突出重围 勇于创新——2009年理科综合全国卷Ⅰ实验题评析

王进峰 王建峰 韩耀强

(1.海盐元济中学,浙江 海盐 314300;2.海盐县教研室,浙江 海盐 314300)

纵观2009年理科综合全国卷Ⅰ物理试题,体现了物理的学科特点,严谨而又新意十足,特别是实验题的设计让人耳目一新,设计经典而又不落俗套,考查学生是否具有扎实的实验技能,是否具备开阔的专业视野,是否具有不拘一格的创新精神,确实让人感受到了新课程改革前进的有力步伐.下面对全国卷Ⅰ物理实验题作一评析.

1 试题简析

图1

题目 22.如图 1 所示的电路中,1、2 、3、4、5、6 为连接点的标号.在开关闭合后,发现小灯泡不亮.现用多用电表检查电路故障,需要检测的有:电源、开关、小灯泡、3根导线以及电路中的各连接点.

(1)为了检测小灯泡以及3根导线,在连接点1、2已接好的情况下,应当选用多用电表的_______档.在连接点1、2同时断开的情况下,应当选用多用电表的________挡.

(2)在开关闭合情况下,若测得5、6两点间的电压接近电源的电动势,则表明________可能有故障.

(3)将小灯泡拆离电路,写出用多用电表检测该小灯泡是否有故障的具体步骤.

简析:(1)考查电表的基本用法,电路连接好的情况下应该测量电压,所以选“电压档”;在电路断开的情况下,应该是测量电阻的,实验选“电阻挡”.

(2)开关已经闭合,但是两端的电压接近电动势,说明5、6两个触电接触不好.灯泡如果短路,5、6两点完好的话,应该没有电压;灯泡如果断路,5、6两点同样没有电压.

(3)拆离灯泡的原因就是检查它的灯丝有没有断掉,如果断了,那么电阻无穷大,否则就是一个比较小的阻值.

题目23.某学生为了探究物体在斜面上运动时摩擦力与斜面倾角的关系,设计实验装置如图2,长直平板一端放在水平桌面上,另一端架在一物块上.在平板上标出 A、B两点,B点处放置一光电门,用光电计时器记录滑块通过光电门时挡光的时间.

实验步骤如下:

①用游标卡尺测量滑块的挡光长度d,用天平测量滑块的质量 m;

②直尺测量 AB之间的距离s,A点到水平桌面的垂直距离h1,B点到水平桌面的垂直距离h2;

③将滑块从 A点静止释放,由光电计时器读出滑块的挡光时间 t;

④重复步骤③数次,并求挡光时间的平均值¯t;

⑤利用所测数据求出摩擦力 f和斜面倾角的余弦值cosα;

图2

图3

⑥多次改变斜面的倾角,重复实验步骤②③④⑤,作出 f-cosα关系曲线.

(1)用测量的物理量完成下列各式:

②滑块通过光电门的速度 v=________;

③滑块运动时的加速度a=________;

④滑块运动受到的摩擦力f=________.

(2)测量滑块挡光板长度的游标卡尺的读数如图3所示,读得 d=________.

简析:(1)①根据斜面的几何关系,易得

②由于过光电门的时候很快,时间很短,利用挡光板的长度除以挡光时间所得的平均速度来近似代替到达时的瞬时速度,所以

③再利用匀加速运动学方程:vt2-v02=2as,可以算出加速度

④由牛顿第二定律可得:mgsinα-f=ma,而 sinα=联立可得滑块运动受到的摩擦力

(2)由十分度的游标卡尺的读数规则可得

2 试题特点与启示

2.1 试题特点

分析2009年这两个实验题,发现试题的设计不同于往年,呈现这样几个特点:

(1)实验的设计彻底突破了往年修修补补的传统.往年的实验题是在课本要求的实验中选择1～2个作为“母题”,然后在此基础上做一些局部的变化,再提出新的要求.这样的设计有其道理,毕竟高考立足于教材和教学大纲,不能脱离了基础.但也正是这样的考虑,一步步把高考实验逼上了“绝路”,几乎所有的实验都被“改装”一遍,实验题的考查新意乏陈.但是,2009年实验题目的设计新颖高调,让人有脱胎换骨之感.两个实验在高考考纲中没有一模一样的原型,电学实验题是寻找电路的故障,力学实验题是探究摩擦力与斜面倾角的关系.两个实验的设计从本质上突破了实验设计的最后枷锁:不再狭隘地局限在几个实验的“改装”套路中,而是寻找更广阔的实验考察平台.

