中考“测量小电灯功率”实验的拓展与启示

(江苏省太仓市实验中学，江苏 太仓 215400)

初中物理中“测量小电灯功率”实验因其涉及内容多、要求高、综合性强，而成为各地中考物理的热点，在中考实测中，往往不局限于教材原型实验的要求，而是加以多维度的变化、拓展和延伸。本文试图对2017年各地中考“测量小电灯功率”实验试题作比较和分析，以求进一步提高我们的实验教学质量。

1 教材原型实验教育目标分析

苏科版物理九年级下册第十五章第二节安排了学生活动：测量小电灯的功率，显性目的是测量小电灯的额定功率和实际功率，隐形目的是帮助学生了解实验设计的具体思路与方法。实验采用伏安法，教材给出了如图1所示的实验电路图。

图1

根据义务教育物理课程标准，物理实验能力的构成要素可归纳为：方案设计、观察测量、数据分析和评价交流四大方面。结合布卢姆的认知教育目标分类方法，在认知过程维度和知识维度两个方向，笔者对“测量小电灯功率”实验的教育目标进行了分析，结果如表1所示。

表1

教材没有要求学生对探究活动进行较深层次的评价，包括改进实验的措施与方法、实验条件发生变化后新问题的发现、新方案的设计、拓展研究方向等。在布卢姆认知教育目标分类中，认知过程维度由低到高分成6个层级，分别是：记忆、理解、运用、分析、评价和创造，教材在该实验的目标要求方面没有最高层级“创造”的要求，这恰恰为该实验中考命题的拓展留下了足够的空间。

2 中考实验命题的拓展比较

2.1 各地中考实验试题与拓展

笔者查阅了2017年全国各地58份含有“测量小电灯功率”的物理中考试卷，除了5份与教材原型实验的要求相似度极高外，其余实测试题都有不同程度的变化、拓展与延伸。现列举15个省市中考“测量小电灯功率”实验试题，对其变化和拓展的内容以及测量目标进行简单统计，如表2所示，其中代码含义为：1记忆，2理解，3运用，4分析，5评价，6创造，A事实性知识，B概念性知识，C程序性知识，D元认知知识。

表2

2.2 实验试题的比较与分析

上述列举的中考“测量小电灯功率”试题，考查要求各不相同，考查侧重点也不尽相同，但无一例外都对原型实验进行了多角度、多层次的拓展与延伸，在认知目标维度方面几乎都体现了“创造”层次的要求，主要在以下四方面进行了拓展。

(1) 改变实验方案，拓展实验深度

在原有实验的基础上，更换不同的实验器材，设计新的实验方案，进行新方案下的实验操作、观察测量、数据分析，并得出实验结论。例如2017年江苏省南京市中考物理试卷第26题，原实验方案中将电流表换成了滑动变阻器，要求考生完成新方案的两个实验操作步骤，并用已测物理量(用字母表示)写出小电灯额定功率的表达式，在难度要求上有了大幅提升。

(2) 多项实验融合，拓展实验广度

用相近或相似的电路可以完成3个电学实验：“测量小电灯的功率”“伏安法测电阻”和“研究电流与电压和电阻的关系”，条件稍加改变，就可以将其中任意两个实验融合在一起，达到相互间融会贯通的目的。例如2017年吉林省长春市中考物理试卷第26题，将“测量小灯泡的电功率”和“探究电流与电压关系”两个实验整合在一起，在数据分析、定量计算方面进行了有效拓展。

(3) 延伸数据分析，拓展实验难度

在收集实验证据的基础上，对实验数据的处理进行深入挖掘，提出了更高的数据分析要求，或发现新规律，或提出新问题，或计算新物理量，或运用图像进行分析。例如2017年新疆乌鲁木齐市中考物理试卷第18题，要求结合图像判断小电灯电阻的变化情况，并且进一步判断和比较小电灯在不同情况下功率的定量关系，拓展了实验难度。

(4) 加强实验评估，拓展实验宽度

对实验探究过程的某个或某几个环节进行论证、评价和交流，指出实验存在的问题或不足，比较方案的优劣，判断实验结论的可靠性等，要求阐述自己的观点，说明判断的依据和理由。例如2017年河北省中考物理试卷第16题，学生用两个方案同时完成了测量小电灯功率的实验，一个实验方案误差大，另一个实验方案不容易操作，要求进行交流评估，并说明理由。

2.3 实例分析说明

例(2017年江苏无锡)：小明和小华测量额定电压为2.5V的小灯泡的额定功率。

(1) ① 图2甲是他们连接的部分电路，请用笔画线代替导线将电路连接完整。

② 闭合开关前，应将滑动变阻器处在最________(填写“左”或“右”)端。

③ 闭合开关后，发现无论怎样调节滑动变阻器的滑片，灯泡都不亮，电压表和电流表均无示数，小明找来一根完好的导线，一端连在电源负极，另一端触碰接线柱A、B、C，当发现只有触碰接线柱C时，灯泡才发光，若电路中只有一处故障，且各器材，导线均完好，则电路故障可能是_______-。

