改革高三實驗復習方法的新構(gòu)想

1、改革高三實驗復習方法的新構(gòu)想衢州三中 王兆寶 324002內(nèi)容提要：本文通過對四年理綜考試說明和四年理綜試卷的比較，提出了理科綜合實驗考試的重點。 面對新高考，在高三實驗復習階段，我們要調(diào)整復習方法，采用更有效的復習策略。關鍵詞：理科綜合、實驗方法、實驗設計、遷移、審視與總結(jié)。 一考試說明與高考試卷對比分析。2000年考試說明中關于實驗能力的說明是：能在理解的基礎上獨立完成“知識內(nèi)容表”所列的實驗，明確實驗目的，理解實驗原理，控制實驗條件；會運用這些實驗中學過的實驗方法；會正確使用在這些實驗中用過的儀器；會觀察、分析實驗現(xiàn)象，處理實驗數(shù)據(jù)，并得出結(jié)論。在2001年理科綜合考試說明的考試目標中，

2、關于考查學生設計和完成實驗的能力的說明是：獨立完成實驗的能力。包括理解實驗原理、實驗目的與要求，了解材料用具，掌握實驗方法步驟，會控制實驗條件和使用實驗儀器，會處理實驗安全問題，會觀察、分析和解釋實驗中產(chǎn)生的現(xiàn)象、數(shù)據(jù)，并得出合理的實驗結(jié)論。能根據(jù)要求靈活運用已學過的自然科學理論、實驗方法和儀器，設計簡單的實驗方案并處理相關的實驗問題。2002、2003年相同與2001年理科綜合考試說明相比較要求相同，但在前面的關于實驗意義中加入了“有助于培養(yǎng)學生的科學態(tài)度和創(chuàng)新精神”更加突出了創(chuàng)新精神。從四年的考試說明來看，實驗能力的要求在提高。2001第25題(2)，設計一個實驗證明生長素在植物體的傳輸路

3、徑（生物）；第28題(2)，檢查實驗容器的氣密性（化學）；第29題，測量電流表內(nèi)阻的設計性實驗（物理）。2002年第21驗證“鎂是植物生活的必需元素”實驗分析再設計（生物）；第29題大氣壓的測定、制取氨氣完成噴泉實驗（物理、化學）。2003第23題用伏安法測量電阻R求電阻率（物理）；第27題青蛙脊神經(jīng)與肢體運動反應實驗（生物）；第33題，F(xiàn)e(OH)2沉淀的兩種制取方法（化學）。從四年的理綜試卷比較，逐步加大了對實驗考查的力度，尤其突出了對實驗設計能力的考查，強調(diào)了開放性和探究性，拓展了能力考查的空間。如單從四年的物理實驗題看，考查實驗的設計能力，但設計性試題都以教材上學生實驗為依托。二、高中

4、物理實驗教學現(xiàn)狀從考試結(jié)果表明，考生實驗設計能力普遍較弱，部分考生甚至無從下手。究其原因：長期以來，中學物理實驗教學，主要是教師把實驗的目的、內(nèi)容、步驟進行周密設計，學生是“照方抓藥”“按圖索驥”被動地做實驗。使學生的實驗思維、實驗方法、探索精神得不到預期培養(yǎng)，從而使學生的思維顯得單一狹窄，對實際問題的解決缺乏探索性、靈活性和獨創(chuàng)性。在復習時，由于實驗的重要性，相信許多學生用在此方面上的時間與精力不會少，17個中學物理實驗的實驗目的、原理、步驟、注意事項、數(shù)據(jù)處理等等內(nèi)容一遍遍重復，死記硬背，但這樣的學法與當前高考出題的方向已是大相徑挺。以近幾年理綜實驗題為例，沒有一個照搬課本中的實驗。我覺得

5、實驗的復習要打破常規(guī)，不應該再叫學生跟在書本的后面應該怎樣做不應該怎樣做，盡管我們不否認書本上的實驗是專家學者智慧的結(jié)晶，但思維被圈在這當中不符合現(xiàn)代教育的要求。那么怎樣對待新高考中的實驗復習呢？我認為學生實驗設計能力的培養(yǎng)是第一位的。在教學中該采取什么樣的應對措施呢？本人的體會是如下幾個方面。三 復習的策略1、 基本儀器的使用仍是實驗的基礎。不管實驗如何考，對常用的物理儀器要熟練運用，這是實驗的基礎，是工具，任何時侯都不過時。在這方面花些時間是必需的。常見的有十三種儀器，這十三種儀器是刻度尺、游標卡尺、螺旋測微器、天平、秒表、打點計時器、彈簧稱、溫度計、電流表、電壓表、多用電表、滑動變阻器、

