近5年全国卷物理力学实验题分布特点及其对教学的启示

汤志超

(广东广雅中学 广东 广州 510160)

1 引言

物理学科是一门建立在实验基础上的学科.因此学生学好物理实验至关重要.2020年将是很多省份“旧高考”的最后一年，明年将进行“新高考”.分析近5年的高考实验题有利于研究新的高考，研究如何在现有知识的基础上推陈出新，更加有利于培养学生的核心素养.

2 近5年高考理综全国卷实验题特点对比分析

2.1 考查分值对比分析 考点统计

本文将实验考查内容按照实验原理、计算、读数、做图、误差分析等基本技能做了汇总[1]，绘制了表1.

表1 近5年高考力学实验考查情况汇总表

续表1

2.2 实验内容对比分析

(1)考查类型统计分析[2]

从实验考查类型统计结果可以看出：近5年，验证型实验考查了4次，探究型实验考查了4次，测量型实验考查了7次.全国卷更倾向于考查测量型实验，很少直接考查书本中的实验.大多是在教材中实验的基础上创设新的实验情境考查学生解决问题的能力.测量型实验需要学生在掌握教材中实验基本原理的基础上应用实验原理解决新的实验问题.实验类型统计图如图1所示.

图1 实验类型统计图

比如2019年高考理综全国卷Ⅱ考查的是测量动摩擦因数.人教版教材中没有测量动摩擦因数这个实验，平时也没学过其实验原理.但实验器材都是实验室常见的器材：铁架台、木板、电磁打点计时器、纸带等，学生也在研究匀变速直线运动当中学过处理纸带的方式方法.实验原理虽然没学过，但学生可以根据已有的关于运动学以及牛顿第二定律的有关知识储备再结合相关实验理论基础，合理地推导出此实验中的原理方程式，从而解决问题.

(2)考查基本技能分析

考查基本技能分析数据与统计图分别如表1和图2、图3所示.

表1 考查基本技能分析数据

图2 考查次数统计图

图3 考查分数统计图

经上述统计发现，力学实验对于计算的考查占比最多，约占一半，其次是对实验原理的考查，而对于读数、作图以及误差分析考查的次数以及分值都较少.

分析真题发现，对于实验原理的考查不仅仅局限于考试内容和要求中所列的那7个实验原理.比如2017年高考理综全国卷Ⅱ第22题“探究平均速度、瞬时速度和加速度之间的关系”；2018年高考理综全国卷Ⅱ和2019年全国卷Ⅱ的测量动摩擦因数、2018年全国卷Ⅲ的测量人的反应时间等.这些实验原理均不在那7个常规实验中.

全国卷实验题对于计算的考查大都是对于纸带的数据处理，求物体运动的瞬时速度以及加速度.在考查的18次计算中，涉及纸带求速度或加速度的就占了10次，超过了一半.

3 对物理实验教与学的启示

实验能力是《考试大纲》中学生须具有的五大能力中的一种能力.以《考试大纲》为基础，根据本文的数据统计和分析，为更好地进行物理实验教学提出如下建议.

(1)注重实验原理的学习，多让学生动手实践

学习任何一个实验最重要的就是掌握实验原理.掌握实验原理就是要知道实验的目的是什么，要达到这样的目的，在实验中依据理论知识中的哪些定理、定律等内容而设计的实验程序，测量项目、操作步骤和实验数据分析与计算，以及如何通过现有的实验室的器材达到想要达到的目的.这也是《考试大纲》中提到的：能独立完成“考试内容与要求”中所列的实验[3]，能明确实验目的，能理解实验原理和方法，能控制实验条件，会使用仪器，会观察、分析实验现象，会记录、处理实验数据，并得出结论，对结论进行分析和评价.

学习实验原理除了在课堂上由教师讲解外，更重要的是让学生能够亲自动手做实验.因此在平时学校条件允许的情况下应该让学生多到实验室接触实验器材，多动手，让其在动手实践过程中掌握实验原理，感受每一个实验器材的用处.一般在教师讲解完实验原理以及如何进行实验操作后，学生大都能够按照教师的指导进行实验操作，在进行一次完整的实验操作后，学生基本上都能够掌握每个实验器材的原理以及在实验中的用途和功能.让学生到实验室进行实验能够给学生留下深刻的印象，对于每一个实验仪器都能掌握操作规程和注意事项.这有利于在遇到新的实验情境时能够依据已掌握的理论知识解决问题.

(2)注重应用数学处理物体问题的能力培养

从近些年的考题中可以发现，全国卷对于物理实验计算能力的考查非常重视，近一半的分值考查了实验数据的处理.这也是《考试大纲》中说明的考查学生应用数学处理物理问题的能力的体现.因此在平时的教学过程中，教师要更重视对学生计算能力的培养.《考试大纲》中关于这方面的描述是这样的：能够根据具体问题列出物理量之间的关系式，进行推导和求解，并根据结果得出物理结论；能运用几何图形、函数关系进行分析表达.

中考时学生是可以使用计算器的，这就使得高一学生的计算能力非常薄弱.而高考是不能使用计算器的.为了高考时学生不被计算难倒，在高一时就要更加注重培养学生的计算能力.在课堂上多做相应的练习，在平时的小测和期中、期末考试时都或多或少地考查一下学生的计算能力.

(3)注重应用实验理论解决实际问题能力的培养，发散思维的培养[4]

“考试内容与要求”中所列的力学实验共7个.这7个实验也是平时教学的重点，教师都会将这些实验分析得很透彻，学生也都会很认真地学习这7个实验的原理以及相应的知识，平时的练习也都会经常做到.但考纲中同样提到：能发现问题，提出问题，并制定解决问题的方案；能运用已学过的物理理论、实验方法和实验仪器处理问题，包括简单的设计性实验.分析表1也同样发现，全国卷中出现的实验并不全是考试内容与要求中所列出的实验，所以这就要求平时在实验的教与学过程中不能只局限于那7个实验.

比如探究平均速度、瞬时速度和加速度之间的关系、测量铁块与木板间动摩擦因数、测人的反应时间、测重力加速度等.这些实验教材中并没有出现，但是这些实验都是在教材原有实验原理、原有实验器材的基础上进行深化、拓展得到的.同样的实验器材，不同的实验目的.

比如2017年高考理综全国卷Ⅰ“研究小车在桌面上的直线运动”这个实验和我们平时遇到的实验很不一样.课本上研究小车的直线运动用到的实验器材是打点计时器、纸带等，而这个实验用到的是自制“滴水计时器”，没有用纸带，而是“滴水计时器等时间间隔地滴下小水滴”，用桌子来记录水滴的位置，从而记住小车的运动信息.题目虽然没有一处提到打点计时器，也没有提到纸带，看似是完全没有学过的实验，但如果学生在实验室做过用小车和打点计时器来研究小车的匀变速直线运动这个实验,就能够将相应的实验理论以及处理数据的方法迁移到这个实验中来，从而解决新的实验情境.再比如2019年高考理综全国卷Ⅱ“测量铁块与木板间动摩擦因数的实验”用到的实验器材是学生熟悉的铁架台、铁块(小车)、打点计时器、木板.学生在实验室用这些器材做过实验，但做的是“研究匀变速直线运动”.这一题就是使用熟悉的器材做不同的实验，达到不同的实验目的.因此在平时的实验教学过程中，可以多设置一些问题.比如：这个实验器材除了能够测量这个物理量还能够测量什么物理量呢？既可以拓展学生的思维，又可以加深学生对实验器材功能的理解.