立足教材基础 凸显核心素养——评析2022年高考全国甲卷物理实验题

立足教材基础 凸显核心素养——评析2022年高考全国甲卷物理实验题

牟光悦

贵州师范大学    550025

摘要：以2022年高考全国甲卷物理实验试题为例，分析了体现在高考物理实验题中的物理学科核心素养，得出了关于物理实验教学的3点教学启示。

关键词：核心素养；高考；物理实验教学

1.引言

高中物理的课程目标是在义务教育基础上进一步促进学生物理学科核心素养的养成和发展。而物理学是一门以实验为基础的学科。实验是高中物理内容不可缺少的一部分，是增强学生物理观念、训练学生科学思维、提高学生科学探究能力和强化学生科学态度与责任的重要手段和方式。高考将实验题作为必考题，基于教材却不局限于教材，始终将物理学科核心素养的考查摆在突出位置，发挥了正向的作用，引导高中教师重视实验教学，重视培养学生的物理学科核心素养，真正将物理核心素养贯穿于教学始终。

本文以2022年高考全国甲卷物理实验试题为例，对考查的物理学科核心素养以及对物理实验教学的启示进行分析。

2.2022年高考物理题甲卷赏析

例题1：某同学要测量微安表内阻，可利用的实验器材有：电源E（电动势，内阻很小），电流表（量程，内阻约），微安表（量程，内阻待测，约），滑动变阻器R（最大阻值），定值电阻（阻值），开关S，导线若干。

（1）在答题卡上将图中所示的器材符号连线，画出实验电路原理图_____；

（2）某次测量中，微安表的示数为，电流表的示数为，由此计算出微安表内阻_____。

解析：（1）由于电源电压与电流表和微安表的电压相比过于大，并且为了测量多组数据，滑动电阻器应采用分压式接法。因为电流表的内阻不确定，所以为了准确测出微安表两端的电压，要先让微安表与定值电阻R0并联，再与电流表串联，根据流过微安表与定值电阻R0的电流之和等于流过电流表的电流，可求出流过定值电阻R0的电流。再根据并联电路电压相等可求出微安表两端的电压，进而求出微安表的内电阻。因此电路原理图如下：

（2）== , 。

评析：本题以测量毫安表电阻为出发点，考查了伏安法测电阻原理、滑动电阻器的连接方式、串并联电路规律以及欧姆定律。通过分析、推理选择毫安表和电流表的连接方式以及滑动变阻器的接入方式。本实验并不是课标要求的学生必做实验，但是无论是电流表外接还是滑动变阻器采用分压式接法都与人教版教材选修3-1第二章第三节中的研究性学生实验——测绘小灯泡的伏安特性曲线是相同原理，这拉近了学生的亲切感，有助于学生顺利完成高考实验题。虽然在教材实验的基础上进行了改动，没有直接用电压表，而是用毫安表与定值电阻并联，通过并联电路电压相等的规律得出毫安表两端的电压，但是万变不离其宗，还是在教材的基础上进行的创新。

核心素养：根据原理以及给定信息完成电路图，对实验设计性思维、创新性思维、分析能力和推理能力有一定的要求，所以考生需要在平时的学习中形成严谨的“科学思维”。根据电路特点对数据进行处理从而得到结论，考查了学生的“科学探究”能力。

例题2：利用图示的实验装置对碰撞过程进行研究。让质量为的滑块A与质量为的静止滑块B在水平气垫导轨上发生碰撞，碰撞时间极短，比较碰撞后A和B的速度大小和，进而分析碰撞过程是否为弹性碰撞。完成下列填空：

（1）调节导轨水平；

（2）测得两滑块的质量分别为0.510kg和0.304kg。要使碰撞后两滑块运动方向相反，应选取质量为______kg的滑块作为A；

（3）调节B的位置，使得A与B接触时，A的左端到左边挡板的距离与B的右端到右边挡板的距离相等；

（4）使A以一定的初速度沿气垫导轨运动，并与B碰撞，分别用传感器记录A和B从碰撞时刻开始到各自撞到挡板所用的时间和；

（5）将B放回到碰撞前的位置，改变A的初速度大小，重复步骤（4）。多次测量的结果如下表所示；

（6）表中的=______（保留2位有效数字）；

（7）的平均值为______；（保留2位有效数字）

（8）理论研究表明，对本实验的碰撞过程，是否为弹性碰撞可由判断。若两滑块的碰撞为弹性碰撞，则的理论表达式为______（用和表示），本实验中其值为______（保留2位有效数字），若该值与（7）中结果间的差别在允许范围内，则可认为滑块A与滑块B在导轨上的碰撞为弹性碰撞。