6、電阻箱等等。這些工具的使用每本復習用書上都有很詳細的說明，本文不再多言。2、以同一實驗的有限儀器，設置新情景，遷移實驗方法，培養(yǎng)思維的變通性?？v觀近幾年的高考物理實驗，尤其測電阻的實驗幾乎年年考（除2002年外），題目年年翻新，角度經(jīng)常變化。雖然實驗的情景很新穎，但實驗試題中涉及的基本知識和實驗技能的要求仍然立足于課本實驗。特別是2003第23題用伏安法測量電阻R求電阻率完全源于教材，只不過將金屬絲換成圓柱體（實際完全相同）。因此在復習時還是要注重教材上的實驗，但不是簡單機械的重復或做做練習，應在實驗室中上實驗復習課。在實驗復習過程中，應選用一些典型的實驗，在同一實驗有限儀器的條件下，設置新情

7、景實驗材料，讓學生根據(jù)實驗目的要求和現(xiàn)有提供的儀器設備，發(fā)揮思維遷移功能，將已學的物理知識和實驗方法遷移到新情景問題中去，引導學生開動腦筋自行設計方案進行實驗。通過多種方案的設計、討論和辨析等思維活動，提高學生設計實驗移能力。通過實驗操作驗證設計的合理性，分析實驗的條件及誤差原因。如在測金屬導線的電阻率實驗復習中，給學生二節(jié)干電池、安培表、伏特表、開關各一個，滑動變阻器和導線若干，讓學生設計方案測出金屬導線電阻值，要求畫出方案電路圖，并說明原理。在學生設計出與教材相同的測量方案的基礎上，對電阻測量的實驗電路設計進行總結(jié)：一般應先設計測量部分電路（電壓表，電流表，待測電阻），再設計給測量電路提供

8、電源的部分電路（電源，滑動變阻器，電鍵）。測量部分電路有電流表外接如圖1和內(nèi)接如圖2兩種連接形式，引起誤差的原因不同，適宜于大小不同的電阻。提供電源的部分電路有限流連接形式如圖3，分壓連接形式如圖4電壓調(diào)節(jié)的范圍不同，相同條件下?lián)p耗的能量不同。在教材現(xiàn)有器材條件下，通過兩部分的組合設計出四個測量電路。 。S測量電路圖4。 。S測量電路圖3RxAV圖2RxVA圖1以此為基礎可以設置新情景，讓學生設計、討論、辨析測量電路，選擇電源電路。設計完成后，進行操作。（以電流表外接為例）（1）若沒有電流表： 若有二只電壓表和電阻箱，用電壓表和電阻箱串聯(lián)充當電流表進行測量，因此設計如圖6。 在圖8基礎上進而提

9、出如果只有一只電壓表能否測量？學生思考，給予適當提示：若總電壓已知。后可提出用圖7的方法。進一步，總電壓未知，但恒定，（當電源電路用分壓，且變阻器阻值較小，待測電阻較大時可近擬成立）則可用同一電路圖測量半偏法。 學生在課堂操作中用半偏法分別測量了標值為1K、10K，測量值大約分別為800、3K。發(fā)現(xiàn)測量值都偏小，10K電阻偏差很大。引導學生進行誤差分析：測量值應是Rx和Rv并聯(lián)的總電阻因而偏小，學生查閱電壓表說明書發(fā)現(xiàn)實驗室中量程為3V表的內(nèi)阻為3K，10K測量值為3K的原因就迎刃而解。這樣設計、操作后，學生對半偏法測電阻的條件和誤差分析就有更深刻的理解。如2001年全國高考“32”物理卷第1

10、6題就是用半偏法測電阻的實驗試題，首次考查了誤差分析與控制。RxARxARxV圖5圖10圖6圖7圖9電壓表和電阻箱替代電流表RxAVVVRx若總電壓恒定，只有一只電壓表電流表和電阻箱替代電壓表RxAA圖8若總電壓恒定，只有一只電壓表（2）若沒有電壓表： 若有二只電流表和電阻箱，同樣可用電流表和電阻箱替代電壓表，設計電路如圖8。若只有一只電流表和電阻箱，則可分別設計出如何如圖9電路電流表半偏法。 如圖10電路完全替代法。 學生在討論、設計的同時，進行實際操作，學生對本實驗就有一種全新的感覺，使他們的設計能得到及時的驗證，激發(fā)學生的成就感，提高學習興趣。同時學生對電阻的測量方法：伏安法、半偏法、完

