例談《科學(xué)》中考實(shí)驗(yàn)探究題的設(shè)計(jì)

　　科學(xué)課程的核心理念之一是突出科學(xué)探究。為了充分體現(xiàn)這一精神，浙江省各地市的初中畢業(yè)生《科學(xué)》學(xué)業(yè)考試試卷都相應(yīng)設(shè)置了“實(shí)驗(yàn)探究題”，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)與探究能力的考核。可是，在平時(shí)的教學(xué)中，筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生是很怕實(shí)驗(yàn)探究題的，失分較多。本文結(jié)合去年中考原題，談?wù)劇犊茖W(xué)》實(shí)驗(yàn)探究題的設(shè)計(jì)，以期對(duì)教師的教和學(xué)生的學(xué)有一定的幫助。
　　一、擷取經(jīng)典實(shí)驗(yàn)
　　科學(xué)課程是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的綜合自然學(xué)科，科學(xué)新教材中設(shè)置的實(shí)驗(yàn)不乏有被教師稱之為經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)，如奧斯特實(shí)驗(yàn)、伏安法測電阻實(shí)驗(yàn)、影響滑動(dòng)摩擦力大小因素實(shí)驗(yàn)、植物向光性實(shí)驗(yàn)等。這些經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，往往蘊(yùn)含著豐富的實(shí)驗(yàn)思想、研究方法、重要結(jié)論等。因此，擷取經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，可以很好考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)與探究能力。
　　例1（2010?杭州中考）小明在進(jìn)行“測量小燈泡的功率”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，器材有：6伏蓄電池、電流表（0~0.6A，0~3A）、電壓表（0~3V，0~15V）、滑動(dòng)變阻器（50Ω，1.5A）、額定電壓為2.5伏的小燈泡（正常發(fā)光時(shí)的電阻約為8歐）、開關(guān)各一個(gè)、導(dǎo)線若干。
　　（1）如圖1是尚未連接完整的電路，請(qǐng)完成電路的連接。
　?。?）實(shí)驗(yàn)測得數(shù)據(jù)如表1，則小燈泡的額定功率是________瓦；小明求出了燈泡在不同電壓下的電阻值，發(fā)現(xiàn)燈泡電阻隨電壓變化的規(guī)律是______；產(chǎn)生這一規(guī)律的主要原因是____________。
　　【解析】“測量小燈泡功率實(shí)驗(yàn)”是科學(xué)九年級(jí)上冊(cè)第三章第6節(jié)《電能的利用》（浙教版，下同）中的學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)。它也稱為“伏安法測小燈泡功率實(shí)驗(yàn)”，是初中科學(xué)實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本實(shí)驗(yàn)的考查主要包含這樣兩個(gè)方面：1.對(duì)電路的連接：電流表要與小燈泡串聯(lián)，電壓表要與小燈泡并聯(lián)，并注意量程的選擇及正負(fù)接線柱的正確接法。2.對(duì)數(shù)據(jù)的分析：小燈泡的額定功率即額定電壓下的功率，P額=U額I額=2.5V×0.30A=0.75W；比較小燈泡在不同電壓下的電阻值，發(fā)現(xiàn)燈泡的電阻是隨著電壓的增大而增大，其原因是燈泡電壓增大時(shí)，通過燈泡的電流也增大，這樣燈泡電功率增大，溫度升高。
　　答案：（1）電路連接如圖2。（2）0.75W；電阻隨著電壓的增大而增大；燈泡的電壓增大，電功率增大，溫度升高。
　　二、臻善課本探究
　　科學(xué)課程的核心理念之一是突出科學(xué)探究，科學(xué)新教材中設(shè)置了許多探究活動(dòng)，但其中的一些探究活動(dòng)，由于教材篇幅、學(xué)生基礎(chǔ)以及知識(shí)的循序漸進(jìn)要求等原因，探究方案并不盡善盡美，有些只探究一個(gè)因素、有些只在一種藥品下探究、有些缺少探究主要環(huán)節(jié)等。因此，臻善課本探究，可在學(xué)生似曾相識(shí)的感覺中考查學(xué)生知識(shí)遷移、方案設(shè)計(jì)和問題分析的能力。
