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1、高中物理实验复习新策略衢州市教研室 季超群 324002衢州第三中学 王兆宝 324002摘要：针对当现高中物理实验教学的现状，根据理科综合考试的发展趋势和素质教育的要求，结合自身教学实践，提出在高中物理实验复习新策略。关键词：理科综合、实验方法、实验设计、迁移、审视与总结。一、高中物理实验教学现状自2001年后，理科综合考试说明的考试目标中，关于考查学生设计和完成实验的能力的说明增加了：“能根据要求灵活运用已学过的自然科学理论、实验方法和仪器，设计简单的实验方案并处理相关的实验问题”这句话。在近几年的理综试卷中很好的体现了这一要求，如：2001卷第25题(2)，设计一个实验证明生长素在植物体
2、的传输路径（生物）；第28题(2)，检查实验容器的气密性（化学）；第29题，测量电流表内阻的设计性实验（物理）。2002卷第21验证“镁是植物生活的必需元素”实验分析再设计（生物）；第29题大气压的测定、制取氨气完成喷泉实验（物理、化学）。2003卷第23题用伏安法测量电阻R求电阻率（物理）；第27题青蛙脊神经与肢体运动反应实验（生物）；第33题，Fe(OH)2沉淀的两种制取方法（化学）。从四年的理综试卷比较，突出了对实验设计能力的考查，强调了开放性和探究性，拓展了能力考查的空间。如今从过去以考查实验知识为主转移到主要考查学生运用所学实验原理、实验方法解决新问题的能力。从考试结果表明，学生实验
3、设计能力普遍较弱，部分学生甚至无从下手。究其原因：长期以来，在高中理科实验教学中还普遍存在着，实验教学方法的简单化（习惯上知识的呈现、实验的结构都是直线性和有序性），实验的过程形式化（过分强调实验的格式化、有序化），实验结果的唯一化（过分认可实验结果的标准结果）。学生是“照方抓药”“按图索骥”被动地做实验。使学生的实验思维、实验方法、探索精神得不到预期培养，从而使学生的思维显得单一狭窄，对实际问题的解决缺乏灵活性和独创性。在复习时，由于实验的重要性，相信许多学生用在此方面上的时间与精力不会少，17个中学物理实验的实验目的、原理、步骤、注意事项、数据处理等等内容一遍遍重复，死记硬背，但这样的学法
4、与当前高考出题的方向已是大相径挺。以近几年理综实验题为例，没有一个照搬课本中的实验。我觉得实验的复习要打破常规，不应该再叫学生跟在书本的后面应该怎样做不应该怎样做，尽管我们不否认书本上的实验是专家学者智慧的结晶，但思维被圈在这当中不符合现代教育的要求。那么怎样对待新高考中的实验复习呢？我认为学生实验设计能力的培养是第一位的。在教学中该采取什么样的应对措施呢？本人的体会是如下几个方面。二、复习新策略1、设置实验新情景，培养学生思维的变通性。纵观近几年的高考物理实验，尤其测电阻的实验几乎年年考（除2002年外），题目年年翻新，角度经常变化。虽然实验的情景很新颖，但实验试题中涉及的基本知识和实验技能
5、的要求仍然立足于课本实验。特别是2003第23题用伏安法测量电阻R求电阻率完全源于教材，只不过将金属丝换成圆柱体（实际完全相同）。因此在复习时还是要注重教材上的实验，在实验复习过程中，应选用一些典型的实验，在同一实验有限仪器的条件下，设置新情景实验材料，让学生根据实验目的要求和现有提供的仪器设备，发挥思维迁移功能，将已学的物理知识和实验方法迁移到新情景问题中去，引导学生开动脑筋自行设计方案进行实验。通过多种方案的设计、讨论和辨析等思维活动，提高学生设计实验移能力。通过实验操作验证设计的合理性，分析实验的条件及误差原因。如：在“电阻测量”实验复习中，可如下进行：1、复习伏安法测电阻(1)、提供学