11、全替代法、有一個全面的了解，使學生明確如何下手設計測量電阻的電路，再進行電路設計練習。例1：（2000全國高考題）從下表中選出適當?shù)膶嶒炂鞑模O計一電路來測量電流表A1的內(nèi)阻r1 ，要求方法簡捷，有盡可能高的測量精度，并能測得多組數(shù)據(jù)。 器材（代號）規(guī) 格電流表A110mA，內(nèi)阻r1待測（約40）電流表A2量程量程500A，內(nèi)阻r2=750電壓表V 量程10V，內(nèi)阻r3=10K電阻R1阻值約100，作保護電阻用滑動變阻器R2總阻值約50電池E電動勢1.5V，內(nèi)阻很小電鍵K導線若干（1）在方框中畫出電路圖，標明所示用器材的代號。（2）若選測量數(shù)據(jù)中的一組來計算r1，則所用的表達式為r1= ，式中

12、各符號的意義是：。分析：此題必須要認真考慮實驗儀器的安全性、實驗數(shù)據(jù)的精確性和實驗結(jié)果的現(xiàn)實性，進行探究性地設計實驗方案，對培養(yǎng)學生思維的精致性和創(chuàng)新性很有好處。（1）測量部分電路。RA=U/I，I通過的電流，U為兩端電壓，因而根據(jù)電流，電壓的測量方法可設計出：電流由電流表自身測量，電壓用電壓表測量。因此電壓表與電流表必須并聯(lián)（無內(nèi)外接引起的誤差）如圖11，但A1兩端電壓最大為0.4V，電壓表量程為10V，精確度不夠，不能用。由于A1兩端電壓較電壓表量程小得多，能否將電壓擴大，設計出如圖12、13電路，但R1只是大約阻值約100，不可行（若有電阻箱，則此方案可行） 從已知電阻電流表可以測電壓（

13、UIR）的方法得到啟示，由于A2電阻已知，相當于已知電阻，因而可測電壓。設計出如圖14電路。A2A1圖14A2A1R1圖13vA1R1圖12A1v圖11(2).提供電源的部分電路。從圖15看測量電路兩端電壓最大為0.38V，如用限流連接形式如圖5，電壓最小約為0.7V，不可行。如串入R1如圖16，電壓調(diào)節(jié)范圍大約0.30.38V，不符合測多組數(shù)據(jù)的要求。因此必須選用分壓連接形式，如圖17。最后形成完整電路如圖18。對于保護電阻R1連接在測量電路或提供電源電路都可以。測量電路。 。S圖17。 。SA2A1圖18R1。 。S測量電路圖15。 。S測量電路R1圖163。利用教材上學生實驗進行再設計練

14、習。要提高學生設計實驗的能力，必須給學生提供練習設計的機會，與其到課外材料尋找新的實驗設計習題，不如充分利用教材上的學生實驗，因為高考實驗題雖然年年翻新，但實驗設計思想和實驗基本方法從沒有脫離教材。2002年第29題大氣壓的測定，此設計性試題來源于教材學生實驗驗證玻意爾定律，只不過教材中是用氣壓計測出大氣壓，驗證玻意爾定律，試題中用玻意爾定律測定大氣壓，角度變換而已。教材中關于某個實驗目標的實驗方案，也只是眾多方案中的一種，而且不一定是最好的一種，而只是較可行的一種。選擇某些實驗讓學生自己設計實驗方案，選擇合適的實驗器材，安排合理的實驗步驟，設計數(shù)據(jù)處理的方法，得出實驗結(jié)論，分析實驗誤差，改進

15、實驗方案，以培養(yǎng)學生靈活運用實驗知識的能力、實踐能力。這樣變單一的實驗方法為多種實驗方法，提高學生學習興趣，強化實驗設計的創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，又落實動手實驗這一環(huán)節(jié)。如復習用單擺測定重力加速度實驗時，可以提出你能設計幾種實驗方法測定本地重力加速度？供學生討論。提示：在所學的知識范圍內(nèi)，哪些內(nèi)容涉及到重力加速度，它與其它物理量有何定量關系，并一一羅列出來： 、在靜力學中，靜止物體對豎直懸繩的拉力大小就等于重力，即Tmg。若T和m能測出，則重力加速度g可測定。、自由落體運動中，hgt2。若h和t可測出，則重力加速度g也可測定。、自由落體運動中，SaT2。在選取合適的T，測定紙帶上的S，則重力加速度g也

16、可測定。、在運動學中，物體從光滑斜面上由靜止開始下滑，sgsint2。若s、和t可測定，則重力加速度g也可測定。、在運動學中，物體從粗糙斜面上由靜止開始下滑，s（gsingcos）t2。若s、和t可測定，則重力加速度g也可測定。、在平拋運動中，豎直方向上物體在連續(xù)相等的時間內(nèi)位移之差ygt2。若y和t可測，則重力加速度同樣可以測出。、單擺作簡諧運動時，其周期可以表示為T2。若T和l可測，則可g測。HSh在前述方案中，符合簡便性原則，可行性原則。學生再選擇儀器，設計步驟，實際操作。對實驗結(jié)果進行比較，方案中常用的測力計誤差較大；中下落時間短，用秒表計時誤差較大。用刻度尺測定S誤差引起測量結(jié)果的較

