基于深度学习理念的二轮物理实验复习教学

(江苏省常州市北郊高级中学,江苏 常州 213000)

1 新旧高考方案实验考查对比

2021年江苏省正式实施“3+1+2”新高考方案,物理成绩将以原始分计入总成绩,区别于“2008年方案”的等级制。从考试时间和分值来看,物理高考从原来的总分120分、考90分钟压减为总分100分、考75分钟；从试卷结构来看,从原来的确定结构变为现在的不确定结构。

实验题也发生了较大变化,从实验内容来看,从原来的一力一电转变为一道不确定的实验题(以力或电为主)。从题目数量来看,从两道实验题变为一道实验题。从分值来看,从18分变为15分,占比保持15%左右。从问题个数来看,从9-10个小问减少到5-6个小问,每个问题从2分上升到3分,参见表1。

表1

2 新高考二轮实验复习的思考

对比两套方案发现,实验分值占比仍保持在15%左右不变,说明对实验考查仍然十分重视，新高考方案只考查一道题,对单个实验的考查要求更高，每问的分值比原来更高,因此对学生的实验能力也提出更高的要求。所以,在实验复习教学中应着力于学生物理实验素养的提升，关注课标中的每个实验，关注实验细节。

实验能力包括器材与操作、原理与方法、数据与结论等方面。从考查内容来看,江苏高考重点考查器材的选择、使用与操作以及数据处理和结论。从新高考命题方式与题型来看,更加重视基础性、综合性、应用性、创新性。对实验能力的三方面几乎都进行了较全面的考查,尤其重视原理与方法的考查,这体现了高考评价体系中的“一核”“四层”“四翼”的理念。

新高考方案实验内容考查一般不会是纯基础的实验,总有一些创新或改进。故在二轮实验复习教学中，应当以基础实验为主,同时要关注基础实验的创新和拓展。其中实验创新可以从实验能力的三个方面入手,改变实验方法实现实验创新、改变器材或操作实现数据获得方式的创新、改变数据处理方式实现物理量测量的创新(图1)。

图1

3 深度学习理论下的高考二轮实验复习策略

深度学习强调内容的有机整合、学习过程的建构和反思,在迁移和运用中提升学习能力。高考二轮实验复习可以深度学习理论为复习课设计的指导，提出相应的复习教学策略。

3.1 实验教学内容的有机整合

深度学习强调通过对信息、知识的深层次加工,利用信息和知识的内在联系和逻辑关系,将学习内容有机整合,打通知识壁垒，从而提高学习效率。

相似的事物放在一起总会引起人们去尝试发现他们的联系与不同，在实验复习时,可以将课标所规定的21个学生必做实验进行整合,从器材的相似度出发，将“测量做直线运动物体的瞬时速度”“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”放在一起,并从原理、操作、器材的角度找出他们的联系与区别。

例1：某实验小组用如图2所示装置做“研究匀变速直线运动”和“探究加速度与力、质量关系”的实验。

图2

(1) 关于实验原理、实验操作或实验器材,这两个实验都需要的是_________。

A. 钩码的质量远小于小车的质量

B. 垫高长木板没有定滑轮的一端,平衡摩擦力

C. 小车释放前靠近打点计时器

D. 连接小车的细绳平行于长木板

E. 先释放小车,再打开电源

F. 需要用天平测出小车和钩码的质量

点评：这样处理的好处是既快速回顾了知识,又能恰到好处地考查两个实验的异同。

对比可以加深学生印象，对“探究加速度和物体受力、物体质量的关系”这个实验的创新,可以将几种情况放在一起进行对比,从而让学生对该实验的器材与操作、原理与方法、数据获得与处理进行深度理解。

(2) 以下几个关于“探究加速度与力的关系”的实验中,从实验原理与实验器材的角度来看,需要平衡摩擦力的是_________；不需要满足M≫m的是_________(其中M为小车及车内钩码或滑块的总质量,m为悬挂物的总质量，质量均可通过天平测得,重力加速度g已知)。

