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1、物理实验探究能力的评价与培养,江苏省中小学教研室 叶兵,实验教学情况调查结果,江苏高考物理考试说明上的10个学生实验开设情况,开设4个及以下的，苏南只占1.4%，苏中占6.4%，而苏北却占17.3%。,40.5%,27%,22.3%,10.3%,教学中对教材中的物理实验（包括小实验、课外实验）的实施情况是,14.7%,24.1%,37.2%,24.1%,注意：做80%以上的，二星高中只占8.2%；三星高中占12.4%；四星高中只占19.9%。,全省义务教育质量监测问卷,问 题,实验教学现状：实验条件的改善，但实验弱化严重；实验重视在口头，学生真正动手机会不多，教师关注习题甚于关注实验；实验拘泥
2、于教材规定的内容，拓展不多。丰富的实验探究活动名存实亡弄清楚三个问题：实验探究能力是什么？实验能力如何进行评价？实验能力如何进行培养？,实验该如何考？,现状：说起来重要，教起来次要，忙起来不要。原因：受纸笔测试功能的局限，讲实验比做实验考得好问题：如何在纸笔测试中挖掘实验考查的因素，考查实验的素养，引导教学重视实验？,实验能力的要求,能独立地完成表2、表3中所列的实验，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;能发现问题、提出问题，并制订解决方案;能运用已学过的物理理论、实验方法和实验仪器去处
3、理问题，包括简单的设计性实验。 2016年全国考纲“实验能力”,实验与探究能力（江苏）,能独立地完成表中所列的实验、能明确实验目的，理解实验原理和方法，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；能在实验中，发现问题、提出问题，对解决问题的方式和问题的答案提出假设；能制定实验方案，对实验结果进行预测。能运用已学过的物理理论、实验方法和实验仪器去解决问题，包括简单的设计性实验。经历过程、规范操作、主动思维（实验意识）、解决问题,实验考试命题的要求,避免纸上谈兵（不要实验背景的计算题，要有问题、数据、操作等实验的基本要素）体现能力要求（体
4、现实验的重要能力要求，不简单重复训练题）区分两类学生（将做与不做的学生有效区分，引导实验教学）确保信度效度（遵循笔试命题的要求，关注重点，控制开放）,纸笔测试下实验该考什么？,实践的意识与相应的实验能力：这是与实验操作与问题解决相关联，长期积累形成的一种自动化的行为表现，表现在规范、安全、合理的操作及灵活地解决实验中各类问题的能力。这是做实验与不做实验的重要区别。重点包括：联系实际的意识：从实际出发考虑问题规范操作的能力：特别是非教材中描述的操作细节方案的设计与问题解决的能力：阅卷要求高，信度易受影响，非预设性问题的灵活解决数据的分析能力：获取、处理（作图）及分析等误差的判断能力：定性非定量,
5、策略1：设计现场操作试题,要求考生按照一定的要求，现场解决问题或再现实验操作的过程片段。,本题涉及光的衍射现象，命题意图并非要求根据缝宽0.3mm与可见光波长在400-700nm来进行比较判断。考查实践的意识，现场进行实验操作的能力。对 30cm、0.2mm 的判断、估计以及在实验过程中为获取理想的观察效果进行调节的能力，同时也是对学生一种科学态度的培养真实表达观察到的现象。实测难度为 0.32。,2011年江苏高考试题,试题再现了实验的操作过程（片段）。如何计算夹角的正弦值，体现了实践的意识试题难度0.35,利用手边的直尺（或铅笔、圆珠笔等）做一个小实验：用两只手的食指水平放置，分别托在直尺
