例談物理中考實(shí)驗(yàn)探究題命制時(shí)出現(xiàn)的弊端

趙永忠

(江蘇省南菁高級(jí)中學(xué)初中部 江蘇 無錫 214400)

胡生青

(江陰市中小學(xué)教研室 江蘇 無錫 214400)

1 問題引出

圖1

在“機(jī)械能和內(nèi)能”教學(xué)過程中，筆者碰到了2012年廣州市的一道中考題，感覺頗為棘手，題目是這樣的.

【例1】水的比熱容比煤油的大．如圖1，用規(guī)格相同的兩試管分別裝上質(zhì)量相同的煤油和水，隔著石棉網(wǎng)同時(shí)對(duì)兩試管加熱．如圖2中的哪一圖線能反映該實(shí)驗(yàn)情況

圖2

解析：試卷給出的參考答案是C．因?yàn)橘|(zhì)量相等的不同物質(zhì)吸收相等熱量，比熱容大的物質(zhì)升高的溫度?。捎谒谋葻崛荼让河偷拇?，煤油和水在相同的環(huán)境中加熱，相同時(shí)間內(nèi)吸收的熱量相等，故相同時(shí)間煤油升高的溫度多．

仔細(xì)分析試題的題干和答案，產(chǎn)生以下困惑.

困惑一：實(shí)驗(yàn)提供的“水浴”到底是“冷水浴”還是“熱水浴”？“冷水浴”和“熱水浴”實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象相同嗎？

困惑二：若水和煤油在相同的“熱水浴”中加熱，它們相同時(shí)間內(nèi)吸收的熱量一定相等嗎？用“熱水浴”加熱時(shí)，水和煤油吸收熱量的多少與什么因素有關(guān)？

困惑三：“水浴”加熱可避免直接加熱造成受熱不均勻與溫度的不可控．本探究通過溫度的變化來反映水和煤油的不同特性，那么用“水浴”加熱對(duì)溫度進(jìn)行了控制，是否符合控制變量的實(shí)驗(yàn)要求？這樣得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可信嗎？

圖3

為解開困惑，筆者用如圖3裝置，利用溫度傳感器進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn).

器材：2 000 mL大燒杯一個(gè)，溫度傳感器2個(gè)，電爐一個(gè)，2個(gè)相同的大試管及電腦．

第一次實(shí)驗(yàn)：在2個(gè)相同大試管中裝入初溫相同、質(zhì)量都為30 g的水和煤油，將大試管浸在裝有冷水的大燒杯中，用電爐對(duì)大燒杯進(jìn)行加熱，溫度傳感器每10 s采集一組溫度，得到的部分?jǐn)?shù)據(jù)，如表1.

表1 在冷水中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

第二次實(shí)驗(yàn)：在兩個(gè)相同大試管中裝入初溫相同、質(zhì)量都為30 g的水和煤油，將大試管浸在90 ℃熱水中，用電爐對(duì)大燒杯進(jìn)行加熱，溫度傳感器每0.5 s采集一組溫度，得到的部分?jǐn)?shù)據(jù)如表2.

表2 在90℃熱水中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

時(shí)間/s3035…100160水溫度/℃29.433.2…67.380.8煤油溫度/℃27.231.4…67.580.7

由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，將煤油和水放在“冷水浴”中加熱，煤油和水幾乎是同步升溫；而將煤油和水放在“熱水浴”中加熱，開始水升溫比煤油快，隨后幾乎是同步升溫．

本試題對(duì)水浴的情況沒有明確說明，從上面實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)反映，無法進(jìn)行正確解答．

