝成電壓表，不難看出電表改裝是電學(xué)實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)內(nèi)容，本次考查沒有脫離教材，很好地起到指導(dǎo)教學(xué)的核心作用.第（5）問分析與思考：小燈泡伏安特性曲線的測量相比普通電阻的測量來說更有意義，能夠更好地考查學(xué)生的創(chuàng)新思維和對基本知識(shí)點(diǎn)的理解能力，學(xué)生出錯(cuò)的原因是電阻率隨溫度非線性變化理解不清楚，對物理公式與圖像的對應(yīng)關(guān)系不明確.這種錯(cuò)誤恰恰表現(xiàn)出了核心素養(yǎng)當(dāng)中的對物理概念認(rèn)識(shí)不夠深刻.

2 試題總體分析

兩道實(shí)驗(yàn)試題都在貫徹落實(shí)《深化新時(shí)代教育評價(jià)改革總體方案》要求，不斷地豐富強(qiáng)化基礎(chǔ)性考查，并且考查過程中不斷地優(yōu)化情境設(shè)計(jì)，不斷地增強(qiáng)試題靈活性，進(jìn)而達(dá)到深化關(guān)鍵能力考查，發(fā)揮高考的育人導(dǎo)向功能，助力高中育人模式改革，使新課程改革落地落實(shí).

兩道試題分析不難發(fā)現(xiàn)，試題來源教材但又不拘泥于教材，是對知識(shí)尋找新的載體，不斷將知識(shí)與關(guān)鍵能力相融合，兩道試題命題過程都包含了理論聯(lián)系實(shí)際，在新的情境中把單一的問題解決向要求能力更高的解決問題轉(zhuǎn)變，要求學(xué)生具備能夠運(yùn)用所掌握的物理知識(shí)來解決實(shí)際問題的能力，進(jìn)而不斷培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，在解決真實(shí)問題過程中達(dá)到培養(yǎng)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的目的.

兩道試題的考查內(nèi)容相似又不相同，知識(shí)上考查歐姆定律、實(shí)驗(yàn)與探究、實(shí)驗(yàn)基本操作和數(shù)據(jù)處理，命題手段豐富，設(shè)置角度新穎，增強(qiáng)了試題的開放性和靈活性，考查學(xué)生分析能力以及利用數(shù)學(xué)知識(shí)處理物理問題的能力，體現(xiàn)出高考服務(wù)選才的基本目標(biāo).

3 基于核心素養(yǎng)下的高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)思考

基于物理核心素養(yǎng)要求確定課堂教學(xué)內(nèi)容和目標(biāo)，對于實(shí)驗(yàn)中的物理規(guī)律，應(yīng)該讓學(xué)生知道它的來龍去脈，理解準(zhǔn)確含義，熟練運(yùn)用和知道使用條件，如果是通過實(shí)驗(yàn)探究獲得的物理規(guī)律更應(yīng)該讓學(xué)生經(jīng)歷探究過程.讓學(xué)生在解決問題的過程中獲得對知識(shí)和方法的感性認(rèn)識(shí)，只有通過自身體驗(yàn)才能更好地掌握知識(shí)和方法，更好地解決問題，而不是把方法當(dāng)知識(shí)來用，生搬硬套，看似清楚實(shí)則不能解決實(shí)際問題.

基于物理核心素養(yǎng)的要求更要注重基礎(chǔ)知識(shí)的教學(xué)，引導(dǎo)教學(xué)回歸教材和新課標(biāo)，同時(shí)也引導(dǎo)教學(xué)遵循教育教學(xué)規(guī)律，注重物理知識(shí)生成的同時(shí)也要重視物理知識(shí)的生成過程，在過程中不斷加強(qiáng)對基礎(chǔ)物理知識(shí)的融會(huì)貫通.

基于物理核心素養(yǎng)的要求更好地激發(fā)學(xué)生對物理實(shí)驗(yàn)的興趣，增強(qiáng)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中的實(shí)驗(yàn)探究能力.培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)探究能力，首先要重視發(fā)現(xiàn)和提出問題的過程，進(jìn)而養(yǎng)成良好收集證據(jù)解釋證據(jù)的行為，同時(shí)也要多讓學(xué)生表述解決問題的過程，把實(shí)驗(yàn)探究能力目標(biāo)落實(shí)到探究行為的設(shè)計(jì)上來.

基于物理核心素養(yǎng)的要求下更好地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度，物理學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，通過物理實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚺囵B(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和追求實(shí)事求是的精神，讓學(xué)生在物理實(shí)驗(yàn)中感悟到科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)和求實(shí)的態(tài)度.要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中真實(shí)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).