综合性与创新性:彰显能力与素养的考查

摘 要：半偏法测毫安表内阻的实验虽然不是考试大纲规定的实验内容.但由于其实验方法巧妙、操作简便、精度较高，在电学实验设计中堪称典范;THUSSAT诊断性测试电学实验题通过半偏法测毫安表内阻、毫安表改装为电流表、电压表量程扩大等小实验的组合，体现实验能力考查的基础性与综合性;通过考纲外实验命题凸显创新性实验能力和学科核心素养的考查.THUSSAT诊断性测试命题思想对中学教学具有一定的导向作用，刷题刷不出实验能力与学科素养，只有亲自动手做实验，同时能从多视角评价实验，才是提高实验能力和学科核心素养的有效途径.

关键词：THUSSAT测试;电学实验;半偏法;评价;思考

文章编号：1008-4134（2020）05-0008中图分类号：G633.7文献标识码：B

作者简介：许冬保（1963-），男，江西九江人，本科，中学特级教师，研究方向：中学物理考试命题及其评价.

中学生标准学术能力测试（THUSSAT）分为基础性测试、适应性测试及诊断性测试三类.始于2017年，每个学年度组织4次测试.由清华大学牵头组织，由高考命题专家和省级教研员作为考试顾问，在《普通高中教学标准》和高考大纲的基础上，结合大学选材视角对高中不同年级的学生进行测试，旨在帮助高水平大学更早发现和识别学生的优势和特长;帮助参试中学更精准地完成自身教学质量、优势和不足的准确评估，明确教学提升的方向;帮助参试学生完成全面和科学的自我诊断，发现自身的学习优势和不足，更有针对性地完成学术表现提升.试题定位于具有较高的区分度，強调基于高等教育学术人才培养所要求的跨学科综合运用能力[1]，本文对2017级11月THUSSAT诊断性测试一道电学实验试题进行分析，旨在了解THUSSAT诊断性测试命题思想，为教学提供参考.

1 THUSSAT诊断性测试电学实验试题

试题 某实验小组的同学探究小灯泡L的伏安特性曲线，可供选用的器材如下：

小灯泡L规格“3.8V，0.4A”;

毫安表mA：量程10mA，内阻未知;

电压表V：量程3V，内阻rV=9kΩ;

电阻箱R：阻值范围（0～99.9Ω）;

标准电阻R1：阻值1kΩ;

标准电阻R2：阻值3kΩ;

滑动变阻器R3：阻值范围0～10Ω;

滑动变阻器R4：阻值范围0～200Ω;

滑动变阻器R5：阻值范围0～2000Ω;

学生电源E1：电动势6V，内阻不计;

学生电源E2：电动势12V，内阻不计;

开关及导线若干.

（1）请你帮助该实验小组在图1所示的虚线框内画出用半偏法测量毫安表内阻的实验电路原理图.

（2）甲同学用图1中的电路来测量毫安表的内阻，为了测量尽量准确，电源选用，滑动变阻器选（填所选器材的代号）.

（3）经过正确的实验操作得到毫安表的内阻为9.8Ω，将其改装成量程为0.5A的电流表需（选“串联”或“并联”）电阻箱R，且将电阻箱R的阻值调为Ω.

（4）乙同学根据已有数据及提供的器材，设计了探究小灯泡L的伏安特性的实验电路，请你在图2中标明乙同学所选器材的代号.

2 试题分析

（1）半偏法测毫安表内阻的实验电路原理图如图3所示.

（2）在图3所示电路中，闭合S1，调节滑动变阻器的阻值，使毫安表满偏;闭合S2，在滑动变阻器电阻不变的条件下，调节电阻箱的阻值，使毫安表半偏.则毫安表的内阻等于电阻箱的阻值.为了使电阻箱的接入对整个回路的电阻影响较小，则滑动变阻器的电阻宜尽量大些.其次，由于回路电阻较大，毫安表量程小，宜选用电动势大的电源.因此，为了测量尽量准确，电源选用E2，滑动变阻器选用R5.

（3）毫安表量程扩大，需要并联一个小电阻.若毫安表满偏电流及内阻记为Ig、Rg.则由欧姆定律知，电阻箱R的阻值R=IgRgI-Ig.将Rg=9.8Ω、I=0.5A代入，得R=0.2Ω.

（4）已知小灯泡L规格“3.8V，0.4A”，电压表量程3V，需要扩大电压表量程.根据电压表内阻rV=9kΩ及实验器材提供的标准电阻R2阻值3kΩ，因此，将电压表与标准电阻R2串联即改装为量程为4V的电压表，符合测量要求.为了便于多测几组数据，方便调节，滑动变阻器选阻值小的R3为宜，由于小灯泡的额定电压为3.8V，选用电动势为6V的电源合适.依试题要求，符合要求的器材代号标注在如图4所示的电路图中.