第二次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)還表明：若是“熱水浴”，雖然水和煤油都從相同的熱水中吸熱，但開始水升溫快，說明它們相同時(shí)間內(nèi)吸收的熱量并不相同．究其原因，因?yàn)椤八》ā敝饕峭ㄟ^熱傳導(dǎo)方式進(jìn)行傳熱，水和煤油的“導(dǎo)熱系數(shù)”的差異將會(huì)明顯地影響實(shí)驗(yàn)效果．查閱資料發(fā)現(xiàn)：水的“導(dǎo)熱系數(shù)”近似等于煤油“導(dǎo)熱系數(shù)”的4倍，而水的比熱容只是煤油的2倍，因此“水浴法”加熱，水和煤油的導(dǎo)熱特性左右了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象．顯然命題者沒有躬身實(shí)驗(yàn)，只根據(jù)自己的想像，簡(jiǎn)單化處理了選項(xiàng)和答案．

2 需要什么樣的實(shí)驗(yàn)探究試題

看了上題，不禁讓人思考：中考物理需要怎樣的實(shí)驗(yàn)探究試題？

我們知道物理中考，應(yīng)有利于課改新理念的實(shí)施和推進(jìn)；應(yīng)有利于高一級(jí)學(xué)校選拔新生；應(yīng)有利于提高初中物理教學(xué)質(zhì)量．中考物理試題應(yīng)能對(duì)教師的教和學(xué)生的學(xué)具有較強(qiáng)的指導(dǎo)性，能引導(dǎo)教師關(guān)注平時(shí)的教學(xué)，積極自覺去研讀、理解課標(biāo)，參與教學(xué)改革，實(shí)現(xiàn)課程功能的轉(zhuǎn)變，改善學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，從而使學(xué)生終身受益；應(yīng)注重科學(xué)探究能力及運(yùn)用物理思維方法解決實(shí)際問題能力的考查．而這些能力的考查主要通過實(shí)驗(yàn)探究題體現(xiàn)，現(xiàn)在各地中考都十分重視實(shí)驗(yàn)探究題，提高實(shí)驗(yàn)探究題所占的考核比例，在近幾年各地中考卷中，確實(shí)涌現(xiàn)不少高質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)探究題，但也有部分實(shí)驗(yàn)探究題在命制中存在明顯弊端，主要表現(xiàn)如下.

2.1 盲目提升知識(shí)深度使試題缺乏效度

【例2】如圖4所示，在兩個(gè)完全相同的高腳玻璃杯內(nèi)裝有相同深度的水，當(dāng)用筷子輕輕敲擊杯子時(shí)，兩個(gè)杯子就會(huì)發(fā)出相同的聲音．那么下列說法中正確的是

圖4

A．當(dāng)用筷子敲擊甲杯，讓其發(fā)聲，發(fā)聲后用手捏住杯邊，此時(shí)乙杯不能發(fā)出聲音

B．當(dāng)用筷子敲擊甲杯，讓其發(fā)聲，發(fā)聲后用手捏住杯邊，此時(shí)乙杯能發(fā)出聲音，產(chǎn)生了共鳴

C．當(dāng)用筷子敲擊杯子時(shí)，甲的音調(diào)較低

D．當(dāng)用筷子敲擊杯子時(shí)，乙的音調(diào)較低

評(píng)析：此題相關(guān)知識(shí)是，聲音是由物體的振動(dòng)產(chǎn)生；振動(dòng)的頻率越高，音調(diào)越高．但是試題中穿插了“共鳴”現(xiàn)象，超出了初中學(xué)生實(shí)際認(rèn)知水平，從而影響了學(xué)生的思維，妨礙了學(xué)生的解答，試題也就不能真正體現(xiàn)學(xué)生的思維能力．

中考實(shí)驗(yàn)探究題主要考查學(xué)生是否養(yǎng)成良好的思維習(xí)慣，是否能建立科學(xué)的思維模式，而不是通過探究擴(kuò)充知識(shí)的深度和廣度．高中知識(shí)、延伸知識(shí)進(jìn)入中考探究，不能就知識(shí)本身的認(rèn)識(shí)、理解對(duì)學(xué)生進(jìn)行考查，只能作為一種手段，一份探究素材，考查學(xué)生探究能力，反映學(xué)生對(duì)探究各個(gè)環(huán)節(jié)的合理性、準(zhǔn)確性的把握程度，否則試題將失去考查效能．

2.2 隨意創(chuàng)設(shè)問題情境使試題脫離事實(shí)

【例3】用一組相同的瓶子盛上不等量的水就可以組成一個(gè)“樂器”，通過敲擊瓶子就可以演奏出優(yōu)美動(dòng)聽的樂曲．被敲擊的瓶子發(fā)出的音符與瓶中空氣柱長(zhǎng)度的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖5所示.

