学生从做实验题到做真实验的角色转变——以2021年江苏省高考物理实验试题为例

左祥胜

（江苏省宿迁中学，江苏宿迁 223800）

1 引言

2021年江苏省高考物理试题是我省实行新高考的开篇之作，也是在《普通高中物理课程标准（2017年版）》、《中国高考评价体系》指引下的命题.［1］试题以真实情境为载体，以学科素养为导向，以关键能力考查为重点，彰显了新高考“价值引领、素养导向、能力为重、知识为基”的命题理念.其中，物理实验试题以学习探索类情境为载体，利用水平气垫导轨和光电门等实验器材验证动量定理，再现真实的实验场景.试题源于教材而又高于教材，问题设置以科学探究过程为基准，引导学生像科学家一样去思考，给人耳目一新的感觉.

2 高考物理实验试题评析

2.1 真题再现

例1.（2021年江苏省高考第11题）小明利用如图1所示的实验装置验证动量定理.将遮光条安装在滑块上，用天平测出遮光条和滑块的总质量M＝200.0 g，槽码和挂钩的总质量m＝50.0 g.实验室将滑块系在绕过定滑轮悬挂有槽码的细线上.滑块由静止释放，数字计时器记录遮光条通过光电门1和2的遮光时间Δt1和Δt2，以及这两次开始遮光的时间间隔Δt，用游标卡尺测出遮光条宽度，计算出滑块经过两光门速度的变化量Δv.

图1

（1）游标卡尺测量遮光条宽度如图2所示，其宽度d_________mm；

图2

（2）打开气泵，待气流稳定后调节气垫导轨，直至看到导轨上的滑块能在短时间内保持静止，其目的是________；

（3）多次改变光电门2的位置进行测量，得到Δv和Δt的数据如表1.

表1

请根据表中数据，在方格纸上（图3）作出Δv-Δt图线；

图3

（4）查得当地的重力加速度g＝9.80 m／s2，根据动量定理，ΔvΔt图线斜率的理论值为_________m／s2；

（5）实验结果发现，图线斜率的实验值总小于理论值，产生这一误差的两个可能原因是______.

（A）选用槽码质量偏小.

（B）细线与气垫导轨不完全平行.

（C）每次释放滑块的位置不同.

（D）实验中Δv的测量值偏大.

2.2 试题溯源

试题考生非常熟悉，源于教材（见例2、例3），而又高于教材.旨在引导学生在日常学习、高三复习备考时要回归课本，关注基备知识.对新课标要求掌握的21 个分组实验，学生需要掌握实验原理，会收集、处理实验数据；知道实验过程中产生误差的原因、减小误差的方法与措施等.同时，学生还要真正走进实验室，要认真动手操作与思考，注重实验素养的养成.对教材中每个实验不仅要知其然，更需要知其所以然.只有这样，学生的实验能力才能大幅度提升.

例2.（人教版必修1第32页复习与提高B组4）为了测定气垫导轨上滑块的加速度，滑块上安装了宽度为2.0 c m 的遮光条.如图3，滑块在牵引力作用下先后通过两个光电门，配套的数字计时器记录了遮光条通过第一光电门的时间Δt1为0.20 s，通过第二个光电门的时间Δt2为0.05 s，遮光条从开始遮住第一个光电门到开始遮住第二个光电门的时间t为2.5 s，试估算滑块的加速度.

图3

例3.（人教版必修2第98页练习与应用2）图4为一种利用气垫导轨“验证机械能守恒定律”的实验装置.主要实验步骤如下：

图4

（A）将气垫导轨放在水平桌面上，将导轨调至水平.

（B）测出挡光条的宽度d.

（C）将滑块移至图示位置，测出挡光条到光电门的距离l.

（D）释放滑块，读出挡光条通过光电门的挡光时间t.

（E）用天平称出托盘和砝码的总质量m.

（F）….

