抓住实验“灵魂”促进学生深度学习——2018年江苏省高考试题引发的思考

江苏省清江中学(223001) 丁 松 郑宏伟

1 引言

物理是一门以实验为基础的学科.高三二轮复习是一轮复习的综合，要求课堂容量大、知识综合性强、复习时间紧。如果二轮复习的实验专题课还是要求每个学生都到实验室去做实验，这显然是不现实的。那么如何抓住实验的“灵魂”——科学探究，让实验专题课堂和二轮复习课堂有机结合呢？本文以2018年江苏省高考试题为例，阐述如何在二轮复习课堂中培养学生核心素养之科学探究能力。

2 高考试题

(2018年江苏省高考第10题)一同学测量某干电池的电动势和内阻。

(1)如图1所示是该同学正准备接入最后一根导线(图中虚线所示)时的实验电路。请指出图中在器材操作上存在的两个不妥之处。

图1 实验电路

(2)实验测得的电阻箱阻值R和电流表示数I，以及计算的1/I数据见表1。根据表中数据，在答题卡的方格纸上作出如图2所示的R-(1/I)关系图像。由图像可计算出该干电池的电动势为________V；内阻为________Ω。

表1 实验数据

图关系图像

(3)为了得到更准确测量结果，在测出上述数据后，该同学将一只量程为100 mV电压表并联在电流表两端。调节电阻箱，当电流表的示数为0.33 A时，电压表的指针位置如图3所示，则该干电池电动势应为____V；内阻应为____Ω。

图3 电压表示数

题目分析：“测量电源的电动势和内阻”是《普通高中物理课程标准(2017年版)》要求必做的实验之一。由于本实验方案的多样性、数据处理方法的典型性——一次函数图像处理数据，江苏高考的电学实验经常以“测量电源的电动势和内阻”来命题。如2010年、2015年、2018年江苏高考实验题的第10题，分别用伏阻法、伏安法、安阻法来考查学生对“测电源电动势和内阻”实验的掌握情况。本文高考题分别从方案设计、实验器材操作与读数、实验数据处理、实验误差分析等角度，引导中学物理教师一定要让学生走进实验室，亲自动手操作实验器材，真正把培养学生的科学探究能力落实到课堂中来。

科学探究的层次一般分为4个等级：1级、2级、3级、4级(见表2)。

表2 科学探究的层次划分

高三物理二轮复习期间由于时间的紧迫性，很多教师都选择了1级或2级的实验探究。直接告诉学生实验的目的、方案、结论。让学生背诵实验相关注意点、数据处理的方法和结论答案，紧接着以题目巩固。这样实验教学方法可能短期成效快，学生考试成绩提升迅速，但是这种“顾眼前，轻未来；重记忆，轻探究”的教学方法对学生科学探究能力的培养是不利的。即使从应试角度来考虑，这种只注重短期效果，强调学生死记硬背的教学，在高考这种注重核心素养考查的高质量、高水平的考试中注定会以失败告终。由于第4等级的探究要求“实验目的”具有开放性，这是最高层次的探究，也是我们培养学生科学探究能力的理想目标——学会发现问题并设计方案去解决问题。但是在高三二轮复习的物理课堂中，要求实验目的的开放性，教师和学生都很难完成这样的探究，毕竟在浩瀚的生活现象中去发现有价值的问题需要深厚的学科素养。基于此笔者在高三物理复习课堂中一般选择第3等级的探究方式——实验目的明确，但是实验方案和实验结论需要学生们自己去设计。

笔者以“测量电源的电动势和内阻”实验为例，阐述自己在高三二轮复习期间，如何在时间紧张的课堂上抓住物理实验“灵魂”，培养学生的科学探究能力，促进学生核心素养的提升。

3 磁吸式实验器材“开场”，提升学生的学习热情

实验器材如图4、图5所示。利用磁吸式实验器材引起学生的兴趣，避免了复习课中常用的“黑板实验”。如果实验室没有磁吸式器材，可以自己在实验器材背面用双面胶固定一块片状磁铁即可，如图6所示。此实验器材优点：第一，看到实验器材，给学生耳目一新的体验，学生亲眼目睹器材，也可以了解到器材连线时应该注意的细节；第二，放在黑板的左侧部分，不会影响到本节课的板书，由于是磁吸式器材，可以自由搭配和取放，如伏安法测电源电动势和内阻，在黑板上就只需要保留电流表、电压表、开关、1节干电池、导线若干，其他器材可以取下，等到需要用的时候再放到黑板上；第三，电路实物连接时，操作可视化程度高，便于课堂问题的讲解，实现课堂的高效。

