突出創新，重視原理，改變方法

董友軍 王磊

摘要：分析“八省聯考”物理卷中的實驗題型，發現試題特點有：實驗目的創新，指向物理觀念;實驗裝置創新，指向科學探究和科學態度與責任;實驗設問創新，指向科學思維。結合高考評價體系在本次物理實驗題中的落實情況，得到高中物理實驗教學啟示：突出創新思維、重視實驗原理、改變實驗方法。

關鍵詞：八省聯考;物理實驗題;核心素養

物理是一門以實驗為基礎的學科，承擔著培養學生實踐操作能力的重要作用，物理試題中對實踐操作能力的考查也多依托于實驗。本文立足“八省聯考”8套物理試卷的實驗題型，分析試題特點，提出教學建議。

一、實驗題型概況

8套物理試卷中的實驗題都是一道力學題、一道電學題（除湖北卷第一道為電學實驗、第二道為力學實驗，其他7套試卷都是第一道為力學實驗、第二道為電學實驗）。實驗目的有測量、探究、研究、驗證、改裝、制作等。實驗原理全都體現了物理觀念，7個實驗考查運動與相互作用觀念，9個實驗考查能量觀念。選用的關鍵實驗器材，有傳統器材，如打點計時器;也有先進器材，如單晶硅太陽能電池。除了重慶卷力學實驗，其他所有實驗都畫出了實驗裝置圖像。在數據呈現過程中，除了遼寧卷力學實驗，其他所有實驗都有測量數據圖像。題目來源方面，8道源于《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“課標”），8道源于2019年版人教版高中物理教材（以下簡稱“教材”）;其中，4套試卷（湖南卷、湖北卷、遼寧卷、福建卷）一道源于課標、一道源于教材，河北卷和廣東卷兩道都源于課標，江蘇卷和重慶卷兩道都源于教材。

二、實驗創新：指向學科核心素養

課標指出，高中物理課程注重體現物理學科本質，培養學生物理學科核心素養。物理學科核心素養主要包括物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任。本次考試16道實驗題都很好地體現了核心素養的考查。

（一）實驗目的創新：指向物理觀念

物理觀念主要包括物質觀念、運動與相互作用觀念、能量觀念等要素。實驗目的是實驗教學的起點，在做實驗前必須要明確實驗目的，培養學生的目標意識。

16道實驗題中，有3個探究性實驗、2個研究性實驗、1個制作性實驗，指向物理觀念，體現了實驗目的的創新。比如，廣東卷電學實驗“探究LED燈的伏安特性曲線”，指向物質觀念和能量觀念;福建卷力學實驗“研究物體沿斜面運動的規律”，指向物質觀念和運動觀念;湖北卷電學實驗“制作一個火災報警系統”，指向物質觀念、能量觀念和相互作用觀念。

（二）實驗裝置創新，指向科學探究和科學態度與責任

科學探究是指基于觀察和實驗提出物理問題、形成猜想和假設、設計實驗與制訂方案、獲取和處理信息、基于證據得出結論并作出解釋，以及對科學探究過程和結果進行交流、評估、反思的能力。實驗裝置是實驗器材的組合體。通過實驗裝置，可以測量實驗數據，達到實驗目的，可以說，實驗裝置是科學探究的物質基礎。

除了重慶卷力學實驗，其他15道實驗題都在實驗裝置上有所創新，即在課標或教材實驗裝置基礎上有所拓展。比如，湖南卷力學實驗，通過光電門、氣墊導軌等實驗裝置，把研究對象放在斜面上測量重力加速度。裝置創新，引導高中物理實驗教學，不墨守成規、因循守舊，要勇敢使用新器材完成舊實驗，指向科學探究能力的培養。

社會責任主要包括認識科學、技術、社會、環境關系，以及遵守道德規范、保護環境并推動可持續發展的責任感。實驗器材是完成實驗必需的物品。器材不同，實驗的過程便不同、實驗的思維也不同。

16道實驗題的關鍵實驗器材有很多是創新器材，包括力傳感器、氣墊導軌、光電門、LED燈、單晶硅太陽能電池、熱敏電阻、馬鈴薯電池、光敏電阻、精密元件等。這些創新器材，能夠激發學生的創新意識，鼓勵學生去研制更加先進的器材，同時也讓學生感受到先進器材的優勢，體會到科學、技術、社會、環境之間相互促進的關系，從而培養學生的科學態度與責任。

（三）實驗設問創新：指向科學思維

科學思維主要包括模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新等要素。實驗設問是在指實驗題中設置需要學生回答的問題。

