对一道物理实验探究题的探讨
2022-06-08
摘 要：本文通过对一道物理实验探究题进行讨论后认为：在组题、编题时，要注意反复推敲，仔细斟酌，以达到表述简洁、思维严谨、指向精准的效果；深入理解《义务教育物理课程标准》，认真研读物理教科书，是教学之根本，有着至关重要的作用；实验探究类问题，带领学生进入实验室进行分组实验，能收到事半功倍的效果，利于促进学生团队精神的形成，利于促进学生科学素养的提升。
关键词：探究题；探讨；熔化；温度；质疑；解答；感悟
中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2016）2-0033-3
在2015年初中毕业生一次统考的物理试卷上，有一道物理实验探究题，题目如下：
如图1所示，为了探究“冰的熔化特点”，小明和小强设计了下述实验方案（环境温度为20 ℃）：A.将碎冰盛入烧杯中；B.测出碎冰熔化前的温度；C.用“水浴法”给碎冰加热，记录冰熔化过程中不同时间对应的温度；D.描绘出温度随时间变化的图像，分析规律。在实验中发现下列问题，请你作答：
（1）应选用颗粒较_____________（选填“大”或“小”）的碎冰。
（2）他们发现还未用酒精灯加热，碎冰就已开始熔化，小强认为这说明冰的熔化过程并不需要吸热，他的观点正确吗？____________。为什么？__________________________________。
（3）实验过程中，他发现较难测出碎冰在0 ℃以下的温度，于是他将烧杯中的水换成了盐和碎冰，便顺利解决了这一问题。你认为改进后即可测出冰在0 ℃以下的温度的原因是：__________
_______________________________________________________________________________。
（4）小明采用改进后的方法进行了实验，测得的数据如表1所示。分析实验数据可知：冰的熔点是______ ℃。
该题考查考生的内容在《义务教育物理课程标准》[1]界定框架范围之内，在教科书中能找到雏形，是对教科书的挖掘、拓展和升华，具有原创性，实属命题人用心编制的题目，检测效果好，对考生区分度大。从总体看，这是对考生知识与能力检测的一道优质题目。同时，笔者对该题有两点质疑，与同行商榷：
首先，该题是否应该介绍“水浴法”？
“水浴法”虽是一个简单概念，但《义务教育物理课程标准》[1]和学生所用《义务教育教科书物理九年级全一册》[2]（上海科学技术出版社）中均未提到，说明“水浴法”不属于考查考生的内容，至少不属于考查考生的重点内容。该题中提到“水浴法”，但未进行简洁介绍，这可能对考生答题产生无谓的干扰和障碍。因此，该题应该介绍“水浴法”。
其次，该题是否应该将“A.将碎冰盛入烧杯中”改为“A.将碎冰盛入试管中”？甲图是否应该删除？
若不更改并保留甲图。那么，该题中“B.测出碎冰熔化前的温度”的含义就有歧义，模糊不清：是指测出烧杯中的碎冰熔化前的温度呢？还是指测出试管中的碎冰熔化前的温度呢？若按甲图所示方案在烧杯中装入足量碎冰，温度计玻璃泡插入烧杯内的碎冰中间，在一定时间内，因碎冰多，碎冰团外部的碎冰吸热升温。但碎冰团内部的碎冰温度仍然很低（因冰是热的不良导体），且相对稳定，因此容易测出烧杯中的碎冰在0 ℃以下的温度，那就不会产生第（3）小题表述的现象——“他发现较难测出碎冰在0 ℃以下的温度”。笔者曾用冰柜冻结的冰块敲碎做过多次实验进行验证：在烧杯中装入足量碎冰，容易测出碎冰在0 ℃以下的温度；在试管中装入适量碎冰，因碎冰较少，从外界吸热后温度迅速上升，不容易测出碎冰在0 ℃以下的温度。该题讲到“他发现较难测出碎冰在0 ℃以下的温度”，应该是指按照图乙所示的方式进行实验，较难测出试管中所装的碎冰在0 ℃以下的温度。在《义务教育教科书物理九年级全一册》（上海科学技术出版社）中，探究冰的熔化现象时，也是测量试管中的碎冰熔化前后的温度，不是测量烧杯中的碎冰熔化前后的温度，也只有乙图，没有甲图。因此，该题应该将“A.将碎冰盛入烧杯中”改为“A.将碎冰盛入试管中”，甲图应该删除。
