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Using the research method of literature, means of observation, behavioral approach, conceptual analysis and the pattern of information-seeking of local and overseas were analyzed and compared, Basic pattern strategies of technology information-seeking 高考“科学探究”如何考 唐宝阔 ‎ 摘 要：在高中物理课程标准中，科学探究与物理实验占有非常重要地位。在高考中，对学生探究能力的某些方面进行考查更现实可行。本文针对科学探究各要素的要求，对高考可能考法进行了较全面的探讨。‎ 关键词：高考 科学探究 ‎ 在高中物理课程标准中，科学探究与物理实验占有非常重要地位。科学探究与物理实验不仅是物理教学中的重要内容和学习方式，而且是物理教学中的教学目标。科学探究的能力要求包含物理实验的能力要求。进行科学探究的方式是多种多样的，其基本过程具有七个要素：提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验与收集证据、分析与论证、评估、交流与合作。在高考等升学考试中，对科学探究的考查，笔试仍将是评价的主要形式。但在大规模考试的情境中，要考查一个完整的探究过程往往是困难的，选择探究过程的部分内容，对学生探究能力的某些方面进行考查更现实可行。也就是说，为保证考查的有效性和可操作性，一道试题不必贪多求全，可以只集中考查探究能力的一个或两个方面。下面就针对科学探究各要素的要求，探索高考可能考法，以期与同仁共同探讨。‎ 一、考查“提出问题”要素 提出问题是科学探究的前提。能发现与物理学有关的问题。从物理学的角度较明确地表述这些问题。提出值得探究的问题、有价值的问题。‎ 例1．探究光的反射规律时，选用J2501型光具盘，其所附的平行光源灯泡的额定电压是12V。有一位同学在做实验时，将J1202型学生电源直流低压输出电压调节旋钮置于12V挡，再把平行光源用导线与J1202型学生电源直流低压输出接线柱相连接，刚打开电源开关，电源过载指示灯即亮，电源过载保护，平行光源不工作。断开电源开关重试，结果还是这样。对此，你能提出一个什么问题？‎ 分析 如果提出“电源为什么会过载保护呢？”‎ 把看到的现象机械地加一个问号加以陈述，就算一个问题，根本谈不上创造性。根据上述情景，可以看出灯泡上标明的电压和电流值为灯泡正常工作时的标称值，而灯泡刚加上12V电源时，灯泡不正常工作，通过的电流也不是额定值。那么，灯泡从不发光到发光的过程中，灯丝的电阻值是不是发生了变化呢？有没有规律可循呢？像这样把电源过载保护与平行光源在12V的额定电压下应该正常工作之间的矛盾揭示出来，提出的问题才值得探究，因为它动摇了“灯泡在额定电压下应该正常工作”的原有认知，这是创造性思维的体现。‎ 二、考查“猜想与假设”要素 对解决问题的方式和问题的答案提出假设。对物理实验结果进行预测。‎ 例2．煮饺子时，观察到如下现象：饺子刚放入时，沉在水底，煮一段时间后，饺子浮了起来。为什么饺子会浮起来，请提出你的猜想并设计实验进行验证。‎ 分析 对于饺子煮熟后会浮起来的现象，学生可根据所学的知识和经验，提出许多有一定依据的猜想。主要考查学生通过猜想所表现出的科学思维能力和推理的能力。如果仅提出“饺子煮熟了就会浮起来”的猜想，那么鸡蛋煮熟了会不会浮起来呢？很显然，这仅仅是把煮饺子的经验陈述了一下，是随意的猜测，并没有用原有的物体受热膨胀和浮力知识对饺子浮起来的成因作出假定和尝试性解释，缺乏猜想与假设这种科学思维的基本特征。而应该把客观事实和原有认知结合起来进行科学思维。‎ 三、考查“制定计划与设计实验”要素 知道实验目的和已有条件，制定实验方案。尝试选择实验方法及所需要的装置与器材。考虑实验的变量及其控制方法。‎ 例3．某班科技活动小组将一些大小不同的正方形塑料薄膜，细绳以及回形针制作了部分降落伞，如右图所示。其中，有的同学在降落伞下部挂一枚回形针，有的挂两枚甚至更多的回形针。同学们将降落伞从距离地面‎1.5m的高度释放降落伞，并测量其降落至地面的时间。‎ ‎(1)请说明可能影响降落伞降落时间的一个因素。‎ ‎(2)预测该因素变化（如增大、减小）时，降落伞降落时间会发生什么变化。