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浅析高考物理实验创新考查及应对策略李秀海

发表时间：2020/11/30 来源：《中国教师》2021年1月作者：李秀海

[导读]

李秀海山东省乳山市第一中学
中图分类号：G688.2 文献标识码：A 文章编号：ISSN1672-2051（2021）01-093-02

        创新教育在高中教学中具有重要的作用，它是培养学生创新精神和创新能力的基础，也是现阶段高中教学的重要内容。创新教育能够培养学生分析问题、解决问题的能力，通过模仿不断积累经验，不断学习，进而孕育创新，这是事物发展的过程，也是事物从量变到质变的过程。物理是一门建立在实验基础上的学科，人们对物理学的认识必须建立在实验基础上，实验创新考查是教学评价的有效方式，也是考高考查的大趋势。
        创新实验题在近年来高考题中频繁出现，创新实验可分为迁移类实验、应用型实验、设计型实验、“研究性学习”类实验等类型。
        1. 迁移类实验：这类实验题具有如下特点：它们基本上都不是课本上现成的实验，但其原理、方法以及所要求的知识均是学生所学过的，即用“学过的实验方法”、“用过的仪器”进行新的实验，以考查其基本实验能力和理解、推理、迁移的能力。
        示例1：请完成以下两小题。
        （1）某同学设计了如图所示的装置来探究加速度与力的关系。弹簧秤固定在一合适的木板上，桌面的右边缘固定一支表面光滑的铅笔以代替定滑轮，细绳的两端分别与弹簧秤的挂钩和矿泉水瓶连接。在桌面上画出两条平行线MN、PQ，并测出间距d。开始时将木板置于MN处，现缓慢向瓶中加水，直到木板刚刚开始运动为止，记下弹簧秤的示数F0，以此表示滑动摩擦力的大小。再将木板放回原处并按住，继续向瓶中加水后，记下弹簧秤的示数F1，然后释放木板，并用秒表记下木板运动到PQ处的时间t。
        ①木板的加速度可以用d、t表示为a＝               ；为了减小测量加速度的偶然误差可以采用的方法是（一种即可）                    。
        ②改变瓶中水的质量重复实验，确定加速度a与弹簧秤示数F1的关系。下列图象能表示该同学实验结果的是
        ③用加水的方法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比，它的优点是      。
        a．可以改变滑动摩擦力的大小
        b．可以更方便地获取多组实验数据
        c．可以比较精确地测出摩擦力的大小
        d．可以获得更大的加速度以提高实验精度
        解决这类问题的基本思路和方法是：仔细阅读题目，理解题意，在了解所介绍的实验仪器的基本原理、使用方法的基础上，运用以前所学过的知识、使用过的仪器和做过实验的方法，进行情景迁移、联想类比，就可解决问题。
        2．应用型实验：这类实验题具有如下特点：它们基本上以生活、生产和现代科技中的某一实际问题为背景立意命题，且多以信息题的形式出现，要求学生能够从题给的文字、图表中捕获有效信息，运用所学的基础知识来解答。
        示例2:为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统。光控开头可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件（照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为1x）。某光敏电阻Rp在不同照度下的阻值如下表：
        照度（lx） 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
        电阻(k) 75 40 28 23 20 18
        ①根据表中数据，请在给定的坐标系（见答题卡）中描绘出阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点。

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        ②如图所示，当1、2两端所加电压上升至2V时，控制开关自动启动照明系统，请利用下列器材设计一个简单电路，给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0(1x)时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图。
        （不考虑控制开关对所设计电路的影响）
        提供的器材如下：
        光敏电阻Rp（符号，阻值见上表）；
        直流电源E(电动势3V，内阻不计)；
        定值电阻：R1=10k，R2=20k，R3=40k
        （限选其中之一并在图中标出）；
        开关S及导线若干。
        解决这类问题的基本思路和方法是：在熟悉各种仪器的使用的前提下，仔细阅读题目，理解题意，从题给的文字、图表中捕获有效信息，从中找出规律，通过联想、等效、类比等思维方法建立与新情景对应的物理模型，并在旧知识与物理模型之间架设桥梁，并将旧知识迁移并运用到新情景中去，然后进行推理、计算，从而解决问题。
        3．设计型实验：这类实验一般要求学生根据题目提出的目的、要求和给出的器材，设计出实验方案。要求深刻理解物理概念和规律，并能灵活运用，具有较强的创新能力。能将课本中分组实验和演示实验的实验原理、实验方法迁移到新的背景中，进而设计出实验方案。
        解决这类问题的基本思路和方法是：明确实验目的→设计实验原理→根据实验原理设计多种实验方案→对实验方案进行可行性分析，筛选确定最佳方案→根据所定方案选择实验器材→拟定实验步骤→对实验数据进行处理→得出实验结论，并进行误差分析。值得一提的是，依据不同的实验原理选择不同的实验方案时，应遵循科学性，可行性，精确性，简便、直观性这四条基本原则。
        4．“研究性学习”类实验：这类实验题具有如下特点：以学生在开展研究性学习的活动中所遇到的问题为背景命题，要求学生根据题给条件设计某些实验方案，或给出一些仪器（或实验步骤）来求解某个物理量，或对某些设计出的实验，分析其实验数据得到规律，并对可能产生的误差进行分析。如果试题是要求设计方案，其答案往往具有开放性，侧重考查学生的发散思维能力和创新能力。如果试题是对某些设计出的实验进行数据和误差分析，则要求学生具有扎实的基础知识和实验能力。
        示例3：某探究小组设计了“用一把尺子测定动摩擦因数”的实验方案。如图所示，将一个小球和一个滑块用细绳连接，跨在斜面上端。开始时小球和滑块均静止，剪短细绳后，小球自由下落，滑块沿斜面下滑，可先后听到小球落地和滑块撞击挡板的声音，保持小球和滑块释放的位置不变，调整挡板位置，重复以上操作，直到能同时听到小球落地和滑块撞击挡板的声音。用刻度尺测出小球下落的高度H、滑块释放点与挡板处的高度差h和沿斜面运动的位移x。（空气阻力对本实验的影响可以忽略）
        ①滑块沿斜面运动的加速度与重力加速度的比值为________。
        ②滑块与斜面间的动摩擦因数为__________________。
        ③以下能引起实验误差的是________。
        a．滑块的质量
        b．当地重力加速度的大小
        c．长度测量时的读数误差
        d．小球落地和滑块撞击挡板不同时
        解决这类问题的基本思路和方法是：在熟悉各种仪器的使用方法、基本实验原理、方法和步骤的前提下，仔细阅读题目，理解题意，根据题给要求，广泛联想，设计出合理的实验方案即可。当然，所设计出的方案应尽可能简单、方便。对于数据处理和误差分析的试题，则应根据题目所给的文字、图表等信息进行分析，找出各物理量之间的关系（定性或定量的关系）并总结出其变化规律，把握问题的本质特征。
        在物理实验教学中，教师应引导学生对物理实验具有正确的认识，然后在此基础上再进行深层次探究性实验。教师应当促进学生进行验证性或设计性实验，并在实验中不断促进学生进行专题性试验。教师不仅要促进学生反复使用已经掌握的知识，还应当使学生掌握一些新知识，只有这样才能使学生具有创新能力的基础。此外，学生在实验中不仅要获取新知识，同时还应当对已学知识进行重新回顾，使学生在实验中熟练应用物理知识，这也是学习新知识的基础。