　　例2（2010?金華中考）為了探究pH是不是影響唾液淀粉酶催化作用的因素，實(shí)驗(yàn)操作步驟如下。
　　步驟一：取3支潔凈的試管，編上號(hào)。在3支試管中分別加入2毫升1％淀粉液。
　　步驟二：在3支試管中分別加入pH不同的鹽酸溶液3毫升，使1~3號(hào)試管中反應(yīng)液的pH依次穩(wěn)定在3.0，4.5，6.0。
　　步驟三：在3支試管中分別加入1毫升相同的稀釋唾液（唾液濃度滿足本實(shí)驗(yàn)的要求），搖勻后，放入37℃恒溫水浴箱中3分鐘。
　　步驟四：在3支試管中分別滴入1滴碘液，然后搖勻。
　　步驟五：觀察并對(duì)比這3支試管中溶液顏色的變化程度。
　　請(qǐng)回答下列問題。
　?。?）實(shí)驗(yàn)結(jié)果預(yù)期與結(jié)論：
　　①若3支試管中溶液顏色的變化程度相同，則pH_________影響唾液淀粉酶催化作用的因素。
　?、谌?支試管中溶液顏色的變化程度不相同，則pH________影響唾液淀粉酶催化作用的因素。
　　（2）實(shí)驗(yàn)過程中為什么3支試管都要選擇37℃并且恒溫？___________。
　　【解析】“影響酶催化作用的因素”是科學(xué)九年級(jí)上冊(cè)第四章第2節(jié)《食物的消化與吸收》中的探究活動(dòng)。為了培養(yǎng)學(xué)生自主設(shè)計(jì)探究方案的能力，教材中只安排“探究溫度可能影響酶的催化作用”的方案，要求學(xué)生模仿設(shè)計(jì)探究除溫度之外的影響因素，如PH、酶的濃度等，而本題正是該探究活動(dòng)的臻善部分。它的考查主要包含這樣二個(gè)方面：1.對(duì)結(jié)果的預(yù)期與結(jié)論：題中酶的催化作用是通過滴入1滴碘液后溶液顏色的變化來間接體現(xiàn)的，若3支試管中溶液顏色的變化程度相同，說明pH對(duì)酶的催化作用沒有影響，反之就有影響。2.控制變量法：當(dāng)探究pH是否影響唾液淀粉酶催化作用時(shí)，需保持溫度等其他變量相同，所以3支試管都要恒溫，而選擇37℃是由于此溫度是唾液淀粉酶起催化作用的適宜溫度，在該溫度下，反應(yīng)速度快，可縮短反應(yīng)時(shí)間。
　　答案：（1）①不是，②是；（2）37℃是唾液淀粉酶起催化作用的適宜溫度，恒溫可以排除溫度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干擾（或其他合理答案）。
　　三、拓展課后習(xí)題
　　課后習(xí)題是教材的重要組成部分，是學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)的重要載體?？茖W(xué)新教材中，有些習(xí)題是探究型的，可以很好地幫助學(xué)生鞏固基礎(chǔ)知識(shí)和發(fā)展實(shí)驗(yàn)技能技巧。因此，篩選教材課后探究型習(xí)題，拓展其探究內(nèi)容，可以有效的考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想和分析論證能力。
　　例3（2010?溫州中考）檢測發(fā)現(xiàn)許多蔬菜中含有亞硝酸鹽，當(dāng)亞硝酸鹽達(dá)到一定量時(shí)，會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生危害。生活中，蔬菜有室溫貯存和低溫貯存兩種方式。蔬菜中的亞硝酸鹽含量在貯存過程中是如何變化的？某興趣小組同學(xué)提出了兩種假設(shè)：
　　假設(shè)一：蔬菜存放過程中，亞硝酸鹽的含量一直升高。
　　假設(shè)二：蔬菜存放相同時(shí)間，冰箱貯存比室溫貯存產(chǎn)生的亞硝酸鹽要少。
　　他們選用新鮮的黃瓜、番茄、青椒三種蔬菜分別采用室溫貯存、冰箱貯存進(jìn)行研究。通過實(shí)驗(yàn)，獲得數(shù)據(jù)整理如表2。
　?。?）有同學(xué)分析表中數(shù)據(jù)，認(rèn)為實(shí)驗(yàn)結(jié)果不支持假設(shè)一，他的依據(jù)是：_________。
　?。?）實(shí)驗(yàn)結(jié)果支持假設(shè)二。查閱資料得知，蔬菜中的硝酸鹽通過代謝作用可轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽。請(qǐng)你利用新陳代謝的相關(guān)知識(shí)，對(duì)“蔬菜存放相同時(shí)間，冰箱貯存比室溫貯存產(chǎn)生的亞硝酸鹽要少”這一現(xiàn)象作出一種解釋：_________。
