静守核心素养 动升关键能力①——2018年全国Ⅰ卷物理实验题评析

(1. 广东省佛山市顺德区容山中学，广东 佛山 528303； 2. 河北省唐山市滦南县第一中学，河北 唐山 063500)

静为静止，意为不变，即通过高考实验题的不变性，促使教学坚守物理学科核心素养。动为运动，意为变化，即通过高考实验题的变化性，引导教学，提升学生关键能力。2018年全国Ⅰ卷物理实验题总有两题，分别为第22题力学实验题和第23题的电学实验题。

1 力学实验题评析

1.1 原题呈现

如图1(a)所示，一弹簧上端固定在支架顶端，下端悬挂一托盘；一标尺由游标和主尺构成，主尺竖直固定在弹簧左边；托盘上方固定有一能与游标刻度线准确对齐的装置，简化为图中的指针。

图1

现要测量图(a)中弹簧的劲度系数。当托盘内没有砝码时，移动游标，使其零刻度线对准指针，此时标尺读数为1.950cm；当托盘内放有质量为0.100kg的砝码时，移动游标，再次使其零刻度线对准指针，标尺示数如图(b)所示，其读数为cm。当地的重力加速度大小为9.80m/s2，此弹簧的劲度系数为N/m(保留3位有效数字)。

1.2.1 实验来源

本题源于2018年物理考试大纲中规定的实验:探究弹力和弹簧伸长的关系。在命制高考题时，把原实验演变为应用弹力和弹簧伸长的关系求弹簧的劲度系数。

1.2.2 修改建议

(1) 仪器名称表述不规范:本题考查“游标卡尺”的原理，却在题目中使用不规范的“标尺”“游标”表述，增加了学生理解题意的难度，干扰了试题考查的目标。人教版物理选修3-1分别用“游标卡尺”“游标尺”表述。根据百度百科的解释，所谓“标尺”是指“光学计量仪器的长度标准，它广泛应用于测量长度的仪器中，如工具显微镜、测长仪、测量机等”，“标尺”与“游标卡尺”的读数原理不同。希望在以后的高考题中，最好使用教材中的规范名称。

(2) 状态表述不严谨:本题有两处表述“使其零刻度线对准指针”，却没有交代清楚“零刻度线对准指针”时是处于静止状态还是运动状态。因为在托盘加入砝码后，指针是处于变速运动状态，只有在“静止状态”时，“零刻度线对准指针”才会有“二力平衡”。作为高考题应该表述严谨，符合物理逻辑，正确表述为:使其零刻度线对准静止时的指针。

1.2.3 从核心素养视角评析

本题考查了物理观念，主要考查运动与相互作用观念；也考查了基础技能：正确使用仪器，主要考查游标卡尺的读数。

1.2.4 从关键能力视角评析

本题主要考查关键能力中的思维能力。思维是信息加工的高级认知过程，而不是机械记忆的低级认知过程，思维能力包括逻辑推理、信息加工等能力。虽然学生已经掌握了游标卡尺的读数规则，但本实验需要的“弹簧伸长的长度x”却不是游标卡尺的直接读数，而是需要学生对题目进行“信息加工”，用第二次的读数减去第一次的读数才可以得到“弹簧伸长的长度x”。要得出弹簧所受弹力等于砝码所受重力，题目也没有直接给出，而是需要经过逻辑推理。

2 电学实验题评析

2.1 原题呈现

某实验小组利用如图2(a)所示的电路探究在25℃～80℃范围内某热敏电阻的温度特性。所用器材有:置于温控室(图中虚线区域)中的热敏电阻RT，其标称值(25℃时的阻值)为900.0Ω；电源E(6V，内阻可忽略)；电压表(量程150mV)；定值电阻R0(阻值20.0Ω)，滑动变阻器R1(最大阻值为1000Ω)；电阻箱R2(阻值范围0～999.9Ω)；单刀开关S1，单刀双掷开关S2。

