深入分析實驗試題特點,有效規劃實驗備考策略

吳愛兄 王波 李開武 張國玉

實驗在中學物理教學中的地位不言而喻，深入理解物理實驗有助于學生建立正確的物理概念，加深對物理規律的認識，增強分析問題和解決問題的能力，所以對物理實驗的考查一直是高考的重要內容和形式．自２０２０年北京市實施等級考試以來，高考物理卷對實驗的考查較前幾年有了明顯的變化．面對新的高考形勢，我們只有深入分析試題特點和考試趨勢，才能有效規劃實驗備考策略，真正做到有效教學，提升備考效率．

１ 北京高考物理實驗試題特點分析

１.１ 加大了實驗覆蓋面、分值占比，拓寬了考查形式從２０１３年到２０１７年，北京高考物理實驗試題的數量和分值一直未變，考查的內容和形式基本穩定．

２０１８年、２０１９年作為新舊高考的過渡之年，實驗試題較以前開始有所變化，２０２０年物理正式采用學業水平等級考試，近４年的實驗內容考查在２０１９年的基礎上進行了改革創新．表１對近８年北京高考物理試卷中與物理實驗有關的試題做了統計．

從表１可以看出２０１７年之前實驗題的分數占比穩定在２０％，試題的位置一直是第１９題和第２１題．第１９題以選擇題的形式考查學生的推理分析能力;第２１題以一個完整的實驗從實驗原理的理解、實驗儀器的選擇使用、實驗數據的處理分析等多角度考查學生的綜合實驗能力．２０１８年之后實驗考查有了明顯變化，從試題數量上看，２０１８年、２０１９年在１２道物理題中與實驗直接相關的有４道，占試題總數的三分之一，分數占比達到了３３％．２０２０年進入新高考，之后的高考試題中的實驗考查數量明顯增多，分值占比為３０％左右．從題型上看，既有選擇題，又有填空題（實驗題中），２０２２年的壓軸題也直接與實驗相關，將理論考查與實驗考查融會貫通．從試題內容上看，既有演示實驗也有分組實驗，既有思維實驗也有設計實驗．

１.２ 深化關鍵能力考查，突出思維品質，關注創新能力

加大關鍵能力的考查力度是新高考命題改革的主要方向．通過深入分析近４年北京物理實驗題的命題特點（如表２），我們發現新高考以來實驗題除了考查學生對實驗原理的理解、對實驗操作的規范，以及對數據的處理等常規內容之外，還注重考查學生的模型建構和實驗方案的設計能力，同時增加了思想實驗的考查．考查的重點放在了對學生科學思維水平、科學探究能力和綜合應用所學解決實際問題的能力上，聚焦思維過程和思維品質．

２ 沖刺階段物理實驗復習的策略建議

通過對表１和表２的深入分析，我們發現新高考以來物理實驗考查堅持以能力考查為主旨，以發展學生的實驗技能、遷移能力、探究能力及創新能力為指導思想，注重對實驗的基本操作、基本方法和基本原理的考查，以鑒別學生是否達到了實驗能力的基本要求;突出設計性實驗與探究性實驗的考查，以鑒別學生是否具備通過實驗進行探究、創新的核心素養;側重對實驗數據的處理及實驗過程中思維能力的考查，以鑒別學生是否具備主動應用科學方法和科學思維解決問題的核心素養．因此，在沖刺階段我們對實驗的復習一定要立足基礎、重視能力、提升思維．

２.１ 回歸教材：整合梳理實驗目的，理解實驗原理

２０２１年、２０２２年的第１５題均是以三個具體的實驗背景展開問題設計，一方面打破了歷年一道實驗題考查一個實驗的模式，增加了實驗覆蓋面，另一方面從關注對一個實驗的全面理解轉向對學生實驗素養的整體考查，拓展了實驗能力考查的方式．因此在后期的實驗復習中要以實驗能力為落腳點，對教材實驗進行有效的整合梳理．我們可以從實驗目的出發圍繞實驗探究的思路對教材中的每一個學生實驗進行整合．思考每一個實驗需要“測量哪些物理量”“用什么儀器測”“怎么測”“測得準不準”“還可以怎樣測”“哪種測法更好”．比如教材中“探究加速度與力、質量的關系”的實驗就給出了兩種實驗方案（如圖４）．

