突出重圍 勇于創新——2009年理科綜合全國卷Ⅰ實驗題評析

王進峰 王建峰 韓耀強

(1.海鹽元濟中學,浙江 海鹽 314300;2.海鹽縣教研室,浙江 海鹽 314300)

縱觀2009年理科綜合全國卷Ⅰ物理試題,體現了物理的學科特點,嚴謹而又新意十足,特別是實驗題的設計讓人耳目一新,設計經典而又不落俗套,考查學生是否具有扎實的實驗技能,是否具備開闊的專業視野,是否具有不拘一格的創新精神,確實讓人感受到了新課程改革前進的有力步伐.下面對全國卷Ⅰ物理實驗題作一評析.

1 試題簡析

圖1

題目 22.如圖 1 所示的電路中,1、2 、3、4、5、6 為連接點的標號.在開關閉合后,發現小燈泡不亮.現用多用電表檢查電路故障,需要檢測的有:電源、開關、小燈泡、3根導線以及電路中的各連接點.

(1)為了檢測小燈泡以及3根導線,在連接點1、2已接好的情況下,應當選用多用電表的_______檔.在連接點1、2同時斷開的情況下,應當選用多用電表的________擋.

(2)在開關閉合情況下,若測得5、6兩點間的電壓接近電源的電動勢,則表明________可能有故障.

(3)將小燈泡拆離電路,寫出用多用電表檢測該小燈泡是否有故障的具體步驟.

簡析:(1)考查電表的基本用法,電路連接好的情況下應該測量電壓,所以選“電壓檔”;在電路斷開的情況下,應該是測量電阻的,實驗選“電阻擋”.

(2)開關已經閉合,但是兩端的電壓接近電動勢,說明5、6兩個觸電接觸不好.燈泡如果短路,5、6兩點完好的話,應該沒有電壓;燈泡如果斷路,5、6兩點同樣沒有電壓.

(3)拆離燈泡的原因就是檢查它的燈絲有沒有斷掉,如果斷了,那么電阻無窮大,否則就是一個比較小的阻值.

題目23.某學生為了探究物體在斜面上運動時摩擦力與斜面傾角的關系,設計實驗裝置如圖2,長直平板一端放在水平桌面上,另一端架在一物塊上.在平板上標出 A、B兩點,B點處放置一光電門,用光電計時器記錄滑塊通過光電門時擋光的時間.

實驗步驟如下:

①用游標卡尺測量滑塊的擋光長度d,用天平測量滑塊的質量 m;

②直尺測量 AB之間的距離s,A點到水平桌面的垂直距離h1,B點到水平桌面的垂直距離h2;

③將滑塊從 A點靜止釋放,由光電計時器讀出滑塊的擋光時間 t;

④重復步驟③數次,并求擋光時間的平均值ˉt;

⑤利用所測數據求出摩擦力 f和斜面傾角的余弦值cosα;

圖2

圖3

⑥多次改變斜面的傾角,重復實驗步驟②③④⑤,作出 f-cosα關系曲線.

(1)用測量的物理量完成下列各式:

②滑塊通過光電門的速度 v=________;

③滑塊運動時的加速度a=________;

④滑塊運動受到的摩擦力f=________.

(2)測量滑塊擋光板長度的游標卡尺的讀數如圖3所示,讀得 d=________.

簡析:(1)①根據斜面的幾何關系,易得

②由于過光電門的時候很快,時間很短,利用擋光板的長度除以擋光時間所得的平均速度來近似代替到達時的瞬時速度,所以

③再利用勻加速運動學方程:vt2-v02=2as,可以算出加速度

④由牛頓第二定律可得:mgsinα-f=ma,而 sinα=聯立可得滑塊運動受到的摩擦力

(2)由十分度的游標卡尺的讀數規則可得

2 試題特點與啟示

2.1 試題特點

分析2009年這兩個實驗題,發現試題的設計不同于往年,呈現這樣幾個特點:

(1)實驗的設計徹底突破了往年修修補補的傳統.往年的實驗題是在課本要求的實驗中選擇1～2個作為“母題”,然后在此基礎上做一些局部的變化,再提出新的要求.這樣的設計有其道理,畢竟高考立足于教材和教學大綱,不能脫離了基礎.但也正是這樣的考慮,一步步把高考實驗逼上了“絕路”,幾乎所有的實驗都被“改裝”一遍,實驗題的考查新意乏陳.但是,2009年實驗題目的設計新穎高調,讓人有脫胎換骨之感.兩個實驗在高考考綱中沒有一模一樣的原型,電學實驗題是尋找電路的故障,力學實驗題是探究摩擦力與斜面傾角的關系.兩個實驗的設計從本質上突破了實驗設計的最后枷鎖:不再狹隘地局限在幾個實驗的“改裝”套路中,而是尋找更廣闊的實驗考察平臺.

