董友軍

摘要：高中物理學(xué)業(yè)質(zhì)量水平是高考命題的重要依據(jù)，自然也是分析高考試題以及指導(dǎo)具體教學(xué)的依據(jù)。以《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》中相關(guān)的學(xué)業(yè)質(zhì)量水平為依據(jù)，分析2023年廣東高考物理實(shí)驗(yàn)試題，并進(jìn)一步提出教學(xué)建議：以器材為基礎(chǔ)，以方法為重點(diǎn)，以原理為主線，以綜合為思路。

關(guān)鍵詞：高考物理；學(xué)業(yè)質(zhì)量水平；實(shí)驗(yàn)試題；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

本文系廣東教育學(xué)會(huì)“十四五”教育科研規(guī)劃重點(diǎn)課題“基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的高中物理教學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)踐研究”（編號(hào)：GDESH14002）的階段性研究成果。

“高中物理學(xué)業(yè)質(zhì)量分五級(jí)水平，既是指導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和評(píng)價(jià)、教師開(kāi)展日常教學(xué)設(shè)計(jì)、命題和評(píng)價(jià)的重要依據(jù)，也是高中學(xué)業(yè)水平考試命題的重要依據(jù)?！保?］“學(xué)業(yè)質(zhì)量水平”自然也成為我們分析高考試題以及指導(dǎo)具體教學(xué)的依據(jù)。本文以《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“高中課標(biāo)”）中相關(guān)的學(xué)業(yè)質(zhì)量水平為依據(jù)，分析2023年廣東高考物理實(shí)驗(yàn)試題——“考什么”和“如何考”，并進(jìn)一步提出教學(xué)建議——“教什么”和“如何教”。

一、學(xué)業(yè)質(zhì)量水平描述

根據(jù)問(wèn)題情境的復(fù)雜程度、知識(shí)和技能的結(jié)構(gòu)化程度、思維方式或價(jià)值觀念的綜合程度等，高中物理學(xué)業(yè)質(zhì)量劃分為五級(jí)水平。每一級(jí)水平皆包含物理學(xué)科核心素養(yǎng)的四個(gè)方面，主要表現(xiàn)為學(xué)生在不同復(fù)雜程度情境中運(yùn)用重要概念、思維、方法和觀念等解決問(wèn)題的關(guān)鍵特征。［2］

高考物理實(shí)驗(yàn)試題，主要考查學(xué)生科學(xué)探究方面的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。所謂“科學(xué)探究”，是指基于觀察和實(shí)驗(yàn)提出物理問(wèn)題、形成猜想和假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制訂方案、獲取

和處理信息、基于證據(jù)得出結(jié)論并作出解釋?zhuān)约皩?duì)科學(xué)探究過(guò)程和結(jié)果進(jìn)行交流、評(píng)估、反思的能力［3］，主要包括問(wèn)題、證據(jù)、解釋、交流等要素［4］。在高中課標(biāo)描述［5］的基礎(chǔ)上，我們可以析出“科學(xué)探究”五級(jí)水平的具體描述（詳見(jiàn)表1）。

二、廣東高考物理實(shí)驗(yàn)試題分析

2023年廣東高考物理實(shí)驗(yàn)試題共2道，分別為光學(xué)實(shí)驗(yàn)試題和電學(xué)實(shí)驗(yàn)試題。試題（為了便于指代，本文將需要完成的題空進(jìn)行編號(hào)）及分析如下：

（一）光學(xué)實(shí)驗(yàn)試題及分析

（2023年廣東高考物理試卷第11題）某同學(xué)用激光筆和透明長(zhǎng)方體玻璃磚測(cè)量玻璃的折射率，實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下：

（1）將玻璃磚平放在水平桌面上的白紙上，用大頭針在白紙上標(biāo)記玻璃磚的邊界。

（2）①激光筆發(fā)出的激光從玻璃磚上的M點(diǎn)水平入射，到達(dá)ef面上的O點(diǎn)后反射到N點(diǎn)射出。用大頭針在白紙上標(biāo)記O點(diǎn)、M點(diǎn)和激光筆出光孔Q的位置。

