基于核心素养下的高中物理实验教学思考

李亮

【关键词】电学实验;试题分析;物理核心素养

结合新课程改革在河北省的落地和实施，分别从2021年河北省高考和全国高考中各选一道电学实验题作为试题分析，谈一谈新课改下物理学科核心素养的培养和教学思考.

1 试题分析

例1 2021年河北高考题中，其中一题涉及研究小灯泡的伏安特性.根据实验室提供的小灯泡、直流电源、滑动变阻器等器材，需完成以下问题：

（1）根据图1，完成图2中的实物连线;

（2）按照图1连线后，闭合开关，小灯泡闪亮一下后熄灭， 观查发现灯丝被烧断， 原因可能是______

（3）更换小灯泡后，该同学操作后将实验数据描点作图，得到I-U 图像，其中一部分如图3所示，根据图像计算出P 点对应状态下小灯泡的电阻为________Ω（保留3位有效数字）.

解析 这道题考查了电路故障原因分析，考查了实验数据处理;要理解实验原理，分析清楚实验电路结构是电路故障分析的前提与关键;根据图示图像求出灯泡两端电压与通过灯泡的电流，应用欧姆定律可以求出灯泡的电阻，求电阻时要注意有效数字的保留.

第（1）问分析与思考：本问考查实际动手操作能力.物理实验的学习不仅是课堂上讲解和注意事项，更是要能够通过亲自动手操作进而有所收获，针对新旧课标的对比发现，新课改教育下的物理实验要求更加明确具体，更加注重观查识别和动手操作.

第（2）问分析与思考：本问是分析电路故障问题，较第一问问题难度上升，能力要求更高，实际是对电路知识的运用以及电路结构的全面认识的考查.要利用已掌握的电学知识对题中给出每一种情况进行准确分析和判断，找到故障结果，进而排除错误选项.

从新旧教材对于伏安特性曲线内容对比来看，

第二问是旧教材选修3-1课本47页实验《描绘小灯泡伏安特性曲线》的一个拓展和延伸，虽然电路图是完全一致的，但要求和问题却不相同，由描绘小灯泡的伏安特性曲线定性分析转变为电路中的故障分析，提问要求更加具体明确，是把问题解决向解决问题的科学思维转变.再对比新教材必修第三册课本60页拓展学习内容《伏安特性曲线》不難看出，新教材更注重物理学科核心素养中关键能力的培养，尤其是学习探索问题情境时，高质量地认识问题、分析问题、解决问题所具备的关键能力.新教材将实验改为拓展学习，不再单一地局限于小灯泡的伏安特性曲线绘制，而是将伏安特性的定义、特点、应用、图像的理解充分展示，给学生们更加广阔的思考和学习空间，促进了核心素养当中的“物理观念”的形成.第（3）问分析与思考：考查了实验数据处理以及学生的计算能力，同时也是对欧姆定律公式的理解和检验，难点是学生对于图像斜率的了解和认识，形成固化思维，默认图像的斜率是小灯泡的阻值，或者是阻值的倒数，其实小灯泡电阻与电流和电压值有瞬时对应关系，即图像上坐标与原点连线的倒数为小灯泡电阻.

例2 在2021全国甲卷中，某同学通过使用小灯泡、电压表、电流表等器材，用图4所示的电路来研究小灯泡的伏安特性，完成下列填空：

（1）有3个阻值分别为10Ω、20Ω、30Ω的定值电阻可供选择，为了描绘小灯泡电流在0～300mA的U -I 曲线，R0 应选取阻值为______Ω的定值电阻;

（2）闭合开关前，滑动变阻器的滑片应置于变阻器的 （填“a”或“b”）端;

（3）当流过电流表的电流较小时，将电阻箱R2的阻值置零，改变滑动变阻器滑片的位置，读取电压表和电流表的示数U 、I，结果如图5所示.当流过电流表的电流为10mA 时， 小灯泡的电阻为______Ω（保留1位有效数字）;

（4）为使得电压表满量程时对应于小灯泡两端的电压为3V，该同学经计算知，应将R2 的阻值调整为______Ω.然后调节滑动变阻器R1，测量数据;

（5）由图5和数据可知，随流过小灯泡电流的增加，其灯丝的电阻______ （填“增大”“减小”或“不变”）

分析 这道题关于电路安全，考查了实验数据处理.利用串并联改装大量程电压表，数据分析和计算，要理解实验原理，分析清楚实验电路结构是安全实验的前提，根据灯泡两端电压与通过灯泡的电流，应用欧姆定律可以求出灯泡的电阻，利用改表原理和数据分析找到小灯泡的真实电流和电压，进而求出电功率，求电阻和电功率时要注意有效数字的保留.

