凸顯設計方案　注重評估策略

郭振慶　周曉靜

縱觀2008年中考物理試題，其最大的特點是加強了過程與方法考查的靈活性，注重對科學探究的評估，從而體現了科學探究在中考物理試題中的靈活應用和深層次的挖掘。

一.過程—方法—反思，強調科學評估

例1：（2008鎮江）在探究“物體的上浮或下沉與哪些因素有關?”的活動中，同學們將新鮮蘿卜浸沒在水中松手后，蘿卜都上浮直至漂浮在水面上，如圖所示．為了使漂浮的蘿卜沉下去，小明將一根鐵釘全部插入蘿卜中，小華也用同樣的鐵釘，但只將其一半插入到蘿卜中，再次將蘿卜浸沒水中松手，結果兩只蘿卜均沉入水底．從物體受力的角度來看，他們在蘿卜中插入鐵釘是為了改變力的大小，從而使浮力(大于／等于／小于)重力；從他們探究的方法來看，(小明／小華)的方法更合理，理由是

【參考答案】重小于小明小明將一根鐵釘全部插入蘿卜中，在改變重力時浮力幾乎不變（控制變量法）

【評析】從本題的設計可以看出：引導學生設計、探究開放性的實驗方案，是培養學生創新能力的途徑之一。命題意圖在于讓學生學會分析、評估方案的科學性、合理性，反思、交流并能找到其評估的原由，使學生能知其然，而且知其所以然，從而不斷完善學生思維。

二.方法—目的—角度，凸顯辯證思維

例2：（2008哈爾濱）在探究“電流與電壓關系”的實驗中，同學們進行了交流與合作．

（1）如圖所示，同學們在交流中提出甲、乙兩個探究思路，請對這兩個探究思路進行評估．

（2）請設計一份記錄該實驗數據的表格．

【參考答案】（1）從操作方面評估：甲電路雖然簡單，但需要改變電池個數，操作不便。乙電路不需要拆裝，操作簡便。

（2）從安全方面評估：甲電路電壓成倍數變化，容易燒壞電源或電流表。乙電路有滑動變阻器，能起到保護電路的作用。

（3）從收集數據方面評估：甲電路不能選取任意數據，結論存在特殊性，乙電路可以選取任意數據，結論具有普遍性。

【評析】本題從課本提供的兩種實驗方案入手，進一步引發深層次的問題，即方案的評估。引導學生學會設計不同的方案，并從不同角度優化設計方案，進行全面的、合理的、科學的分析和評估，用精煉的語言去表述，做到去劣存優，從而培養學生思維的深刻性和完整性。

三.評價—設計—優化，力求追根溯源

例3：（2008鹽城）右圖是一個加熱、保溫電路的一部分。電熱絲R1規格為“220V 1100W”，限流電阻R2=506Ω。電路的工作原理是：當溫控開關S接a時，電熱絲R1接入電路，電路處于加熱狀態；當達到一定溫度時，溫控開關S自動從a切換到b，電路處于保溫狀態。正常工作時，加熱功率1100W，保溫功率88W。(電源電壓保持不變，電阻不隨溫度變化。)

(1)請你按照上述原理，對上圖進行連線，使它成為完整的電路圖；

(2)某天在使用(1)中已經連接完整的電路時，R1燒毀了。有人想使電路恢復正常工作，設計了下面方案。請通過計算、分析，對兩個方案作出評價：

方案一：用“220V 220W”電熱絲R3、“220V 880W”電熱絲R4串聯替代R1；

方案二：用兩根都是“220V 550W”的電熱絲R5并聯替代Rl。

(3)請你選用下表所提供的電熱絲，再設計一個方案，使(2)中損壞的電路恢復正常工作，并說明設計理由。

電熱絲：

【參考答案】

（1）如圖所示

（2）方案一：R3= U2/ P3 =(220V)2/220W=220Ω

同理R4= 55Ω R3、R4串聯后，加熱時：P串=U2/(R3+R4)=(220V)2/(220Ω+55Ω)=176W＜1100W

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

兩項都不合題意要求,方案一不可行。

方案二： R1=U2/P1=(220V)2/1100W =44Ω，同理R5= 88Ω。兩根電熱絲R5并聯后總電阻值是44Ω，能替代R1，加熱時功率為1100W;保溫時功率為88W。正常工作時,兩項都合要求。