图4 磁吸式电学演示箱

图5 实验器材

图6 自制磁吸式实验器材

3.1 伏安法测电源电动势和内阻

3.1.1 问题1

同学们，实验器材中电阻箱临时坏了，只有电流表、电压表、滑动变阻器、开关、1节干电池、导线若干，如图7所示。那么如何设计方案来测量出电源的电动势和内阻呢？

图7 伏安法实验器材

3.1.2 问题1设计缘由解析

设计的问题要具有开放性，从而培养学生创新能力，但是又不能开放到让学生几分钟内都摸不到思绪，毕竟高三二模复习课堂还要兼顾知识容量。所以在不影响培养学生科学探究能力和学科核心素养的前提下，问题1中直接指定了实验器材，没有让学生自己漫无目的地去选择实验器材。

3.1.3 设计方案

学生展示交流问题1的设计方案(见表3)。

表3 问题1的设计方案

3.1.4 教师点评学生展示的方案

数据处理时有两种方案。方案1的计算法，由于存在计算量大、结果繁杂、误差相对较大等缺点，所以一般选择方案2的图像法。一次函数是数学中最简单的函数，其图像具有直观、简洁且解析式易获取等优点。用一次函数图像来处理物理实验数据方便快捷且误差较低。所以测量电源电动势和内阻的实验中，我们优先选用一次函数图像法来处理数据。

3.2 安阻法测电源电动势和内阻

3.2.1 问题2

同学们，刚刚的电阻箱被修好，但是电压表、滑动变阻器又坏了。现在黑板上只有电流表、电阻箱、开关、1节干电池、导线若干，如图8所示。那么同学们如何利用这些器材设计方案，测量电源电动势和内阻呢？

图8 安阻法实验器材

3.2.2 问题2设计缘由解析

有了设计方案1的基础，同学们需要把所学的知识内化。在没有其他人帮忙和小组讨论的情况下，要能独立完成相关方案的设计、实验原理方程的书写、实验数据的处理等必要技能。如果班级还有个别同学方案设计存在困难，这时老师可以单独引导。

3.2.3 设计方案

学生展示交流问题2的设计方案(见表4)。

表4 问题2的设计方案

3.2.4 教师点评学生展示的方案

图函数图像

3.3 伏阻法测电源电动势和内阻

3.3.1 问题3

刚刚坏掉的电压表修好了，但是电流表被用坏了。那么同学们如何利用如图10所示黑板上的实验器材，设计方案来测量电源的电动势和内阻呢？

图10 伏阻法实验器材

3.3.2 问题3设计缘由解析

让学生理解探究一个问题，方案的设计具有多样性，同学们要以开放的、创新的思维来看待我们生活的问题，进一步强调数学中的一次函数图像在处理实验数据时的重要性。

3.3.3 设计方案

学生展示交流问题3的设计方案(见表5)。

表5 问题3的设计方案

3.3.4 教师点评学生展示的方案

同学们脑海中已经初步形成实验探究的基本框架。在问题出现后，学会独立思考设计方案，收集数据并灵活地应用数学知识来处理数据。在用一次函数图像处理数据时，不论是解析式还是图像都处理得非常棒。相信同学们在以后的实验探究中一定可以灵活地掌握这种用数学知识解决物理问题的方法。

4 总结与反思

2010年、2015年、2018年江苏高考实验题的第10题分别用伏安法、安阻法、伏阻法测电源电动势和内阻。主要考查：①实验操作的细节，教学中应尽可能让学生接触实验器材；②应用数学方法来解决物理问题，即会灵活应用一次函数图像法来处理实验数据；③误差分析，在课堂上注重培养学生严谨的科学态度。

教师在课堂安排上难易度的控制要恰当。如果学生基础一般，在数据处理环节，可提示学生以什么物理量为横坐标，哪一个物理量为纵坐标。这样学生把原理方程强行写成一次函数解析式时就有了目标。

因为是二轮复习，所以学案上的3个高考题，可以提前让学生完成前两题。让学生了解测量电源电动势和内阻的相关注意事项，这样听课更有目的性。这节课的主要目的是让学生更加深入地理解科学探究的一般步骤以及应用一次函数图像法来处理实验数据，而不是让学生做题。