培养探究思维 落实物理核心素养

摘   要：2020年全国Ⅰ卷理综电学实验题，紧扣新课程标准，以伏安法测电阻为背景，考查学生图象的应用，以及常用的口诀“小外大内”，但又跳出常规，把电表内阻均设为已知，对学生的应试心理是个考验，要求学生能正确理解实验原理，正确处理实验数据，正确使用有效数字。体现了对学生的数据处理能力、问题、证据与解释等物理核心素养的考查。

关键词：物理高考;核心素养;教学启示

2019年版新教材把每个实验都独立出来作为一节，可见实验的重要地位;这几年的高考试题也在逐步提升实验题的质量，在逐步强化物理实验能力和物理学科核心素养的考核。如全国I卷，这两年命题从注重考查考生基于理解实验原理的基础上的实验操作技能，也慢慢在倾向于侧重考查学生猜想假设、设计实验、动手做实验、记录数据、处理数据、误差分析、实验创新等能力。只有真正动手做过实验、深入思考过的学生，才能对真实实验情境生成的问题得心应手。

1  试题及解析

某同学用伏安法测量一阻值为几十 ？赘的电阻Rx，所用电压表的内阻为1 k？赘，电流表内阻值为0.5 ？赘，该同学采用两种测量方案，一种是将电压表跨接在图1（a）所示电路的O、P两点之间，另一种是跨接在O、Q两点之间。测量得到如图1（b）所示的两条U-I图线，其中U与I分别为电压表和电流表的示数。

回答下列问题：

（1）图1（b）中标记为Ⅱ的图线是采用电压表跨接在        （填“0、P”或“O、Q”）两点的方案测量得到的。

（2）根据所用实验器材和图1（b）可判断，由图线     （填“Ⅰ”或“Ⅱ”）得到的结果更接近待测电阻的真实值，结果为（保留1位小数）。

（3）考虑到实验中电表内阻的影响，需对（2）中得到的结果进行修正，修正后待测电阻的阻值为        （保留1位小数）。

解析：

（1）依题意可知该实验为伏安法测电阻，若把电压表接在OP之间为外接法，因为电压表的分流作用，使得测起来阻值偏小;若把电压表接在OQ之间为内接法，因电流表的分压作用，使得电阻的测量值偏大。由图1（b）可知斜率表示待测电阻Rx，I图线的斜率较大为内接法测量得到的，所以I的图线是接在OQ之间测量得到的，II图线为接在OP之间测量得到的。

（2）依题意可知，待测电阻Rx为几十 ？赘、电压表的内阻为1 k？赘、电流表的电阻为0.5 ？赘，由此待测电阻为大电阻应采用内接法测量误差比较小。所以图线I的测量值更接近于待测电阻的真实值，由图1（b）可知I的斜率为50.5，所以图线I的电阻测量值为50.5 。

（3）由（2）问可知，图线I采用的是内接法测量的电阻，且测量值为50.5 ？赘，但是由于电流表内阻的分压作用，所以R测=Rx真+RA，因此修正后待测电阻的阻值为Rx真=R测-RA=50.0 。

2  命题立意

2.1  今年电学实验内容考查与往年较为不一样

笔者就全国Ⅰ卷理综物理近10年关于电学实验考题分析（如表1），近10年高考对实验的考查都是“一力一电、一大一小、一易一难”的形式，其中第一题主要为力学常规题，分值较少，侧重考察基本原理和仪器读数，第二题多数为电学实验，侧重考查学生实验迁移能力，只有2011年和2020年两年考在实验第一题，难度相对简单且考查的分值较少。2012年至2019年均出现在实验题第二题。今年电学实验相比往年考题更侧重考察基础性和综合性，基础性并不一定是简单或者送分，而是代表学生掌握该知识的必要性，今年的电学实验看似简单，实则不易，若是对实验原理理解不够透彻或者不会从图象获取有效数据，则很难做对。