但是，當其中一根電熱絲燒壞時，電路仍可以工作。加熱時：R5正常工作，P=550W＜1100W

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

斷了一根電熱絲后，兩項都不合要求，而且不能及時發現加以排除?？梢姺桨付皇亲罴训?。

（3）設計如下：

將兩根“110V 550W”電熱絲R9串聯替代R1。

理由：一個電熱絲的電阻值為R9 R9=U2/P=（110V）2/550W=22Ω

兩根電熱絲串聯后總阻值是44Ω，接在220V電壓下能正常工作，能完全等效替代R1，符合題意要求。

【評析】本題設計的方案由淺入深，不僅從功率和電阻兩方面加以比較，而且從使用過程中的功率數據變化進行分析和論證，由此引出符合要求的最佳實驗方案。本題能夠較好地培養學生分析、設計、創新、優化科學決策的能力，使方案更具科學性、合理性。在課堂教學中要注重從生活中挖掘材料，提煉其精華，拓寬學生的思路，不斷豐富和完善學生思維。

四. 設計—探究—評估，注重生活體驗

例4：（2008成都）在抗震救災中，為了從垮塌的建筑中盡快地實施救援，營救生命，使用到了大量的汽車起重機。正在家中復習的小陳同學看到救災現場的救援畫面后，在感動之余，找來了一臺玩具汽車起重機，進行了探究。

小陳要探究的問題是，起重機吊起的重物靜止在空中時：①支撐臂對起重臂的作用力大??；②水平地面受到的起重機的壓強。為此，小陳除起重機外，還準備了以下器材：重物、彈簧測力計、棉線、面積足夠大的坐標紙、墨水、毛筆、復寫紙。

（1）要完成他的探究，上述器材中還應該增加的是_______。

（2）為完成問題①的探究，需要測量力臂。請你在圖中作出支撐臂CD對起重臂AB的作用力F的力臂，其中O點是支點。

（3）在問題②的探究中，針對接觸面積的測量中遇到的困難，小陳設計了兩套實驗方案。

方案一的實驗步驟為：

A．用棉線拴牢重物，用彈簧測力計分別測量出起重機的重力G1、重物的重力G2；

B．將重物掛在起重機的掛鉤上，如圖所示；

C．在水平地面上從下往上依次鋪放坐標紙、復寫紙，然后將起重機平放在復寫紙上，保持整個裝置處于靜止狀態；

D．取走起重機，根據輪胎和支架在坐標紙上留下的印跡，計算出起重機（包括輪胎和支架）與水平地面的接觸面積S；

E．求出水平地面受到的起重機的壓強p=_______

方案二與方案一只有步驟C不同，請你根據小陳準備的器材寫出步驟C：_______

（4）實驗結束后，小陳對問題②的探究中接觸面積的測量仍然感到不夠滿意，認為測量不夠準確。請你任選一種方案，簡略指出其測量不夠準確的原因。

【參考答案】（1）刻度尺（或三角板）（2）見圖（3）（G1+G2）／S在水平地面上鋪上坐標紙，接著用毛筆在起重機的輪胎和支架上涂上墨水，然后將起重機平放在坐標紙上，保持整個裝置處于靜止狀態。

（4）在方案一中，由于玩具汽車起重機（包括重物）較輕，導致其在復寫紙上的印跡不夠清晰；在方案二中，由于墨水涂抹不均勻，導致印跡太深、太淺或者浸染到坐標紙上接觸處以外的地方。

【評析】本題旨在引導學生勤于觀察生活現象，善于發現物理問題，從而養成科學探究問題的習慣，并能對不同的探究方案進行深刻地剖析和研究。