A. 悬挂的钩码及小车中的钩码总数保持不变,当改变悬挂的钩码数量时,其余的钩码均放入小车中(钩码规格相同)。

B. 打开气垫导轨和力传感器,保证悬挂的钩码质量不变。

C. 保持小车的质量不变,改变砂桶内细砂的质量。

D. ① 挂上托盘和槽码,调整倾角,使质量为M的小车带着纸带沿斜面匀速下滑;② 取下托盘和槽码,测出其总质量m,让小车带着纸带下滑,测出其加速度a;③ 改变倾角和m,重复①、②操作,得到不同m对应的a。

点评：对比分析几个实验的好处是让学生真正理解实验原理和操作。图3甲是基于学生必做的实验在操作上的创新，图3乙是基于学生必做实验在器材上的创新，图3丙是器材与数据处理上的创新，图3丁是用几乎相同的器材而进行实验在原理上的创新。

图3

3.2 实验分析中的建构与反思

实验复习中应注重学生在学习过程中对知识进行批判性理解,在原有知识框架上能够认识自己学习的特点,能够对自己学习的知识进行巩固和推广,并进行反思与再加工,通过高阶思维的加入从而构建知识体系。

在对“探究加速度与力、质量关系”实验进行数据处理时常常是采用图像法，通过描点拟合曲线的过程一定要让学生体验。学生有真实体验才能提出问题,从而引起学生对问题的思考。

。

图4

点评：这样做的好处是学生通过自主体验描点、拟合图线,并通过真实的数据分析认识到误差的原因,而不只是死记硬背“不满足M≫m”的结论。

实验误差分析就是一个反思与再认识的过程，促进学生构建该实验的完整知识体系。

问题1：图线发生了弯曲,那么横坐标应改为什么图线才会是直线？请在原来的表格中列出你需要的物理量并描点作图验证。

问题2：既然mg是整体真实的合力,那么是否还有其他横纵坐标的选择,从而也能作出直线图像呢？是否一定也是正比例函数图像？如果不是,请说明图像的截距和斜率的物理意义。

3.3 实验的迁移与应用

基于对原有知识的深度理解,学生在遇到新的知识或问题时,能够从中找到内部的相似性和关联性,从而将新知识进行内化或将问题解决。

由于高考考查具有一定探究性和开放性,所以教学过程中将学生必做实验作为基础,可以让学生意识到拓展实验其实就来源于21个学生必做实验。

例3：某同学利用如图5甲所示实验装置探究加速度与合外力的关系,若M≫m,可认为小车受到的合力近似等于钩码所受的重力,通过对加速度和合力的测量,画出了如图5乙所示的a-F图像。他不记得自己有没有平衡摩擦力了,如果没有平衡摩擦力,那么由图像可得,动摩擦因数μ=_________，小车质量M=_________(F0、b、重力加速度g均已知)。

图5

分析下列误差出现可能的原因：(1)μ测>μ真；(2)μ测<μ真。

图6

例4：某同学利用图6所示的气垫导轨验证机械能守恒定律。在气垫导轨上安装光电门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。滑块和遮光条的总质量为M,钩码质量为m。

(1) 本实验需验证机械能守恒的对象是_________(选填滑块、钩码和滑块组成的系统)_________，(需要、不需要)满足M≫m；

(2) 实验时,测出光电门1、2间的距离为L,遮光条的宽度为d。由数字计时器读出遮光条通过光电门1、2的时间为t1、t2,则系统机械能守恒成立的表达式是_________；

(3) 实验发现,重力势能的减少量ΔEp不等于动能的增加量ΔEk,分析可能的原因：① ΔEp>ΔEk；② ΔEp<ΔEk。

点评：虽然实验目的不同,但是根据学生必做实验探究的思路与方法的指引,学生很容易就把握了实验能力的三个方面,即器材与操作、原理与方法、数据与结论,真正做到了迁移与应用。

4 结语

在高考评价新体系“一核”“四层”“四翼”的框架下,髙考物理实验题一定会加强对实验真实技能的考査,一线教师应该从理念认识和教学行为方面尽早转变,及时应对,除了重新开放实验室供高三学生加强实验操作技能与数据处理能力外,还应在课堂教学中加深学生对实验原理方法等问题的深度理解,真正做到使物理实验成为培养学生创新精神和实践能力的重要载体。