例談物理中考實驗探究題命制時出現的弊端

趙永忠

(江蘇省南菁高級中學初中部 江蘇 無錫 214400)

胡生青

(江陰市中小學教研室 江蘇 無錫 214400)

1 問題引出

圖1

在“機械能和內能”教學過程中，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，用規格相同的兩試管分別裝上質量相同的煤油和水，隔著石棉網同時對兩試管加熱．如圖2中的哪一圖線能反映該實驗情況

圖2

解析：試卷給出的參考答案是C．因為質量相等的不同物質吸收相等熱量，比熱容大的物質升高的溫度小．由于水的比熱容比煤油的大，煤油和水在相同的環境中加熱，相同時間內吸收的熱量相等，故相同時間煤油升高的溫度多．

仔細分析試題的題干和答案，產生以下困惑.

困惑一：實驗提供的“水浴”到底是“冷水浴”還是“熱水浴”？“冷水浴”和“熱水浴”實驗現象相同嗎？

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

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”加熱對溫度進行了控制，是否符合控制變量的實驗要求？這樣得到的實驗結果可信嗎？

圖3

為解開困惑，筆者用如圖3裝置，利用溫度傳感器進行如下實驗.

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

第一次實驗：在2個相同大試管中裝入初溫相同、質量都為30 g的水和煤油，將大試管浸在裝有冷水的大燒杯中，用電爐對大燒杯進行加熱，溫度傳感器每10 s采集一組溫度，得到的部分數據，如表1.

表1 在冷水中實驗數據

第二次實驗：在兩個相同大試管中裝入初溫相同、質量都為30 g的水和煤油，將大試管浸在90 ℃熱水中，用電爐對大燒杯進行加熱，溫度傳感器每0.5 s采集一組溫度，得到的部分數據如表2.

表2 在90℃熱水中實驗數據

時間/s3035…100160水溫度/℃29.433.2…67.380.8煤油溫度/℃27.231.4…67.580.7

由實驗數據可知，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．

本試題對水浴的情況沒有明確說明，從上面實驗數據反映，無法進行正確解答．

第二次實驗的數據還表明：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，說明它們相同時間內吸收的熱量并不相同．究其原因，因為“水浴法”主要是通過熱傳導方式進行傳熱，水和煤油的“導熱系數”的差異將會明顯地影響實驗效果．查閱資料發現：水的“導熱系數”近似等于煤油“導熱系數”的4倍，而水的比熱容只是煤油的2倍，因此“水浴法”加熱，水和煤油的導熱特性左右了實驗現象．顯然命題者沒有躬身實驗，只根據自己的想像，簡單化處理了選項和答案．

2 需要什么樣的實驗探究試題

看了上題，不禁讓人思考：中考物理需要怎樣的實驗探究試題？

我們知道物理中考，應有利于課改新理念的實施和推進；應有利于高一級學校選拔新生；應有利于提高初中物理教學質量．中考物理試題應能對教師的教和學生的學具有較強的指導性，能引導教師關注平時的教學，積極自覺去研讀、理解課標，參與教學改革，實現課程功能的轉變，改善學生的學習方式，從而使學生終身受益；應注重科學探究能力及運用物理思維方法解決實際問題能力的考查．而這些能力的考查主要通過實驗探究題體現，現在各地中考都十分重視實驗探究題，提高實驗探究題所占的考核比例，在近幾年各地中考卷中，確實涌現不少高質量的實驗探究題，但也有部分實驗探究題在命制中存在明顯弊端，主要表現如下.

2.1 盲目提升知識深度使試題缺乏效度

【例2】如圖4所示，在兩個完全相同的高腳玻璃杯內裝有相同深度的水，當用筷子輕輕敲擊杯子時，兩個杯子就會發出相同的聲音．那么下列說法中正確的是

圖4

A．當用筷子敲擊甲杯，讓其發聲，發聲后用手捏住杯邊，此時乙杯不能發出聲音

B．當用筷子敲擊甲杯，讓其發聲，發聲后用手捏住杯邊，此時乙杯能發出聲音，產生了共鳴

C．當用筷子敲擊杯子時，甲的音調較低

D．當用筷子敲擊杯子時，乙的音調較低

評析：此題相關知識是，聲音是由物體的振動產生；振動的頻率越高，音調越高．但是試題中穿插了“共鳴”現象，超出了初中學生實際認知水平，從而影響了學生的思維，妨礙了學生的解答，試題也就不能真正體現學生的思維能力．

中考實驗探究題主要考查學生是否養成良好的思維習慣，是否能建立科學的思維模式，而不是通過探究擴充知識的深度和廣度．高中知識、延伸知識進入中考探究，不能就知識本身的認識、理解對學生進行考查，只能作為一種手段，一份探究素材，考查學生探究能力，反映學生對探究各個環節的合理性、準確性的把握程度，否則試題將失去考查效能．

2.2 隨意創設問題情境使試題脫離事實

【例3】用一組相同的瓶子盛上不等量的水就可以組成一個“樂器”，通過敲擊瓶子就可以演奏出優美動聽的樂曲．被敲擊的瓶子發出的音符與瓶中空氣柱長度的對應關系如圖5所示.