图2

实验时，先按图2(a)连接好电路，再将温控室的温度t升至80.0℃。将S2与1端接通，闭合S1，调节R1的滑片位置，使电压表读数为某一值U0；保持R1的滑片位置不变，将R2置于最大值，将S2与2端接通，调节R2，使电压表读数仍为U0；断开S1，记下此时R2的读数。逐步降低温控室的温度t，得到相应温度下R2的阻值，直至温度降到25.0℃。实验得到的R2-t数据见表1。

表1

回答下列问题:

(1) 在闭合S1前，图(a)中R1的滑片应移动到(填“a”或“b”)端；

(2) 在图(b)的坐标纸上补齐数据表中所给数据点，并做出R2-t曲线；

(3) 由图(b)可得到RT在25℃～80℃范围内的温度特性。当t=44.0℃时，可得RT=Ω；

(4) 将RT握于手心，手心温度下R2的相应读数如图(c)所示，该读数为Ω，则手心温度为℃。

2.2 电学实验题评析

2.2.1 实验来源

本实验源于2018年物理考试大纲中规定的实验:描绘小电珠的伏安特性曲线。在命制高考题时，把小电珠换成了热敏电阻，把伏安特性曲线换成了电阻温度特性曲线。不过，笔者查阅人教版初中和高中物理教材，找不到“电阻箱”相关知识介绍，只是在2018年物理考试大纲实验说明中出现了“电阻箱”三个字。

2.2.2 修改建议

图3

电阻箱上的刻度标注不真实。尽管在初中和高中物理教材中没有电阻箱的相关内容，但由于在考试大纲中有提到电阻箱，所以在一线教学中，物理教师都会安排学生使用或观察电阻箱，且在平时的练习中也会经常考查电阻箱，学生对旋转式电阻箱的原理和读数还是比较熟悉的。学生接触到实验室的旋转式电阻箱如图3所示，电阻箱上旋钮刻度是按照逆时针变大，而本题电阻箱的刻度序数是按照顺时针变大，虽然不影响电阻箱读数，但与真实的电阻箱不符。

2.2.3 从核心素养视角评析

本题主要考查物理观念中的物质观、运动观，考查了电阻箱的正确读数、滑动变阻器的规范使用以及平滑曲线的正确描绘等基本技能。

2.2.4 从关键能力视角评析

本题是一道创新实验题，主要考查关键能力中的创新能力。创新能力是指用已经掌握的知识、方法去解决新问题的能力，它在认知能力谱系中属于高阶认知能力。本题考查学生对“电阻定律”“部分电路欧姆定律”“闭合电路欧姆定律”的理解以及对“作图法”“等效替代法”的应用，通过解答相关问题，有利于提升学生的实验能力和创新能力。

3 教学启示

3.1 基础知识、技能的掌握是培养实验能力的前提

在实验教学中，掌握扎实的物理知识，有利于理解实验原理；习得通用的科学方法，有利于创新实验设计；正确掌握仪器的使用技能，有利于提升动手能力。

3.2 实验教学是提升关键能力的有效途径

在实验教学中，在教学方式上需要采用启发式、探究式、讨论式、参与式，在学习方式上需要采用发现式、合作式。启发式、探究式教学直接对应的是创新能力的培养；讨论式、参与式教学直接对应的是合作能力的培养。发现式学习对应创新能力的培养，合作式学习对应合作能力的培养。

3.3 拓展大纲实验是培养学生实验能力的关键

上述的两个实验题都是对考试大纲规定实验的拓展，源于教材，而又超越教材。根据大纲实验进行拓展，可以做到有的放矢，精准教学，从而减少知识的简单重复，避免题海战术。因此，拓展大纲实验，是培养学生实验能力的关键。

年年实验曾相似，岁岁设计却不同。通过分析实验内涵、明白实验方法、熟悉实验仪器，不仅可以培养学生实验能力，也有利于提升教师的教学效果。