圖5

(1)由圖可知音調(diào)的高低與空氣柱長(zhǎng)度的關(guān)系是________；

(2)往熱水瓶或杯子里倒水，有經(jīng)驗(yàn)的人不用看，就可以根據(jù)聲音判斷水是否快倒?jié)M了，這是因?yàn)開_______________．

評(píng)析：此題的原意是想通過對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析，考查學(xué)生“分析與論證”的準(zhǔn)確性，但是試題提供的實(shí)驗(yàn)情景并不符合實(shí)際：我們知道，敲擊瓶子，瓶子振動(dòng)發(fā)出聲音，瓶中的水越多，瓶子振動(dòng)受到的阻礙越大，所以振動(dòng)越慢，音調(diào)越低．試題創(chuàng)設(shè)的情境會(huì)使一些知識(shí)面廣，習(xí)慣思考問題，關(guān)注生活現(xiàn)象的考生答題產(chǎn)生困惑，而那些對(duì)問題思考不嚴(yán)密，草率、教條化答題的考生卻容易得分，這樣的試題失去了選拔的功能．

該題與文首提到的廣州中考試題類似，雖然形式新，但由于命制時(shí)題干思考不嚴(yán)謹(jǐn)，問題考慮不周，命題態(tài)度不科學(xué)，使探究情景脫離了實(shí)際，有人為編造試題的嫌疑．這樣的中考試題，無法促進(jìn)學(xué)生的發(fā)展，對(duì)初中物理教學(xué)起到負(fù)導(dǎo)向功能．中考實(shí)驗(yàn)探究題在命制過程中，注意形式新穎、多樣的同時(shí)，更應(yīng)強(qiáng)調(diào)題目?jī)?nèi)涵的真實(shí)、科學(xué)．

2.3 機(jī)械設(shè)計(jì)分析過程使試題流于形式

【例4】在探究運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中，將同一輛小車分別從相同的高度處由靜止開始沿斜面滑下，小車在三種不同的水平面運(yùn)動(dòng)一段距離后，分別停在如圖6所示的位置.

圖6

(1)讓小車從斜面的同一高度滑下，是為了使小車到達(dá)水平面時(shí)的______相同；

(2)小車在三個(gè)水平面上運(yùn)動(dòng)時(shí)，水平面越光滑，小車運(yùn)動(dòng)的距離越______，這表明小車受到的摩擦力越______．由此推斷，當(dāng)小車不受摩擦力作用時(shí)，將保持______運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變；

(3)由這個(gè)實(shí)驗(yàn)可以推理得出的物理學(xué)基本定律是________．

評(píng)析：本題是探究阻力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響，從而得到力與物體運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，進(jìn)而推理得出牛頓第一定律，這是課堂探究的重現(xiàn)．第(2)問是本題的重點(diǎn)，由現(xiàn)象分析歸納得出結(jié)論，再通過結(jié)論進(jìn)行推理得出不受摩擦力時(shí)小車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)．分析過程雖由淺入深，有層次感，但是讓人感覺是形式化的識(shí)記，特別是結(jié)論針對(duì)摩擦力大小進(jìn)行回答，讓探究的問題、實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象與結(jié)論完全不吻合，整個(gè)分析過程沒有了思考性．課本實(shí)驗(yàn)探究在中考中出現(xiàn)，切忌簡(jiǎn)單的再現(xiàn)或記憶，應(yīng)該是對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解和再思考，這樣才能評(píng)價(jià)學(xué)生在問題解決過程中的思維能力和思維品質(zhì)．

2.4 封閉學(xué)生創(chuàng)新思維使試題喪失信度

【例5】在“測(cè)量小燈泡的電阻”實(shí)驗(yàn)中，小燈泡的額定電壓是2.5 V.