回答下列问题：

（1）在滑块从静止释放到运动到光电门的过程中，系统的重力势能减少了多少？

（2）为验证机械能守恒定律，还需要测量哪个物理量？

（3）若要符合机械能守恒定律的结论论，以上测得的物理量应该满足怎样的关系？

2.3 试题评析

首先，实验试题以真实场景再现的方式呈现，让学生有身临其境之感，有利于将做过实验的学生与没有做过实验的学生区分开来，彰显高考命题的导向作向；其次，实验设计原理简单，采用滑块牵引小车在水平气垫导轨上运动的方式来验证动量定理（F合Δt＝Δp），实验器材在中学物理实验中也很常见（气垫导轨、光电门），让学生对实验倍感亲切，消除对高考实验试题的恐惧感，有助于学生真实水平的发挥；最后，试题每一小问设置体现真实的科学探究过程.问题设置虽然常规，但有一定的梯度，体现进阶性，让不同层次的学生都能有所收获，凸显了高考试题的选拔功能.试题第（1）问设置的问题是游标卡尺的读数，重点考查了学生对基本实验仪器的使用与操作规范；第（2）问设置的问题是气垫导轨的水平调节，重点考查了学生实验设计与动手操作能力；第（3）、（4）问设置的问题是利用图像处理实验数据，并从图像斜率得出当地的重力加速度，重点考查学生信息转化、数据处理能力，培养学生的实证意识；第（5）问设置的问题是要学生分析图线斜率实验值小于理论值的可能原因，培养学生分析推理等关键能力.引导中学物理教学要关注课标与教材，突出基础性；学生要走进实验室，去做真实验，不能让实验教学走过场，回归教学本源.

3 教学启示

在以往的教学实践中我们发现，实验教学的效率往往很低，做实验不如做实验题.学生做实验常常是在走过场，通常将教材中的实验到实验里去重复一遍，或者是仅仅满足自己的实验结论与教材中是否一致.在整个实验过程中，学生主动性不强，缺少思维过程，更谈不上知其所以然了.从高考阅卷现场反馈的结果来看，学生实验试题得分也普遍较低，这也从侧面反映了中学物理实验教学现状.新高考物理实验试题设置加大对学生探究能力与创新能力的考查，高考命题专家在学生掌握实验基本知识、基本技能的基础上，设计源于基本实验，但又高于基本实验的实验试题，突出对考生实验探究能力和实验设计能力的考查，来实现创新型人才的选拔.［2］

3.1 重视实验操作，引导学生真做实验

高考命题专家在实验题命题时总希望把“做过实验的考生”和“没有做过实验的考生”区分开来，同时，也希望通过实验试题来鉴别考生实验探究能力、创新能力的高低.学生如果不动手去做一做教材中的实验，是很难对实验真正理解.因此，针对新课标所要求掌握的21个基本实验，学生不仅要掌握基本实验仪器操作规范与读数，还要独立进行实验准备，包括明确实验目的，实验原理和方法；正确使用仪器进行观察和测量，会控制实验条件和排除实验故障，会收集并分析处理实验数据得出正确结论，了解误差和有效数字的概念，会独立完成实验报告等.这样做既可以使学生达到熟悉教材中新课标规定的实验的目的，还可以使学生养成周密思考的习惯.同时，在实验设计过程中，教师还要引导学生多思考：应该怎样做？为什么要这样做？换种方法能不能做？［3］

3.2 立足课标教材，深入理解实验原理

高考物理实验试题，以真实问题情景为载体，大都源于教材，而又高于教材.在设计实验试题时，往往要改变常规考法，立足基本实验，通过设计新颖的实验情境，合理设问，将考生所学的物理实验知识、方法和实验技能进行适当迁移，与新的实验情境相结合完成实验，增强实验的基础性、综合性、探究性与创新性.这就提示我们在实验复习时仍然要着眼于教材中的实验，要认真体会每个实验原理和设计意图，要着重去思考教材中的实验有哪些可以拓展延伸的地方.每个实验教学都要让学生经历“开放性设计”、“规范化操作”和“反思性研究”3 个阶段，实现实验教学效果的最大化.

3.3 开放实验室，提升学生实验能力

实验教学是国家课程方案和课程标准规定的重要教学内容，是培养创新人才的重要途径.目前，在“双减”政策的推动下，学生有足够的自主支配时间.学校可以为学生创设丰富多样的自主实践活动，组织开展好基础性实验和拓展性实验；实验室也要加大建设力度，配齐配足实验器材，同时，还要加大实验员培养力度，提高业务能力.要开放实验室，引导学生走进实验室，利用课余时间，以独立或小组合作方式开展实验探究.努力构建学生自主式（学生带着项目问题来，实验室按照学生要求提供实验器材与技术支持.整个探究过程中，可以跨学科融合）或者菜单式（实验室按照国家课程标准并结合学校自身特点，开设一定量的富有创新性、启发性与趣味性的探究小实验，学生选择自己感兴趣的实验，可以独立完成或者在实验员的带领下共同完成）.积极推动学生开展研究型、任务型、项目化、问题式、合作式学习，提升学生的实验能力.