第（1）（2）问分析与思考：考查电路安全，保护小灯泡，安全性是电路设计的基本原则，解决家庭电路中的简单问题，能将安全用电和节约用电的知识应用于生活实际.

第（3）问分析与思考：考查认识鉴别图像，利用图像坐标与原点连线的斜率求出小灯泡电阻，难点是对坐标分度值得准确判断.

第（4）问分析与思考：考查电表改装中的扩大电压表量程，利用电路中串并联知识求解，并进行改装，分别对应旧教材选修3-1，51页例题1和新教材必修第三册70页课本内容把表头改装成电压表，不难看出电表改装是电学实验的重点内容，本次考查没有脱离教材，很好地起到指导教学的核心作用.第（5）问分析与思考：小灯泡伏安特性曲线的测量相比普通电阻的测量来说更有意义，能够更好地考查学生的创新思维和对基本知识点的理解能力，学生出错的原因是电阻率随温度非线性变化理解不清楚，对物理公式与图像的对应关系不明确.这种错误恰恰表现出了核心素养当中的对物理概念认识不够深刻.

2 试题总体分析

两道实验试题都在贯彻落实《深化新时代教育评价改革总体方案》要求，不断地丰富强化基础性考查，并且考查过程中不断地优化情境设计，不断地增强试题灵活性，进而达到深化关键能力考查，发挥高考的育人导向功能，助力高中育人模式改革，使新课程改革落地落实.

两道试题分析不难发现，试题来源教材但又不拘泥于教材，是对知识寻找新的载体，不断将知识与关键能力相融合，两道试题命题过程都包含了理论联系实际，在新的情境中把单一的问题解决向要求能力更高的解决问题转变，要求学生具备能够运用所掌握的物理知识来解决实际问题的能力，进而不断培养学生学习物理的兴趣，在解决真实问题过程中达到培养物理学科核心素养的目的.

两道试题的考查内容相似又不相同，知识上考查欧姆定律、实验与探究、实验基本操作和数据处理，命题手段丰富，设置角度新颖，增强了试题的开放性和灵活性，考查学生分析能力以及利用数学知识处理物理问题的能力，体现出高考服务选才的基本目标.

3 基于核心素养下的高中物理实验教学思考

基于物理核心素养要求确定课堂教学内容和目标，对于实验中的物理规律，应该让学生知道它的来龙去脉，理解准确含义，熟练运用和知道使用条件，如果是通过实验探究获得的物理规律更应该让学生经历探究过程.让学生在解决问题的过程中获得对知识和方法的感性认识，只有通过自身体验才能更好地掌握知识和方法，更好地解决问题，而不是把方法当知识来用，生搬硬套，看似清楚实则不能解决实际问题.

基于物理核心素养的要求更要注重基础知识的教学，引导教学回归教材和新课标，同时也引导教学遵循教育教学规律，注重物理知识生成的同时也要重视物理知识的生成过程，在过程中不断加强对基础物理知识的融会贯通.

基于物理核心素养的要求更好地激发学生对物理实验的兴趣，增强学生在实验过程中的实验探究能力.培养实验探究能力，首先要重视发现和提出问题的过程，进而养成良好收集证据解释证据的行为，同时也要多让学生表述解决问题的过程，把实验探究能力目标落实到探究行为的设计上来.

基于物理核心素养的要求下更好地培养学生的科学态度，物理学是以实验为基础的学科，通过物理实验能够培养学生严谨的科学态度和追求实事求是的精神，让学生在物理实验中感悟到科学的严谨和求实的态度.要求学生在实验中真实记录实验数据.