立足新教材,落实“四层”“四翼”——以2023年高考物理广东卷第11题为例

李泽钦

(广州大学附属中学)

自2021年广东卷物理自主命题以来,经历了两年过渡期,迎来了新课标新教材下的首年命题。如何立足新课标新教材,落实高考改革的“四层”“四翼”,来实现高考评价体系所要求的立德树人,服务选才,引导教学的核心目标?本文以2023年高考广东卷物理第11题为例进行分析,提出教学启示以期为新时期的物理实验教学提供参考。

本文依据《普通高中物理课程标准(2017年版2020年修订)》第四章第四节明确提出的高中物理学生必做的21个实验内容,再对比旧课标(2003年版)选出了如下几个不同的实验见表1。表中实验的不同之处主要在于对比旧课标,新课标的实验内容为新增或实验内容的表述要求有所变化。

表1

2023年高考广东卷物理的第11题考查测量玻璃的折射率,也恰好在此表中。可见在中学教学中,认真研读课标的重要性不言而喻。具体题目呈现如下:

1.原题赏析与变式拓展

1.1 原题赏析

(广东卷第11题)某同学用激光笔和透明长方体玻璃砖测量玻璃的折射率,实验过程如下:

(1)将玻璃砖平放在水平桌面上的白纸上,用大头针在白纸上标记玻璃砖的边界。

(2)①激光笔发出的激光从玻璃砖上的M点水平入射到达ef面的O点后反射到N点射出,用大头针在白纸上标记O点、M点和激光笔出射孔Q的位置。

②移走玻璃砖,在白纸上描绘玻璃砖的边界和激光的光路,在QM连线的延长线与ef面的边界交于P点,如图1(a)所示。

③用刻度尺测量PM和OM的长度d1和d2,PM的示数如图1(b)所示,d1为________cm,测得d2为3.40 cm。

图(a)

(3)利用所测量的物理量,写出玻璃砖折射率的表达式n=________,由测得的数据可得折射率n为________(结果保留3位有效数字)。

【试题溯源】本题源自教材中测量玻璃的折射率这一经典实验,是以基础性为主的试题,难度偏易。从试题溯源来看,该实验题的实验情境来源于教材并做了创新。

图2

通过上述分析可见,虽然本实验源于教材,但是考查过程中做了一些创新。那么具体来看本次光学实验又是如何通过情境设计来落实“四层”“四翼”的?本文根据《基于高考评价体系的物理科考试内容改革实施路径》中对“四层”考查内容和“四翼”考查要求的具体表述进行参照,统计如下表2。

表2

从表2可以看到本实验比较全面地体现了“四层”“四翼”的相关内容。考查了学生对于仪器的使用、实验操作的理解、数据处理等关键能力以及对实验原理分析、实验误差分析等物理学科素养和核心价值等等。

1.2 变式拓展

通过上述实验可以看到,当我们遇到陌生情境时,应该与熟悉的情境进行对比,以实验操作中的原理为主线,找到其中的共性,再进行模型迁移解决实际问题,我们可以参考如下变式题。

【变式题1】如图3所示,实验目的为测量半圆形玻璃砖的折射率。在平铺的白纸上垂直纸面插大头针P1、P2确定入射光线,并让入射光线过圆心O,在玻璃砖(图中实线部分)另一侧垂直纸面插大头针P3,使P3挡住P1、P2的像,连接OP3,图中MN为分界面,虚线半圆与玻璃砖对称,B、C分别是入射光线、折射光线与圆的交点,AB、CD均垂直于法线并分别交法线于A、D点。

图3

(1)设AB的长度为l1,AO的长度为l2,CD的长度为l3,DO的长度为l4,为较方便地表示出玻璃砖的折射率,需用刻度尺测量________,则玻璃砖的折射率可表示为________。

(2)如果在插大头针P3前,玻璃砖由于没有放好,以O为圆心逆时针转过了一个小角度,那么测得的玻璃砖的折射率会________(填“偏大”“偏小”或“不变”)。

【变式题2】在传统实验“测定玻璃的折射率”中:

(1)下列操作不能取得较好实验效果的是________。

A.大头针垂直地插在纸面上

B.入射角应当尽可能小

(2)在本次实验时,两界面aa′、bb′间距画得比实际玻璃砖的宽度大了些如图4所示,那么测得的折射率会________(填“偏大”“偏小”或“不变”)。

图4

(3)若同学想测量液体的折射率,操作步骤如下:选取半径r的一个圆形软木塞,木塞中心插一枚大头针如图5所示,让其在液面漂浮并静止。现在调整大头针插入的深度,让大头针露在液体中的长度为h,此时从液面上方的各个方向向液体中看,都恰好看不到大头针。根据上述测量的物理量,求液体折射率n′=________。

图5

【解析】第(1)问中为了减小测量的相对误差,选择的入射角应适当大些,使得测量的长度适当增加,故选B。第(2)问中在画光路图时,将入射点、出射点分别确定在aa′、bb′上,如图6。

图6

图7

2.教学启示与指引

2.1 立足课标,回归教材

通过对本文高考实验题的分析,可以看出高考实验命题注重新的课程标准,以教材常规实验为基础进行创新,突出对基本仪器的考查。因此在实验教学中,注重实验的必备知识,回归教材重视基础知识的教学。基础概念要讲透讲精,提高考点覆盖率,确保知识无盲区,拓展知识掌握的广度和熟练度。求“质”求“效”不贪“量”,拿足基本分。

2.2 突出原理,重视操作

从本文实验题来看,既重视实验原理,又考查了学生动手操作能力。建议让学生都到实验室去完成课程标准中的必做实验,那么学生对操作步骤以及基本仪器的使用等都会有深刻的印象。在实验操作中应当以原理为主线,让学生思考各个实验步骤的实施目标是什么?操作中有哪些细节?各个细节如有违反,会对实验带来怎样的影响?同时要仔细研读实验步骤的表述,尝试用自己的语言进行表述,努力做到准确、完整、简练。同时也要注重利用现有的实验仪器让学生自主完成规定的实验,通过实验操作加深对原理的理解。

2.3 加强探究,引导迁移

“四层” “四翼”的考查需要以情境为载体实现,在没有理解知识的情况下死记“口诀”并不适用,比如本文高考光学实验题最后一问,死记传统实验下入射角大,测量的折射率相对误差小的“口诀”反而得出相反的答案。如果缺乏知识迁移能力,当试题改变形式或情境就无从下手。同时在《高考评价体系的物理科考试内容改革实施路径》的创新性表述中明确提到实验设计的创新,即通过实验来考查创新性。这也需要老师有意识地培养学生迁移的能力来适应实验题的创新性。

所以,在实验教学中,需要加强实验迁移能力和实验探究能力的训练。利用教材中的实验作为新情境实验问题的突破口,找到其中的共性,再进行模型迁移解决实际问题。实验教学不再是简单的解题而是解决实际问题。除了“解决问题”以外在教学中也建议培养学生“问题解决”的能力,即多在教学中引导学生如何发现问题、提出问题或表述问题而不是直接抛出问题让学生解答,让学生自己找到问题或者有了问题后,想办法分析问题、解决问题进而提升学生的探究与迁移能力。