圖7

(1)請(qǐng)你用筆畫線代替導(dǎo)線將如圖7所示電路連接完整．

(2)小夢(mèng)在接完最后一根導(dǎo)線時(shí)，小燈泡立即發(fā)光，請(qǐng)你分析產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是______．

(3)排除故障后，繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，如圖8所示是小燈泡正常發(fā)光時(shí)的電流，此時(shí)燈絲的電阻為______Ω．

圖8

(4)大夢(mèng)和小夢(mèng)按照老師的要求，設(shè)計(jì)了如下在缺少電流表時(shí)測(cè)量小燈泡電阻的方案：

大夢(mèng)：用如圖9(a)所示電路(滑動(dòng)變阻器最大阻值已知)，閉合開關(guān)，分別讀出滑片在A和B兩端時(shí)電壓表的示數(shù)，然后計(jì)算出小燈泡的電阻．

小夢(mèng)：把一個(gè)電壓表分別接在小燈泡和阻值已知的定值電阻兩端，如圖9(b)所示，閉合開關(guān)，讀出電壓表的示數(shù)，然后計(jì)算出小燈泡的電阻．

圖9

你認(rèn)為____設(shè)計(jì)的方案好，理由是__________．

評(píng)析：本題考點(diǎn)是歐姆定律中的典型實(shí)驗(yàn)——小燈泡電阻的測(cè)量．此實(shí)驗(yàn)，學(xué)生既有親身經(jīng)歷的感性認(rèn)識(shí)，又有分析思考的感悟，因此對(duì)實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)非常了解，特別熟悉燈絲電阻隨電壓變化的特點(diǎn)．第(4)問是對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)中評(píng)估能力的考查，試題有一定的開放性，是作為有一定區(qū)分度的試題來甄別學(xué)生．但筆者感覺試題考查方向有問題，將電壓表改接與滑動(dòng)變阻器滑片的移動(dòng)沒有本質(zhì)上的差異，實(shí)際學(xué)生思考較多的是實(shí)驗(yàn)的可行性和針對(duì)性.本實(shí)驗(yàn)的目的是測(cè)量燈泡的電阻，學(xué)生知道燈絲電阻會(huì)隨電壓的變化而變化，因此會(huì)考慮測(cè)量燈泡什么狀態(tài)下的電阻，但試題沒有對(duì)這個(gè)現(xiàn)實(shí)問題進(jìn)行說明，特別是兩人的操作都沒有考慮燈絲電壓不同，燈絲溫度不同，造成燈絲電阻的變化，都是紙上談兵，沒有實(shí)際可行性，這樣的實(shí)驗(yàn)探究如何能考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力？

“物理”兩字真切體現(xiàn)了這一學(xué)科的特色和魅力：“物”——事實(shí)依據(jù)，即以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)；“理”——理性思維，即以思維為中心，而這也正是物理中考實(shí)驗(yàn)探究題命制的基點(diǎn)．我們中考實(shí)驗(yàn)探究題若能從學(xué)生實(shí)際出發(fā)，以真實(shí)情景為依據(jù)，體現(xiàn)科學(xué)思想和思維方法，注重激發(fā)學(xué)生思維、凸顯學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究能力，那么它將極大地促進(jìn)學(xué)生的發(fā)展，真正對(duì)初中物理教學(xué)起到導(dǎo)向作用．

參考文獻(xiàn)

1 義務(wù)教育物理新課程標(biāo)準(zhǔn).北京:北京師范大學(xué)出版社,2012

2 2012年各地物理中考試題