②移走玻璃磚。在白紙上描繪玻璃磚的邊界和激光的光路，作QM連線的延長(zhǎng)線與ef面的邊界交于P點(diǎn)，如圖1所示。

③用刻度尺測(cè)量PM和OM的長(zhǎng)度d1和d2。PM的示數(shù)如圖2所示，d1為（1.1）cm。測(cè)得d2為3.40cm。

（3）利用所測(cè)量的物理量，寫(xiě)出玻璃磚折射率的表達(dá)式n=（1.2）。由測(cè)得的數(shù)據(jù)可得折射率n為（1.3）（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）。

（4）相對(duì)誤差的計(jì)算式為δ=測(cè)量值-真實(shí)值真實(shí)值×100%。為了減小d1、d2測(cè)量的相對(duì)誤差，實(shí)驗(yàn)中激光在M點(diǎn)入射時(shí)應(yīng)盡量使入射角（1.4）。

題空1.1為用刻度尺測(cè)量PM的長(zhǎng)度。根據(jù)刻度尺的測(cè)量方法，由圖2可以讀出d1為2.25cm。要正確解答本題空，學(xué)生需要掌握刻度尺的測(cè)量方法，即“能根據(jù)已有的科學(xué)探究方案，使用基本的器材獲得數(shù)據(jù)”，屬于水平2。

題空1.2為用題目所給出的已測(cè)量的物理量寫(xiě)出折射率的表達(dá)式。先在圖1中畫(huà)上法線，得到入射角i和折射角r，再根據(jù)角度關(guān)系和三角函數(shù)關(guān)系可得sini=fMd1、sinr=fMd2，然后根據(jù)折射率的公式n=sinisinr，可以寫(xiě)出玻璃磚折射率的表達(dá)式n=d2d1。要正確解答本題空，學(xué)生不僅需要記住并理解折射率公式，還要掌握三角函數(shù)關(guān)系相關(guān)數(shù)學(xué)知識(shí)，以及根據(jù)圖形位置推出角度關(guān)系，即“能分析數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)其中規(guī)律，形成合理的結(jié)論，用已有的物理知識(shí)進(jìn)行解釋”，屬于水平4。

題空1.3為用測(cè)得的數(shù)據(jù)計(jì)算出折射率。由題空1.1可得d1=2.25cm，d2=3.40cm，代入題空1.2的結(jié)果n=d2d1中，并根據(jù)“結(jié)果保留3位有效數(shù)字”的要求，可得折射率n為1.51。要正確解答本題空，學(xué)生需要正確求解題空1.1和題空1.2，還要正確進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算，并掌握保留有效數(shù)字的方法，即“能分析數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)特點(diǎn)，形成結(jié)論，嘗試用已有的物理知識(shí)進(jìn)行解釋”，屬于水平3。

題空1.4為“要減小d1、d2測(cè)量的相對(duì)誤差，如何改變?nèi)肷浣恰?。根?jù)題目提供的相對(duì)誤差計(jì)算公式δ=測(cè)量值-真實(shí)值真實(shí)值×100%，要減小d1、d2測(cè)量的相對(duì)誤差δ，就要增加d1、d2測(cè)量的“真實(shí)值”。通過(guò)作圖可知，激光在M點(diǎn)入射時(shí)應(yīng)盡量使入射角小一些。要正確解答本題空，學(xué)生需要理解題目提供的相對(duì)誤差計(jì)算式，需要弄清入射角與d1、d2長(zhǎng)度的關(guān)系，即“能用多種方法分析數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)規(guī)律，形成合理的結(jié)論，用已有的物理知識(shí)進(jìn)行科學(xué)解釋”，屬于水平5。

（二）電學(xué)實(shí)驗(yàn)試題及分析

（2023年廣東高考物理試卷第12題）某興趣小組設(shè)計(jì)了測(cè)量鹽水電導(dǎo)率的實(shí)驗(yàn)。所用器材有：電源E（電動(dòng)勢(shì)恒定，內(nèi)阻可忽略）；毫安表○mA（量程15mA，內(nèi)阻可忽略）；電阻R1（阻值500Ω）、R2（阻值500Ω）、R3（阻值600Ω）和R4（阻值200Ω）；開(kāi)關(guān)S1和S2；裝有耐腐蝕電極板和溫度計(jì)的有機(jī)玻璃樣品池；導(dǎo)線若干。請(qǐng)完成下列實(shí)驗(yàn)操作和計(jì)算。

