凸显设计方案 注重评估策略

2009-05-13 08:09:54 都市家教(教育交流)·理论版 2009年4期

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。