談中考開放性實驗設計題

摘要： 物理開放性試題是指學生根據題設自主探究解題方法、答案多樣化不唯一的題目。在素質教育前提下，學生在學習過程中，不僅要掌握一定的基本知識和具備一定的基本能力，而且要具備一定的綜合能力，富有創新意識、創新精神、創新能力。

關鍵詞： 初中物理 開放性實驗設計題 解題方法

隨著素質教育的深入開展及新課程標準對創新精神、探究能力要求的提出，近年來，全國各地的中考試題中陸續出現了開放性的實驗設計題。這類問題體現出自主選擇器材、自行設計實驗步驟并表達待測量的新特點。試題著力考查學生對重要實驗儀器的原理及使用方法的掌握靈活程度，對物理規律的遷移及靈活運用能力，思維靈活性，動手操作的能力。多數學生面對開放性設計題覺得無從下手，下面談一下初中物理實驗設計題的基本解題方法，供大家參考。

一、典型的實驗設計題

1.給你一個量筒和適量的水，請你設計一個實驗，估測一塊橡皮泥的密度。要求：（1）寫出實驗步驟及所測的物理量，（2）導出用測量的量表示橡皮泥密度的數學表達式。

分析：本題涉及量筒的使用方法及浮力的知識。密度的計算公式是ρ=m/v，即要確定橡皮泥的密度，需測出其體積和質量。體積可以用量筒與水測出，題目中未提供測天平或測力計，所以質量無法直接測出，但根據生活經驗，橡皮泥密度大于水，但它具有可塑性，可以把橡皮泥捏成一個空心的小盒，使它漂浮在水面，利用量筒中水面的變化可以求出其漂浮時排開水的體積，然后利用阿基米德定律計算它受到的浮力，橡皮泥漂浮時浮力等于重力，最后計算出它的質量。至此找到了密度的測量方法。

實驗步驟：

（1）在量筒內倒入適量的水，記下量筒中水面的示數為V 。

（2）把橡皮泥捏成小盒狀，放入量筒中，使其漂浮在水面，記下此時量筒中水面的示數為V 。

（3）把橡皮泥捏成實心團，使其沉入量筒內的水中，記下此時量筒中水面的示數為V 。

表達式：ρ= ρ 。

2.給你一個平底試管、細線（或下端繞有金屬絲的涂蠟均勻細木棍）、一把毫米刻度尺、大燒杯、足量的水，怎樣測量一桶牛奶的密度？寫出測量方法，需要測量的物理量，以及計算牛奶密度的表達式。

分析：本題的特點是沒有天平、彈簧秤，給出的器材是試管、燒杯和水，解題的主要思路是要求結合阿基米德原理或壓強關系，然后應用所學知識求解。這類題目的開放性強，有助于拓展學生的思維能力，以及應用知識解決問題的能力。

解：（1）燒杯盛一定體積的水，平底試管盛適量的細沙，搖勻，將裝沙試管放入燒杯中的水中漂浮；（2）用刻度尺量出試管沒入水中的深度h ；（3）燒杯改盛一定體積的牛奶，再將裝沙試管放入盛牛奶的燒杯中漂浮，測出其沒入牛奶的深度h ；（4）計算：∵F =F ，∴ρ gh S=ρ gh S，∴ρ =（h /h ）ρ 。

3.現有兩個電流表、一個電源、一個已知阻值為R 的電阻、一個開關和一些導線，要用以上器材測一未知阻值的電阻R 的電阻值，要求開關接在干路上。

（1）分別畫出兩種不同方法的電路圖。

（2）如實驗中的電流表A 、A 的示數分別為I 、I ，請寫出對應電阻R 的表達式。

分析：本題是以伏安法測電阻為基礎的創新題，分析問題仍由伏安法測電阻的原理R=U/I開始，電流表與R 串聯可以直接測出通過它的電流I ，而電壓是未知的，器材中未給出電壓表，所以問題的關鍵是R 兩端電壓的確定。R 這一已知電阻，為確定電壓提供了條件，用電流表測出R 的電流，也就確定了R 兩端的電壓，最后將兩電阻并聯，使它們兩端的電壓相等，解決方案也就找到了。

注：本題也可以改變所提供的器材來訓練思維的靈活性，進一步培養創新精神。如：（1）將電流表換成電壓表，如何設計電路；（2）將定值電阻R 換成最大阻值已知的滑動變阻器，只給一塊電流表，應如何設計電路。

二、開放性實驗設計題的特點

1.雖超出課本現有實驗，具有創新性，但又來源于課本。

2.著力考查思維能力及創新能力，即由學生自選器材、自己設計實驗步驟、自己列出表達式。

3.試題答案不唯一，具有開放性。

4.雖是物理試題，但需要利用數學方法進行分析，找好等量關系，再利用數學方法類方程解決。

三、對解答開放性實驗設計題的幾點建議

1.教師在教學過程中要注重要求學生學習基礎知識，并要求學生掌握牢固、準確；要讓學生發揮想象力，平時注意對學生邏輯思維能力的培養；要用多種方法解答的問題，盡可能利用多種方法解答，拓寬學生解題思路；要注重數學知識在物理學習方面的應用。

2.教師應熟悉開放性實驗題所涉及的知識范圍，平時加以引導，引起學生注意，這是答好這類問題的前提。縱觀初中物理課本，力學中的密度、壓強、浮力的測定，電學中的電阻、電功率的測定是開放性設計題涉及的熱點。學生應深刻理解上述物理量的定義、公式，明確決定這些量的因素，如：密度公式是ρ=m/v，由公式可以看出密度可以用質量與體積的比值表示，那么遇到這類問題時就可以從確定質量與體積的角度來表達物質的密度。學生還應注重實驗解題中的數學表達式。

3.教師應熟悉重要的物理儀器原理及使用規則。初中物理中要求學生會用的重要儀器包括天平、量筒、刻度尺、測力計、電流表、電壓表、滑動變阻器等，教師應讓學生自己真正接觸以上實驗器材。另外在力學實驗設計中水的作用不容忽視。

4.教師應注重提高學生的操作能力。教師應創造盡可能多的動手操作機會，為學生解答開放性問題打好基礎。

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。”