6、生：学生电源、安培表、毫安表、伏特表、开关各一个，电阻滑动变阻器（最大电阻为10）和导线若干，让学生设计方案测量阻值约为5金属丝的阻值，要求画出电路图，连接电路测量。通过测量结果分析安培表外接法和安培表内接法适用对象。(2)、待测电阻换成阻值为150电阻（可用电阻箱），学生分析用安培表内接法来测量，但在电压调节时，遇到了困难，教师分析限流电路的适用特点（被测电阻与变阻器阻值相近），提出分压电路来调节被测电阻两端电压。连接电路进行操作。对电阻测量的实验电路设计进行小结：一般应先设计测量部分电路（电压表，电流表，待测电阻），再设计给测量电路提供电源的部分电路（电源，滑动变阻器，电键）。测量部分电路
7、有电流表外接如图1和内接如图2两种连接形式，引起误差的原因不同，适宜于大小不同的电阻。提供电源的部分电路有限流连接形式如图3，分压连接形式如图4（适用大电阻测量）电压调节的范围不同，相同条件下损耗的能量不同。在教材现有器材条件下，通过两部分的组合设计出四个测量电路。RxAV图2。 。S测量电路图4。 。S测量电路图3RxVA图12、以此为基础可以设置新情景，让学生设计、讨论、辨析测量电路，选择电源电路。设计完成后，进行操作。（以电流表外接为例如图5）（1）若没有电流表：若有二只电压表和电阻箱，用电压表和电阻箱串联充当电流表进行测量，因此设计如图6。在图6基础上进而提出如果只有一只电压表能否测量
8、？学生思考，给予适当提示：若总电压已知。学生就能提出用图7的方法。进一步，总电压未知，但恒定，（当电源电路用分压，且变阻器阻值较小，待测电阻较大时可近拟成立）则可先将电阻箱阻值调到零，测得总电压，再调节电阻箱，测得RX两端电压，测量电阻半偏法。学生在课堂操作中用半偏法分别测量了标值为1K、10K，测量值大约分别为800、3K。发现测量值都偏小，10K电阻偏差很大。引导学生进行误差分析：测量值应是Rx和Rv并联的总电阻因而偏小，学生查阅电压表说明书发现实验室中量程为3V表的内阻为3K，10K电阻测量值为3K的原因就迎刃而解。若待测电阻是伏特表自身，测量结果就比较准确。再要求学生用此方法测量阻值约
9、为5金属丝的阻值，测量结果为9左右，与伏安法测量相比有很大误差，讨论寻找出原因：待测电阻小，导致测量电路两端电压变化。这样设计、操作后，学生对电压表半偏法测电阻的条件和误差分析就有更深刻的理解。那么学生解答2001年全国高考“32”物理卷第16题用半偏法测电阻误差分析与控制的实验试题就比较容易。RxARxARxV图5图10图6图7图9电压表和电阻箱替代电流表RxAVVVRx若总电压恒定，只有一只电压表电流表和电阻箱替代电压表RxAA图8若总电压恒定，只有一只电压表（2）若没有电压表：若有二只电流表和电阻箱，同样可用电流表和电阻箱替代电压表，设计电路如图8。若只有一只电流表和电阻箱，则可分别设计
10、出如何如图9电路电流表半偏法。 如图10电路完全替代法。 学生在讨论、设计的同时，进行实际操作，学生对本实验就有一种全新的感觉，使他们的设计能得到及时的验证，激发学生的成就感，提高学习兴趣。同时学生对电阻的测量方法：伏安法、半偏法、完全替代法、有一个全面的了解，使学生明确如何下手设计测量电阻的电路，再进行电路设计练习。例1：（2000全国高考题）从下表中选出适当的实验器材，设计一电路来测量电流表A1的内阻r1 ，要求方法简捷，有尽可能高的测量精度，并能测得多组数据。 器材（代号）规 格电流表A110mA，内阻r1待测（约40）电流表A2量程量程500A，内阻r2=750电压表V 量程10V，内
