源于教材异于教材

何永健��

1引言

高中物理新课程提出：学生应该在科学探究中受到提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验等七项科学探究要素的训练培养，具体达到27项物理实验能力的要求，物理高考试题对实验内容的考查也是紧紧围绕这些要求命题的.综观近年来的高考物理实验题，大都来源于教材，虽然“探究实验”、“设计性实验”、“创新实验” 等新词不断出现，但教材提供的演示实验、学生实验等经典实验仍然是所有实验命题的基础， 这也完全符合新课程对学生实验能力的考查要求.因为，新課程提出的培养学生的探究和创新能力要求，是建立在符合高中学生的思维发展、实际认知基础和物理知识水平上，而不能有不符合学生实际的过高要求.

近年来，全国及各省、市的自主命题试卷中的实验题在内涵新颖、材料丰富的实验背景下，大多采用陈题出新，注重考查学生利用基本实验原理和方法解决实际问题的能力，试题由知识立意逐渐转变为能力立意，这种“源于教材，异于教材”的命题思路，对中学物理新课程的实验教学起着良好的导向作用，也是今后高考实验命题的基本趋势，对这一课题的研究不仅有利于今后高考实验的复习，而且会对物理课程改革有极大的启示和帮助.下面就此问题谈点看法与感想，与各位同仁交流和共享：

2典型实例

2.1拓展延伸型

例1（2007年全国理综22题第2小题） 碰撞的恢复系数的定义为e=v2-v1v20-v10，其中v10和v20分别是碰撞前两物体的速度，v1和v2分别是碰撞后物体的速度.弹性碰撞的恢复系数e=1，非弹性碰撞的e<1.某同学借用验证动量守恒定律的实验装置（如图1所示）验证弹性碰撞的恢复系数是否为1，实验中使用半径相等的钢质小球1和2（它们之间的碰撞可近似视为弹性碰撞），且小球1的质量大于小球2的质量.

实验步骤如下：

安装好实验装置，做好测量前的准备，并记下重锤线所指的位置O.

第一步，不放小球2，让小球1从斜槽上A点由静止滚下，并落在地面上.重复多次，用尽可能小的圆把小球的所落点圈在里面，其圆心就是小球落点的平均位置.

第二步，把小球2 放在斜槽前端边缘处C点，让小球1从A点由静止滚下，使它们碰撞.重复多次，并使用与第一步同样的方法分别标出碰撞后小球落点的平均位置.

第三步，用刻度尺分别测量三个落地点的平均位置离O点的距离，即线段OM、OP、ON的长度.

上述实验中，

①P点是平均位置，

M点是平均位置，

N点是平均位置.

②请写出本实验的原理，写出用测量量表示的恢复系数的表达式.

③三个落地点距O点的距离OM、OP、ON与实验所用的小球质量是否有关系？.

点评此题是根据学生实验“验证碰撞中动量守恒”的基本原理和步骤设计的一道源于教材又高于教材的实验题，试题取材于普通物理力学中的碰撞实验内容，与教材中“验证碰撞中动量守恒”实验所不同的是，将普通物理中的“碰撞的恢复系数的定义” 的有关内容迁移到本题，符合新课程强调过程与方法在新的情景下的可移植性要求，这样做，既拓展了学生的知识视野，考查了学生的自主学习和快速获取信息的能力，又提高了试题的新颖度，构建了精彩巧妙的实验情景，对涉及到的物理字母含义均作了充分的说明，为解题作了有效的铺垫，使试题既新颖别致、立意深远又没有脱离教材.将原实验中用平抛运动规律研究碰撞后两球的运动情况，碰撞小球、被碰小球在碰撞前后的落点的平均位置点等各知识点直接迁移到试题之中，体现了对基础知识、基本技能和迁移能力的考查，突出了对学生活化知识、自主学习、创造创新等多种能力的考查.

2.2多个实验整合型

例2（2009年福建卷）某研究性学习小组为了制作一种传感器，需要选用一种电器元件.题中有该电器元件的伏安特性曲线图（图略），有同学对其提出质疑，须先进一步验证该伏安特性曲线，实验室备有下列器材：

器材（代号）规格

电流表（A1）量程0～50 mA，内阻约为50 Ω

电流表（A2）量程0～200 mA，内阻约为50 Ω

电压表（V1）量程0～3 V，内阻约为10 kΩ

电压表（V2）量程0～15 V，内阻约为25 kΩ

滑动变阻器（R1）阻值范围0～15 Ω，允许通过最大电流为1 A

滑动变阻器（R2）阻值范围0～1 KΩ，允许通过最大电流为100 A

直流电源（E）输出电压6 V，内阻不计

开关（S）导线若干

①为提高实验结果的准确程度，电流表应选用；

电压表应选用；滑动变阻器应选用.（以上均填器材代号）

②为达到上述目的，请在图2虚线框内画出正确的实验电路原理图，并标明所用器材的代号.

③若发现实验测得的伏安特性曲线与图中曲线基本吻合，请说明该伏安特性曲线与小电珠的伏安特性曲线有何异同点？

相同点：

；

不同点：.

点评从表面上看，此题是一个“新题”，不属于教材实验的熟悉内容，但认真研究后却看到，此题是由“测定金属的电阻率”、“描绘小灯泡的伏安曲线”、“传感器的简单使用” 三个基本实验整合串接而成，也是一道“源于教材，异于教材” 的典型好题.涉及电流表的内接和外接、滑动变阻器的分压和限流接法、电路设计的原则和仪器仪表精度的选用、利用图象进行数据分析处理等重点实验考查内容，是在教材原始实验基础上的重组与创新，主要是考查学生对电学仪表的使用技能，学生对基本电路连接的实践动手能力，学生的物理实验素养.在此基础上，进一步考查学生是否能灵活的运用学过的实验知识、实验方法、仪器去处理、分析、研究一些未做过的实验，包括用教材原始实验的设计原则迁移到新实验进行实验设计等，完全符合新课程的考查要求.

