创新设计与探究性实验

创新设计实验与探究型实验

江西省教育厅教研室王金瑞

从2004年的全国中考情况看，创新设计与探究型实验所占比例较往年有所增加。而且有向综合化方向发展的趋势，这类试题单纯从一个试题很难界定哪个实验是创新设计实验，哪个是探究型实验。为了更好地把握这两类试题我和同学们一起进行以下的探究。

一、创新设计实验

创新设计实验大致可分为：设计实验步骤、设计实验方案、纠错和改进实验设计、开放性实验设计、装置连接的实验设计等五大类。

（一）设计实验步骤

这类试题主要是根据实验原理来设计实验的操作步骤，其特点是先确定实验原理，根据实验原理决定应该测量哪些物理量，需要哪些器材，如何安排实验步骤，得出什么结论。此类试题考查学生理论联系实际的能力

【例题1】海洋研究人员进行水下探测，当他穿上潜水服没入水中后，受到的浮力跟他下潜的深度有没有关系？最好采用原理不同的方法检验你的答案。

要求：(1)请用三种方法。

(2)写出实验所需器材并简述实验步骤。(2002年辽宁大连)

【诠释】此题是一道研究物体浸没在水中时，所受浮力与浸没的深度的关系的科学探究题。这里学生审题不注意时，易错认为是研究物体所受浮力与物体到水底距离的关系，因此审题时要特别认真。题目未给定实验器材，要学生根据其研究的原理，主要是有浮力测定方法，自选器材设计。解答：

方法一：平衡力法

器材：弹簧测力计、石块、烧杯、水、细线。

步骤：用弹簧测力计测出石块重G，读出石块浸没在水中不同深度时弹簧测力计的示数F，则石块的浮力F浮=G－F。

方法二：原理法

器材：溢水杯、弹簧测力计、小桶、石块、烧杯、水、细线。

步骤：将石块浸没在盛满水的溢水杯中，用弹簧测力计测出石块在不同深度处排入小桶中的水重G排，根据阿基米德原理则石块受到的浮力F浮=G排。

方法三：力的相互作用法。

器材：天平、石块、水、烧杯、细线。

步骤：用天平称出装有适量水的烧杯的质量m1,将石块浸没在水中不同深度处(石块不接触底和侧壁),测出此时烧杯的总质量m2,石块对杯中水的压力F =(m1－m2)g,因为压力F与石块的浮力是相互的,所以石块的浮力F浮=F =(m2－m1)g。

（二）设计实验方案

这类试题主要是根据所给器材，案例设计实验方案，其特点是只需要所给器材来构建物理情景，确定原理，完成实验方案，培养学生灵活解决实际问题的能力。

【例题2】小明在他家的苹果园里，用所学知识测量苹果的密度。他所能利用的器材有：自制的弹簧测力计以及盛有水的水桶、塑料水瓢、塑料绳和塑料袋（质量不计）.请你写出他有可能采用的实验步骤及苹果密度表达式推导过程.

【诠释】该题测定苹果密度的情景贴近学生生活,所给的器材是学生常见的日常用品或自制的器材。要测定苹果的密度必须测出苹果的质量和体积，质量可用天平直接测量,也可用测力计通过测量

图1

图2 重力间接测量;体积因其形状不规范,可以用排水法测量。而给出的器材只能直接测量苹果的质量,苹果的体积需要间接测量,所以不能用常规的实验方法通过直接测出苹果的m 、v ,然后根据公式：ρ=V

m 求得苹果的密度。 方法一：用弹簧测力计测出苹果的重力G 和浸没在水中时的视重F ，求出F 浮=G —F ，再利用阿基米德原理求出苹果的体积V 。

则：m =G /g , V =(G －F )/ρ水g ，

ρ=m/V =G 〃ρ水/(G －F )

此法要求ρ物>ρ水,且要完全浸没在水中,利用V 物=V 排求体积.

方法二:用弹簧秤称出苹果的重力G ，用排水法收集排出的水,再用弹簧秤称出水的重力G 水,则：m =G /g ，V =G 水/ρ水g, ρ=m /V =G 〃ρ水/G 水。

（三）纠错和改进实验设计

这类试题主要涉及实验器材的组合和实验仪器的使用方面，其特点是在所给的实验设计中，可能有不止益处错误，要求指出错误所在之处，并甲乙改进，从而考查学生的实验操作能和分辨能力。

【例题3】小斌是一位电工，准备为一房间设计电路。房

间内两盏灯计划用并联电路，但房东邓大爷想用串联电路。他认为串联电路既简单又省钱。下面是小斌留给邓大爷的便

条。请补充完整，并将图1中的两灯及开关正确连入电路。 【诠释】本题结合日常生活中的问题，通过纠正错误的想法来考查家庭电路的知识。 （四）开放型实验设计

这类试题主要是要求学生根据问题的条件和要

求，构思有关的物理情景，其特点是对于同一个

问题，可以构思出不同的二五六情景，确定不同

的实验原理，选择不同的实验器材，得出不同的

表达式，培养同学的求异思维能力，

【例题4】如图2所示，给你一支削好的长铅

笔，请用它设计两个物理小实验。

【诠释】该题贴近学生学习实际，是一道使用学习用具

铅笔进行物理小实验的问题。所演示的内容未明确，有一定

的开放性，利于学生思维的掘展训练。解答时要注意它是一

根已削长铅笔的特点：一端尖、相当一根木棒、可滚动、有重力等。

解答：

实验一：两手指压铅笔两端，可验证压强与受力面积的关系；

实验二：手压铅笔，手指感到疼痛，可验证力的作用是相互的；

实验三：手握铅笔，使之竖直静止，可验证磨擦力存在或说明二力平衡；

实验四：在光的照射下出现影子，说明的光的直线传播；

实验五：将铅笔横放在手指上，使之水平静止，可找出铅笔的重心位置；

实验六：手平放在水平桌面上滑动与压在铅笔上滑动，说明滚动磨擦比滑动摩擦小。

二、探究型实验

对于这类实验，大纲中要求的不再列出，主要罗列中考中常以演示实验中的现象和数据为素材 的探究型实验。

（一）现象探究型演示实验

1.力学部分