16道實驗題在設問時均力求突破常規套路，考查科學思維。比如，廣東卷力學實驗，要求通過圖像信息分析誤差：“觀察圖1中拉力峰值隨時間變化規律，試分析造成這一結果的主要原因。”這有效考查了學生的模型建構和科學推理素養。

再如，遼寧卷電學實驗，依據實驗研究結果進行應用：“該同學注意到智能手機有自動調節屏幕亮度的功能，光照強度大時屏幕變亮，反之變暗。他設想利用光敏電阻的特性，實現‘有光照射光敏電阻時，小燈泡變亮;反之變暗的功能，設計了如圖2所示電路，則電路中（填‘R1或‘R2）為光敏電阻，另一個為定值電阻。”已知實驗結論，再進行實際應用，可以強化學生的科學論證和質疑創新素養。

三、高考評價體系在實驗題中的落實情況

高考評價體系主要由“一核”“四層”“四翼”三部分組成，其中，“四翼”為考查要求，即“基礎性、綜合性、應用性、創新性”，回答“怎么考”的問題。本次“八省聯考”物理實驗題的“四翼”落實情況如下：

（一）廣東卷

1.第11題：力學實驗“驗證機械能守恒”。

共有4個設問：求重力勢能減少量，屬于基礎性考查;求動能增加量，屬于綜合性考查;分析拉力峰值減少原因，屬于創新性考查;選哪種密度小球能減少誤差，屬于應用性考查。

2.第12題：電學實驗“探究伏安特性曲線”。

共有4個設問，分別為：連接滑動變阻器，屬于基礎性考查;電路連線，屬于綜合性考查;根據現象分析電路故障，屬于應用性考查;根據伏安特性曲線求功率，屬于綜合性考查。

（二）湖南卷

1.第11題：力學實驗“測量重力加速度”。

共有4個設問：用光電門記錄時間判斷勻速，屬于基礎性考查;游標卡尺讀數，屬于基礎性考查;求重力加速度，兼具綜合性、應用性和創新性考查;分析測量值小于真實值的原因，屬于應用性考查。

2.第12題：電學實驗“探究伏安特性曲線”。

共有5個設問：補齊數據，作伏安特性曲線，屬于基礎性考查;根據曲線判斷電阻是否為常數，屬于基礎性考查;求短路時電流，屬于基礎性考查;求電動勢，屬于基礎性考查;根據曲線估算最大輸出功率，屬于綜合性考查。

（三）湖北卷

1.第12題：電學實驗“制作火災報警系統”。

共有6個設問：求熱敏電阻阻值，屬于基礎性考查;比較測量值與真實值的大小，屬于基礎性考查;判斷熱敏電阻性質，屬于基礎性考查;找出連線有誤的地方，兼具綜合性和應用性考查;求電阻箱阻值，屬于應用性考查;求連入電路電阻阻值，屬于應用性考查。

2.第13題：力學實驗“測量動摩擦因數和重力加速度”。

共有5個設問：寫出加速度表達式，屬于綜合性考查;計算加速度的數值，屬于基礎性考查;比較測量值與真實值大小，屬于應用性考查;求動摩擦因數，兼具應用性和創新性考查;求重力加速度，兼具應用性和創新性考查。

（四）河北卷

1.第11題：力學實驗“驗證力的平行四邊定則”。

共有4個設問：游標卡尺讀數，屬于基礎性考查;計算彈力增加量，屬于綜合性考查;先畫力的圖示，再求合力，屬于綜合性考查;分析小鉤碼重力對結果的影響，屬于應用性考查。

2.第12題：電學實驗“測量電源電動勢和內阻”。

共有5個設問：選測量馬鈴薯電池的電動勢和電阻的最優電路，屬于綜合性考查;選測量新干電池的電動勢和電阻的最優電路，屬于綜合性考查;根據描點，畫出U-I圖像，屬于基礎性考查;通過U-I圖像求電動勢，屬于綜合性考查;通過U-I圖像求內阻，兼具綜合性和應用性考查。

（五）遼寧卷

1.第11題：力學實驗“測量重力加速度”。

共有3個設問：實驗器材選擇，屬于綜合性考查;求重力加速度大小，屬于綜合性考查;改變條件對重力加速度測量的影響，屬于綜合性考查。

2.第12題：電學實驗“探究光敏電阻與光照關系”。

共有4個設問：寫出光敏電阻與電壓關系，屬于綜合性考查;補齊數據，作U-d特性曲線，屬于基礎性考查;依據數據得出結論，屬于綜合性考查;將結論應用于新電路，屬于綜合性考查。