    解析：（2）质量小的物体撞击质量大的物体，碰撞后运动方向才会相反，故滑块A的质量应该是0.304kg。

（6）由于，根据表中的数据可得。

 (7)的平均值：

（8）弹性碰撞时满足动量守恒和机械能守恒，可得

联立解得

代入数据可得

    评析：本实验实质上是探究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒，再根据弹性碰撞前后系统动能不变的特点来判断该碰撞是否为弹性碰撞。验证动量守恒定律是课标规定的学生必做实验，在人教版选修3-5第十六章第一节中的参考案例一就是利用气垫导轨来验证动量守恒定律。教师会对此实验重点讲解，学生也会实践操作。有关弹性碰撞中的能量和动量的特点也在人教版选修3-5第一章第四节中通过一个演示实验进行了思考与讨论。因此，学生会对这道实验题感觉很熟悉，做起来也会得心应手。整个实验题考查的内容都是源于教材，这就要求教师教学要从教材出发，立足教材基础。

    核心素养：考查动量守恒定律，体现以“物理观念”选择高考实验题，通过考查，让学生具有能量观，用能量观分析问题、解决问题【1】。通过实验求出速度之比，再与理论值进行对比，最终得出此碰撞是弹性碰撞，考查了推理能力与分析综合能力，要求学生具有严谨的“科学思维”。考生要运用本身具备的“实验探究”能力、应用数学处理问题的能力解读原理，进行数据处理，完成实验，得出结论。

3.教学启发

3.1解读课程标准，更新教学理念

    课程标准指导普通高中课程改革的实践，构建了普通高中课程体系，是教学的风向标，决定了教学的方向。课程标准不仅指出了要“教什么”，还给出了“怎么教”的建议。《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》明确提出高中物理课程目标就是提高学生物理学科核心素养的养成与发展。高考的核心功能之一就是“引导教学”，客观上对高中教学起着重要的引导作用，而所有的教学又必须在课程标准指导下进行。因此，高考试题作为检测学生物理核心素养的一个重要的平台，必然与课程标准联系密切，体现出课程标准所提倡的教学理念。故教师要仔细研读课程标准，更新教学理念，才能更好地培养学生的物理学科核心素养，真正做到立德树人。

3.2落实教材实验，夯实基础知识

    根据以上实验分析，不难发现高考试卷中的实验题都是来源于教材、立足于教材，在教材的基础上进行一定的变动。只有教师在教学中指导学生做过教材中的实验，让学生真的理解了原理，亲自动手将实验做成功了，那学生才能在考场中厚积薄发，举一反三，准确率才会提升。所以，在高中教学中，必须让学生亲自动手做实验，并且还要保证实验完成的质量，不能做“纸上实验”，更不能敷衍了事。这样不仅能提高学生做题的准确率，也能提高学生的动手能力。不管实验题考查的知识点有多少，有多复杂，它都是由一个个基础的知识点构成的，而这基础知识点的本源就在教材上。教材是一切基础知识的源泉，是每一道髙考试题的归宿点【2】。“基础性”是高考考查要求之一，这就要求学生要有扎实牢靠的基础。《中国高考评价体系》中指出：基础扎实的学习者能够在广阔的学科领域中准确理解并熟练掌握主干内容，具备应对生活实践或学习探索问题情境的基本知识、基本能力与基本素养【3】。因此，教师要在教学中将教材中的实验落实，要让学生夯实基础知识，立足于教材基础。

3.3注重实验方法，培养创新思维

    让学生亲自动手操作非常重要，同样，教给学生实验方法也很重要，正如“授人以鱼不如授人以渔”。如例题1中就用到了等效替代法，此方法也可以用于电流表的改装、验证牛顿第二定律和验证力的平行四边形定则等。例题2中数据的处理方法用的是列表法。列表法简单又明确地将各物理量及关系表示出来，有利于找到物理量之间联系的规律。此种数据处理方法还用于测量玻璃的折射率，测量电源的电动势和内阻等实验中。素质教育的突出特征就是对创新性的强调【3】。在创新成为“关键词”的今天，教师在教学中也要注重培养学生的创新思维。有的高考试题虽然立足于教材，却会在教材基础上进行创新。高考是教学成果的“试金石”，学生的创新思维便会在此时凸显出来，而这也是学生的物理核心素养的检验。

    教材聚集了知识的精华，是学生学习的主要材料，是教师教学的主要依据，是高考的出发和归宿。学科核心素养是学科育人价值的集中体现，是学生通过学习后必须要具备的，高考就是检验学生的学科核心素养的一种方式。在物理实验教学中，学生同时动手和动脑，能够很好地培养自身的物理核心素养。所以，在日常教学中，教师应该立足于教材基础，多关注学生的物理学科核心素养的培养，让学生在实验中体会物理的乐趣。

参考文献

[1] 董友军,夏良英.彰显“求同存异” 渗透“核心素养”——评析2016年高考全国Ⅰ卷物理实验题[J].物理实验,2016,36(11):41-44.

[2] 谭程.立足教材基础创新 凸显科学探究能力——对2021年部分高考物理实验创新题的赏析[J].物理教学,2022,44(01):57-62.

[3] 教育部考试中心．中国高考评价体系说明［Ｍ］．北京：人民教育出版社，2020：32.