6、的两边，如右图所示，然后让这两个食指缓慢向中间靠拢。根据观察到的现象，请你提一个与物理有关的问题（不要求解答）问题： ？,重2N的文具盒，放在今年中考物理化学答题卡上，用相机正对它们拍摄的全景照片如图请估测文具盒对答题卡的压强最接近于A100PaB200PaC300PaD400Pa,这是一道估算题，需要估测出图中文具盒的长宽。估测的关键是“文具盒放在今年中考物理化学答题卡上拍的全景照片”，因为是全景照片，所以，根据图片测出文具盒长宽与答题卡的比例，这样题目就变为实际测量答题卡的长宽，再根据比例估测出长宽。,策略1：设计现场操作试题,此类试题的优点：有效考查考生的实践意识；拓展了纸笔测试功能（需
7、要动手进行操作才能完成答题）；考查了基本的操作技能。局限性：器材选择的局限性内容及方案选择的局限性考查内涵的局限性（不够丰富）,策略2：关注实验操作的细节考查,这是学生基本实验意识及能力的重要方面。能够对教学起到良好的导向作用。规范的意识（如校零、读数）安全的意识（如变阻器滑片位置、拆线顺序、试触等）操作合理的意识（电路出现故障先检查判断哪个?）等,2012年考查电表调零及判断电源的操作,换一种呈现方式,2013年,2016年考查了变阻箱的使用,策略2：关注实验操作的细节考查,注意点：与学生实验相关要求相吻合不一定是在教材中强调的操作重在引导学生积极参与到实验中，在实验中多动手，多思考,策略3
8、：重视问题（非预设）解决,实验设计的考查难在哪里？这是实验的起点，后续难以设问答题量、开放性影响客观评价问题解决在某种程度上同样考查了相关的能力，且评分较为客观，操作方便，不影响试题设计的流畅性。,实验问题的解决（简单设计）,策略4：关注数据的处理及误差分析,策略4：关注数据的处理及误差分析,案例分析1（2016年实验试题设计）,该实验为测量电阻随温度的变化规律，以教材中小灯泡伏安特性曲线测量为原型。采用替代法进行试验。考点落在实验器材的选择，变阻器的操作和数据的图像处理及规律的得出上。试题难度0.56,案例分析2（2016年试题设计）,以教材中验证机械能守恒为背景，采用光电门进行试验，器材操
9、作均发生变化。在告知实验原理的基础上，考点落在基本物理量的测量、测量的操作、数据的计算。重点考查数据的误差分析（注意与传统实验情况不一致，呈现方式凸显实验的特色）试题难度0.63,案例分析3（如何体现科学探究？）,2014年高考优秀试题,考实验基本操作。,理解操作过程非常关键。,实验题：对橡皮筋弹性的探究,实验探究如何考？,方案一：学生设计方案（要求只有一个砝码、量角器、刻度尺等，测量橡皮筋在不同拉力下的长度）优点：实验设计具有挑战性，能考出学生的实验能力。缺点：阅卷困难，接下去的设问难以顺畅衔接，容易造成答题的相互暗示。,实验探究如何考？,方案二：给出实验数据，重在考查对数据的分析优点：试题
10、容易命制，试题简洁。缺点：考查点落在对数据的分析上，对探究过程体现不够。比较常规，落入俗套。,实验探究如何考？,方案三：将上述两者相结合，陈述实验的关键操作，学生要在理解（第2问）的基础上对其进行分析，简化数据的采集。要求学生从实验中分析，得出结果（第3问）。并以此来指导实验改进（第4问）。,本题是对教材实验的进一步深化。本题具有一定的探究性。对探究能力的考查方式还需进一步研究（提出问题、猜想假设、交流评价等）。,2014年学业水平测试,25小明通过实验探究求合力的方法： 实验所用的一只弹簧测力计如题251图所示，在用它测力前应对它进行的操作是 （2）在测出F1、F2和对应的合力后，他在纸上画
