研江苏高考实验题 展“云实验”教学策略＊

季志锋

（江苏省西亭高级中学，江苏 南通 226301）

1 真题研习

1.1 真题回放

题1.（2014年江苏高考物理试卷第10题）某学生通过实验测量一种合金的电阻率.

（1）用螺旋测微器测量合金丝的直径.为防止读数时测微螺杆发生转动，读数前应先旋紧题如图1（甲）所示的部件____（选填“A”、“B”、“C”或“D”）.从图中的示数可读出合金丝的直径为____mm.

图1

（2）题图1（乙）所示是测量合金丝电阻的电路，相关器材的规格已在图中标出.合上开关，将滑动变阻器的滑片移到最左端的过程中，发现电压表和电流表的指针只在图示位置发生很小的变化.由此可以推断：电路中______（选填图中表示接线柱的数字）之间出现了______（选填“短路”或“断路”）.

（3）在电路故障被排除后，调节滑动变阻器，读出电压表和电流表的示数分别为2.23V和38mA，由此，该学生算出接入电路部分的合金丝的阻值为58.7Ω.为了更准确地测出合金丝的阻值，在不更换实验器材的条件下，对实验应做怎样的改进？请写出两条建议.

题2.（2014年江苏高考物理试卷第11题）小明通过实验验证力的平行四边形定则.

（1）实验记录纸如图2（甲）所示，O点为橡皮筋被拉伸后伸长到的位置，两弹簧测力计共同作用时，拉力F1和F2的方向分别过P1和P2点；一个弹簧测力计拉橡皮筋时，拉力F3的方向过P3点.3个力的大小分别为F1＝3.30N，F2＝3.85N和F3＝4.25N.请根据图中给出的标度作图求出F1和F2的合力.

（2）仔细分析实验，小明怀疑实验中的橡皮筋被多次拉伸后弹性发生了变化，影响实验结果.他用弹簧测力计先后两次将橡皮筋拉伸到相同长度，发现读数不相同，于是进一步探究了拉伸过程对橡皮筋弹性的影响.

实验装置图2（乙）所示，将一张白纸固定在竖直放置的木板上，橡皮筋的上端固定于O点，下端N挂一重物.用与白纸平行的水平力缓慢地移动N，在白纸上记录下N的轨迹.重复上述过程，再次记录下N的轨迹.

两次实验记录的轨迹如图2（丙）所示，过O点作一条直线与轨迹交于a、b两点，则实验中橡皮筋分别被拉伸到a和b时所受拉力Fa、Fb的大小关系为_______.

图2

（3）根据（2）中的实验，可以得出的实验结果有哪些？______（填写选项前的字母）

（A）橡皮筋的长度与受到的拉力成正比.

（B）两次受到的拉力相同时，橡皮筋第2次的长度较长.

（C）两次被拉伸到相同长度时，橡皮筋第2次受到的拉力较大.

（D）两次受到的拉力相同时，拉力越大，橡皮筋两次的长度之差越大.

（4）根据小明的上述实验探究，请对验证力的平行四边形定则实验提出两点注意事项.

1.2 真题习得

2014年江苏卷实验题的考查和往年相比，在内容上一道力学实验题和一道电学实验题的格局没有改变；在题型上一道基本实验操作题和一道创新实验操作题的形式也基本没变.这两道实验题，在题干情境的建立上虽然都是以基础的实验情境为载体，但是实现新的突破，凸显了实验的操作性、应用性和思辨性.

（1）由“考实验”向“做实验”转变.

阅读这两道实验题，宛如一个人正亲历实验，并将自己所操作的实验一步一步地展示给读者，实验情境设置充分展现了实验的操作性.另外，在问题的考查上，也重视实验操作的考核，如题1的第1问，为防止读数时测微螺杆发生转动，读数前应先旋紧题图1（甲）所示的哪个部件，只要求学生选填符号，而不是写出名称，出题的落脚点就是操作，只要学生真正地使用过一次，就是说不出其名称，也能正确地选填.再如，题2的第1问，要求根据图中给出的标度利用作图求出F1和F2的合力，这是探究求合力的方法或验证力的平行四边形定则实验中的最基本的实验操作，同时也是较重要的实验环节，只有正确的画出力的图示，才能得出结论.学生只有本着科学、严谨的态度认真作图，才能减小误差，然后通过多次实验的比较、判断得到较为科学的结论.

这两道实验真题，在情境和问题设置上均立足于实验的操作，实现了从对实验原理单一的考查到重视实验操作考查的转变，突出真做实验的教学价值，回归实验的本真.