（1）電路連接

圖3為實(shí)驗(yàn)原理圖。在下頁(yè)圖4的實(shí)物圖中，已正確連接了部分電路，只有R4一端的導(dǎo)線還未連接，該導(dǎo)線應(yīng)接到R3的（2.1）（填“左”或“右”）端接線柱。

（2）鹽水電導(dǎo)率和溫度的測(cè)量

①測(cè)量并記錄樣品池內(nèi)壁的長(zhǎng)寬高。在樣品池中注滿待測(cè)鹽水。

②閉合開(kāi)關(guān)S1，（2.2）開(kāi)關(guān)S2，毫安表的示數(shù)為10.0mA，記錄此時(shí)毫安表的示數(shù)。計(jì)算得到流過(guò)樣品池的電流I1為（2.3）mA。

③（2.4）開(kāi)關(guān)S2，毫安表的示數(shù)為15.0mA，記錄此時(shí)毫安表的示數(shù)。計(jì)算得到流過(guò)樣品池的電流I2為（2.5）mA。

④斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S1，測(cè)量并記錄鹽水的溫度。

（3）根據(jù)上述數(shù)據(jù)，計(jì)算得到樣品池兩電極板間待測(cè)鹽水的電阻為（2.6）Ω，進(jìn)而可求得該溫度時(shí)待測(cè)鹽水的電導(dǎo)率。

題空2.1為把原理圖轉(zhuǎn)換為實(shí)物圖。要使R4與毫安表和R3并聯(lián)，該導(dǎo)線應(yīng)接到R3的右端接線柱。要正確解答本題空，學(xué)生需要了解電路基本的連接方式——串聯(lián)和并聯(lián)，即“能根據(jù)已有的科學(xué)探究方案，使用基本的器材獲得數(shù)據(jù)”，屬于水平2。

題空2.2和題空2.4為判斷開(kāi)關(guān)S2是閉合還是斷開(kāi)。結(jié)合兩次毫安表的示數(shù)分別為15.0mA和10.0mA，根據(jù)閉合電路歐姆定律和部分電路歐姆定律，可得第③步中電路的總電阻小于第②步中電路的總電阻，再由串聯(lián)與并聯(lián)的電阻關(guān)系，說(shuō)明第③步中開(kāi)關(guān)S2是閉合的、第②步中開(kāi)關(guān)S2是斷開(kāi)的。要正確解答本題空，學(xué)生需要根據(jù)題目中的數(shù)據(jù)關(guān)系，運(yùn)用閉合電路歐姆定律、部分電路歐姆定律，以及串聯(lián)、并聯(lián)的電阻大小關(guān)系，即“能分析數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)其中規(guī)律，形成合理的結(jié)論，用已有的物理知識(shí)進(jìn)行解釋”，屬于水平4。

題空2.3和題空2.5為求流過(guò)樣品池的電流大小。由題空2.2的解答結(jié)果可知，第②步中開(kāi)關(guān)S2斷開(kāi)，由部分電路歐姆定律和串并聯(lián)電路關(guān)系得I1=ImA1R3R4+ImA1=400 mA。由題空2.4的解答結(jié)果可知，第③步中開(kāi)關(guān)S2閉合，由部分電路歐姆定律和串并聯(lián)電路關(guān)系得I2=ImA2R3R4+ImA2=600mA。要正確解答本題空，學(xué)生需要運(yùn)用部分電路歐姆定律，以及串聯(lián)、并聯(lián)電路關(guān)系，即“能分析數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)特點(diǎn)，形成結(jié)論，嘗試用已有的物理知識(shí)進(jìn)行解釋”，屬于水平3。

