凸显设计方案 注重评估策略

郭振庆　周晓静

纵观2008年中考物理试题，其最大的特点是加强了过程与方法考查的灵活性，注重对科学探究的评估，从而体现了科学探究在中考物理试题中的灵活应用和深层次的挖掘。

一.过程—方法—反思，强调科学评估

例1：（2008镇江）在探究“物体的上浮或下沉与哪些因素有关?”的活动中，同学们将新鲜萝卜浸没在水中松手后，萝卜都上浮直至漂浮在水面上，如图所示．为了使漂浮的萝卜沉下去，小明将一根铁钉全部插入萝卜中，小华也用同样的铁钉，但只将其一半插入到萝卜中，再次将萝卜浸没水中松手，结果两只萝卜均沉入水底．从物体受力的角度来看，他们在萝卜中插入铁钉是为了改变力的大小，从而使浮力(大于／等于／小于)重力；从他们探究的方法来看，(小明／小华)的方法更合理，理由是

【参考答案】重小于小明小明将一根铁钉全部插入萝卜中，在改变重力时浮力几乎不变（控制变量法）

【评析】从本题的设计可以看出：引导学生设计、探究开放性的实验方案，是培养学生创新能力的途径之一。命题意图在于让学生学会分析、评估方案的科学性、合理性，反思、交流并能找到其评估的原由，使学生能知其然，而且知其所以然，从而不断完善学生思维。

二.方法—目的—角度，凸显辩证思维

例2：（2008哈尔滨）在探究“电流与电压关系”的实验中，同学们进行了交流与合作．

（1）如图所示，同学们在交流中提出甲、乙两个探究思路，请对这两个探究思路进行评估．

（2）请设计一份记录该实验数据的表格．

【参考答案】（1）从操作方面评估：甲电路虽然简单，但需要改变电池个数，操作不便。乙电路不需要拆装，操作简便。

（2）从安全方面评估：甲电路电压成倍数变化，容易烧坏电源或电流表。乙电路有滑动变阻器，能起到保护电路的作用。

（3）从收集数据方面评估：甲电路不能选取任意数据，结论存在特殊性，乙电路可以选取任意数据，结论具有普遍性。

【评析】本题从课本提供的两种实验方案入手，进一步引发深层次的问题，即方案的评估。引导学生学会设计不同的方案，并从不同角度优化设计方案，进行全面的、合理的、科学的分析和评估，用精炼的语言去表述，做到去劣存优，从而培养学生思维的深刻性和完整性。

三.评价—设计—优化，力求追根溯源

例3：（2008盐城）右图是一个加热、保温电路的一部分。电热丝R1规格为“220V 1100W”，限流电阻R2=506Ω。电路的工作原理是：当温控开关S接a时，电热丝R1接入电路，电路处于加热状态；当达到一定温度时，温控开关S自动从a切换到b，电路处于保温状态。正常工作时，加热功率1100W，保温功率88W。(电源电压保持不变，电阻不随温度变化。)

(1)请你按照上述原理，对上图进行连线，使它成为完整的电路图；

(2)某天在使用(1)中已经连接完整的电路时，R1烧毁了。有人想使电路恢复正常工作，设计了下面方案。请通过计算、分析，对两个方案作出评价：

方案一：用“220V 220W”电热丝R3、“220V 880W”电热丝R4串联替代R1；

方案二：用两根都是“220V 550W”的电热丝R5并联替代Rl。

(3)请你选用下表所提供的电热丝，再设计一个方案，使(2)中损坏的电路恢复正常工作，并说明设计理由。

电热丝：

【参考答案】

（1）如图所示

（2）方案一：R3= U2/ P3 =(220V)2/220W=220Ω

同理R4= 55Ω R3、R4串联后，加热时：P串=U2/(R3+R4)=(220V)2/(220Ω+55Ω)=176W＜1100W

保温时：P′串=U2/( R3+R4+R2)= (220V)2/(220Ω+55Ω+506Ω)≈62.0W<88W

两项都不合题意要求,方案一不可行。

方案二： R1=U2/P1=(220V)2/1100W =44Ω，同理R5= 88Ω。两根电热丝R5并联后总电阻值是44Ω，能替代R1，加热时功率为1100W;保温时功率为88W。正常工作时,两项都合要求。