‎ ‎(3)请你设计一个探究方案，并详细描述实验步骤，使其他同学能根据你的描述做实验，检验你的预测是否正确。‎ 分析 第(1)问考查了学生识别自变量的能力，第(2)问考查了“猜想与假设”要素，第(3)问考查了“制定计划与设计实验”要素。因为影响降落伞降落时间的因素不止一个，本题答案是多元的。要设计一个实验来检验预测是否正确，首先要确定自变量（如在降落伞下部所挂回形针的枚数）是什么？因变量（降落伞降落的时间）是什么？又必须控制哪些变量（如塑料薄膜的面积、细绳的长度等）保证实验的可靠性？还要明确对不同变量所用的控制方法。接下来的工作就是设计并写出实验步骤，且要求实验必须能被准确地重复进行。另外，设计一个好的数据记录表可以帮助分析数据。这样的设计性实验试题，虽然并不复杂，但却考查了学生建立科学模型和正确应用控制变量的方法解决问题的能力。‎ 四、考查“进行实验与收集数据”要素 能用多种方式收集数据。按说明书进行实验操作，会使用基本的实验仪器。如实记录实验数据，知道重复收集实验数据的意义。具有安全操作的意识。‎ 例4．物体因绕轴转动而具有的动能叫做转动动能Ek，转动动能的大小与物体转动的角速度ω 有关。为了研究某一砂轮的转动动能与角速度的关系，某同学采用了下述实验方法进行探索：先让砂轮由动力带动匀速旋转，测得其角速度，然后让砂轮脱离动力，由于克服转轴间摩擦力做功，砂轮最后停下，测出砂轮脱离动力到停止转动的圈数n，通过分析实验数据，得出结论。经实验测得的数据如下表所示(测得砂轮转动轴直径为1cm，转轴间的摩擦力为10/πN) ：‎ ω/rad·s-1‎ ‎0.5‎ ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ n ‎5. 0‎ ‎20‎ ‎80‎ ‎180‎ ‎320‎ Ek/J ‎（1）计算出砂轮每次脱离动力时的转动动能，并填入上列表格中。‎ ‎（2）由实验数据的分析可知，砂轮的转动动能与角速度之间存在怎样的关系?‎ ‎（3）若测得脱离动力后砂轮的角速度为2.5rad/s，则它转过45圈后的角速度为多少？‎ 分析 这是一道理论探究题，除了直接收集的数据外，还要求根据动能定理间接计算出砂轮每次脱离动力时的转动动能，再由实验数据的分析，研究出物体的转动动能与角速度的关系，并应用这种关系对砂轮的转动情况进行预测。它不单考查了科学收集数据的能力，还考查了对实验数据进行分析处理的能力。‎ 五、考查“分析与论证”要素 对实验数据进行分析处理。尝试根据实验现象和数据得出结论。对实验结果进行解释和描述。‎ 例5．（2004年上海高考理综题）为了安全，在行驶途中，车与车之间必须保持一定的距离。因为，从驾驶员看见某一情况到采取制动动作的时间里，汽车仍然要通过一段距离（称为思考距离）；而从采取制动动作到车完全停止的时间里，汽车又要通过一段距离（称为制动距离）。右表给出了汽车在不同速度下的思考距离和制动距离等部分数据。请分析这些数据，完成表格。‎ 速度（km/h）‎ 思考距离（m）‎ 制动距离（m）‎ 停车距离（m）‎ ‎45‎ ‎9‎ ‎14‎ ‎23‎ ‎75‎ ‎15‎ ‎38‎ ‎90‎ ‎73‎ ‎105‎ ‎21‎ ‎75‎ ‎96‎ 分析 本题考查的是学生对实验数据进行分析处理的能力。学生基本能一眼看出思考距离与速度成正比关系。如果一眼看不出思考距离s与速度v的关系，应该借助s-v图象进行处理。分析出思考距离与速度成正比，表格中与90km/h速度对应的思考距离就是18m，其他两个空格也顺理成章地填出了。根据对数据进行比较、猜想，或利用图象法进行处理，也容易确定制动距离与速度的二次方成正比。另外，本题也可以再加一问，要求学生对实验结果进行描述和解释。‎ 例6．‎ 打开收音机的开关，将旋钮调到没有电台的位置，并将音量开大.取一节旧的干电池和一根导线，靠近收音机，将导线的一端与电池的一极相连，再用导线的另一端与电池的另一极时断时续的接触，会听到收音机发出“咔咔”声，这一现象验证了_______的存在。现将收音机放入玻璃罩中，用抽气机抽去罩中的空气，重复以上实验，却发现听不到收音机发出的“咔咔”声，试分析：‎ ‎（1）收音机放在真空玻璃罩中听不到“咔咔”声的原因是什么？请设计一个实验验证你的判断（简述实验方法）。‎ ‎（2）谢老师在一次乘坐某商业城的电梯时，发现性能完好的手机接收不到信号，请问这是什么原因？‎ 分析 本题不是课本实验的重复，而是从学生的生活实际出发，考查学生在真实情境中应用所学知识，对发生在身边的现象进行分析论证和解释的能力。