AP物理实验设计题初探及实例分析
谭晓琴
【摘 要】摘 要：本文介绍了美国的大学先修课程（AP课程）的物理实验设计题，并结合考试实例讨论了其特点。然后，论述了这种物理实验考查方式的可借鉴之处，以期对国内高中物理实验的教学和考查形式提供一些思路。 【期刊名称】物理教学探讨 【年(卷),期】2024(036)002 【总页数】3
【关键词】AP课程；实验设计题；实例分析
大学先修课程（AdvancedPlacementProgram，简称AP）是由美国大学理事会（CollegeBoard）组织的在高中开设的大学先修课程，目的是让学生能在高中期间有机会学习大学程度的学术课程。目前，AP课程与ALevel课程、IB课程是中国最热门的三大国际课程。
AP物理课程设置上分为：AP物理1，AP物理2，AP物理C-力学和AP物理C-电磁学。其中，AP物理1和AP物理2是“基于代数”的基础物理课程，需要使用简单的数学计算和三角函数的知识。AP物理C是“基于微积分”的大学物理课程，需要使用一些基础的微积分。AP物理1和AP物理2的内容和难度类似于我国高中物理，在AP物理1和AP物理2的考试中均有一道单独的实验设计题。本文将结合考试实例来介绍AP物理实验设计题，以及如何通过实验考查让学生理解和运用物理知识，经历科学探究过程，培养学生的科学探究能力。
1 实验考查的重要性
物理学是一门以实验为基础的自然科学，实验是物理定律的基础，也是检验物理理论的一种手段和方法。物理实验是物理教学的重要组成部分，提高学生的实验能力是物理教学中一项非常重要的任务。我国普通高中物理课程标准的物理核心素养第三点即为实验探究。其详细表述是具有科学探究意识，能发现问题、提出合理猜测;具有设计实验探究方案和获取证据的能力，能正确实施实验探究方案，使用各种科技手段和方法收集信息；具有分析论证的能力，会使用各种方法和手段分析、处理信息，描述、解释实验探究结果和变化趋势；具有合作与交流的意愿与能力，能准确表述、评估和反思实验探究过程与结果[1]。好的物理实验的评价方式不仅可以考查学生对物理原理的理解和实验探究能力，还可以促进学生科学能力的培养。
2 AP物理实验设计题实例分析
（2016年AP物理1考试）一种新的玩具球的广告号称球在撞击到硬表面时能够“完全弹性反弹”。但是一个学生对此表示怀疑，因为没有碰撞是真正的完全弹性碰撞。这个学生假设在低速情况下的碰撞非常接近完全弹性碰撞，但当碰撞速度增大时碰撞将越来越偏离完全弹性碰撞。
（a）设计一个实验来验证学生关于玩具球与硬表面碰撞的假设。这位学生将使用通常在学校物理实验室能够找到的实验器材。 i.需要测量哪些物理量？
ii.需要使用哪些实验器材来测量物理量，怎么使用这些实验器材来测量? iii.描述学生验证其假设的步骤。给出足够多的细节，让另外一个学生能够重复这个实验。
（b）描述你将怎么通过图像或者表格形式将实验数据呈现出来，解释如何用
图像或表格来确定数据是否跟学生的假设一致。
（c）一个学生完成了（a）和（b）描述的实验和分析。这个学生立即得出这个实验有错的结论，因为图像或表格显示低速情况下的碰撞是弹性的，但是高速情况下的碰撞违反了这个基本的物理定律。
i.给出一个图像或者表格的例子，这个例子显示了低速情况下的碰撞是弹性的，但高速情况下的碰撞违反了这个基本的物理定律。
ii.说出（c）i.中的图像或表格违背的一个物理定律。违反的物理定律可能不止一个，你只需要说出其中的一个。简要解释并说明这个图像或者表格的哪方面违背了该物理定律。
这道实验设计题从生活中的一个广告着手，将生活中玩具球和硬表面碰撞这一实际问题简化为物理中的碰撞问题来进行研究。日常生活中学生都有球反弹的高度达不到初始时下落高度的体会，而通过物理的学习也知道导致这一现象的原因是因为碰撞过程中有能量损耗。这个实验将学生的日常生活实践和物理知识很好地结合起来，让学生运用物理原理、通过物理实验来解决生活实际问题。学生可以结合能量守恒定律，从比较球初始时的下落高度和反弹高度来进行实验的设计和讨论。
从实验的类型上来看，这是一个非常典型的探究性实验。整个题目体现的是一个完整的科学探究性实验的过程：（1）提出问题；（2）作出假设；（3）制定探究方案，包括需要用到什么器材，需要测量哪些物理量，实验的具体操作步骤和方法等；（4）收集和处理实验数据；（5）分析和评估。解题的过程其实就是一个完整的科学探究过程，通过这个过程可以培养严谨的科学态度，学会用科学探究的方法来研究问题。
AP物理实验设计题初探及实例分析
