重视科学探究，提升物理核心素养——用2018年物理“考试大纲”引领实验备考

广东

周兆富

2018年高考物理“考试大纲”在考查传统的三维目标同时，渗透了提升学生物理核心素养方面的内容，物理核心素养是三维目标的提炼和整合，三维目标是核心素养形成的要素和路径。“考试大纲”作为命题的指导性文件，在引领提升学生物理核心素养的导向、修正学生知识体系不完整倾向、满足高校对培养人才知识需求有着重要的指导作用，在“考试大纲”中对重视实验能力和科学探究方面，提升物理核心素养方面有着详尽的说明。教师在实验问题的复习过程中要重视“考试大纲”规定的原始实验，要用科学的思维方法提升学生的核心素养，让学生在对问题的选择、改编的思维过程中提高应试成绩，在对各类实验及相关问题的解析、研讨和拓展过程中学会方法、掌握规律、提升探究能力。

一、运用科学思维方法复习“考试大纲”要求的原始实验

2018年物理“考试大纲”对实验能力的要求是“考生能独立地完成实验，能明确实验目的、能理解实验原理和方法，能控制实验条件，会使用仪器，会观察、分析实验现象，会记录、处理实验数据，并得出结论，对结论进行分析和评价。能发现问题、提出问题，并制定解决问题的方案。能运用已学过的物理理论、实验方法和实验仪器处理问题，包括简单的设计性实验。”而“考试大纲”的必考内容中共有十二个实验，其中包括两个探究性实验、四个验证性实验和六个测量与使用性实验；选考内容中共有四个实验，其中包括一个探究性实验和三个测量性实验。

在高考备考复习有关“考试大纲”规定的实验类问题过程中，学生不应当对相关的实验进行死记硬背，而是运用科学思维的方法和物理学的规律进行思考，通过科学推理形成模型，掌握实验的规律，解决实验的相关问题。

【例1】测定电源电动势和内阻的实验。

在复习相关内容时，要知道实验原理是闭合电路欧姆定律；能掌握用电压表和电流表测量电动势和内阻的方法；会用图象法求电源电动势和内阻。

按科学思维的方法对实验复习时，应从实验原理出发，通过问题引领实现自主生成的目的。本实验原理是闭合电路欧姆定律E=U+Ir，其问题引领的思维过程是：“该实验需要测量的物理量是什么？是电动势E和内阻r；能直接测量吗？恐怕不能，应根据闭合电路欧姆定律间接测量电压U和电流I；用什么仪器测量？电流表和电压表；电压表如何连接？同电源并联；电流表如何连接？同电源串联；一组数据可否？不行，需多组数据；如何实现？需要与电流表串联一个滑动变阻器；数据如何处理？可用U-I图象。”

根据以上思维过程，可解决实验所用器材、电路图、实验步骤和数据处理等实验问题，其思维过程可用流程图表现为：

【感悟与超越】对于“考试大纲”要求的十六个实验，在备考复习过程中重新回顾原始实验目的、原理、器材、实验步骤和结论非常重要，问题的关键是要在理解的基础上，按物理的思维方法进行复习，这些内容也是解决高考相关问题必备的素养。

二、根据“考试大纲”和核心素养的能力要求解决问题

“考试大纲”指出：“在应用某种能力处理或解决具体问题的过程中往往伴随着发现问题、提出问题的过程，因而高考对考生发现问题、提出问题并加以论证解决等探究能力的考查渗透在以上各种能力的考查中。”高考命题的考查方式逐渐由以知识为主过渡到以能力测试为主。因此，在解决相关问题的时候要注重各种方法的综合运用，要选有利于提升能力的问题进行研究。

【例2】(2016·全国卷Ⅰ)如图1所示，现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，当要求热敏电阻的温度达到或超过60℃时，系统报警。提供的器材有：热敏电阻，报警器(内阻很小，流过的电流超过Ic时就会报警)，电阻箱(最大阻值为999.9 Ω)，直流电源(输出电压为U，内阻不计)，滑动变阻器R1(最大阻值为1 000 Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值为2 000 Ω)，单刀双掷开关一个，导线若干。

在室温下对系统进行调节，已知U约为18 V，Ic约为10 mA；流过报警器的电流超过20 mA时，报警器可能损坏；该热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，在60℃时阻值为650.0 Ω。

(1)在答题卡上完成待调节的报警系统原理电路图的连线。

(2)在电路中应选用滑动变阻器________(填“R1”或“R2”)。

(3)按照下列步骤调节此报警系统：

①电路接通前，需将电阻箱调到一定的阻值，根据实验要求，这一阻值为________Ω；滑动变阻器的滑片应置于________(填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是______________。

②将开关向________(填“c”或“d”)端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至______________。