11、阻r3=10K电阻R1阻值约100，作保护电阻用滑动变阻器R2总阻值约50电池E电动势1.5V，内阻很小电键K导线若干（1）在方框中画出电路图，标明所示用器材的代号。（2）若选测量数据中的一组来计算r1，则所用的表达式为r1= ，式中各符号的意义是：。分析：此题必须要认真考虑实验仪器的安全性、实验数据的精确性和实验结果的现实性，进行探究性地设计实验方案，对培养学生思维的精致性和创新性很有好处。（1）测量部分电路。RA=U/I，I通过的电流，U为两端电压，因而根据电流，电压的测量方法可设计出：电流由电流表自身测量，电压用电压表测量。因此电压表与电流表必须并联（无内外接引起的误差）如图11，但A1
12、两端电压最大为0.4V，电压表量程为10V，精确度不够，不能用。由于A1两端电压较电压表量程小得多，能否将电压扩大，设计出如图12、13电路，但R1只是大约阻值约100，不可行（若有电阻箱，则此方案可行）从已知电阻电流表可以测电压（UIR）的方法得到启示，由于A2电阻已知，相当于已知电阻，因而可测电压。设计出如图14电路。A2A1图14A2A1R1图13vA1R1图12A1v图11(2).提供电源的部分电路。从图15看测量电路两端电压最大为0.38V，如用限流连接形式如图5，电压最小约为0.7V，不可行。如串入R1如图16，电压调节范围大约0.30.38V，不符合测多组数据的要求。因此必须选用
13、分压连接形式，如图17。最后形成完整电路如图18。对于保护电阻R1连接在测量电路或提供电源电路都可以。测量电路。 。S图17。 。SA2A1图18R1。 。S测量电路图15。 。S测量电路R1图162、利用教材实验，培养学生创新能力。要提高学生设计实验的能力，必须给学生提供练习设计的机会，与其到课外材料寻找新的实验设计习题，不如充分利用教材上的学生实验，对原实验给予予改造，改进甚至创新，因为高考实验题虽然年年翻新，但实验设计思想和实验基本方法从没有脱离教材。2002年第29题大气压的测定，此设计性试题来源于教材学生实验验证玻意尔定律，只不过教材中是用气压计测出大气压，验证玻意尔定律，试题中用玻
14、意尔定律测定大气压，角度变换了而已。教材中关于某个实验目标的实验方案，也只是众多方案中的一种，而且不一定是最好的一种，而只是较可行的一种。选择某些实验让学生自己设计实验方案，选择合适的实验器材，安排合理的实验步骤，设计数据处理的方法，得出实验结论，分析实验误差，改进实验方案，以培养学生灵活运用实验知识的能力、实践能力。这样变单一的实验方法为多种实验方法，提高学生学习兴趣，强化实验设计的创新能力的培养，又落实动手实验这一环节。如：复习用单摆测定重力加速度实验时，可以提出你能设计几种实验方法测定本地重力加速度？供学生讨论。提示：在所学的知识范围内，哪些内容涉及到重力加速度，它与其它物理量有何定量关系，并一一罗列出来： 、在静力学中，静止物体对竖直悬绳的拉力大小就等于重力，即Tmg。若T和m能测出，则重力加速度g可测定。、自由落体运动中，hgt2。若h和t可测出，则重力加速度g也可测定。、自由落体运动中，SaT2。在选取合适的T，测定纸带上的S，则重力加速度g也可测定。、在运动学中，物体从光滑斜面上由静止开始下滑，sgsint2。若s、和t可测定，则重力加速度g也可测定。、在运动学中，物体从粗糙斜面上由静止开始下滑，s（gsingcos）t2。若s、和t可测定，则重力加速度g也可测定。、在平抛运动中，竖直方向上物体在连续相等的时间内位移之差ygt2。若y和