2.2  U-I图象的出现，突出培养学生作图能力和根据图象分析解决问题的能力的重要性

本题通过U-I图象考查学生获取和处理信息等综合能力。新高考注重对学生基本原理的理解考查，对学生从图象获取信息和解决问题能力的考查。新任务、新情景对原理分析、方法选择、数据处理、误差分析等能力要求较高。平均值法、逐差法、图象法、列表法、公式法等数据处理方法反复考查，尤其是图象法，作图与图象分析是热点与亮点[ 1 ]。往年全国Ⅰ卷电学实验涉及到图象的题也是不少，如2018年的R-t图象，2017年的I-U图象，2014年的-R图象。

3  教學启示

3.1  进行“有限教导”，让学生充分地参与实验教学

在教学中，“有限教导”的目的在于让学生的心智通过学习得到充分的锻炼[ 2 ]。教师在引入实验教学时应先激发学生的学习兴趣，调动起学生探究的欲望，然后引导学生进行科学的猜想假设，尝试性设计实验方案，接下来让其进行自主探索，在探索过程中给予适当的点拨和方法指导。通过实验构建物理观念，体会物理思想方法，培育各种科学探究的能力，让学生充分体会得到实验结论的成就感。高考实验题，往往来源于教材实验，但又不拘泥于教材，所以教师在上实验课时，还应该引导学生实验创新，适当也可以引入DIS实验系统，激发学生对现代科学探究的强烈欲望。

如在“验证牛顿第二定律”的实验时，教师在实验教学之前一定要先引导学生对小车进行受力分析，让学生通过自己的受力分析知道平衡摩擦力的目的是为了使小车的合外力就是等于绳子拉力;引导学生通过对小车和钩码整体隔离法的分析知道，其小车在钩码作用下向下加速时，绳子拉力T是略小于钩码重力mg的，只有满足m<

3.2  更加重视数据处理和作图技能培养

在物理实验探究过程中经常设计图象法的使用，可以说图象法是物理实验探究的一种基本方法，它贯穿于整个物理实验探究活动中，是进行科学研究的一种基本方法[ 3 ]。利用图象法，在处理数据和实验误差分析时往往可达到“一图抵千言”的效果，如在伏安法测电阻的实验中，根据所测的多组U和I的数据，可以更直观看出内接法和外接法的适用条件以及进一步可以进行误差分析;在探究加速度与力、质量的关系的实验时，均可以很直观地从a-F图象和a-图象看出加速度和合外力、质量的关系。修订版的教材更加注重实验的深入与实践探索，那么除了想办法让学生动手做实验，还要更加重视引导学生数据处理，特别是利用图象法处理数据，这是一个培养学生物理科学探究和科学思维能力的很有效方法。因此，在一线实验教学过程中，更要重视图象法的应用，一定要让学生动手描点画图，并且可以通过交流合作尝试得到结论。

3.3  误差分析及有效数字

基于《新课程标准》对实验和误差的要求，修订版的教材在第一个学生实验前新增了一节实验中的误差和有效数字，目的是让学生学会尊重实验事实，尊重实验误差存在的必然性，及取有效数字的必要性;同时也要求教师在一线教学过程中应更加重视培养学生实事求是、科学严谨的态度[ 4 ]。在教学中发现，如果能利用这些误差产生的事实，让学生深入分析并进行探索，不仅可以让学生更好地理解物理原理，同时可以提高他们对自然界探索的信心[ 2 ]。要重视这一节课的内容，在理解系统误差、偶然误差的基础上，还要引导学生从实验原理出发，探索减小误差的方法。

参考文献：

[1] 蔡丽心.培养科学思维落实物理核心素养——2019全国Ⅰ卷理综第21题评析及启示[J].中学理科园地，2019，15（4）.

[2] 罗祖兵. 深度教学：“核心素养”时代教学变革的方向[J]. 课程.教材.教法，2017，37（4）：20-26.

[3] 陆静菊. 图象法在高中物理教学中的应用研究[D].江苏：苏州大学，2014.

[4] 陈静珠. 高中物理典型实验中的系统误差分析与改进方法的研究[D].山东：山东师范大学，2019.