（六）福建卷

1.第11題：力學實驗“研究斜面運動”。

共有3個設問：數據計算，屬于基礎性考查;判斷s-t2關系，屬于基礎性考查;求加速度，屬于綜合性考查。

2.第12題：電學實驗“測試電流性能”。

共有3個設問：電阻箱讀數，屬于基礎性考查;在微安表上標出指針，屬于基礎性考查;求電阻箱需設置的電阻，屬于綜合性考查。

（七）重慶卷

1.第11題：力學實驗“研究勻變速運動”。

共有3個設問：求相鄰兩點時間間隔，屬于基礎性考查;求中間時刻瞬時速度，屬于基礎性考查;求加速度，屬于綜合性考查。

2.第12題：電學實驗“電流表改為電壓表”。

共有4個設問：滑動變阻器電阻值選擇，屬于綜合性考查;求電流表內阻，屬于綜合性考查;電流表改電壓表電阻的連接方式，屬于基礎性考查;求連接電阻的阻值，屬于基礎性考查。

（八）江蘇卷

1.第12題：力學實驗“測量動摩擦因數”。

共有5個設問：實驗步驟排序，屬于基本性考查;求加速度，屬于綜合性考查;先描點，再作出f-M圖像，屬于綜合性考查;求動摩擦因數，屬于綜合性考查;誤差分析，兼具綜合性和創新性考查。

2.第13題：電學實驗“電流表改為歐姆表”。

只有1個設問，求刻度3應標注的電阻值，屬于綜合性考查。

可以看出，本次16道實驗題的設問，基礎性考查最多，綜合性考查和應用性考查次之，創新性考查最少，難度適中，較好地落實了高考評價體系的考查要求。

四、教學啟示

高考評價體系將“引導教學”納入核心功能，有利于理順教考關系，增強以考促學的主動意識。教學與考試，相對獨立，又相互促進。當二者協調發展時，形成教考和諧的局面，會推動教育進步，當二者不匹配時，就會阻礙教育改革的推進。通過上述對“八省聯考”物理實驗題的分析，我們可以得到如下教學啟示：

（一）突出創新思維

創新是實驗的生命力，也是實驗的閃光點。高考實驗以課標和教材實驗為基礎，這引導高中物理實驗教學，既要重視課標和教材實驗，也要在其基礎上有所拓展和創新，培養學生的遷移能力和創新思維。

對于同一個物理量，嘗試用不同的測量工具，可以用常見工具也可以用陌生工具，可以用傳統工具也可以用先進工具。如測量加速度，重慶卷、江蘇卷用了比較傳統的工具——打點計時器;遼寧卷、湖南卷、湖北卷、廣東卷用了比較先進的工具——光電門及力傳感器，福建卷則用了比較陌生的工具——在光滑傾斜的軌道上裝有若干可沿軌道移動的框架。通過運用不同的測量工具，學生經歷不同的思路，這對發展學生的能力和素養有很好的促進作用。

（二）重視實驗原理

實驗原理是解決問題的歸宿，一旦確定了實驗原理，那么解決實驗問題都要從原理去思考。高考實驗題的設問，都從原理開始，以原理為中心選取器材、組合裝置、確定步驟、處理數據、分析誤差等。如用Δx=x2-x1=at2測量加速度，就始終圍繞該公式去分析問題和解決問題。學生抓住了實驗原理，就抓住了實驗本質，無論怎么考查，只要從原理上去思考，就能找到解題的方向，從而正確完成實驗問題。

（三）改變實驗方法

方法是指人們為了認識世界和改造世界等目的而采用的，并可以將其應用于其他類似情境中的某一類手段或途徑的統稱。愛因斯坦說：“走出校門后，把學校里學的知識全部忘記，剩下的東西就是教育”。這里“剩下的東西”，某種程度上指的就是方法。物理實驗對于某個物理量的測量，可以變化不同的方法，通過不同方法的實驗，提升學生對物理方法應用的靈活性。如測量加速度，本次“八省聯考”就出現了5種不同的方法：湖南卷的v2B-v2A=2al 、湖北卷的a=vB-vAΔt12、遼寧卷的h=v0t+12gt2 、福建卷的s=12at2 、重慶卷的x2-x1=at2。

*本文系廣東省廣州市黃埔區2020年度教育科學規劃課題“基于學習進階的中學物理教學設計研究”（編號：2020096）的階段性研究成果。

參考文獻：

[1] 教育部考試中心.中國高考評價體系：函套[M].北京：人民教育出版社，2019.