我們可以從實驗原理、操作、誤差等方面對不同方案進行對比分析，找到實驗的核心點，拓展實驗方法．我們也可以從核心儀器出發，對比分析同一實驗儀器在不同的實驗中的使用方法，比如在力學中我們可以從“打點計時器”這一實驗儀器出發整合梳理所有應用它的實驗，在電學中從“滑動變阻器”梳理相關實驗．

我 們還可以從核心方法出發梳理用圖像處理實驗數據的方法，系統思考“有哪些實驗可以用圖像處理數據”“做什么圖像”“怎樣建立坐標系”“怎樣描點”“怎樣畫線”“怎樣計算”“同一實驗不同的圖像處理有什么不同”“遇到沒有做過的圖像問題怎么辦”等．通過這樣的系統梳理，幫助我們建立實驗的知識體系，深入了解不同實驗儀器的使用，形成策略性的設計實驗、處理數據、分析誤差的方法．

２．２ 重溫實驗：落實基礎技能，關注真實問題，提升問題解決能力

學生對任何知識的認知都是一個不斷建構的過程，沖刺階段我們還要引導學生帶著教材上的知識和習得的理論進入實驗室，進行實際實驗操作．只有通過動手實操學生才能把知識納入認知結構，才能提高對實驗原理和方法的理解，才能發現書面分析發現不了的問題．

北京高考物理試題一直致力于把做過實驗和沒做過實驗的考生區別出來，引導物理教學，以教材中的演示實驗和分組實驗為基礎，堅持做實驗、想實驗、用實驗，凸顯實驗的綜合性、開放性、應用性和探究性．因此我們在沖刺階段要有規劃、有目的地進入實驗室．

我們可以在進入實驗室之前對每個實驗進行系統地梳理思考：“應用什么實驗原理做實驗”“怎樣操作實驗”“會看到哪些實驗現象”．在實驗時我們要關注：“儀器如何正確使用”“哪些地方操作不當會增大實驗誤差”“如何減少實驗誤差”“看到了什么實驗現象”“還發現了哪些問題”．

在實驗后我們要做深入的分析：“看到的實驗現象與預測是否相同”“是實驗錯誤還是誤差”“如何進一步處理問題”“可不可以應用你所學的理論知識分析發現的問題”．我們只有通過這樣的分析才能發現真實的實驗問題，才能像科學家一樣學會思考．比如我們認真觀察“沙擺”實驗時（如圖５），學生會發現沙子并不是均勻分布的，拉動的速度不同圖像也會有所不同，再應用原理深入分析，從而深化對物理規律的理解，發現真實的實驗問題，最終有效地應用規律解決問題．

２.３ 拓寬思維：延伸實驗內涵，提升實驗思辨能力

高考實驗，尤其是設計性實驗和創新思維實驗，靈活性強，想通過單純的做題梳理將每一種題型復習得面面俱到，幾乎是不可能的，因此要想做到面對各種試題時處變不驚，實現有效遷移應用，唯有從實驗思想和實驗方法角度入手提高對實驗方法的感知力，提升實驗思辨能力．我們可以關注教材中的相近實驗進行思辨分析．如物理教材選擇性必修第二冊中有兩個實驗裝置非常相近的實驗（如圖６），分別在教材“安培力”與“渦流、電磁阻尼和電磁驅動”后的習題中．

另外，許多同學不能準確地分析實驗現象，主要原因是對實驗的原理不清晰，沒有理解每一個實驗的內涵而僅憑實驗的儀器和實驗表象相似進行盲目套用．因此對于后期的實驗復習要引導學生透過實驗現象分析實驗的原理，提升思辨能力和推理論證能力．我們還可以關注教材中的每一個實驗方案，進行有效的追問．比如在“探究平拋運動豎直分運動的特點”的實驗中，要分別改變小球距地面的高度和小錘擊打的力度，多次重復這個實驗，要弄清楚“為什么要分別改變高度和力度”“改變高度的目的是什么”“改變力度的目的是什么”“僅做一次實驗可不可以”，這樣的有效追問可以提升學生的證據意識和解釋說明能力．

總之，后期的實驗復習我們要一手抓基礎，一手提能力;一邊系統梳理，一邊動手實踐，緊緊把握高考的脈搏，以有效提升科學素養和探究能力為目標，走進實驗室，回歸教材，提煉科學方法和物理思想．