(2)實驗知識的考查仍然立足教材,但立意跳出了限制.在形式上擺脫了修修補補的傳統做法后,再深入地分析它所考察的本質知識要求并沒有改變,涉及的內涵知識都是課本和大綱所要求的基礎知識.譬如,第1個實驗考察的就是“電表的使用”,這是重點掌握的實驗之一.再看第2個實驗,考察的是“游標卡尺的使用”、“光電門的使用”、“測物體的速度”等基礎實驗知識.雖然知識要求并沒有加深,但對實驗設計能力和創新能力要求大幅提高.不再是簡單地獨立地考查,而是將它們有機地組合,設計出完整的實驗進程來.立意高,考察全面,真正衡量學生知識的掌握和靈活應用的能力.

(3)實驗命題來源于生活,立足實際.第1個實驗是電路的檢查,故障的查找是電路實驗中一塊重要的知識,也是中學生應該掌握的基本實驗技能之一.生活中經常碰到電路出問題了,解決問題的第1步就是要判斷什么地方出了故障,可以說這是電工知識的基礎,那么學生掌握這樣的知識和技能無疑是實用的,受用終身的.學生不再覺得書本上的知識都是抽象的,沒有實用價值.第2個實驗是有關摩擦力的問題,也是生活中常常碰到的問題,對這樣的問題進行深入地研究,上升到理性的高度,對于學生而言也是新鮮的,知識也是鮮活的.

(4)加強了實驗與數學能力相結合的考察.高中物理的幾個實驗對于數學能力的考察是有限的.事實上,所有物理問題的解決都是通過數學方程來表達和實現的,物理實驗考察學生的數學處理能力是理所當然的.第2個實驗中,對于摩擦力與傾角的關系,需要掌握力的相關知識,求出 f和cosα的表達式,再作出 f-cosα關系曲線,最后得到結果.一個實驗完整地再現了科學研究的各個過程:

問題的提出→設計實驗方案→進行實驗→記錄數據→數據分析(包括建立數學模型)→得到結果

試題可商榷之處:雖然這兩個實驗題目非常新穎,但是也暴露出一些不足,特別是第23題,對于最后的結果沒有進行深入的探討,f-cosα曲線到底是什么形狀?物體在斜面上運動時摩擦力與斜面傾角的關系到底是怎么樣的?唯一遺憾的是這里挖掘不是很到位.

2.2 試題啟示

2009年的理科綜合實驗題部分非常出彩,不僅起到了選拔功能,而且對于今后的實驗教學和高考復習有很好的導向作用.

(1)重視對基本實驗方法和實驗技能的培養.從2009年的實驗題目看,實驗所涉及的原理永遠在課本要求的幾個實驗之中.不能盲目地猜題和押題,還是要重視基礎.特別注重讓學生利用已學知識、原理和方法在題設的條件和情境下,按照題設的要求制定出實驗方案,選擇實驗器材,設計方案等.不能再局限于幾個實驗的照搬照抄,也不要對經典實驗進行簡單、機械地“改裝”,要開闊思路,在課堂上利用一些開放性實驗提煉學生的思維能力,多予關注創新型實驗的設計.

(2)實驗教學應該重點體現探索過程而不僅僅是呈現結果.新課程的中心理念之一便是改變以往的接受式學習為探究式學習,從這兩年的實驗題目看,連續出現讓學生設計實驗過程,或者設計解決方案,問題非常開放.如果學生只記住了實驗的結論,面對這樣的提問,往往會無從下手,因為他們的腦海中沒有這樣的“標準答案”.在實驗教學中,要真正落實探究的學習方式,讓學生參與到發現的過程中去,才能培養他們的思維品質,才能培養他們的實驗能力,學生是在思考和行動中掌握本領,領會知識的.

(3)要關注實驗的拓展練習.如果僅僅局限于讓學生記住幾個實驗,學生在高考時一碰到陌生的題目,很快便會亂了陣腳,不知道知識之間的聯系.如何拓展實驗呢?譬如在練習打點計時器時,可以問學生:利用打點計時器可以解決哪些問題?測量地球重力加速度的方法有哪些?讓學生充分討論,找到各自的方法,充分調動學生的積極性,開拓學生視野,為高考中的實驗變形做好充分的準備.

(4)實驗學習和物理理論學習應該融為一體.實驗的作用不能僅僅停留在教學的輔助手段的層面上,而應該是貫穿在整個教學過程中創造物理情景、探索物理規律,實驗過程就是一個學習探索的過程.(收稿日期:2009-07-05)