17、大誤差。中相對而言較切合中學實際，符合精確性原則；綜上所述，中學階段通常采用單擺法測定重力加速度。又如復習驗證機械能守恒定律時（滿足守恒條件時，比較動能與勢能的變化量）也可進行再設計。方案一：物體自由下落時如課本。但再設計后學生就能發(fā)現(xiàn)驗證機械能守恒定律的實驗沒必要從第一點就開始計時（即沒必要取第一和第二兩點間長度為2mm），我們完全可以從后面的計數(shù)點中取兩個點算出速度與高度來驗證守恒定律，沒必要管第一點準確與否方案二：從物體沿光滑斜面下滑機械能守恒得到啟示，運用平拋初速度測定方法，設計如右圖實驗方案，從控制條件，測量物理量等等方面再設計。學生選擇儀器進行實驗，比較兩種方案。這樣讓學生從被動地

18、接受灌輸為主動要學的一招，既提高了學生的參與學習與研究物理實驗的熱情，又能迅速提高學生的實驗設計水平與對物理學的理解程度，4重視多角重新審視和總結(jié)實驗。學習貴在總結(jié)，在物理實驗總復習中，我們不應孤立地看待一個個實驗，而應該從這些實驗的原理、步驟、數(shù)據(jù)采集與處理方式上的異同上，給這些實驗分門別類，從而組成不同的實驗板塊。在此，我認為我們要在這些實驗的組合板塊中挖掘一些功能，培養(yǎng)學生一種實驗的常規(guī)意識，比如對于電學板塊，這是由用描跡法畫出電場中平面上的等勢線；測定金屬的電阻率；用電流表和電壓表測電池的電動勢和內(nèi)阻；練習多用表測電阻；研究電磁感應現(xiàn)象等五個學生實驗組成的一個大的實驗板塊，現(xiàn)在讓我們仔

19、細去找找這些實驗與其它實驗板塊的區(qū)別。我們會發(fā)覺這些電學實驗無非就是在電流I、電壓U、電阻R、電動勢這幾個物理量上做文章而且已。然后我們看看這幾個量是怎么測出來的，電流I：電流表，電壓表+已知電阻（常用電阻箱）（檢驗小電流用靈敏電流計）。電壓U：電壓表，電流表+已知電阻（常用電阻箱）。電阻R：多用表，由R=U/I測出電壓V、電流I間接測量。電動勢：電壓表（粗略），=U+Ir測出電壓V、電流I間接測量。今后我們可以用同樣的方式去處理類似的探索式電學實驗。例2：（1999年上海考題）現(xiàn)有一阻值為10.0的定值電阻、一個開關、若干根導線、一個電壓表，該電壓表表面上有刻度但無刻度值，要求設計一個能測定

20、某電源內(nèi)阻的實驗方案（已知電壓表內(nèi)阻很大，電壓表量程大于電源電動勢，電源內(nèi)阻約為幾毆）要求：（1）畫出實驗電路圖。（2）簡要寫出完成接線后的實驗步驟。（3）寫出用測得的量，計算電源內(nèi)阻的表達式r=_。解析：這道實驗設計題原理來源于用電流表和電壓表測電池的電動勢和內(nèi)阻，也可說來源于電阻的測量。新意一在于電壓表有刻度但無刻度值。要求學生在理解電壓表刻度均勻的基礎上，用電壓表偏轉(zhuǎn)格數(shù)來等效電壓表示數(shù)。新意二在于電動勢可直接用電壓表測量； 按電阻測量原理r，U內(nèi)電源內(nèi)電壓，I通過電源的電流，二者電壓表都不能直接測量。電壓表已知電阻可測電流；U內(nèi)U外，U外用電壓表測，按題給條件也可用電壓表直接測量。設電壓表每格示數(shù)為U0則：r= = = 從電流表和電壓表測電池的電動勢和內(nèi)阻這一實驗擴展，原理=U+Ir，只要測出幾組（最少2組）電流電壓就可求得，r。但只有一個定值電阻，只能測出一組，進一步分析題目，發(fā)現(xiàn)可直接測，因而可測得r。我們可以把視野擴大一些，以各種角度重新組合新的實驗板塊，比如按測量型與驗證型可把實驗分成兩大板塊，按能進行圖像處理數(shù)據(jù)和不能用圖像處理數(shù)據(jù)又可以把實驗分成兩大板塊。我們可以提示學生這樣劃分板塊，但把一個具體實驗歸類于哪個板塊，這要學生自已思考，比如說用圖像法處理數(shù)據(jù)，學生們熟悉的是驗證牛頓第二定律和測定電源電動勢和內(nèi)電阻的實驗，不過畫出的圖形必須