11、出了F1、F2的图示，如题252图所示请你帮他在图中画出合力F的图示（测得F = 4.9 N，图中a、b为记录方向的两点）,（3）小明用虚线把F的箭头末端分别与F1、F2的箭头末端连接起来；观察图形后，他觉得所画的图形很像平行四边形至此，为正确得出求合力的一般方法，你认为小明接下来应该做些什么（写出两点即可）？ ,参考答案验证所画四边形十分接近于平行四边形；提出求合力方法的猜想；改变F1、F2的大小和方向，重复上述实验，验证猜想；与同学交流讨论实验结果，得出结论,实验试题命制注意点,一份试卷中实验的试题占分比不宜过高，约为15%左右背景尽可能与教材实验相似或相近，一般选用其他的方案来做教材中的
12、实验，有助于对实验能力的有效考查试卷中实验能力考查不重复，尽可能覆盖面广，一般涉及器材的选择、操作的规范、问题的解决、数据的分析和处理、误差定性分析及实验评价改进等方面,活动：请评价这两道实验试题,实践意识培养的有效途径,教材必做实验主动做、认真做、多样化做功能：经历过程，培养基本的实验技能基于教材开发实验活动努力做、经常做功能：深化知识的理解，培养实践意识课外探究（制作）活动尝试做、鼓励做功能：激发兴趣，提高实践意识,案例1：验证机械能守恒,主动做：让学生经历设计的过程不是做实验操。,44,45,测量：h=hB v=（hc-hA）/2T,自由落体运动+打点计时器,hA,hB,hC,方案一：,
13、46,光滑斜面,测量：H、h v=s（g/2h）1/2,方案二：,47,测量：h， v,h,单摆,方案三：,48,比较三种方案：,49,自由落体运动+打点计时器：优点：1、操作简单； 2、一次实验获得多组数据；缺点：1、纸带点迹不清稀疏； 2、纸带与打点计时器间 有摩擦； 3、纸带运算复杂,认真做：思考实验中应注意的问题重力加速度如何获得？数据处理的纸带应如何选择？为减小误差，操作中应注意什么？,1、如何解决点迹不清和过于稀疏的问题？,2、如何解决纸带与打点计时器间摩擦问题？,3、如何解决纸带运算复杂问题？,光电门测速度v=d/t,气垫导轨,多样化做：思考实验中问题的改进方法,52,气垫导轨（
14、斜面）+光电门,自由落体运动+光电门,改进后方案,53,如何解决只有一组数据，偶然误差较大的问题？,54,（1）,比较两种数据处理方法：,0,B,（2）,55,案例2：对交流电有效值的研究,高中物理新课标教材中涉及正（余）弦交流电的有效值与峰值关系时是在介绍了有效值的定义后直接给出的，并未进行理论的证明和实验的证实。事实上在进行这部分教学时如能组织学生围绕这一问题进行理论和实验的探究，可以让学生对有效值有更为深刻的认识，从而取得良好的教学效果。,问题的提出：如何证明或证实正（余）弦交流电有效值与峰值间的关系？探究要求：利用已学过的三角函数相关知识进行理论的证明推导或通过设计实验方案，利用实验来
15、研究交流电有效值与真实值之间的关系。任务布置后，学生自行组织了学习小组，进行了深入的讨论和研究。一周后进行成果交流，发现学生的许多方法很有创意，现将学生的成果介绍如下：,研究思路：根据有效值定义,探究正弦交流电有效值的研究,直流、交流电直接交替加在小灯泡上，观察亮度的变化情况,测量热量困难且误差大,改变思路（小灯泡发光亮度）,直流电压如何实现调节,如何能观察到交、直流电压,实验电路,（课外实验）测量一张纸与桌面的动摩擦因素需要测哪些量？怎样测？研究橡皮筋的伸长和外力的关系给你一根较长的橡皮筋，20g的钩码一只，细线一段，刻度尺一把，请你设计实验研究橡皮筋伸长和所受拉力的关系，并对实验结果进行分析讨论。,案例3：制做“最简单”的电动机,直流电动机是科学向技术转换的典型案例，是磁场对电流作用原理的应用。在学生设计与制作过程中，能学到哪些东西？1.把线圈架在支架上，通电线圈不能持续转动，原因是什么？,图12-3-5,案例：制做“最简单”的电动机,2.怎样才能使线圈持续转动？如果没有换向器，可以把线圈轴的漆包线的漆括除半个柱面。想一想，如何刮？与线圈平面之间应有怎样的关系？,