3基本类型的特点

从以上两例可以看出，这种具有“源于教材，异于教材”命题特点的实验试题的表述、构成形式虽各不相同，但考查目标却是完全一致的，试题情景十分新颖，整合性和创造性极强，主要考查学生的实验操作能力、实验设计能力、实验数据的处理分析能力和对操作过程的综合迁移能力，充分体现了新课程重视实验过程、重视综合实验素质的精神.除以上两种类型外，还有以下几种类型：

3.1重視过程型

如2012年云南卷，第23题是一个典型的创新实验，通过探究安培力来测定磁场大小和方向，情景新颖自然，富有创造性，很好的考查了平时实验教学的落实达标情况，以及学生的动手能力、实验设计能力和综合分析能力，充分体现了新教材中重视过程、注重培养学生实验创新和迁移能力的主旨.

3.2 注重探究型

如2012年四川卷的第22题的（2）小题，表面上看是对“测定小灯泡的伏安特性曲线” 的考查，而实际上是在此材料背景下对电路的探究设计，涉及到对电表的改装、电表的内接和外接、电表量程的选用等教材原始实验和实验基本素养的考查，重视对实验过程的迁移探究等综合能力的考查.

3.3对实验方法在不同情境下的迁移型

如2000年的全国卷，在“研究平抛运动”这个实验，数据处理方法就是把

打点计时器纸带数据处理的方法迁移过来，由Δs=At2迁移平抛运动竖直方向Δy=gT2；2009年的宁夏卷，实验题在“测定金属丝的电阻率”的实验中，把“测电源电动势和内阻”实验中图象处理数据的方法迁移过来等.虽然很多物理高考实验试题设置的情境不同，但是实验原理和实验方法依然是学生所熟悉的教材内容，真所谓“ 万变不离其本”，主要考查学生的自主学习能力、知识联想能力、应变能力和迁移能力.

4对实验教学的启示

4.1扎实完成各种实验，全面落实课程的实验要求

从以上对高考物理实验试题的类型特点分析看，高考物理实验试题都是在教材原始实验的基础上加工衍变而成的，内容涉及高中全部的演示和分组实验内容，主要考查物理实验的基础知识和基本能力.因此，物理实验教学必须要回归实验课堂，扎实全面完成各类实验，使学生亲自动手独立完成实验，对实验原理、实验器材、实验步骤、实验的数据处理等都有切身的感受和体验，彻底纠正“做实验不如讲实验、背实验”的教学偏见，通过长期的培养训练要求，将实验内容情境化，将实验过程动态化、可操作化，增加自己的实验情景储备，逐步使这些实验知识和技能上升内化为实验的综合能力.

4.2设计一些实验探究练习，有效地培养学生的实验迁移和探究能力

教师既要重视课程标准规定的学生实验，又要在此基础上有新的拓展和提高，可以有意设计一些探究实验让学生操作和练习.如学生在做必修二《验证机械能守恒定律》的实验时，有几个组的电磁打点计时器在纸带上打出的“迹点”是双点，实验结束后教师组织学生一起探究解决这个问题，到底是什么原因造成的？师生共同分析了产生这个问题的各种原因后，主要归纳为两种：

一是由电磁打点计时器的电压过高或过低引起的；二是由于仪器的固有频率发生改变而引起的.

然后师生一起通过实际实验来研究问题产生的真正原因，原来是长期使用中，使计时器紧固螺丝的松紧程度和振动片的长度发生改变，使仪器的固有频率发生改变而引起的，并不是电压过高或过低引起的.通过对这个问题的探究，学生对探究练习兴趣浓厚，信心大增，有效地培养了学生的实验探究意识，不放过实验中的任何一个疑点.关键是通过一些课内的生成性问题，引导和培养学生的质疑和探究习惯.

4.3重视实验的开放性、多变性和创造性，极大地培养学生的创新精神

高中物理新课程在学生实验的编排中改变了旧教材中实验方法只有一种的单调模式，而是设计了多种实验方案供学生根据实验条件选择，这就为启发学生的思维创造性提供了极大的便利.不仅如此，我们还可以对实验教学的内容进行合理的变化，通过改变器材、条件，变化数据处理方法，以及改变实验原理、目的来增强学生的创新意识，最大限度地培养创新

精神.

4.4重视实验过程，培养学生的实验综合能力

物理新课程显著地提高了物理实验的位置，实验过程既是教学的有效手段，又是物理学的重要内容，特别是对实验过程的考查在物理高考试题中已得到了充分体现，这也将是今后高考物理实验考题命题的重点.要提高学生对实验过程的综合迁移能力，关键是让学生亲自动手做实验，真正使学生经历体验实验过程.如果学生不亲自动手做实验，很难发现问题，真正难以形成实验能力，学生只有在不断使用实验仪器的过程中，才能真正掌握其使用方法，只有在不断地动手实践中，才能培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，因此，教师应当有效的增加学生亲自动手实践的机会，开放实验室，使一些未能达到实验目标和有探究练习需求的学生在课余时间到实验室中继续练习，千方百计地增加物理实验过程对学生感官、思维等的刺激和感受，积累大量的实验表象，为在实验新情境下进行实验知识和技能的迁移奠定扎实的基础，真正有效地培养学生的实验综合能力.