3 试题评价

物理学科核心素养主要包括：物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四个方面.评价中关于素养水平参照《普通高中物理课程标准（2017年版）》[2]附录中的“核心素养水平划分”来确定.基于物理实验能力与核心素养水平的评价[3]，见表1.

4 教学思考

诺贝尔物理学奖获得者丁肇中指出：“所有的自然科学都是实验科学.再好的理论如果与实验不相符，那么理论就不存在.实验可以推翻理论，而理论永远无法推翻实验.”物理实验的重要性是毋庸置疑的，THUSSAT诊断性测试给我们带来了哪些思考呢？

4.1 测电流表内阻所引发的思考

测电流表内阻是一个传统的实验，现行教材及考试大纲中均未列出.但是，该实验近年来频现于高考试题及THUSSAT测试中.如2012年天津理综物理试题、2018年海南省物理试题、2019年海南省物理试题、2018年9月THUSSAT诊断性测试题等.下面以2018年9月THUSSAT诊断性测试题为例，通过比对，了解试题特点及能力考查要求.

试题：如图5所示是某兴趣小组设计的一个测量电流表内阻和一个电池组的电动势及内电阻的实验电路.他们的实验步骤如下：

①断开单刀双掷开关 S2，闭合开关 S1，调节滑动变阻器R0的滑动端，使电流表 A满偏.

②保持R0的滑动端不动，将单刀双掷开关 S2 接 M，调节电阻箱R的值，使电流表A半偏，读出电阻箱R的值为a.

③断开开关S1，将单刀双掷开关S2接N，不断改变和记录电阻箱的值R以及分别与R相对应的电流表的值 I.

④分别以R和1/I 为横坐标和纵坐标建立平面直角坐标系，利用记录的 R和对应的 1/I进行描点画线，得到如图6所示的坐标图象.

⑤通过测量得知该图线在纵轴上的截距为b、斜率为k.

根据以上实验操作，回答以下问题：

（1）在进行实验步骤①之前，应先将滑动变阻器的滑动端置于（填“左端”“中间”“右端”）.

（2）被测电流表的内阻为;测得值与电流表內阻的真实值相比较（填“偏大”“偏小”“相等”）.

（3）被测电池组的电动势E=;内电阻r=（用实验过程中测得的物理量的字母进行表示，电流表内阻不可忽略）.

分析：考查的是一个组合实验，包括测量电流表内阻和测量电池组电动势及内阻的实验.重点考查半偏法测电流表内阻及安阻法测量电源电动势和内阻的实验原理、实验操作、误差分析以及数据处理方法等实验能力.

参考答案：（1）右端 ;（2） a，偏小 ;

（3）E=1/k r=b/k-a.

综上，半偏法测电流表内阻的实验作为一个课外实验，其实验方法巧妙、简捷，因而具有十分重要的意义;其次，试题通过小实验的组合，有利于考查考生综合的实验能力;另外，凸显了通过考纲外实验考查创新实验能力的命题设计思想.

4.2 通过实验促进物理核心素养提升的思考

实验使学生通过观察获得感性认识，为前概念转变为科学概念、形成物理观念、认识物理规律、理解物理理论等提供科学证据.此外，实验过程中所表现出来的意志品质、科学态度、科学精神等素养是物理学文化的有机组成部分，是物理学体系中不可分割的重要内容[4].因此，物理实验具有独特的教育功能，同时，物理实验也是重要的教学目标和学习内容.《普通高中物理课程标准（2017年版）》指出：“在高中物理课程中，应注重科学探究，尤其应注重物理实验，这在培养学生的探究能力和科学态度等方面具有重要地位[2].”

THUSSAT诊断性测试电学实验试题，重点考查了半偏法测毫安表内阻的原理、实验器材的选择以及将毫安表与电压表改装为大量程的电流表与电压表.从实验能力方面看，试题通过小实验的组合（毫安表内阻测量及电表改装扩大量程），考查基本的实验能力.它包括基本的实验技能、发现问题并提出问题的能力、理论与实验相结合的思维能力、实验误差分析与评价的能力以及简单的设计性实验（半偏法测毫安表内阻）的能力等.

当下，实验能力的考查还只能停留在纸笔测试中，因此讲实验、背实验、看实验视频、刷实验试题成为重要的教学方式.中学生实验能力较差是一个普遍现象，重点中学也不例外，THUSSAT诊断性测试实验题的命题思想具有一定的导向作用.刷题刷不出实验能力，只有通过动手实验、反思实验、评价实验，方可真正提高实验能力和学科核心素养.

参考文献：

[1]杨秋环，杨苍洲.一道中学生标准学术能力诊断性测试试题的命题手法研究[J].中学数学研究，2018（09）：11-12.

[2]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2017：78-80.

[3]梁旭.如何确定素养目标与素养水平[J].物理教师，2018，39（12）：2-5.

[4]廖伯琴.物理教育学[M].北京：高等教育出版社，2012：200-201.

（收稿日期：2020-01-06）