与时俱进的高考物理实验题

与时俱进的高考物理实验题
华东师范大学物理系胡炳元
上海市七宝中学褚慧玲
考试是一种文化现象，它不时的折射出中国社会发展的轨迹。

限于篇幅的原因，本文选取了一组电学物理实验的高考试题为例进行分析，简单谈谈物理高考实验题的发展变化。

自上海1985年单独命题以来，1988年上海物理试卷做了总分的调整，由原来的100分，调整为150分；自此以后物理实验题的分值在高考试卷中的比例由最初的22分，于1999年调整为30分，并延续至今，占整份试卷的20%。

而实验内容的要求由最初所涉及的十几个高中物理学生实验，调整为最近几年的9个学生物理实验加30余个物理演示实验。

考试的形式从最初的简单填空和简单的设计实验，至今已发展到开放式、获取信息、转换信息、评价实验等多种测试题目类型。

一、一组高考实验题
例1．（1993年四（5）题）有小灯泡L1（6V、3W）和L2（6V、1W）各一只，定值电阻R（18欧、5W）一只，电源一只（电动势12V、内阻不计），电
键一只，导线若干。

试设计一电路，使L1和L2都能
正常发光。

（1）将设计的电路图画在虚线框内，电路
图中要标明各元件的代号。

（2）按设计的电路图，用
线（表示导线）完成右下图所示仪器的连线。

例2．（1999年第21题）：现有一阻值为10.0欧姆的定值电阻、一个电键、若干根导线和一个电压表，该电压表表面上有刻度但无刻度值，要求设计一个能测定某电压内阻的实验方案。

（已知电压表内阻很大，电压表量程大于电源电动势，电源内阻约为几欧）要求：（1）在右边方框中画出实验电路图。

（2）简要写出完成接线后的实验步骤；（3）写出用测得的量计算电源内阻的表达式r = 。

例3．（2000年第19题）：某同学按如图所示电路进行实验, 实验时该同学将变阻器的触片p移到不同位置时测得各电表的示数如下表所示
电路中ε、r 分别为电源的电动势和内阻, R1, R2, R3为定值电阻, 在这五个物理量中, 可根据上表中的数据求得的物理量是(不要求具体计算) .
(2) 由于电路发生故障, 发现两电压表示数相同了(但不为零), 若这种情况的发生是由用电器引起的, 则可能的故障原因是.
例4．（2001年第16题）：要求测量由2节干电池串联而成的电池组的电动势ε和内阻r （约几欧），提供下列器材： 电压表V1（量程3V ，内阻1k Ω）、 电压表V2（量程15V ，内阻2k Ω）、电阻箱（0—9999Ω）、电键、导线若干．某同学用量程为15 V 的电压表连接成如图所示的电路, 实验步骤如下：
(1) 合上电键S, 将电阻箱R 阻值调到R1 = 10Ω,读得电压表的读数为U1.
(2) 将电阻箱R 阻值调到R2 = 20Ω, 读得电压表的读数为U2. 由方程组r R U U 111-=ε, r R U U 222-=ε, 解出ε、r .
为了减少实验误差, 上述实验在选择器材和实验步骤中,应做哪些改进？
例5．（2002年16题）：如图所示为一实验小车中利用光电脉冲测量车速和行程的装
置的示意图，A 为光源，B 为光电接收器，A 、B 均固定在车身上，C 为小车的车轮，D
为与C 同轴相连的齿轮. 车轮转动时，A 发出的光束通过旋转齿轮上齿的间隙后变成脉
冲光信号，被B 接收并转换成电信号，由电子电路记录和显示. 若实验显示单位时间内
的脉冲数为n ，累计脉冲数为N ，则要测出小车的速度和行程还必须测量的物理量或数据是 ；小车速度的表达式为v = ；行程的表达式为s = 。