圖5

(1)由圖可知音調的高低與空氣柱長度的關系是________；

(2)往熱水瓶或杯子里倒水，有經驗的人不用看，就可以根據聲音判斷水是否快倒滿了，這是因為________________．

評析：此題的原意是想通過對實驗現象分析，考查學生“分析與論證”的準確性，但是試題提供的實驗情景并不符合實際：我們知道，敲擊瓶子，瓶子振動發出聲音，瓶中的水越多，瓶子振動受到的阻礙越大，所以振動越慢，音調越低．試題創設的情境會使一些知識面廣，習慣思考問題，關注生活現象的考生答題產生困惑，而那些對問題思考不嚴密，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，但由于命制時題干思考不嚴謹，問題考慮不周，命題態度不科學，使探究情景脫離了實際，有人為編造試題的嫌疑．這樣的中考試題，無法促進學生的發展，對初中物理教學起到負導向功能．中考實驗探究題在命制過程中，注意形式新穎、多樣的同時，更應強調題目內涵的真實、科學．

2.3 機械設計分析過程使試題流于形式

【例4】在探究運動和力的關系實驗中，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動一段距離后，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，是為了使小車到達水平面時的______相同；

(2)小車在三個水平面上運動時，水平面越光滑，小車運動的距離越______，這表明小車受到的摩擦力越______．由此推斷，當小車不受摩擦力作用時，將保持______運動狀態不變；

(3)由這個實驗可以推理得出的物理學基本定律是________．

評析：本題是探究阻力對物體運動的影響，從而得到力與物體運動的關系，進而推理得出牛頓第一定律，這是課堂探究的重現．第(2)問是本題的重點，由現象分析歸納得出結論，再通過結論進行推理得出不受摩擦力時小車的運動狀態．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記，特別是結論針對摩擦力大小進行回答，讓探究的問題、實驗的現象與結論完全不吻合，整個分析過程沒有了思考性．課本實驗探究在中考中出現，切忌簡單的再現或記憶，應該是對實驗的理解和再思考，這樣才能評價學生在問題解決過程中的思維能力和思維品質．

2.4 封閉學生創新思維使試題喪失信度

【例5】在“測量小燈泡的電阻”實驗中，小燈泡的額定電壓是2.5 V.

圖7

(1)請你用筆畫線代替導線將如圖7所示電路連接完整．

(2)小夢在接完最后一根導線時，小燈泡立即發光，請你分析產生這一現象的原因是______．

(3)排除故障后，繼續實驗，如圖8所示是小燈泡正常發光時的電流，此時燈絲的電阻為______Ω．

圖8

(4)大夢和小夢按照老師的要求，設計了如下在缺少電流表時測量小燈泡電阻的方案：

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

小夢：把一個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，讀出電壓表的示數，然后計算出小燈泡的電阻．

圖9

你認為____設計的方案好，理由是__________．

評析：本題考點是歐姆定律中的典型實驗——小燈泡電阻的測量．此實驗，學生既有親身經歷的感性認識，又有分析思考的感悟，因此對實驗細節非常了解，特別熟悉燈絲電阻隨電壓變化的特點．第(4)問是對學生實驗中評估能力的考查，試題有一定的開放性，是作為有一定區分度的試題來甄別學生．但筆者感覺試題考查方向有問題，將電壓表改接與滑動變阻器滑片的移動沒有本質上的差異，實際學生思考較多的是實驗的可行性和針對性.本實驗的目的是測量燈泡的電阻，學生知道燈絲電阻會隨電壓的變化而變化，因此會考慮測量燈泡什么狀態下的電阻，但試題沒有對這個現實問題進行說明，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，沒有實際可行性，這樣的實驗探究如何能考查學生的實驗探究能力？

“物理”兩字真切體現了這一學科的特色和魅力：“物”——事實依據，即以實驗為基礎；“理”——理性思維，即以思維為中心，而這也正是物理中考實驗探究題命制的基點．我們中考實驗探究題若能從學生實際出發，以真實情景為依據，體現科學思想和思維方法，注重激發學生思維、凸顯學生實驗探究能力，那么它將極大地促進學生的發展，真正對初中物理教學起到導向作用．

參考文獻

1 義務教育物理新課程標準.北京:北京師范大學出版社,2012

2 2012年各地物理中考試題