題空2.6為求待測(cè)鹽水的電阻大小。根據(jù)題空2.2和題空2.3的解答結(jié)果，由閉合電路歐姆定律、部分電路歐姆定律、串并聯(lián)電路關(guān)系得E=I1R2+ImA1R3+I1R。根據(jù)題空2.4和題空2.5的解答結(jié)果，由閉合電路歐姆定律、部分電路歐姆定律、串并聯(lián)電路關(guān)系得E=I2R2+ImA2R3+I2R。根據(jù)以上兩式，可得樣品池兩電極板間待測(cè)鹽水的電阻R為100Ω。要正確解答本題空，學(xué)生需要正確解答題空2.2、題空2.3、題空2.4、題空25，還要運(yùn)用閉合電路歐姆定律、部分電路歐姆定律，以及串聯(lián)、并聯(lián)電路關(guān)系，即“能用多種方法分析數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)規(guī)律，形成合理的結(jié)論，用已有的物理知識(shí)進(jìn)行科學(xué)解釋”，屬于水平5。

兩道實(shí)驗(yàn)題題空，沒(méi)有考查水平1的題空，可能是因?yàn)樗?要求太低，不適合在選拔性考試中出現(xiàn)；難度呈現(xiàn)進(jìn)階趨勢(shì)，即首問(wèn)都比較簡(jiǎn)單（為水平2），末問(wèn)都比較復(fù)雜（為水平5）。并且，題空之間存在關(guān)聯(lián)，如題空1.3與題空1.1、題空1.2相關(guān)聯(lián)，題空2.6與題空2.2、題空2.3、題空2.4、題空2.5相關(guān)聯(lián)。只要關(guān)聯(lián)處出現(xiàn)錯(cuò)誤，就會(huì)導(dǎo)致后續(xù)設(shè)問(wèn)解答出錯(cuò)，無(wú)形中增大了題目的出錯(cuò)率。

三、教學(xué)建議

高中課標(biāo)指出，不同（學(xué)業(yè)質(zhì)量）水平之間具有由低到高逐漸遞進(jìn)的關(guān)系［6］，高考物理實(shí)驗(yàn)試題也呈現(xiàn)了逐級(jí)考查的特點(diǎn)。這啟發(fā)我們?cè)诟咧形锢韺?shí)驗(yàn)教學(xué)中，應(yīng)依據(jù)學(xué)業(yè)質(zhì)量水平，帶領(lǐng)學(xué)生以器材為基礎(chǔ)、以方法為重點(diǎn)、以原理為主線、以綜合為思路，逐級(jí)突破。

（一）以器材為基礎(chǔ)

器材是指常用的實(shí)驗(yàn)器材，如長(zhǎng)度測(cè)量器材包括刻度尺、游標(biāo)卡尺、螺旋測(cè)微器等，時(shí)間測(cè)量器材包括時(shí)鐘、秒表、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、電火花計(jì)時(shí)器等，質(zhì)量測(cè)量器材包括天平、桿秤等，電學(xué)量測(cè)量器材包括電流表、電壓表、電阻箱、多用電表等。以器材為基礎(chǔ)，是指要掌握器材基本的測(cè)量原理、使用方法、讀數(shù)規(guī)則等。

例如，人教版高中物理必修第一冊(cè)“測(cè)量紙帶的平均速度和瞬時(shí)速度”實(shí)驗(yàn)教學(xué)，教師引導(dǎo)學(xué)生以刻度尺、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器為基礎(chǔ)，重視刻度尺讀數(shù)規(guī)則：刻度尺數(shù)值單位是cm；最小分度值是1mm；小于1mm要分成十等份去估讀。這樣，當(dāng)學(xué)生遇到如題空1.1這樣涉及刻度尺讀數(shù)的問(wèn)題時(shí)，就能快速、準(zhǔn)確得到讀數(shù)。

（二）以方法為重點(diǎn)

方法是指解決物理問(wèn)題的方式和辦法。方法包括學(xué)科方法和思維方法：學(xué)科方法屬于強(qiáng)認(rèn)知方法，體現(xiàn)學(xué)科特點(diǎn)，可遷移性弱；思維方法屬于弱認(rèn)知方法，貫穿各門(mén)學(xué)科，可遷移性強(qiáng)。［7］以方法為重點(diǎn)，是指方法處于解決實(shí)驗(yàn)問(wèn)題的中心位置（如圖5所示）：自然現(xiàn)象通過(guò)方法得到物理知識(shí)，物理知識(shí)通過(guò)方法得到函數(shù)關(guān)系，函數(shù)關(guān)系通過(guò)方法得到拓展應(yīng)用，方法把自然現(xiàn)象、物理知識(shí)、函數(shù)關(guān)系、拓展應(yīng)用聯(lián)系起來(lái)。

