改革高三实验复习方法的新构想.doc

/sundae_meng改革高三实验复习方法的新构想内容提要：本文通过对四年理综考试说明和四年理综试卷的比较，提出了理科综合实验考试的重点。 面对新高考，在高三实验复习阶段，我们要调整复习方法，采用更有效的复习策略。关键词：理科综合、实验方法、实验设计、迁移、审视与总结。 一考试说明与高考试卷对比分析。2000年考试说明中关于实验能力的说明是：能在理解的基础上独立完成“知识内容表”所列的实验，明确实验目的，理解实验原理，控制实验条件；会运用这些实验中学过的实验方法；会正确使用在这些实验中用过的仪器；会观察、分析实验现象，处理实验数据，并得出结论。在2001年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是：独立完成实验的能力。包括理解实验原理、实验目的与要求，了解材料用具，掌握实验方法步骤，会控制实验条件和使用实验仪器，会处理实验安全问题，会观察、分析和解释实验中产生的现象、数据，并得出合理的实验结论。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。2002、2003年相同与2001年理科综合考试说明相比较要求相同，但在前面的关于实验意义中加入了“有助于培养学生的科学态度和创新精神”更加突出了创新精神。从四年的考试说明来看，实验能力的要求在提高。2001第25题(2)，设计一个实验证明生长素在植物体的传输路径（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年第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，逐步加大了对实验考查的力度，尤其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。如单从四年的物理实验题看，考查实验的设计能力，但设计性试题都以教材上学生实验为依托。二、高中物理实验教学现状从考试结果表明，考生实验设计能力普遍较弱，部分考生甚至无从下手。究其原因：长期以来，中学物理实验教学，主要是教师把实验的目的、内容、步骤进行周密设计，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探索性、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。三 复习的策略1、 基本仪器的使用仍是实验的基础。不管实验如何考，对常用的物理仪器要熟练运用，这是实验的基础，是工具，任何时侯都不过时。在这方面花些时间是必需的。常见的有十三种仪器，这十三种仪器是刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器、天平、秒表、打点计时器、弹簧称、温度计、电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器、电阻箱等等。这些工具的使用每本复习用书上都有很详细的说明，本文不再多言。2、以同一实验的有限仪器，设置新情景，迁移实验方法，培养思维的变通性。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，但不是简单机械的重复或做做练习，应在实验室中上实验复习课。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。如在测金属导线的电阻率实验复习中，给学生二节干电池、安培表、伏特表、开关各一个，滑动变阻器和导线若干，让学生设计方案测出金属导线电阻值，要求画出方案电路图，并说明原理。在学生设计出与教材相同的测量方案的基础上，对电阻测量的实验电路设计进行总结：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。 。S测量电路图4。 。S测量电路图3RxAV图2RxVA图1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）（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8基础上进而提出如果只有一只电压表能否测量？学生思考，给予适当提示：若总电压已知。后可提出用图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）则可用同一电路图测量半偏法。 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测量值为3K的原因就迎刃而解。这样设计、操作后，学生对半偏法测电阻的条件和误差分析就有更深刻的理解。如2001年全国高考“32”物理卷第16题就是用半偏法测电阻的实验试题，首次考查了误差分析与控制。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163。利用教材上学生实验进行再设计练习。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，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，试题中用玻意尔定律测定大气压，角度变换而已。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t可测，则重力加速度同样可以测出。、单摆作简谐运动时，其周期可以表示为T2。若T和l可测，则可g测。HSh在前述方案中，符合简便性原则，可行性原则。学生再选择仪器，设计步骤，实际操作。对实验结果进行比较，方案中常用的测力计误差较大；中下落时间短，用秒表计时误差较大。用刻度尺测定S误差引起测量结果的较大误差。中相对而言较切合中学实际，符合精确性原则；综上所述，中学阶段通常采用单摆法测定重力加速度。又如复习验证机械能守恒定律时（满足守恒条件时，比较动能与势能的变化量）也可进行再设计。方案一：物体自由下落时如课本。但再设计后学生就能发现验证机械能守恒定律的实验没必要从第一点就开始计时（即没必要取第一和第二两点间长度为2mm），我们完全可以从后面的计数点中取两个点算出速度与高度来验证守恒定律，没必要管第一点准确与否方案二：从物体沿光滑斜面下滑机械能守恒得到启示，运用平抛初速度测定方法，设计如右图实验方案，从控制条件，测量物理量等等方面再设计。学生选择仪器进行实验，比较两种方案。这样让学生从被动地接受灌输为主动要学的一招，既提高了学生的参与学习与研究物理实验的热情，又能迅速提高学生的实验设计水平与对物理学的理解程度，4重视多角重新审视和总结实验。学习贵在总结，在物理实验总复习中，我们不应孤立地看待一个个实验，而应该从这些实验的原理、步骤、数据采集与处理方式上的异同上，给这些实验分门别类，从而组成不同的实验板块。在此，我认为我们要在这些实验的组合板块中挖掘一些功能，培养学生一种实验的常规意识，比如对于电学板块，这是由用描迹法画出电场中平面上的等势线；测定金属的电阻率；用电流表和电压表测电池的电动势和内阻；练习多用表测电阻；研究电磁感应现象等五个学生实验组成的一个大的实验板块，现在让我们仔细去找找这些实验与其它实验板块的区别。我们会发觉这些电学实验无非就是在电流I、电压U、电阻R、电动势这几个物理量上做文章而且已。然后我们看看这几个量是怎么测出来的，电流I：电流表，电压表+已知电阻（常用电阻箱）（检验小电流用灵敏电流计）。电压U：电压表，电流表+已知电阻（常用电阻箱）。电阻R：多用表，由R=U/I测出电压V、电流I间接测量。电动势：电压表（粗略），=U+Ir测出电压V、电流I间接测量。今后我们可以用同样的方式去处理类似的探索式电学实验。例2：（1999年上海考题）现有一阻值为10.0的定值电阻、一个开关、若干根导线、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源内阻的实验方案（已知电压表内阻很大，电压表量程大于电源电动势，电源内阻约为几殴）要求：（1）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=_。解析：这道实验设计题原理来源于用电流表和电压表测电池的电动势和内阻，也可说来源于电阻的测量。新意一在于电压表有刻度但无刻度值。要求学生在理解电压表刻度均匀的基础上，用电压表偏转格数来等效电压表示数。新意二在于电动势可直接用电压表测量； 按电阻测量原理r，U内电源内电压，I通过电源的电流，二者电压表都不能直接测量。电压表已知电阻可测电流；U内U外，U外用电压表测，按题给条件也可用电压表直接测量。设电压表每格示数为U0则：r= = = 从电流表和电压表测电池的电动势和内阻这一实验扩展，原理=U+Ir，只要测出几组（最少2组）电流电压就可求得，r。但只有一个定值电阻，只能测出一组，进一步分析题目，发现可直接测，因而可测得r。我们可以把视野扩大一些，以各种角度重新组合新的实验板块，比如按测量型与验证型可把实验分成两大板块，按能进行图像处理数据和不能用图像处理数据又可以把实验分成两大板块。我们可以提示学生这样划分板块，但把一个具体实验归类于哪个板块，这要学生自已思考，比如说用图像法处理数据，学生们熟悉的是验证牛顿第二定律和测定电源电动势和内电阻的实验，不过画出的图形必