该题是一道分值为9分的科学与实验探究题，前4空每空2分，最后1空1分。第（1）（2）（4）小题较简单，第（3）小题难度大。由于颗粒较小的碎冰受热面较大，受热较为均匀，因此第（1）小题的答案是“小”；由于外界温度高于碎冰的温度，虽未用酒精灯加热，但碎冰不断从外界吸收热量，因此第（2）小题两个问的答案分别是“不正确”，“ 因为外界温度高于冰的温度，冰从外界吸收了热量，所以温度升高到熔点后开始熔化”；根据表格中的数据可知，第6分钟至第12分钟的这段时间，酒精灯在不断加热，冰不断吸热熔化，且温度保持0 ℃不变，因此第（4）小题的答案是“0”。
第（3）小题的正确答案是：“盐和碎冰混合后，降低了烧杯中的碎冰的熔点，避免试管中的碎冰的温度迅速升高，利于测出试管中的碎冰在0 ℃以下的温度”。在全市5万多考生中，该小题抽样统计的完全正确率不到3%，可见该小题的难度确实较大。不少学生考完试后，面对正确答案仍是不解。
面对学生的不解，笔者这样解释：因为该实验的数据记录中，需要记下冰在0 ℃以下的温度，以便绘制图像。实验中，若不向烧杯中加盐，烧杯中的纯净冰的熔点为0 ℃，在酒精灯对烧杯进行加热的过程中，烧杯中的纯净冰的温度就会一直迅速上升到0 ℃时才能停止一段时间，吸热熔化；试管中的纯净冰因不断从管外的烧杯中吸热，试管中的纯净冰的温度也会一直迅速上升到0 ℃，故较难测量试管中的纯净冰在0 ℃以下的温度。当向烧杯中加盐后，烧杯中的冰含有杂质，熔点低于0 ℃，在酒精灯对烧杯进行加热的过程中，烧杯中的冰上升到0 ℃以下的某一确定温度时，停止上升一段时间，吸热熔化；试管中的纯净冰因不断从管外的烧杯中吸热，试管中的纯净冰的温度也会一直上升到0 ℃以下的某一确定温度时，停止上升一段时间，利用这段温度停止上升的时间，测出试管中的纯净冰在0 ℃以下的温度。所以，第（3）小题的正确答案是：盐和碎冰混合后，降低了烧杯中的碎冰的熔点，避免试管中的碎冰温度迅速升高，利于测出试管中的碎冰在0 ℃以下的温度。对该题深入探讨，有上述质疑和解答，并获以下3点感悟：
1.在组题、编题时，要注意反复推敲，仔细斟酌，以达到表述简洁、思维严谨、指向精准的效果。在整个命题工作中，难免有疏忽遗漏的一些因素，但在我们的思想里必须对命题工作有高度的认识，要尽最大可能避免表意模糊、数据错乱等现象的发生，否则试题旨意不清，就会对学生答题产生无谓的干扰和障碍，达不到或训练、或检测、或选拔的良好效果。教师表述简洁，思维严谨，能使学生受到潜移默化的影响，将为学生清爽的表达能力、严密的思维能力的进一步发展，奠定一生坚实的基础。
2.深入理解《义务教育物理课程标准》和认真研读物理教科书，是教学之根本，有着至关重要的作用。
《义务教育物理课程标准》[1]第12页中，对学生有这样一段要求：“经历物态变化的实验探究过程，知道物质的熔点、凝固点和沸点，了解物态变化过程中的吸热和放热现象。用物态变化的知识说明自然界和生活中的有关现象。”这段文字明确告诉教师，需要带领学生经历实验探究过程，知道、了解和能够说明、解释相关的现象。第（3）小题虽然难，但仍在《义务教育物理课程标准》界定框架范围之内。《义务教育教科书物理九年级全一册》[2]（上海科学技术出版社）第十二章《温度与物态变化》的第二节《熔化与凝固》中，要求实验探究冰的熔化特点，该教科书的第11页“探究与点拨”中写道：“实验中，有时较难测出碎冰在零摄氏度以下的温度。若遇此情形，可尝试以下方法改进：开始时在烧杯中放盐与碎冰，然后将装有纯净碎冰的试管插入其中；随后加热，熔化烧杯中与盐混合的碎冰，随之，试管中的碎冰也开始熔化了，这样便容易得到试管中的碎冰熔化前后温度的数据了。”这段文字向我们介绍：容易测出碎冰零摄氏度以下温度的方法，烧杯中加盐的碎冰先熔化，熔化时温度低于0 ℃且保持不变，从而避免试管中的碎冰温度迅速升高，利于测出试管中的碎冰在0 ℃以下的温度。研读教科书发现，第（3）小题的答案就“藏”在教科书的这段文字当中。
