一道極好的開放性實(shí)驗(yàn)探究題

PAGEPAGE1一道極好的開放性實(shí)驗(yàn)探究題束義福2005年安徽省中考物理試題（課改區(qū)）第18題：在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，人們經(jīng)常用鹽水選種，所需的鹽水，可以用利濃度或密度來標(biāo)注。現(xiàn)有一種鹽水，要求測定它的密度，陳佳說她可以用密度計直接測量，陶然說他還有別的方法，請你從陶然的角度設(shè)計一個實(shí)驗(yàn)方案。（1）寫出你選用的器材。 （2）簡述實(shí)驗(yàn)步驟本題屬開放性，實(shí)驗(yàn)探究，答案是多種的，學(xué)生絕大多數(shù)用密度公式法和測力計法，少數(shù)用浮力、壓強(qiáng)等方法。實(shí)際上，用更多更好方法的學(xué)生并不多，從不同角度思考，應(yīng)用不同的原理、規(guī)律，本實(shí)驗(yàn)方案，可有十多種，現(xiàn)簡述如下：1、天平量筒法：器材：天平、砝碼、量筒、燒杯、鹽水方法：①用天平稱出空量筒的質(zhì)量；②將鹽水倒入量筒中用天平稱出筒與鹽水的總質(zhì)量，則鹽水質(zhì)量為；③從量筒中讀出鹽水的體積V；④公式.2、測力計法（或彈簧秤法）：器材：測力計（或彈簧秤）、金屬塊、細(xì)線、燒杯、水、鹽水方法：①用細(xì)線栓住金屬塊，掛在彈簧秤下端，讀出金屬塊在空氣中的重力；②用彈簧秤稱出金屬塊浸沒在水中時的視重；③用彈簧秤稱出金屬塊浸沒在鹽水中的視重；④根據(jù)公式，如是有.3、浮體條件法：器材：正方體木塊、燒杯、刻度尺、水、鹽水方法：①用刻度尺測出正方體木塊的邊長a；②將木塊放入水中，用刻度尺測出木塊露出水石的高度；③將木塊放入鹽水中，用刻度尺測出木塊露出鹽水石的高度；④根據(jù)，，得。4、浮體條件法2：器材：天平（彈簧秤）、量筒、木塊、鹽水。方法：（1）用彈簧秤測出木塊的重力；（2）將量筒裝入適量的鹽水測出鹽水體積；（3）將木塊浸入鹽水中，測出此時量筒中鹽水示數(shù)；（4）由公式得，。若天平改用彈簧秤，方法：（1）用彈簧秤測出木塊重力；（2）將量筒裝入適量的鹽水測出鹽水體積；（3）將木塊浸入鹽水中，測出此時量筒中鹽水示數(shù)；（4）由得：。5、浮體條件法3：器材：正方體、木塊、天平（彈簧秤）、刻度尺、鹽水。方法：（1）用天平測出木塊質(zhì)量；（2）刻度尺測出木塊邊長；（3）將木塊浸入鹽水中，用刻度尺測出露出鹽水石的高度，則木塊浸沒在鹽水中的體積為；（4）因木塊漂浮在鹽水中，根據(jù)得：所以。若用彈簧：（1）用彈簧秤稱出木塊重力；（2）刻度尺測出木塊邊長；（3）將木塊浸入鹽水中，用刻度尺測出露出鹽水石的高度，則木塊浸沒在鹽水中的體積為；（4）因木塊漂浮在鹽水中，根據(jù)得：，所以。6、浮體條件4：器材：量筒、金屬塊、細(xì)線、彈簧秤、鹽水。方法：（1）用量筒裝入適量的鹽水，讀出鹽水的體積；（2）用彈簧秤測出金屬塊在空氣中的重力；（3）將細(xì)線栓住金屬塊并沒入鹽水中，測出此時彈簧秤示數(shù)F（金屬塊視重F），并讀出此時量筒中鹽水示數(shù)；（4）根據(jù)浮體條件得：，。7、等體積法：器材：天平、砝碼、燒杯、水、鹽水方法：①用天平稱出燒杯的質(zhì)量；②向燒杯注滿水，稱出燒杯和水的總質(zhì)量；③將燒杯中水倒出，然后向燒杯注滿鹽水，稱出杯和鹽水的總質(zhì)量。④根據(jù)分別得到：(1)，，因，聯(lián)立(1)(2)得：。8、等質(zhì)量法：器材：天平、砝碼、量筒、水、鹽水。方法：（1）用天平稱出質(zhì)量為的水倒入量筒，并讀出水的體積；（2）用天平稱出質(zhì)量為的鹽水，倒出量筒里的水，倒入鹽水，并讀出鹽水的體積。（3）由公式分別得出：①，②，聯(lián)立①、②得：。9、U型管法：器材：U型管、水、鹽水、刻度尺。方法：①將鹽水倒入U型管；②把水緩緩倒入U型管；③待靜止平穩(wěn)后，用刻度尺分別量出水與鹽水交界面上訪水拉高，鹽水柱高；④根據(jù)靜止時液體交界面等高處壓強(qiáng)相等規(guī)律得：，即所以，。10、壓強(qiáng)計法：器材：壓強(qiáng)計、刻度尺、燒杯、鹽水。方法：（1）向燒杯內(nèi)注入適用的鹽水；（2）將壓強(qiáng)計放入鹽水中適當(dāng)深度處，讀出此處鹽水壓強(qiáng)大??；（3）用刻度尺量出壓強(qiáng)計在鹽水的深度；（4）由得：。11、海爾儀法：器材：帶密封閥門的三道管、水、待測液體、燒杯、抽氣筒、刻度尺。h1h1抽氣h2水中，如圖所示。（2）打開閥門，用抽氣筒h2從抽氣口抽氣，這時管內(nèi)所余氣體壓強(qiáng)小于外界的大氣壓，在大氣壓作用下，杯內(nèi)的水和鹽水分別上升到某一高度，停止抽氣，關(guān)閉閥門。