成才之路

透过高考物理电学实验题看物理核心素养的考查与培养

作者:林志强 来源:成才之路 202022期 时间:2020-09-13

摘 要:高中物理学科的核心素养包括物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四个方面的内容。围绕核心素养的培养,教师要培养学生的科学思想与创新、科学探究与交流、物...

  摘 要:高中物理学科的核心素养包括物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四个方面的内容。围绕核心素养的培养,教师要培养学生的科学思想与创新、科学探究与交流、物质观念与应用、科学态度与责任等素养。文章从高考物理电学实验试题分析入手,探讨电学实验教学对于高中物理核心素养培养的重要作用。

  关键词:物理教学;高考;电学实验;核心素养

  中图分类号:G633.7 文献标志码:A文章编号:1008-3561(2020)22-0114-02

  众所周知,高中物理的学习以实验为基础,而电学实验是高中物理实验中的一个重要模块,是物理教学中的主要内容之一,也是高考物理考查的一个核心内容。新课程改革的开展又在物理学科中添加了很多社会科学和自然科学方面的知识,所以高考电学实验试题既是物理学科考查的重要内容,又有着开放、新颖、创新的命题特点,是高考物理试题中的一颗最耀眼的星星。经过对多年高考电学实验题的分析,笔者深深体会到考题设计者对物理核心素养的深刻理解,以及设计题目时对各个核心素养要素考查的准确定位。以2018年高考理综全国卷1第23题为例,本题通过探究热敏电阻的温度特性,来考查等效替代法测电阻的原理、仪器的使用、读数以及利用图象处理数据的能力。下面笔者就围绕高考电学实验题,通过分析来总结对核心素养的考查点。

  一、考查科学态度与责任

  本题在一开始并没有说明实验原理,只有通读全题后才能弄清楚实验原理,真正理解题中所述实验操作步骤的目的,才能进行数据处理和应用。题目篇幅比较长,需要考生耐心通读全文,第一遍粗读,第二遍细读,通过上下文的整体衔接,把握实验的原理。如果考生还没有看清楚题目就急于做题,必然导致思路不清或者理解错误而解题失败,更有甚者被题目的长度所迷惑,直接放棄了本题。所以本题一开始就从审题这一基本环节很好地考查了学生的核心素养中的科学态度与责任这一要素,俗话说“态度决定一切”,一道题的解答也只有在认真、科学、有责任感的基础上才能有成功的可能。本题给物理教学的第一个启示,就是教师在课堂上为学生解答一道题目时切不可急功近利,省略了审题、挖掘题目关键条件这一重要步骤,而应该教会学生细致审题,注重关键条件的理解,这样才能选择正确的物理原理进行列式求解。

  二、考查科学思想与创新

  本题考查的实质是等效替代法在电学实验中的应用,通过实验操作流程的介绍,要求学生抓住开关S2切换到1、2两接点前后,通过R2的调节使两次电压表的读数相同的物理意义,并结合闭合电路欧姆定律的理解,得出电阻R2与RT的阻值相等的结论,从而认识到对RT的阻值测量是由电阻箱的读数得到的。这一原理的考查也是本题的核心内容,其不同于常规的伏安法测电阻,不仅在实验器材上有明显不同,实验原理的简单明了更是其主要特点,同时还有一个最重要的优点,即没有因电表的内阻影响而产生的测量系统误差(例如“外小、内大”:伏安法测电阻时,电流表外接测量系统误差偏小,电流表内接测量系统误差偏大)。这一内容很好地考查了物理核心素养的科学思想与创新这一要素,笔者认为这是最重要的考查要点,也给物理教学带来了重要的启示,即教师在电学实验教学过程中,除了介绍课本中的基本实验原理以外,也应该重视创新实验方法的探讨,并且从实验系统误差分析的角度对比不同的实验原理,这种对比最好的做法是让学生亲手用不同的实验原理来测量,对比结果,并讨论产生不同结果的原因,让学生理解不同原理的真正意义,从而拓宽学生视野,让学生学会创新。只有在教学中重视培养学生的创新能力、知识迁移能力和解决实际问题的能力,才能让学生在创新性的考题中从容应对。

  三、考查物质观念与应用

  本题中分析的电学元件是一个热敏电阻,其电阻率具有负温度系数,对于这样的元器件,学生在日常生活中是没有直接体验过的,其特性对学生来说比较陌生。笔者认为以这种热敏电阻为对象出题比选用一个通普通的恒定阻值电阻更有典型意义,因为这样能更好地考查学生的创新思维。如果在课堂实验教学当中能有这样的创新型实验,学生们一定会发现这种完全不同于恒定电阻的材料的性质,进而探究为什么这种材料有别于普通电阻,其微观结构有什么特点。这样的好奇心一定是最好的学习探究动力,可以让学生具备物理核心素养中的物质观念。所以,教师在电学实验教学中一定要注重实验探究内容,比如,可以让学生在“描绘电学元件的伏安特性曲线”这一节实验课中分别对热敏电阻、白炽灯泡、恒定电阻三个元件进行测量描绘,由他们自己来发现这三个对象的温度特性的不同。这样的探究过程培养了学生的科学物质观,能够为全面培养核心素养打下坚实基础。

  四、考查科学探究与交流

  本题最主要的一个答题环节是把题中未描点的第五、六两组数据描绘到坐标图中,然后根据图中的七个点描绘出一条光滑曲线,再完成第(3)(4)两小题的测量、读数。笔者经过统计发现,这一步骤有以下两种典型错误:一是把图线连接成折线,其产生错误的原因是,学生对热敏电阻的电阻率随温度变化是非线性渐变的特点完全不清楚,对描点法的意义完全不理解,导致盲目作图,连接成了折线。二是把物理实验作图当成了美术课画图,描线粗大、粗糙,也说明学生对图象法的根本要求完全不明确。这两个典型错误恰恰显示出学生的核心素养中科学探究与交流这一要素的缺乏,对这一要素包含的问题、证据、解释、交流四个要点缺乏认知。而正确的作图结果应该是描绘成光滑而精细的曲线,这样有利于后面(3)(4)小题的解答。在用图像法处理实验数据时,为了让学生真正记住图线的特征,教师可以结合物理现象及规律,或者结合所分析物理量的公式关系,配合数学知识说明图线所应有的形态,从而让学生对图线有本质理解。

  总之,从以上四点分析可知,核心素养注重深层次探究物理知识。因此,在物理教学中,特别是实验教学中,教师要把知识的传授转化成素养和能力的培养。教师要对物理教学各层面的特点有透彻的分析,领悟各层次教学如何落实核心素养培养目标,从而制定教学策略。物理电学实验教学策略重在积极引导学生进行自主学习与合作学习,让学生在掌握基本电学实验知识基础上分析、 探究实验中的各层次知识点和实验规律。教师要培养学生的科学思想与创新、科学探究与交流、物质观念与应用、科学态度与责任等素养。结合高考命题,要注重物理电学实验的教学创新,鼓励学生在实验活动中观察实验现象,思考实验的本质,学会尊重事实,掌握科学方法,提升核心素养。

  参考文献:

  [1]钱嘉伟.江苏物理高考实验试题研究及教学建议[J].物理之友,2015(09).

  [2]张永杰.基于物理学科核心素养高中物理实验教学的实践研究[D].江苏师范大学,2017.

  [3]王宇辰.新课程标准下高中物理实验教学现状的调查研究[D].华中师范大学,2015.

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