例6．（2002年第18题）：已知某一区域的地下埋有一根与地表面平行
的直线电缆，电缆中通有变化的电流，在其周围有变化的磁场，因此可
以通过在地面上测量闭合试探小线圈中的感应电动势来探测电缆的确切
位置、走向和深度. 当线圈平面平行地面测量时，在地面上a 、c 两处测得
试探线圈中的电动势为零，b 、d 两处线圈中的电动势不为零；当线圈平
面与地面成45︒夹角时，在b 、d 两处测得试探线圈中的电动势为零. 经过测量发现，a 、b 、c 、d 恰好位于边长为1米的正方形的四个顶角上，如图所示. 据此可以判定地下电缆在 两点连线的正下方，离地表面的深度为 米.
从上述近年来一组电学实验题，我们可以发现，实验题所选用的内容已经从课本上的实验发展到来源于实际问题的实验，从注重科学知识发展到注重科学研究方法，从注重对已经做过的实验的观察发展到对实际问题、新情景问题的观察。

从命题的方式上看，逐步朝越来越开放的方向发展。

例如2001年第16题属于改进实验方案的类型，该实验是教学中的重点实验。

比以往的同种实验题的能力要求更高，强调了实验的过程与方法，注重评价了学生实施实验的能力、对实验结果进行反思评价的能力。

同时开放性的填空方式，也可考查学生思维的敏捷性、灵活性和批判性等。

2002年第16题强调的是理解实验过程，避免单纯将实验结论背出来的现象。

2002年第18题考查学生将实际问题转化为物理问题、同时也考查了思维能力、提出问题能力和分析解决问题的能力。

由于题目的编制留给同学很大的想象空间，所以此题不仅能显示学生的已有的能力，同时对学生能力发展的可能性做一预测。

二、加强实验教学
英国科学教育家阿姆斯特朗说，实验总是以发现以探索作为追求目标的，实验在学校里是教授学生去发现的方法。

日本人认为理科教学所以重视实验，因为实验不仅为学生提供具体、形象和生动的感性材料，
试探线圈
还能培养学生的实验技能，通过实验活动学生可以学到探索自然的方法，培养严谨的态度，进一步加深学生对自然现象的理解，认识人与自然的关系，树立科学的自然观。

科学教育主要是让学生通过实验来自己获取，不是依靠教师的讲授。

英国的中学一开始学习化学时，学生就没有教科书。

教师只介绍一些参考书，学生掌握课业主要靠课堂和教师发放的实验报告来完成，所学习的全部内容是在实验室进行的。

学生从11岁开始学习化学，学习的内容和题目全部是实验性的，每周的两节课都是在实验室进行的。

即使进入高中，仍然有70％的课程是在实验室里上。

前苏联把学生实验的能力划分为四个层次。

第一层次是掌握一些进行最简单操作的初步技能，如较简单的观察和测量的能力，这种能力从一年级开始培养。

五年级应掌握一些测量技能，如测量气温、气压、物体大小等等。

第二层次是在教师指导下，根据教科书要求装置实验，记录观察与测量结果，分析实验结果。

这种能力从四年级开始，六年级已经形成。

第三层次是掌握独立装置实验的能力，掌握按合理顺序独立完成所有操作的技能，在七八年级培养。

第四层次是能独立了解实验目的，提出实验假设，安排实验过程，选择仪器和材料，进行测量和观察，对测量结果进行数学整理，分析结果并作出结论，这种能力在九年级培养。

为了加强科学教育，美国中学生参加过零重力对关节炎影响的实验、鸡蛋在太空中孵化的实验，日本高中生参加过太空人工造雪的实验，德国学生参加过小麦、大豆种子接受宇宙辐射的实验，澳大利亚学生参加过细胞在外层空间适应零重力环境的实验。