（2）问在讨论收音机放在真空玻璃罩中听不到“咔咔”声的原因时，会有两种观点：第一种认为真空玻璃罩中没有空气，声音不能在真空中传播，于是听不到“咔咔”声；第二种观点认为玻璃罩对电磁波起到屏蔽作用，收音机接收不到电磁波，就听不到“咔咔”声。为检验两种观点，只要把玻璃罩的开关阀门打开，让空气进入玻璃罩，重复以上实验，看能不能听到收音机发出的“咔咔”声即可。‎ 对同样的实验现象，往往有不同的解释，因而会引发更多的实验求证活动，继而需要提出更多的解释。而要判断解释的合理性，必须正确地运用科学知识和科学方法，并进行正确的推理。‎ 六、考查“评估与交流”要素 尝试分析假设与实验结果间的差异。注意探究活动中未解决的矛盾，发现新的问题。吸取经验教训，改进探究方案。能写出实验探究报告。有合作精神。‎ 例7．(2002年上海高考题)有一组同学对温度计进行专题研究。他们通过查阅资料得知十七世纪时伽利略曾设计过一个温度计，其结构为，一麦杆粗细的玻璃管，一端与一鸡蛋大小的玻璃泡相连，另一端竖直插在水槽中，并使玻璃管内吸入一段水柱。根据管中水柱高度的变化可测出相应的温度。为了研究“伽利略温度计”，同学们按照资料中的描述自制了如图右所示的测温装置，图中A为一小塑料瓶，B为一吸管，通过软木塞与A连通，管的下端竖直插在大水槽中，使管内外水面有一高度差h。然后进行实验研究：‎ ‎（1）在不同温度下分别测出对应的水柱高度h，记录的实验数据如下表所示：‎ 温度(℃)‎ ‎17‎ ‎19‎ ‎21‎ ‎23‎ ‎25‎ ‎27‎ h (cm)‎ ‎30.0‎ ‎24.9‎ ‎19.7‎ ‎14.6‎ ‎9.4‎ ‎4.2‎ ‎△h＝hn－1－hn ‎5.1‎ 根据表中数据计算相邻两次测量水柱的高度差，并填入表内的空格。由此可得出结论：‎ ‎①当温度升高时，管内水柱高度h将______ (填：变大，变小，不变)；‎ ‎②水柱高度h随温度的变化而_______(填：均匀，不均匀)变化；试从理论上分析并证明结论②的正确性(提示：管内水柱产生的压强远远小于一个大气压)：__________________________。‎ ‎(2)‎ 通过实验，同学们发现用“伽利略温度计”来测温度，还存在一些不足之处，其中主要的不足之处有：①____________；②____________。‎ 分析 若学生从理论上分析并证明水柱高度h随温度的变化而均匀变化，则有力地说明了结果与假设吻合，假设被证实。而指出“伽利略温度计”不足之处，是对“伽利略温度计”的实用性、可靠性等反思后，发现此探究活动中未解决的矛盾，如测量温度范围小、温度读数受大气压影响等。那么，学生在该评估活动中发现了新的问题。然后通过评估交流改进实验方案的过程，就是创造性地解决问题的过程，对学生的发展是有积极意义的。‎ 例8．有三个同学在家里用实验探究纸片、塑料薄膜、棉布对电视机遥控信号的阻挡能力。他们的探究过程分别是： ‎ 甲同学在自己家里，将纸片放在遥控器与电视机之间，手指按遥控器控制键，如果遥控器能对电视机起控制作用，则增加纸片的数量。如此重复实验，逐渐增加纸片的层数，直到遥控器不能控制电视机为止，记下纸片的层数。‎ 乙同学在自己家中用塑料薄膜按照与甲同学同样的方法进行实验，记下塑料薄膜的层数。‎ 丙同学在自己家中用棉布按照与甲同学同样的方法进行实验，记下棉布的层数。‎ 他们的实验结果已经记录在下面的表格中：‎ 学生 使用材料 能完全阻挡遥控信号的最少层数 甲 纸片 ‎14‎ 乙 塑料薄膜 ‎20‎ 丙 棉布 ‎10‎ 他们的结论是：棉布能比纸片和塑料薄膜更有效地阻挡电视机遥控器发出的控制信号。‎ ‎（1）三个同学的探究过程存在一些问题，请你指出其中存在哪些问题。‎ ‎（2）请从指出的问题中选出1个说明如何改进。‎ 分析 本题涉及对“制定计划与设计实验”、“进行实验与收集证据”、“分析与论证”这几个环节的评估。要对这些环节进行评估，就要对以下问题进行思考：探究方案中所确定的实验方法是否科学？实验器材的选择是否合理？在实验过程中是否实施了变量控制？实验数据是否存在个别异常数据？实验数据是否有力地支持所得的实验结论？譬如，每个同学只用一种材料进行实验就是实验方法方面的一个问题。要改进的话，每个同学用三种材料进行实验，然后比较三个同学的结论，再归纳出正确结论。‎ 参考文献 ‎[1] 廖伯琴、张大昌主编．普通高中物理课程标准（实验）解读．武汉：湖北教育出版社，2003‎ ‎[2] 杨宝山著．课程标准与教学大纲对比分析·高中物理．长春：东北师范大学出版社，2004‎ ‎[3] 张艳．物理新课程中的科学探究活动，2005．8‎ ‎[4] 潘苏东．与高中物理新课程相适应的学生评价，2005．8‎