（2）由“读实验”向“用实验”转变.

题1的第2问，其实就是利用伏安法测电阻，电路简单，此处出现的故障确也是实验操作时时常出现的故障.图1（乙）中电压表示数几乎满偏、电流表示数几乎为0，说明电压表与电源连接的部分是导通的，而电流表与合金丝、电源连接的电路是不导通的，电流表上虽有很小的示数，也只是测得流经电压表上的电流.问题的设置改变以往借单一表述来设置问题情景考查电路中的故障分析，即用语言来描述电路中电压表、电流表的示数变化，而是直接呈现实验中出现的情境，让学生身临其境用实验的现象（电表指针的位置）来分析问题.由此，笔者联想起多年前曾担任教师实验技能竞赛评委时的情形，与题中情境如出一辙，但是令人震惊的是竟有多位选手没能正确排除故障而完成实验，这折射出我们实验开设率不高，学生真正独立实验的机会甚少.题2的第3问更是根据实验中得到的情境直接应用实验的数据来分析问题，选项（B）、（D）不就是实验直接反映出来的规律吗？

这两道实验真题，充分利用实验的情境来设置问题，体现了实验的目的，实现了实验的价值.开展实验的目的总是为了解决问题或验证规律，以实验的情境为载体来设置问题，更能体现实验的探究性和灵动性，更能反映学生的实验能力、分析能力，同时也能折射出实验的真做率.

（3）由“识实验”向“辨实验”转变.

这两道实验真题都是以实验的情境来设置问题让学生对实验数据进行分析与论证的，改变了以往纯粹的理论考查，如给个阻值便问电流表需要内接还是外接.问题从实验中来，到实验中去，践行了陶行知“做学教合一”的理念，彰显了实验的功效性和思辨性.

（4）由“练实验”到“真实验”的转变.

这两道实验真题，远远超越了对学生实验技能、实验能力以及实验中分析问题、解决问题能力的考查，超越了作为选拔性考试习题的功效，更深远的是对实验的教学有着巨大的推动作用.实验教学岂能只凭几道实验习题的讲解，需要切实放手让学生真实验，让学生在实验情境中建立经验，形成知识，真正应用知识分析、解决问题，形成开放性思维，养成科学探究的意识.

2 “云实验”教学策略

笔者深知实验教学对学生发展、民族复兴的重要性，深知倡导当下实验教学开设的紧迫性，结合以上对2014年江苏实验真题的分析和正在研究的省级课题“基于创新学力培养的高中物理‘云实验’教学研究”，摭谈几点“云实验”教学策略.

（1）创设“云实验”情境激思维.

云实验是为了探寻某一确定的本质、规律和概念而提供的众多、可供选择的实验途径、方案（可以是确定的实验器材，可以是生活实景、小制作，还可以是基于数字化的动画或网络的虚拟实验室，甚至可以是基于实验需求基础上想象的实验情境），对应所呈现的物理思维、所涉及的实验原理和方法、实验的操作以及所得的实验现象都具有相应的不确定性，最终每位学生可以根据自己的兴趣、爱好和需求选择，实现同一个目标，同时通过交流展示使每个学生获得尽可能宽广的思维方式的一系列试探性操作［2］.

例如，笔者开设的“验证机械能守恒定律”一节实验课中，鉴于实验原理相对较为简单，笔者提供丰富的实验器材，例如，铁架台、重物、打点计时器、纸带、圆弧斜槽、小球、小车、长木板、气垫导轨、光电门等，由学生根据自己的知识基础、认知能力自主设计实验.学生在小组讨论的基础上形成了以下多种个性化的实验方案.

方案1：建立重物自由下落的实验情境（书本实验），利用打点计时器和纸带来处理物体下落的高度及对应的速度.

方案2：建立小球沿圆弧轨道运动的实验情境，利用刻度尺直接测量小球在圆弧上下滑的高度，小球从斜槽末端飞出的速度可以利用光电门来测量或者利用平抛运动的知识来处理.

方案3：建立重物牵引小车沿长直木板运动的实验情境，利用打点计时器和纸带来处理物体下落的高度及对应的速度.

方案4：建立重物牵引滑块沿气垫导轨运动的实验情境，将光电门之间的距离设为重物下落的高度，利用光电门记录的时间，以及遮光片的宽度来求解物块的瞬时速度.