课程标准是教材编写、教学、评估和考试命题的依据，是国家管理和评价课程的基础；教科书为备课、上课提供了基本素材，拟定了教学需要构建的基本框架。一个具有扎实功底的物理教师，必须深入理解《义务教育物理课程标准》，对其框架范围的界定把握精准；必须认真研读、挖掘、拓展教科书，对教材运用自如，对问题有的放矢。这样才能对学生有适度的要求，才能教给学生读懂物理教科书的方法，甚至交给学生能读书、善读书的一些基本方法，从而培养学生从书中文字、图表获取相关信息解决问题的能力和素养。因此，深入理解《义务教育物理课程标准》和认真研读物理教科书，是教学之根本，有着至关重要的作用。
3.实验探究类问题，带领学生进入实验室分组实验，能收到事半功倍的效果，利于促进学生团队精神的形成，利于促进学生科学素养的提升。
2015—2016学年，笔者担任2016届3个初中毕业班的物理教学，在对《义务教育教科书物理九年级全一册》（上海科学技术出版社）第十二章《温度与物态变化》的第二节《熔化与凝固》的教学中，采用了3种不同的教学模式分别对3个班进行第一课时的教学。其一，传统教学模式，讲授、听记为主；其二，多媒体教学模式，播放课件、观看视频为主；其三，实验室教学模式，进入实验室，分组实验为主。在3种不同的教学模式中，对“要测出碎冰在0 ℃以下的温度”作同等程度的强调。第二课时做完同等程度查漏补缺的教学工作后，向3个班均发了印有上面那道物理实验探究题的纸质练习资料，并对第（3）小题的正确率做了统计：传统教学模式班为36.84%，多媒体教学模式班为52.63%，实验室教学模式班为65.79%。数据印证了“听不如看，看不如做”的说法。物理实验探究课，进入实验室指导学生分组实验，无论是教学效果，还是对学生兴趣的激发，都比其他方法好得多。我们应尽到最大可能带领学生进入实验室，指导学生分组实验，让学生亲身经历、亲身体会，能收到事半功倍的效果。实验室中的分工与合作，利于促进学生团队精神的形成；实验室中的操作与思考，利于促进学生科学素养的提升。
参考文献：
[1]中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准[S].北京：北京师范大学出版社，2011.
[2]义务教育物理课程标准实验教科书编写组.义务教育教科书物理九年级全一册[M].上海：上海科学技术出版社，2013.
关键词：探究题；探讨；熔化；温度；质疑；解答；感悟
中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2016）2-0033-3
在2015年初中毕业生一次统考的物理试卷上，有一道物理实验探究题，题目如下：
如图1所示，为了探究“冰的熔化特点”，小明和小强设计了下述实验方案（环境温度为20 ℃）：A.将碎冰盛入烧杯中；B.测出碎冰熔化前的温度；C.用“水浴法”给碎冰加热，记录冰熔化过程中不同时间对应的温度；D.描绘出温度随时间变化的图像，分析规律。在实验中发现下列问题，请你作答：
（1）应选用颗粒较_____________（选填“大”或“小”）的碎冰。
（2）他们发现还未用酒精灯加热，碎冰就已开始熔化，小强认为这说明冰的熔化过程并不需要吸热，他的观点正确吗？____________。为什么？__________________________________。
（3）实验过程中，他发现较难测出碎冰在0 ℃以下的温度，于是他将烧杯中的水换成了盐和碎冰，便顺利解决了这一问题。你认为改进后即可测出冰在0 ℃以下的温度的原因是：__________
_______________________________________________________________________________。
（4）小明采用改进后的方法进行了实验，测得的数据如表1所示。分析实验数据可知：冰的熔点是______ ℃。
该题考查考生的内容在《义务教育物理课程标准》[1]界定框架范围之内，在教科书中能找到雏形，是对教科书的挖掘、拓展和升华，具有原创性，实属命题人用心编制的题目，检测效果好，对考生区分度大。从总体看，这是对考生知识与能力检测的一道优质题目。同时，笔者对该题有两点质疑，与同行商榷：