(2)实验知识的考查仍然立足教材,但立意跳出了限制.在形式上摆脱了修修补补的传统做法后,再深入地分析它所考察的本质知识要求并没有改变,涉及的内涵知识都是课本和大纲所要求的基础知识.譬如,第1个实验考察的就是“电表的使用”,这是重点掌握的实验之一.再看第2个实验,考察的是“游标卡尺的使用”、“光电门的使用”、“测物体的速度”等基础实验知识.虽然知识要求并没有加深,但对实验设计能力和创新能力要求大幅提高.不再是简单地独立地考查,而是将它们有机地组合,设计出完整的实验进程来.立意高,考察全面,真正衡量学生知识的掌握和灵活应用的能力.

(3)实验命题来源于生活,立足实际.第1个实验是电路的检查,故障的查找是电路实验中一块重要的知识,也是中学生应该掌握的基本实验技能之一.生活中经常碰到电路出问题了,解决问题的第1步就是要判断什么地方出了故障,可以说这是电工知识的基础,那么学生掌握这样的知识和技能无疑是实用的,受用终身的.学生不再觉得书本上的知识都是抽象的,没有实用价值.第2个实验是有关摩擦力的问题,也是生活中常常碰到的问题,对这样的问题进行深入地研究,上升到理性的高度,对于学生而言也是新鲜的,知识也是鲜活的.

(4)加强了实验与数学能力相结合的考察.高中物理的几个实验对于数学能力的考察是有限的.事实上,所有物理问题的解决都是通过数学方程来表达和实现的,物理实验考察学生的数学处理能力是理所当然的.第2个实验中,对于摩擦力与倾角的关系,需要掌握力的相关知识,求出 f和cosα的表达式,再作出 f-cosα关系曲线,最后得到结果.一个实验完整地再现了科学研究的各个过程:

问题的提出→设计实验方案→进行实验→记录数据→数据分析(包括建立数学模型)→得到结果

试题可商榷之处:虽然这两个实验题目非常新颖,但是也暴露出一些不足,特别是第23题,对于最后的结果没有进行深入的探讨,f-cosα曲线到底是什么形状?物体在斜面上运动时摩擦力与斜面倾角的关系到底是怎么样的?唯一遗憾的是这里挖掘不是很到位.

2.2 试题启示

2009年的理科综合实验题部分非常出彩,不仅起到了选拔功能,而且对于今后的实验教学和高考复习有很好的导向作用.

(1)重视对基本实验方法和实验技能的培养.从2009年的实验题目看,实验所涉及的原理永远在课本要求的几个实验之中.不能盲目地猜题和押题,还是要重视基础.特别注重让学生利用已学知识、原理和方法在题设的条件和情境下,按照题设的要求制定出实验方案,选择实验器材,设计方案等.不能再局限于几个实验的照搬照抄,也不要对经典实验进行简单、机械地“改装”,要开阔思路,在课堂上利用一些开放性实验提炼学生的思维能力,多予关注创新型实验的设计.

(2)实验教学应该重点体现探索过程而不仅仅是呈现结果.新课程的中心理念之一便是改变以往的接受式学习为探究式学习,从这两年的实验题目看,连续出现让学生设计实验过程,或者设计解决方案,问题非常开放.如果学生只记住了实验的结论,面对这样的提问,往往会无从下手,因为他们的脑海中没有这样的“标准答案”.在实验教学中,要真正落实探究的学习方式,让学生参与到发现的过程中去,才能培养他们的思维品质,才能培养他们的实验能力,学生是在思考和行动中掌握本领,领会知识的.

(3)要关注实验的拓展练习.如果仅仅局限于让学生记住几个实验,学生在高考时一碰到陌生的题目,很快便会乱了阵脚,不知道知识之间的联系.如何拓展实验呢?譬如在练习打点计时器时,可以问学生:利用打点计时器可以解决哪些问题?测量地球重力加速度的方法有哪些?让学生充分讨论,找到各自的方法,充分调动学生的积极性,开拓学生视野,为高考中的实验变形做好充分的准备.

(4)实验学习和物理理论学习应该融为一体.实验的作用不能仅仅停留在教学的辅助手段的层面上,而应该是贯穿在整个教学过程中创造物理情景、探索物理规律,实验过程就是一个学习探索的过程.(收稿日期:2009-07-05)