一道“物理范”实验题的成题依据分析及反思

黄正玉　姚中化

摘 要：模拟考试实验题的编制需要体现“物理范”.“范”者亦为“fun”也，“物理范”应表现为“有趣”的，让人愉悦的.“物理范”，首先是指物理学科教学需要遵循的法则和规律，也可以指具有物理风采、物理气质和物理风格.

关键词：物理范;核心素养;大规模考试;实验题

文章编号：1008-4134（2019）19-0060中图分类号：G633.7文献标识码：B

新课程标准首次凝练了物理学科核心素养.然而，有些素养是可以考核的，有些素养在笔纸考试中还是不方便考核的.因而怎样较好地考核学生的核心素养，是大规模考试命题中必须考虑的核心问题.

1 模拟原题再现

[深圳 2018第二次模拟试题]22.某同学从实验室天花板处自由释放一钢球，用频闪摄影手段验证机械能守恒，频闪仪每隔相等的时间短暂闪光一次，照片上记录了钢球在各个时刻的位置.

（1）操作时比较合理的做法是

A.先打开频闪仪再释放钢球 B.先释放钢球再打开频闪仪

（2）频闪仪闪光频率为f，拍到整个下落过程中的频闪照片如图1（a）所示，结合实验场景估算f的可能值为

A.0.1HzB.1HzC.10HzD.100Hz

（3）用刻度尺在照片上测量钢球各位置到释放点O的距离分别为s1、s2、s3、s4、s5、s6，及钢球直径，重力加速度为g.用游标卡尺测出钢球实际直径D，如图1（b）所示，则

D=cm.计算出实际直径与照片上钢球直径之比为k.

（4）选用以上各物理量符号，验证从O到A的过程中钢球机械能守恒成立的关系式为

2gs5=.

2 成题依据分析

（1）“范”者法也，指的是规律和法则，因而“物理范”首先是指物理学科教学需要遵循的法则和规律.

物理学科是一门以实验为基础的自然科学，因而实验题最能反映物理学科性质和特点.本题的设问方式要求学生必须具有一定的实践意识和一定的实验情景还原能力.

游标卡尺的读数属于基本仪器的使用，试题设置了为解决照片放大率而需要做的一个步骤，具有一定的任务驱动.

起初的打点计时器的考核题目设置在第一问，设问显得纯粹为了读数而读数.设问如下.

问1 右图游标卡尺的读数为.

本题第二问的解答需要学生一定的实践经验和实践意识.比如说要求学生对教室的高度有一定了解，知道教室高度大约是2.5-5m，再估算出下落时间大约是0.7s-1.0s.因而知道若频率为1Hz，则最多只能有一个空中的像点;若频率为10Hz，则刚好有7-10个空中小球，与题目提供的照片吻合，故答案为10Hz.

同样的，对第一问的回答，要求学生对自由落体运动之快，或者说下落时间之短有一个基本认识.如果知道下落时间短，自然就知道应该先打开频闪仪再释放纸带了，也就是第一问答案为A.

物理学史上，伽利略利用斜面研究自由落体运动，也就是认识自由落体时间之短和计时仪器的缺乏之间的矛盾，所采取的“稀释”重力的可行方法.对物理学史的了解和尊重，实际上就是认识到科学是逻辑和想象相结合的产物，认识到科学研究试图确定和避免偏见、反对权威的功能.从这个角度来看，本题体现了科学态度和责任的核心素养维度.

本题的设问区别于常见的已知高度算时间的题目.起初的设问方式如下，就缺乏物理气质和物理风格，设问方式俗套.

问2 已知频闪仪闪光频率f=10Hz，拍到整个下落过程中的频闪照片如图1（a）所示，求A点对应的速度vA=.

（2）“有范儿”指的是有风度、有风采和有格调，故此“物理范”可以指具有物理风采、物理气质和物理风格.

新课程标准的核心素养之一—科学思维，本题的物理范体现在解答本题需要分析和综合、抽象与概括以及逻辑推理等科学思维.

先需要分析照片中的尺寸与实际距离存在一定的比例，也就是用题目中给定的k来表示.平时教学是对下落物体抽象为自由落体，而解答问题实际上是一个还原过程，需要清楚地认识整个实验操作过程.最后利用逻辑推理，完成最后一问的解答.逻辑推理过程如下：

动能增量ΔEk=12mks6-ks42T2=18mk2（s6-s4）2f2.势能减小量ΔEp=mgks5，需要验证ΔEp=ΔEk.整理可得2gs5=kf2（s6-s4）24.

这种严密的逻辑推理是数理学科独有的思维方式，是最能体现物理风采和气质的核心素养.

（3）“范”者亦为“fun”也，物理范应该是“有趣”的，让人愉快的.

物理老师实际教学中应该创设各种创新物理实验，为学生提供各种可能的实践机会.也可以借鉴目前网上的一些公开资源.如网易公开课上有一个视频，沃尔特·略文（Walter Lewin） 教授在MIT物理学科教室做的自由落体频闪照片（如图2），由同学回答看到小球空中下落过程的球的个数，整个课堂趣味盎然，学生在愉悦的心情下体验自由落体真实情景，体验频闪摄像的等时性.实验过后，那句“See you next Friday！”，让物理学生在接下来的学习中都会沉浸在愉悦的心情和对未知世界的期待之中.“物理范”表现在让学生保持一颗对未知世界的好奇心和探索欲望.所以命题过程中命题者需要有一个有趣的真实的情景，努力体现物理学科“fun”的特征.

3 测后反思改进

测试结果反映前三问的难度在0.5-0.65之间，比较理想.遗憾的是最后一问创新性不足，但是作为大规模考试试题真正测试下来，发现效度和难度都没有达到理想状态.建议作如下改动，就可以大大提高得分率，克服情景过于新颖而对试题难度带来的不利影响，体现该题对优秀学生的选拔功能.

问4 验证从O到A的过程中钢球机械能守恒成立的关系式为：2gs5=.（用s4、s6、k和f表示）

参考文献：

[1]中華人民共和国教育部.普通高中物理课程标准[M].北京：人民教育出版社，2018.

（收稿日期：2019-01-25）