首先，该题是否应该介绍“水浴法”？
“水浴法”虽是一个简单概念，但《义务教育物理课程标准》[1]和学生所用《义务教育教科书物理九年级全一册》[2]（上海科学技术出版社）中均未提到，说明“水浴法”不属于考查考生的内容，至少不属于考查考生的重点内容。该题中提到“水浴法”，但未进行简洁介绍，这可能对考生答题产生无谓的干扰和障碍。因此，该题应该介绍“水浴法”。
其次，该题是否应该将“A.将碎冰盛入烧杯中”改为“A.将碎冰盛入试管中”？甲图是否应该删除？
若不更改并保留甲图。那么，该题中“B.测出碎冰熔化前的温度”的含义就有歧义，模糊不清：是指测出烧杯中的碎冰熔化前的温度呢？还是指测出试管中的碎冰熔化前的温度呢？若按甲图所示方案在烧杯中装入足量碎冰，温度计玻璃泡插入烧杯内的碎冰中间，在一定时间内，因碎冰多，碎冰团外部的碎冰吸热升温。但碎冰团内部的碎冰温度仍然很低（因冰是热的不良导体），且相对稳定，因此容易测出烧杯中的碎冰在0 ℃以下的温度，那就不会产生第（3）小题表述的现象——“他发现较难测出碎冰在0 ℃以下的温度”。笔者曾用冰柜冻结的冰块敲碎做过多次实验进行验证：在烧杯中装入足量碎冰，容易测出碎冰在0 ℃以下的温度；在试管中装入适量碎冰，因碎冰较少，从外界吸热后温度迅速上升，不容易测出碎冰在0 ℃以下的温度。该题讲到“他发现较难测出碎冰在0 ℃以下的温度”，应该是指按照图乙所示的方式进行实验，较难测出试管中所装的碎冰在0 ℃以下的温度。在《义务教育教科书物理九年级全一册》（上海科学技术出版社）中，探究冰的熔化现象时，也是测量试管中的碎冰熔化前后的温度，不是测量烧杯中的碎冰熔化前后的温度，也只有乙图，没有甲图。因此，该题应该将“A.将碎冰盛入烧杯中”改为“A.将碎冰盛入试管中”，甲图应该删除。
该题是一道分值为9分的科学与实验探究题，前4空每空2分，最后1空1分。第（1）（2）（4）小题较简单，第（3）小题难度大。由于颗粒较小的碎冰受热面较大，受热较为均匀，因此第（1）小题的答案是“小”；由于外界温度高于碎冰的温度，虽未用酒精灯加热，但碎冰不断从外界吸收热量，因此第（2）小题两个问的答案分别是“不正确”，“ 因为外界温度高于冰的温度，冰从外界吸收了热量，所以温度升高到熔点后开始熔化”；根据表格中的数据可知，第6分钟至第12分钟的这段时间，酒精灯在不断加热，冰不断吸热熔化，且温度保持0 ℃不变，因此第（4）小题的答案是“0”。
第（3）小题的正确答案是：“盐和碎冰混合后，降低了烧杯中的碎冰的熔点，避免试管中的碎冰的温度迅速升高，利于测出试管中的碎冰在0 ℃以下的温度”。在全市5万多考生中，该小题抽样统计的完全正确率不到3%，可见该小题的难度确实较大。不少学生考完试后，面对正确答案仍是不解。
面对学生的不解，笔者这样解释：因为该实验的数据记录中，需要记下冰在0 ℃以下的温度，以便绘制图像。实验中，若不向烧杯中加盐，烧杯中的纯净冰的熔点为0 ℃，在酒精灯对烧杯进行加热的过程中，烧杯中的纯净冰的温度就会一直迅速上升到0 ℃时才能停止一段时间，吸热熔化；试管中的纯净冰因不断从管外的烧杯中吸热，试管中的纯净冰的温度也会一直迅速上升到0 ℃，故较难测量试管中的纯净冰在0 ℃以下的温度。当向烧杯中加盐后，烧杯中的冰含有杂质，熔点低于0 ℃，在酒精灯对烧杯进行加热的过程中，烧杯中的冰上升到0 ℃以下的某一确定温度时，停止上升一段时间，吸热熔化；试管中的纯净冰因不断从管外的烧杯中吸热，试管中的纯净冰的温度也会一直上升到0 ℃以下的某一确定温度时，停止上升一段时间，利用这段温度停止上升的时间，测出试管中的纯净冰在0 ℃以下的温度。所以，第（3）小题的正确答案是：盐和碎冰混合后，降低了烧杯中的碎冰的熔点，避免试管中的碎冰温度迅速升高，利于测出试管中的碎冰在0 ℃以下的温度。对该题深入探讨，有上述质疑和解答，并获以下3点感悟：