但是，当其中一根电热丝烧坏时，电路仍可以工作。加热时：R5正常工作，P=550W＜1100W

保温时：P′′= U2/(R2+R5)= (220V)2/(506Ω+88Ω) ≈81.5W＜88W

断了一根电热丝后，两项都不合要求，而且不能及时发现加以排除。可见方案二不是最佳的。

（3）设计如下：

将两根“110V 550W”电热丝R9串联替代R1。

理由：一个电热丝的电阻值为R9 R9=U2/P=（110V）2/550W=22Ω

两根电热丝串联后总阻值是44Ω，接在220V电压下能正常工作，能完全等效替代R1，符合题意要求。

【评析】本题设计的方案由浅入深，不仅从功率和电阻两方面加以比较，而且从使用过程中的功率数据变化进行分析和论证，由此引出符合要求的最佳实验方案。本题能够较好地培养学生分析、设计、创新、优化科学决策的能力，使方案更具科学性、合理性。在课堂教学中要注重从生活中挖掘材料，提炼其精华，拓宽学生的思路，不断丰富和完善学生思维。

四. 设计—探究—评估，注重生活体验

例4：（2008成都）在抗震救灾中，为了从垮塌的建筑中尽快地实施救援，营救生命，使用到了大量的汽车起重机。正在家中复习的小陈同学看到救灾现场的救援画面后，在感动之余，找来了一台玩具汽车起重机，进行了探究。

小陈要探究的问题是，起重机吊起的重物静止在空中时：①支撑臂对起重臂的作用力大小；②水平地面受到的起重机的压强。为此，小陈除起重机外，还准备了以下器材：重物、弹簧测力计、棉线、面积足够大的坐标纸、墨水、毛笔、复写纸。

（1）要完成他的探究，上述器材中还应该增加的是_______。

（2）为完成问题①的探究，需要测量力臂。请你在图中作出支撑臂CD对起重臂AB的作用力F的力臂，其中O点是支点。

（3）在问题②的探究中，针对接触面积的测量中遇到的困难，小陈设计了两套实验方案。

方案一的实验步骤为：

A．用棉线拴牢重物，用弹簧测力计分别测量出起重机的重力G1、重物的重力G2；

B．将重物挂在起重机的挂钩上，如图所示；

C．在水平地面上从下往上依次铺放坐标纸、复写纸，然后将起重机平放在复写纸上，保持整个装置处于静止状态；

D．取走起重机，根据轮胎和支架在坐标纸上留下的印迹，计算出起重机（包括轮胎和支架）与水平地面的接触面积S；

E．求出水平地面受到的起重机的压强p=_______

方案二与方案一只有步骤C不同，请你根据小陈准备的器材写出步骤C：_______

（4）实验结束后，小陈对问题②的探究中接触面积的测量仍然感到不够满意，认为测量不够准确。请你任选一种方案，简略指出其测量不够准确的原因。

【参考答案】（1）刻度尺（或三角板）（2）见图（3）（G1+G2）／S在水平地面上铺上坐标纸，接着用毛笔在起重机的轮胎和支架上涂上墨水，然后将起重机平放在坐标纸上，保持整个装置处于静止状态。

（4）在方案一中，由于玩具汽车起重机（包括重物）较轻，导致其在复写纸上的印迹不够清晰；在方案二中，由于墨水涂抹不均匀，导致印迹太深、太浅或者浸染到坐标纸上接触处以外的地方。

【评析】本题旨在引导学生勤于观察生活现象，善于发现物理问题，从而养成科学探究问题的习惯，并能对不同的探究方案进行深刻地剖析和研究。