源于教材 高于教材——提高高三物理实验复习实效性的教学策略

(1. 江苏省赣榆高级中学，江苏 连云港 222100;2. 江苏省常州市北郊高级中学，江苏 常州 213031)

实验设计与分析能力是物理学科核心素养中科学探究能力的重要组成部分。近年来，物理高考以能力立意为导向，对实验的考查要求逐年提高，因此，提高高三物理实验复习的实效性显得尤为重要。高中物理教材凝聚了物理学家智慧的经典实验以及相关实验素材，为学生的实验探究提供设计原型和范式，可以引领学生经历科学探究的过程，学习科学探究的方法，感悟科学探究的真谛。为此，挖掘教材中实验的复习功能，是提高物理实验复习实效性的重要途径。

1 一“材”多用，提高学生实验器材的使用能力

一“材”多用是指将教材中某个实验的实验器材运用于多个物理实验中，可将不同的物理实验通过实验器材这条主线串联起来进行专题复习。这种专题复习既强化了学生对实验器材作用和使用方法的掌握，又提高了学生实验器材的使用能力，对培养学生的实验能力大有裨益。

在探究“加速度与力、质量的关系”的实验中，渗透了诸多科学研究方法，其中有平衡摩擦力的等效法和控制变量法、小车质量远大于所挂砝码和砝码盘的总质量的实验条件简化法、图像法等。对此实验加以改进，既可以提高实验的准确度，又可以使实验操作简便，如用气垫导轨替代长木板，可不用平衡摩擦力，用力传感器测量合外力不需要考虑小车的质量远大于砝码和砝码盘的总质量的条件，通过用光电计时器测量小车的运动时间，或者用位移传感器，就不需要用打点计时器测量加速度。以此改进实验为背景，通过改变实验条件和仪器设置问题进行专题复习，既不脱离教材又不拘泥教材，体现了开放性、探究性等特点。

“守旧源于封闭，创新出自开放”。利用气垫导轨等器材，可构建创新实验方案，培养学生实验器材的使用能力。

图1

某同学利用如图1所示的装置验证动能定理，在气垫导轨上安装了两光电门1、2，滑块上固定一遮光条，滑块用细线绕过定滑轮与钩码相连。实验时，测出光电门1、2间的距离为L，遮光条的宽度为d，滑块和遮光条的总质量为M，钩码质量为m。

(1) 完成下列实验步骤中的填空：

A． 安装好实验装置，其中与定滑轮及弹簧测力计相连的细线处于竖直状态；

B． 实验时要调整气垫导轨水平，不挂钩码时，接通气源，释放滑块，如果滑块，则表示气垫导轨已调整至水平状态；

C． 挂上钩码后，接通气源，再放开滑块，记录滑块通过光电门1的时间t1和通过光电门2的时间t2，若弹簧测力计的示数为F，则要验证动能定理的表达式为：；

D． 改变钩码的质量，重复步骤C，求得滑块在不同合力作用下的动能变化量ΔEk。

(2) 对于上述实验，下列说法正确的是( )。

A． 滑块的加速度与钩码的加速度大小相等

B． 弹簧测力计的读数为滑块所受合外力

C． 实验过程中钩码处于超重状态

D． 钩码的总质量m应远小于滑块和遮光条的总质量M

用“探究加速度与力、质量的关系”中的实验器材还可以设计测定物块与木板间的动摩擦因数的实验方案，设计利用自由落体运动探究功和动能关系的实验方案，设计研究小车以不同的初速度沿粗糙水平面滑动的距离，得出小车的初动能大小与克服摩擦力做功的情况，以验证动能定理。通过实验原型的创新拓展，强化了学生对气垫导轨、光电门、光电计时器、力传感器等实验器材使用方法的领会和掌握，对培养学生实验器材的使用能力有重要作用。

2 一“理”多用，提高学生物理原理的应用能力

一“理”多用是指将教材中某个实验的物理原理运用于多个实验中，可将不同的物理实验通过实验原理这条主线串联起来进行专题复习。因此,在复习教材中实验时，不要墨守成规，可通过改变实验条件，让学生进行拓展创新，从而获得成功的体验和提高应用物理原理的能力。