1.在组题、编题时，要注意反复推敲，仔细斟酌，以达到表述简洁、思维严谨、指向精准的效果。在整个命题工作中，难免有疏忽遗漏的一些因素，但在我们的思想里必须对命题工作有高度的认识，要尽最大可能避免表意模糊、数据错乱等现象的发生，否则试题旨意不清，就会对学生答题产生无谓的干扰和障碍，达不到或训练、或检测、或选拔的良好效果。教师表述简洁，思维严谨，能使学生受到潜移默化的影响，将为学生清爽的表达能力、严密的思维能力的进一步发展，奠定一生坚实的基础。
2.深入理解《义务教育物理课程标准》和认真研读物理教科书，是教学之根本，有着至关重要的作用。
《义务教育物理课程标准》[1]第12页中，对学生有这样一段要求：“经历物态变化的实验探究过程，知道物质的熔点、凝固点和沸点，了解物态变化过程中的吸热和放热现象。用物态变化的知识说明自然界和生活中的有关现象。”这段文字明确告诉教师，需要带领学生经历实验探究过程，知道、了解和能够说明、解释相关的现象。第（3）小题虽然难，但仍在《义务教育物理课程标准》界定框架范围之内。《义务教育教科书物理九年级全一册》[2]（上海科学技术出版社）第十二章《温度与物态变化》的第二节《熔化与凝固》中，要求实验探究冰的熔化特点，该教科书的第11页“探究与点拨”中写道：“实验中，有时较难测出碎冰在零摄氏度以下的温度。若遇此情形，可尝试以下方法改进：开始时在烧杯中放盐与碎冰，然后将装有纯净碎冰的试管插入其中；随后加热，熔化烧杯中与盐混合的碎冰，随之，试管中的碎冰也开始熔化了，这样便容易得到试管中的碎冰熔化前后温度的数据了。”这段文字向我们介绍：容易测出碎冰零摄氏度以下温度的方法，烧杯中加盐的碎冰先熔化，熔化时温度低于0 ℃且保持不变，从而避免试管中的碎冰温度迅速升高，利于测出试管中的碎冰在0 ℃以下的温度。研读教科书发现，第（3）小题的答案就“藏”在教科书的这段文字当中。
课程标准是教材编写、教学、评估和考试命题的依据，是国家管理和评价课程的基础；教科书为备课、上课提供了基本素材，拟定了教学需要构建的基本框架。一个具有扎实功底的物理教师，必须深入理解《义务教育物理课程标准》，对其框架范围的界定把握精准；必须认真研读、挖掘、拓展教科书，对教材运用自如，对问题有的放矢。这样才能对学生有适度的要求，才能教给学生读懂物理教科书的方法，甚至交给学生能读书、善读书的一些基本方法，从而培养学生从书中文字、图表获取相关信息解决问题的能力和素养。因此，深入理解《义务教育物理课程标准》和认真研读物理教科书，是教学之根本，有着至关重要的作用。
3.实验探究类问题，带领学生进入实验室分组实验，能收到事半功倍的效果，利于促进学生团队精神的形成，利于促进学生科学素养的提升。
2015—2016学年，笔者担任2016届3个初中毕业班的物理教学，在对《义务教育教科书物理九年级全一册》（上海科学技术出版社）第十二章《温度与物态变化》的第二节《熔化与凝固》的教学中，采用了3种不同的教学模式分别对3个班进行第一课时的教学。其一，传统教学模式，讲授、听记为主；其二，多媒体教学模式，播放课件、观看视频为主；其三，实验室教学模式，进入实验室，分组实验为主。在3种不同的教学模式中，对“要测出碎冰在0 ℃以下的温度”作同等程度的强调。第二课时做完同等程度查漏补缺的教学工作后，向3个班均发了印有上面那道物理实验探究题的纸质练习资料，并对第（3）小题的正确率做了统计：传统教学模式班为36.84%，多媒体教学模式班为52.63%，实验室教学模式班为65.79%。数据印证了“听不如看，看不如做”的说法。物理实验探究课，进入实验室指导学生分组实验，无论是教学效果，还是对学生兴趣的激发，都比其他方法好得多。我们应尽到最大可能带领学生进入实验室，指导学生分组实验，让学生亲身经历、亲身体会，能收到事半功倍的效果。实验室中的分工与合作，利于促进学生团队精神的形成；实验室中的操作与思考，利于促进学生科学素养的提升。
参考文献：
[1]中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准[S].北京：北京师范大学出版社，2011.
[2]义务教育物理课程标准实验教科书编写组.义务教育教科书物理九年级全一册[M].上海：上海科学技术出版社，2013.