（3）用刻度尺分別量出鹽水柱高和水柱高，由于左右兩管內(nèi)液柱壓強(qiáng)與氣體壓強(qiáng)之和等于外界大氣壓，即，又管內(nèi)液面上方氣體壓強(qiáng)相等，得，所以：。12、杠桿法：器材：直尺、支架、細(xì)線、燒杯、兩個金屬塊、水、鹽水。方法：（1）用細(xì)線栓住直尺中心，掛在支架上，將兩金屬塊分別掛在直尺的兩端，平衡時記下左、右兩邊的力臂如圖所示；（2）把左邊的金屬塊沒入水中移動右邊金屬塊，使直尺在水平位置平衡，記下右邊臂；（3）再把左邊金屬塊沒入鹽水中，移動右邊金屬塊，使直尺再次平衡，記下右邊力臂；（4）設(shè)左邊金屬塊重為，密度為，右邊金屬塊重，根據(jù)杠桿平衡條件得：① L1L2G1GL1L2G1G2水鹽水()③聯(lián)于①②③或得：。這題既是開放題又屬廣義上的探究題，是新課程實(shí)驗(yàn)探究的一部分，它不純粹模仿課本，一方面要選擇探究的器材，另一方面要考慮探究的方案，還要得出答案的開放性，多樣性，因此，此類試題具有創(chuàng)新性和深刻性。開放題是指條件不完備，結(jié)論不確定（或不明確），解題策略不單一，解題依據(jù)和方法也不唯一，需要解題者積極探究方可解決。開放題一般具有情境新穎，內(nèi)容豐富，條件不確定；方案多樣答案多種等開放性特點(diǎn)，它對培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生開發(fā)學(xué)生智力、發(fā)散思維能力，具有重要作用，給中考乃至初中物理教學(xué)增添了生機(jī)和活力。開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，最終是要學(xué)生能夠自己運(yùn)用知識解決實(shí)際問題。因此創(chuàng)設(shè)方案，培養(yǎng)能力才是實(shí)驗(yàn)的目的。這就要求在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生開動腦筋，從繽紛多彩的物理世界中發(fā)現(xiàn)，提出適合的問題，綜合運(yùn)用所學(xué)知識，提出科學(xué)的研究方案，設(shè)計簡潔而多樣的實(shí)驗(yàn)方法，并通過實(shí)踐檢驗(yàn)，進(jìn)行開放性、探究性的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，鼓勵學(xué)生用多種方法或非常規(guī)方法解決問題，提高思維品質(zhì)，增強(qiáng)探究能力。學(xué)生設(shè)計、探索、綜合，開放是相輔相成的。學(xué)生在思考、設(shè)計、探究中得到知識和體驗(yàn)的過程，正是知識遷移、應(yīng)用強(qiáng)化的過程，是實(shí)驗(yàn)探究、能力培養(yǎng)提高的過程,也是學(xué)生感到自己是學(xué)習(xí)的主人，積極參與，主動發(fā)揮潛能，發(fā)展個性，體驗(yàn)獲得新知，走向成功的喜悅，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和求知欲望的過程。因此，教師在教學(xué)中要精心引導(dǎo)，鋪墊階梯，讓學(xué)生以“探索者”、“發(fā)現(xiàn)者”身份進(jìn)入角色。在教學(xué)中一重視學(xué)生開放性、創(chuàng)造性思維的訓(xùn)，可以使學(xué)生養(yǎng)成對問題的周密的分析、討論和估算的習(xí)慣，并且有這些功能；敏捷地對所要解決的問題作出正確的選擇和決策；擺脫思維的單一性、僵硬性和習(xí)慣性，以免陷入固定不變的思維框架，使思維具有多端性（流暢性——指發(fā)散的量）、柔軟性（變通性——指發(fā)散的靈活性）和獨(dú)創(chuàng)性（新穎性——指發(fā)散的新奇成份），從而達(dá)到開發(fā)創(chuàng)造力，培養(yǎng)創(chuàng)造型人才的目的。其實(shí)，創(chuàng)造性思維并沒有過分神秘的色彩，其實(shí)，對學(xué)生來說，只要是通過自己的思考提出對自己來說是前所未有的獨(dú)特見解，解決問題不循舊規(guī)，不蹈舊路，不生搬某一固定的模式的思維方式，就屬于創(chuàng)造性思維范疇，此時的心理活動與科學(xué)家的心理活動沒有原則上的區(qū)別。創(chuàng)造型思維包括發(fā)散思維和集中思維兩種形式，所謂發(fā)散思維是指對一個問題的討論，為達(dá)到某一確定的目的而設(shè)想出所有的或者是盡可能多的可能性來進(jìn)行討論的思維過程。它所追求的目的不是唯一的正確的解答，不滿足于現(xiàn)成的模式，它用“以變應(yīng)變”的策略來處理問題，以獲得盡可能多、盡可能