“验证力的平行四边形定则”是一个内涵丰富的经典实验，从合力与分力等效的思想和平行四边形定则出发，通过变换实验器材和变化合力与分力的获得方法，实现对实验的改进与创新，提高学生应用物理原理的能力。

图2

如图2所示，通过变换实验器材可以改进实验方案，变化合力与分力的获得方法，可以将弹簧测力计显示分力转换为用钩码所受的重力来表示分力，将弹簧测力计显示合力转换为用重物或钩码所受的重力来表示合力。

3 一“法”多用，提高学生实验方法的迁移能力

一“法”多用是指将高中物理教材中某个实验方法运用于多个实验中，将不同的物理实验通过实验方法这条主线串联起来进行专题复习。一“法”多用式的实验专题复习，既强化了学生对实验方法的领会和掌握，又提高了学生实验方法的迁移能力，对培养学生的实验能力起着重要作用。

在“验证力的平行四边形定则”的实验中，合力与分力是一种等效替代的关系，等效法是该实验的基本思想方法，是指从事物间的效果相同出发，把实际复杂的现象、过程或问题转化为简单的物理现象、过程或问题来研究和处理的方法。

“测定电池的电动势和内阻”是高中物理中重要的实验之一，由于电表的内阻导致采用图3和图4电路接法均存在系统误差，分析该实验的系统误差是此实验的教学难点，用等效法进行分析，既简单方便又易于理解。

图3

图4

对于图4的测量电路，可以把电源和电流表看成一个整体，等效为一个电源。电压表测得的电压就是等效电源的路端电压，电流表测得的电流就是通过等效电源的电流，等效电源的电动势相当于开路时的路端电压，也就是这个电源本身的电动势，等效电源的内电阻就是电源内阻和电流表的电阻之和，即：E′=E,r′=r+RA。

4 一“题”多用，提高学生的分析能力

一“题”多用是指将物理教材中的学生实验或演示实验、章节练习实验题等进行适当的多问、多变，以此衍变出多个实验问题。从一“题”多用的思路出发，将实验题从不同的角度、不同的侧面以及用不同的设计方法进行合理的改造、改编、加工等，形成问题串进行专题复习，以此达到不同的实验复习效果。一“题”多用式的实验专题复习，既强化了学生对实验问题分析方法的领会和掌握，又提高了学生的分析能力，对培养学生的实验能力具有重要意义。

如2018年全国卷Ⅲ中的一道实验题，甲、乙两同学通过下面的实验测量人的反应时间。实验步骤如下：

(1) 甲用两个手指轻轻捏住量程为L的木尺上端，让木尺自然下垂。乙把手放在尺的下端(位置恰好处于L刻度处，但未碰到尺)，准备用手指夹住下落的尺。

(2) 甲在不通知乙的情况下，突然松手，尺子下落；乙看到尺子下落后快速用手指夹住尺子。若夹住尺子的位置刻度为L1，重力加速度大小为g，则乙的反应时间为(用L、L1和g表示)。

(3) 已知当地的重力加速度大小为g=9.80m/s2，L=30.0cm，L1=10.4cm，乙的反应时间为s。

(4) 写出一条提高测量结果准确程度的建议。

这道高考题原型出自人教版必修1教材第45页的“做一做”，在实验教学中，如果能以此“做一做”为教学素材，并进行如下的拓展：(1) 将刻度尺的“0刻度”置于下端和将刻度尺的“最大刻度”置于下端，在处理分析数据时有何区别？(2) 如何减小该实验的测量误差？结合自己动手实验的体会，提出有利于减小实验误差的建议。针对物理教材中“做一做”实验问题进行一题多问或一题多变，并加以分析，既巩固和强化了学生对自由落体运动理想模型的认识，又使学生会应用自由落体运动的规律解决实际问题，既提高了学生对该问题的分析能力，同时又贴近高考对实验考查的要求。

挖掘物理教材中的实验素材，做好实验复习，充分体现了高考实验试题源于教材又高于教材的命题思想。因此，基于教材中的经典实验、“问题与练习”“做一做”等栏目实验，让高考实验复习回归教材，从一“材”多用、一“理”多用、一“法”多用、一“题”多用四个方面，挖掘教材中各种实验问题的复习功能，对高三物理实验复习将会起到事半功倍的作用。