④排除故障后，闭合开关，移动滑动变阻器，当电压表为2.5V时，电流表示数如图2乙所示，则小灯泡的额定功率为_______W。

(2) 小明和小华观察电流表和电压表均标有电阻值，请教老师后得知这是电表的电阻，为了在接好的图2甲中较准确地测量出小灯泡的电功率，他们对电压表的负接线柱应该接在C处还是D处进行了探究，他们将开关闭合，移动滑动变阻器的滑片使灯泡发光，不添加器材，请你说出接下来的操作及判断方法。

① 操作__________；

②如何判断：____________。

(3) 小明和小华重新设计了一种测量小灯泡额定功率的电路，如图2丙所示，电源电压保持3.5V不变，R0为阻值为10Ω的定值电阻，连接好电路后进行如下操作：① 断开开关S2，闭合开关S和S1，移动滑动变阻器滑片P，使电压表示数为2.5V；

② 保持滑动变阻器滑片P位置不变，断开开关S1，闭合开关S、S2，读出电压表示数为2.6V；

小灯泡的额定功率为_________W(计算结果保留两位小数)。

图2

分析：从实验能力的考查要素方面分析，第(1)①、②以及第(2)问考查方案设计能力，第(1)③问考查评价交流能力，④问考查数据分析能力，第(3)问考查观察测量与数据分析能力。

从实验试题的认知测量目标角度分析，第(1)①、②问以及第(2)①问考查具体的操作，即“怎么做”，属于程序性知识；第(1)④问以及第(3)问是电路规律的实际应用，考查“是什么”的问题，属于概念性知识；第(1)③问根据实验现象排查故障，考查“是什么”，属于事实性知识；第(2)②问需要学生理解“为什么这样做”，属于元认知知识范畴。

从与教材原型实验的对比角度分析，主要有两方面的拓展：一是第(2)问中电表不再是理想电表，实验中要考虑电表内阻对误差的影响，要判断电流表的分压作用大，还是电压表的分流作用大，选择用电流表内接法还是外接法；二是第(3)问中将定值电阻取代了原先的电流表，设计了新的实验方案，运用实验数据计算小电灯的额定功率。这两方面的拓展，明显提升了考查的层次要求，是一道综合性强、难度较高的实验试题。

3 对初中物理实验教学的启示

(1) 做实做足教材基础实验

教材中的基础性实验是学生形成物理概念、掌握物理规律不可或缺的台阶和支架，是物理学习的支柱，对物理学习有着

重要的指导意义。教师需要指导和帮助学生扎扎实实地做好每一个基础性实验，明确实验目的，理解实验原理，设计实验方案，掌握科学方法，正确使用仪器，规范实验操作，细致观察测量，科学分析数据，归纳实验结论，了解实验误差，积极评价交流，独立撰写报告。只有让学生亲身经历物理实验的每一个环节，才能有效提高实验能力，提升学科核心素养。

(2) 灵活拓展教材典型实验

中考实验试题的基本原理和实验方法一定来源于教材，但通常不会是简单地照搬教材实验，而是对原型实验进行改造、拓展和创新。这就要求我们有“见异求同，见同求异”的意识，立足教材，对教材中的典型、重点实验加以适度拓展和延伸。一方面，针对同一个实验，可以通过增减、自选实验器材来改变已有条件，实施新的实验方案，挖掘多种实验方法，形成对原型实验纵向延伸和拓展；另一方面，针对若干相近实验，可以通过对比、归纳，把握相互间的联系，实施横向拓展。

(3) 利用多种途径挖掘实验资源

有效提高学生实验能力的关键在于要给学生足够的时间和空间，让他们有机会去亲身尝试，亲自动手。教师应积极探索多种途径，丰富学生的实验资源。一是开发利用教材资源，教材中的插图、小实验、超链接、综合实践活动等内容，都可以进行细致挖掘，精心设计；二是利用生活资源，学生日常生活中生活用品、科技新玩具等都是很有价值的实验器材，可以进行小制作、小实验、小发明等课外活动；三是关注利用媒体资源，吸收新知识，尝试一些创新实验，充实实验资源。

回顾分析各地中考物理实验试题不难发现，实验情境似曾相识，却又饱含新意，这无疑要求实验教学能够举一反三、推陈出新。物理实验教学要以有效提升学生的学科核心素养为目标，在对教材实验的挖掘和拓展中，提炼出科学的实验方法和思想。

参考文献：

[1] 吴志明.中考伏安法实验试题的比较与启示[J].物理教学,2016，(2):44-47.

[2] 胡安阳，郭怀忠.中考物理实验加试的实验与思考[J].物理之友，2015，(3):26-28.