基于学科核心素养的高考物理实验题的研究*

袁卫民

(保定市第二中学 河北 保定 071000)

物理是一门以实验为基础的自然科学，实验不仅是中学物理教学的重要内容，也是教学的一种重要方式、手段．物理实验题作为高考的必考题目，既考查了基础知识的掌握情况即物理观念，又考查了科学探究过程，同时也考查了学生设计性思维和创新性思维等科学思维．高考全国Ⅰ卷物理实验试题几乎没有一个照搬课本中的实验，命题都是本着“来源于教材而不拘泥于教材”的原则，因此高中物理实验教学要更加注重对学生的实验探究能力以及设计性思维、创新性思维等科学思维的培养．

本文以2019年高考全国Ⅰ卷理综物理实验试题为例，对考查的物理学科核心素养以及对物理实验教学的启示做一分析．

1 高考试题分析

【例1】(第22题)某小组利用打点计时器对物块沿倾斜的长木板加速下滑时的运动进行探究．物块拖动纸带下滑，打出的纸带一部分如图1所示．已知打点计时器所用交流电的频率为50 Hz，纸带上标出的每两个相邻点之间还有4个打出的点未画出．在A,B,C,D,E5个点中，打点计时器最先打出的是______点．在打出C点时物块的速度大小为______m/s(保留3位有效数字)；物块下滑的加速度大小为______m/s2(保留2位有效数字)．

图1 例1题图

解析:物块沿倾斜的长木板加速下滑，速度开始小，所打的点密，因此打点计时器最先打出的是A点；根据匀变速直线运动的中间时刻瞬时速度等于平均速度，可求得C点速度大小为 0.233 m/s；根据Δx=aT2可求得物块下滑的加速度大小为0.75 m/s2．

评析:本题将刻度尺的使用与测定物块的速度和加速度融合在一起，考查获取实验数据、分析处理实验数据、得出结论的基本实验能力．

考查的必备知识：基本仪器刻度尺的读数、研究匀变速直线运动.

关键能力：基本仪器的读数、实验数据的处理.

核心素养：定性分析与定量计算相结合进行科学推理，获取实验数据，基于数据得出结论进行科学探究．

【例2】(第23题)某同学要将一量程为250 μA的微安表改装为量程为20 mA的电流表．该同学测得微安表内阻为1 200 Ω，经计算后将一阻值为R的电阻与微安表连接，进行改装．然后利用一标准毫安表，根据图2(a)所示电路对改装后的电表进行检测(虚线框内是改装后的电表)．

图2 例2题图

(1)根据图2(a)和题给条件，将图2(b)中的实物连线．

(2)当标准毫安表的示数为16.0 mA时，微安表的指针位置如图2(c)所示，由此可以推测出改装的电表量程不是预期值，而是______．(填正确答案标号)

A．18 mA B．21 mA

C．25 mA D．28 mA

(3)产生上述问题的原因可能是______．(填正确答案标号)

A．微安表内阻测量错误，实际内阻大于1 200 Ω

B．微安表内阻测量错误，实际内阻小于1 200 Ω

C．R值计算错误，接入的电阻偏小

D．R值计算错误，接入的电阻偏大

(4)要达到预期目的，无论测得的内阻值是否正确，都不必重新测量，只需要将阻值为R的电阻换为一个阻值为kR的电阻即可，其中k=______．

解析:(1)将一量程为250 μA的微安表改装为量程为20 mA的电流表, 需将一阻值为R的电阻与微安表并联，连线如图3所示．

图3 电表改装连线图

(2)当标准毫安表的示数为16.0 mA时，微安表的指针位置在160，因此满偏示数为250时，对应为25.0 mA，因此选项C正确．

(3)微安表与阻值为R的电阻并联，则两者的电压相等，即IgRg=(I-Ig)R,因此I偏大是由于Rg偏大或R偏小造成的，因此选项A，C正确．

(4)根据IgRg=(I-Ig)R，则

0.25Rg=(25-0.25 )R

0.25Rg=(20-0.25 )kR

评析:试题以电流表的改装实验为背景，依据原理设计电路，连接实物图；然后对电表进行校准，发现基于现象与实际不符的问题，并给出科学的解释；通过分析、推理论证，寻找产生问题的可能原因，并结合实验原理提出解决问题的方案，给予修正；从而真正实现由解题向解决问题转变．本题重点考查了科学探究中关于证据和解释的要素，全面考查学生的实验探究能力．

考查的必备知识：并联电路电流、电压的关系，电流表的改装、校正.

关键能力：设计实验、实验操作、分析现象、问题的分析与排除.

核心素养：设计性思维和创新性思维等科学思维，以及问题、证据、解释等科学探究要素．

2 教学启示

(1)研读课程标准，更新教学理念

高考物理实验试题设置探究性或开放性的问题情境，创设真实的实验环境，通过分析、讨论或解释，考查科学思维和科学探究等核心素养．

科学思维是物理学科核心素养中最重要的要素之一．在解答实验题时，需基于实验目的、实验器材、实验要求等事实建构物理模型即实验原理，需基于实验数据等事实证据和科学推理对所得结论提出质疑和批判，进行检验和修正，进而提出创造性见解．

通过设计新颖的实验情境，以问题为导向，要求考生将物理实验知识、方法和技能与新的情境相结合完成实验,在较高的层次上考查考生的实验探究能力．

(2)注重培养实验方法，提高科学探究能力

实验教学是物理教学的重要组成部分，在实验教学中不能仅重结论，要通过再现实验设计、操作过程来渗透物理思想，启发学生思路，培养概括、分析、推理能力．例如验证动量守恒定律的实验，实验设计是利用“等高平抛”的等时性，把无法直接测量的物理量(速度)，转化为可直接测量的物理量(位移)，蕴含了等效转化的思维方法；用油膜法测分子直径，就是把不能观察到的微观分子通过其自身的累积成为可观察的宏观油滴的体积和油膜面积的测量，运用了累积的思维方法．实验的思想、方法是实验的灵魂，在实验教学中不仅要注重学生实验操作技能的提高，更要重视实验方法的指导和深化，有意识让学生体会物理实验的思想、方法．

近几年的高考题重点考查学生设计实验的能力，要求学生能根据要求灵活运用已学过的物理结论、实验方法和仪器设计简单的实验方案并处理相关的实验问题．对设计实验，学生需要正确的理论分析，将理论与实验相结合分析实验原理和过程，突出考查了学生实验设计和探究能力．物理实验教学中可通过创设问题情境，让学生思考应怎样设计实验，为什么这样设计，能否换一种方法，在此基础上，通过不同的实验方案，深刻理解实验原理，培养学生实验设计能力，提升学生的物理学科核心素养．