云实验情境的建构，是基于“做”的原则，让学生在做中学，让教师在做中教，在劳力上劳心.劳心就是思维，学生根据“云实验”情境，通过审慎思考选择适合自己的研究方案，使知识的建构和应用更接近自己的生活、更接近自己的心理.在劳力上劳心，是一切发明之母，事事在劳力上劳心，便可得事物之真理［3］.云实验教学正是基于“做学教统一”的教育理念上提出的，劳力上劳心，不仅要培养学生的实验技能，更要不断激发学生的思维，培养学科思辨的方式.

（2）“按需服务”促自主.

云实验中“云”的理念借鉴于云计算理念，狭义的云计算指IT基础设施的交付和使用模式，在远程的数据中心，大量电脑和服务器连成一片，按照各自的需求进行存储和运算，即通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的资源，即体现在服务的按需性.云实验教学中，教师和学生共同营造云实验情境，以生活实景、科技创作、网络模拟以及科学想象为载体［4］，学生根据个人的兴趣爱好、现有生活经验、知识储备、能力结构和认知水平，选择适合自己的研究途径，设置个性化的研究方案，独立实验以达到预定的学习目标.如上述“验证机械能守恒定律”一课，笔者提供给大量的器材，不同的学生根据自己的实际选择了不同的器材，设计了个性化的实验方案，殊途同归，共同验证了同一个规律，且规律的得来都源自于学生亲身经历.此时，学生的自我活动也就真正的开始，即学生在教师的指导下，进行能动的、有意义的创造性活动.

“云实验”教学的基调就定格在让学生自主活动，提供宽广的学习场景，学生通过自主活动建立实际经验，通过实验数据的采集、整理、分析加深对经验的理解，完成知识的自我建构.正如佐藤正夫所说，从实际经验及直接感知（直观）所获得的明晰、正确而且是恒久的表象，对掌握知识、发展知识，将会产生巨大的效果.［5］

（3）“交流展示”提学力.

“云实验”教学中创新学力的提升不仅表现在学生通过自主活动获得直接的生活经验与具体的直观事实，并由此开始生动活泼地发展认识与思考力，还体现在小组内的合作讨论以及小组间的交流展示中，不断通过思维的碰撞，生成新的善辩性思维.

例如上述“验证机械能守恒定律”一课，虽然实验的结论已知，但实验的途径、方法和过程并没有告诉学生，这样验证机械能守恒定律的过程也就具有探究的性质了.学生独立设计验证这个规律的实验方案，并按照自己的实验方案进行实际操作、观察、测量、记录和处理实验数据.在实验时，学生可能会遇到许多预料不到的问题.例如学生在利用小球沿圆弧轨道下滑的实验情境验证机械能守恒定律时，设计的实验方案可行，但从实验数据上来看，实验误差很大（误差超过50%），小组通过分析找出实验误差的原因——小球与斜槽之间的摩擦不能忽略，测量小球沿轨道下滑的高度不准确和利用平抛运动来求解小球运动到斜槽末端的速度误差较大等.再如，在小组间交流展示中，其他学生针对利用重物自由下落来验证机械能守恒定律的小组提出：“实验中是如何减小实验误差的？”经过组内讨论和其他同学的补充，最终形成共同的观点：在器材选择时，应选择密度较大、体积较小的铁锤；实验操作时，应将打点计时器的限位孔固定在竖直方向上；在纸带释放前，将限位孔上端的纸带竖直拉直等.又如，利用重物牵引小车沿长直木板运动的实验情境来验证机械能守恒定律时，发现小车与长木板及纸带与限位孔之间存在摩擦，总使得实验中重物减小的重力势能略小于系统增加的动能，小组间讨论是否可以采用平衡摩擦的方法来进行实验，经改善实验后发现重物减小的重力势能比不平衡摩擦力时更接近系统增加的动能，由此外推到如果长木板水平，不考虑一切阻力时，重物减小的重力势能等于系统增加的动能.

总之，2014年江苏高考实验真题是考查实验的一次大胆的变革，也是回归实验本真的一次成功的实践，势必对实验教学产生深远的影响.

1 中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准［S］.北京：人民教育出版社，2003.

2 季志锋.基于培养创新学力的高中物理“云实验”教学［J］.实验教学与仪器，2013（6）：15.

3 陶行知，胡晓风等编.陶行知教育文集［M］.成都：四川教育出版社，2007：178.

4 季志锋.摭谈基于创新学力培养的高中物理“云实验”教学［J］.物理通报，2013（9）：4.

5 ［日］佐藤正夫著钟启泉译.教学原理［M］.北京：教育科学出版社，2002：267.