(4)保持滑动变阻器滑片的位置不变，将开关向另一端闭合，报警系统即可正常使用。

【答案】(1)连线如图2所示；

(2)R2；

(3)①650.0b接通电源后，流过报警器的电流会超过20 mA，报警器可能损坏；②c报警器开始报警。

【解析】(1)根据题意可知，本实验要求能用电阻箱进行校准，故电阻箱应与热敏电阻并联，利用单刀双掷开关进行控制；再与报警器和滑动变阻器串联即可起到报警作用，故连线如图2所示。

(3)①因要求热敏电阻达到60℃时报警，此时电阻为650 Ω，故应将电阻箱调节至650 Ω，然后由最大调节滑动变阻器，直至报警器报警，故开始时滑片应在b端，目的是让电流由小到大调节，保证报警器的安全使用；②将开关接到c端与电阻箱连接，调节滑动变阻器直至报警器开始报警即可，然后再接入热敏电阻，电路即可正常工作。

教师要引导学生得出正确答案时可采用如下流程图：

【感悟与超越】在解决实验类问题时，关键是要对题干进行认真阅读与理解，从中提取解题的有效信息，思考解决问题的可行方法，应用相关的知识对问题进行解读。本题考查信息提取能力、电路设计能力、逻辑推理和实验操作能力。在电路设计时要思考每个元件的作用，确定各个元件之间的串并联关系。在滑动变阻器选取和实验操作过程中，要了解电阻箱的作用，不要忽略热敏电阻的阻值，要进行相关的计算才能得出正确结论，决不能凭空想象和靠运气行事，本题提示复习过程中对传感器的引入要引起足够的重视。

在解决实验类问题过程中教师应引导学生从实验目的和实验原理出发，对实验相关问题进行逻辑思维，找到问题从而得到结论，教师还要引领学生寻找同类问题进行比较分析，找出异同点，掌握解决问题的过程与方法。

三、让学生在选题和改编题过程中提升物理核心素养

问题是思维的起点，是走出迷茫、推动学习的动力，问题又是提升其物理核心素养的前提，物理学习是从问题开始的。教师可以让学生从选题开始，让学生在选择适合自己问题的过程中加深对知识的理解，提升解题能力。教师可以给出题干让学生设置问题，也可以根据题干的变化，让学生改编问题；走在物理课堂教学与备考复习的路上，只要教师有培养学生综合能力的意识，可采用多元立体的方法，根据学生已经养成的学习习惯，通过潜移默化、润物细无声的方式，把提升学生物理核心素养的元素渗透到教学过程之中，让学生在养成良好的习惯，提升核心素养同时大幅提升应试成绩。

【例3】某同学设计了一个用打点计时器验证动量守恒定律的实验:在小车A的前端粘有橡皮泥,推动小车A使之做匀速运动。然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体继续做匀速运动。他设计的具体装置如图3中甲所示,在小车A后连着纸带,电磁打点计时器的电源频率为50 Hz,长木板下垫着小木片以平衡摩擦力。

(1)若已得到打点纸带如图3中乙所示,并测得各计数点间距标在图上,A为运动起始的第一点,则应选________段计算A的碰前速度,应选________段来计算A和B碰后的共同速度。(均选填“AB”“BC”“CD”或“DE”)

(2)已测得小车A的质量m1=0.40 kg,小车B的质量m2=0.20 kg,由以上测量结果可得:碰前总动量为________kg·m/s,碰后总动量为________kg·m/s。

【答案】(1)BCDE；(2)0.420 0.417。

其解题拓展与收获流程图：

【感悟与超越】由于高考命题绝大部分都是原创题，不可能同例题或学生做过的题相同，因此，对于问题可能的变化与应对措施的思考是提升应试成绩的重要途径。在解读本题过程中教师应把重点放在对题干的阅读与理解，寻找解决问题的过程与方法上。在得出结论后，教师应提出本题可能的变化及应对方法让学生思考。

对于本题可提出题干不变，如何改变问法，改编题干可能引发什么变化。在本题拓展思考过程中，教师可以加入条件，若已知照相机的闪光的频率n、木块A和B的在弹簧弹开后两物体运动的频闪照片，如图4中的乙图，教师可提示：若A、B物体在水平的气垫导轨上，其中A物体与弹簧相连,碰撞过程将压缩弹簧,当弹簧被压缩到最短时,将A、B物体弹开，则A、B物体将分别做什么运动？两物体运动遵循什么规律？若已知A、B物体的质量，乙图中两物体动量分别是多少？若改变其已知条件，本题还可如何设置问题？教师可让学生在问题的描述、设置、解读及各相关知识的关系思考过程中提升综合能力。

教师应当认识到比例题解析更重要的是让学生寻找同类相关的题目进行比较和思考，寻找相关问题难与易的关系，形成系统的思想，掌握解决同类问题的过程与方法。在对于尖子生的培养过程中，教师不要把所有可能变化都讲到，要给学生提出更多的问题并引领其思考的过程，当教师给学生思考的理由和空间后，学生会回馈一系列惊喜。