这些实验正在向尖端化、高科技化方向发展。

英国科学教育学家贝尔纳主张把科研作为科学教育的一种形式，让学生在具体的科研工作中学习和掌握科学。

这样可以避免给学生一堆死知识，而是让学生知道结论的来龙去脉。

可见国外是非常注意学生实验能力的培养。

现今我国基础教育中兴起的研究性学习，实质上就是通过科学研讨过程，使学生学会发现规律性和说明自然现象的方法。

美国教育家曼科马克对通过科研过程进行科学教育，作过十多年的研究和实验，提出“发明工场”的理论。

其核心，一是通过科研、实验培养学生动手能力和创新精神，二是把“发明工场”作为科学教育的一种形式。

通过科研对学生进行科学教育的特点是科研与教学、与社会现状密切相结合。

如果学生的科研与教学、与社会公害相结合，不仅使学生学会运用科学，培养学生科研能力，还使学生认识科学的社会意义，调动学生学科学的积极性，有助于学生科学观的树立。

物理学是一门以实验为基础的自然科学。

中学生应该在科学探究和物理实验中达到以下要求。

提出问题：能发现与物理学有关的问题。

从物理学的角度较明确地表述这些问题。

认识到发现问题和提出问题的意义。

猜想与假设：对解决问题的方式和问题的答案提出假设。

对物理实验结果进行预测。

认识到猜想与假设的重要性。

制定计划与设计实验：知道实验目的和已有条件，制定实验方案。

尝试选择实验方法及所需要的装置与器材。

考虑实验的变量及其控制方法。

认识到制定计划的作用。

进行实验与收集证据：用多种方式收集数据。

按说明书进行实验操作，会使用基本的实验仪器。

如实记录实验数据，知道重复收集实验数据的意义。

具有安全操作的意识。

认识到科学收集实验数据的重要性。

分析与论证：对实验数据进行分析处理。

尝试根据实验现象和数据得出结论。

对实验结果进行解释和描述。

认识到在实验中进行分析论证是很重要的。

评估：尝试分析假设与实验结果间的差异。

注意探究活动中未解决的矛盾，发现新的问题。

交流与合作：能写出实验探究报告。

在合作中注意既坚持原则又尊重他人。

有合作精神。

认识到交流与合作的重要性。

三、注重科学实验的方法教育
科学实验是有目的、有计划的探索性活动。

实验方法是人们根据一定的科学研究目的，运用一定的物
质（科学仪器和设备），人为地控制或变革客观事物和过程，暴露它们在自然条件下无法显露的特性，以便深入地研究自然界规律的一种方法。

目前随着现代科学技术的发展，实验仪器等科学研究的手段的不断更新和提高，实验方法种类越来越多。

掌握实验方法更有助于我们对社会和人类文化有着科学的认识。

实际问题中的对象往往是错综复杂的，包含着诸多因素。

但科学实验可以严格控制研究对象，排除各种偶然的、次要的因素的干扰，简化和纯化研究对象，使研究对象的本质属性和联系以比较纯粹的形态呈现出来，大大简化了科学研究过程。

正如马克思所说：“物理学家是在自然过程表现的最确实、最少受干扰的地方考察自然过程的，或者，如有可能，是在保证过程从其纯粹形态条件下从事实验的。

”
科学之所以能变成一种最强大的力量，就是因为有自我纠错的能力。

科学知识本身是可塑的，是发展的。

当我们把学生放在特定的科学背景下提出选题，告诉他们面临的问题和当时所能知道的一些数据和理论，让他们想办法解决。

学生会想出很多方法，一步一步走下去，他们就知道哪些方法不切实际，哪些方法具有可行性，能进一步发展。

通过这样一种学习，让学生了解科学研究的过程。

对这些问题的正确分析，就是科学方法论。

掌握正确的科学方法论，就有了思考和处理问题的正确方式，在科学方法的理解中理解到科学精神。

比如不懈的寻找公认的证据，敢于放弃无根据的想法等，就是科学精神的体现。

高考物理实验题发展到现有状态，是社会发展和科学技术发展的结果，当然也是课程改革不断推进，更多评价理念飞跃的结果。

评价应注重对过程与方法的评价，重视评价学生的科学探究能力、实验能力、分析与解决问题的能力，以及在科学探究与学习过程中，应用物理学研究方法、数学工具的情况。

提倡客观记录学生提出的问题以及在理论学习、物理实验、小论文、小制作和科学探究等活动中的表现，关注学生的观察和实验的能力、提出问题的能力、做出猜想和假设的能力、收集信息和处理信息的能力、交流的能力的现状和发展。