例如，人教版高中物理必修第三冊(cè)“電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的測(cè)量”實(shí)驗(yàn)教學(xué)，教師引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注部分電路規(guī)律法、閉合電路規(guī)律法、串聯(lián)電路規(guī)律法、并聯(lián)電路規(guī)律法。這樣，當(dāng)學(xué)生遇到題空2.3這樣的問(wèn)題時(shí)，通過(guò)方法遷移，就可以比較自如地得到答案。

（三）以原理為主線

原理是指實(shí)驗(yàn)原理，常為物理公式。以原理為主線，是指原理貫穿實(shí)驗(yàn)的始終，即用原理去挑選器材、用原理去安排順序、用原理去處理數(shù)據(jù)、用原理去分析誤差、用原理去設(shè)計(jì)創(chuàng)新等。原理既是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)，也是解決問(wèn)題的歸宿。

例如，人教版高中物理選擇性必修第一冊(cè)“測(cè)量玻璃的折射率”實(shí)驗(yàn)教學(xué)，教師先在黑板上板書(shū)實(shí)驗(yàn)原理——折射率公式n=sinisinr，再引導(dǎo)學(xué)生思考：通過(guò)公式中的n，可以選擇實(shí)驗(yàn)器材為透明玻璃；通過(guò)sinθ=ac，若令c=1，則sinθ=a，從而不要用量角器測(cè)量角度i、r，只要用刻度尺測(cè)量角度對(duì)邊長(zhǎng)度a即可，且簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)處理；通過(guò)n=sinisinr，還可以分析測(cè)量誤差是偏大還是偏小。學(xué)生找到了實(shí)驗(yàn)原理，就找到了解題路徑，實(shí)驗(yàn)試題無(wú)論怎么設(shè)問(wèn)（如題空1.2），只要從原理上去思考，就能夠輕松找到解題方法。

（四）以綜合為思路

綜合是指在頭腦中把事物或?qū)ο蟾鱾€(gè)部分、各種屬性聯(lián)合為一個(gè)整體。以綜合為思

路，是指在解決實(shí)驗(yàn)問(wèn)題時(shí)，把與該問(wèn)題相關(guān)的各種知識(shí)作為一個(gè)整體，進(jìn)行全面分析。

例如，人教版高中物理必修第三冊(cè)“電池電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻的測(cè)量”實(shí)驗(yàn)教學(xué)，教師引導(dǎo)學(xué)生以電路為思維起點(diǎn)，綜合考慮與電路相關(guān)的知識(shí)整體：閉合電路歐姆定律與部分電路歐姆定律、串聯(lián)電路規(guī)律與并聯(lián)電路規(guī)律、純電阻電路與非純電阻電路，以及它們對(duì)應(yīng)的電壓、電流、電阻、電熱、電功、電功率之間的關(guān)系，得到如表2所示的表格。構(gòu)建了這樣的知識(shí)結(jié)構(gòu)，當(dāng)學(xué)生遇到如題空2.6這樣的問(wèn)題時(shí)，就能快速明確電路類(lèi)型和其中物理量之間的關(guān)系，進(jìn)而準(zhǔn)確得出答案。

基于“學(xué)業(yè)質(zhì)量水平”分析高考物理實(shí)驗(yàn)試題，不僅可以把握高考物理實(shí)驗(yàn)命題的特點(diǎn)與趨勢(shì)，還可以指導(dǎo)高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施，從而理順教考關(guān)系，實(shí)現(xiàn)“以考促教、以考促學(xué)”。

參考文獻(xiàn)：

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［7］董友軍，朱建山，劉芳.學(xué)習(xí)進(jìn)階視域下的高考物理實(shí)驗(yàn)試題分析與教學(xué)策略——以2022年全國(guó)甲卷物理實(shí)驗(yàn)試題為例［J］.物理實(shí)驗(yàn)，2022（9）：4853.