　　（3）結(jié)合本實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)于新鮮的黃瓜、番茄、青椒，就亞硝酸鹽含量而言，你認(rèn)為何時(shí)食用比較合適？_____。
　　【解析】有關(guān)亞硝酸鹽的知識(shí)是在科學(xué)九年級(jí)上冊(cè)第一章第4節(jié)《幾種重要的鹽》的課后習(xí)題中出現(xiàn)，該題介紹了工業(yè)用鹽——亞硝酸鹽對(duì)人體來說是一種劇毒，要求學(xué)生查看它與食鹽的熔點(diǎn)，并設(shè)計(jì)方案鑒別它們。本題源于“習(xí)題又高于習(xí)題”，進(jìn)一步探究“蔬菜中的亞硝酸鹽含量在貯存過程中是如何變化？”它的考查主要包含這樣兩個(gè)方面：1.對(duì)數(shù)據(jù)的分析：比較三種蔬菜在兩種溫度下的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)這些蔬菜亞硝酸鹽含量第一天最少，而且在貯存過程中其含量變化是波動(dòng)的。2.對(duì)現(xiàn)象的解釋：酶是新陳代謝中的一種重要物質(zhì)，它的活性受溫度等影響，在相同時(shí)間內(nèi)冰箱貯存溫度較低，蔬菜中的酶活性較弱，代謝產(chǎn)生的亞硝酸鹽較少。
　　答案：（1）三種蔬菜在貯存過程中亞硝酸鹽含量呈波動(dòng)變化；（2）溫度較低時(shí)，酶的活性較弱，代謝產(chǎn)生的亞硝酸鹽較少；（3）當(dāng)天食用（或其他合理答案）。
　　四、整合教材實(shí)驗(yàn)
　　科學(xué)課程的最大特點(diǎn)就是整合，科學(xué)新教材以文本的形式第一次也是最重要的一次對(duì)物理、化學(xué)、生物和地理等學(xué)科知識(shí)進(jìn)行了整合。但是由于主題不同或知識(shí)的層次性要求，有些相關(guān)聯(lián)的內(nèi)容或?qū)嶒?yàn)卻獨(dú)立開來了。因此，整合教材實(shí)驗(yàn)，將零散、獨(dú)立的教材實(shí)驗(yàn)進(jìn)行拆裝、重組，設(shè)計(jì)成綜合實(shí)驗(yàn)，可以有效的考查學(xué)生實(shí)驗(yàn)裝置評(píng)估、創(chuàng)新應(yīng)用和科學(xué)解釋的能力。
　　
　　例4（2010?金華中考）由于大量使用一次性塑料方便袋造成的“白色污染”，已成為一個(gè)嚴(yán)重的社會(huì)問題。某科學(xué)研究小組的同學(xué)欲對(duì)某塑料的組成進(jìn)行分析探究（資料顯示該塑料只含C、H兩種元素），他們?cè)O(shè)計(jì)了如圖3所示的實(shí)驗(yàn)裝置，目的是測量有關(guān)數(shù)據(jù)，推算該塑料組成元素的含量。圖中字母A至G均表示裝置編號(hào)。請(qǐng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)裝置，回答下列問題：
　　（1）由發(fā)生裝置A制取的氧氣中混有CO2和水蒸氣，為使該塑料試樣在純氧中燃燒，裝置C中盛放的試劑應(yīng)該是________。
　?。?）E、F裝置是氣體的吸收裝置，該處設(shè)計(jì)有不正確的地方，如何改進(jìn)？____________，理由是_________。
　?。?）堿石灰的成分是氫氧化鈉和氧化鈣，則裝置連接正確時(shí)G裝置的作用是________________。
　　【解析】本實(shí)驗(yàn)將雙氧水（H2O2溶液）、塑料、濃硫酸和氫氧化鈉溶液等的性質(zhì)設(shè)計(jì)成綜合實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)裝置是在科學(xué)八年級(jí)下冊(cè)第二章第3節(jié)《化學(xué)反應(yīng)與質(zhì)量守恒》中的“用雙氧水和二氧化錳制氧氣裝置”的基礎(chǔ)上組裝了洗（吸）氣裝置和加熱裝置等。它的考查主要包含這樣二個(gè)方面：1.藥品的作用：濃硫酸吸收水分，氫氧化鈉溶液和堿石灰吸收二氧化碳?xì)怏w。2.裝置的改進(jìn)：為使該塑料試樣在純氧中燃燒，需用濃硫酸和堿性溶液除去氧氣中混有的CO2和水蒸氣，并且C裝置須盛濃硫酸，否則氧氣中仍會(huì)混有水蒸氣，而為了推算出該塑料C、H兩種元素的含量，需測量出其燃燒產(chǎn)物水和二氧化碳?xì)怏w的質(zhì)量，為排除干擾、減小誤差，裝置F應(yīng)在裝置E前面，以免帶進(jìn)氫氧化鈉溶液中的水蒸氣，而裝置G則是防止空氣中的CO2進(jìn)入裝置E。
　　答案：（1）濃硫酸；（2）對(duì)調(diào)裝置E、F的位置；水蒸氣的吸收應(yīng)在通溶液之前或若按原裝置，前者會(huì)把水蒸氣帶給后者；（3）防止空氣中的CO2進(jìn)入吸收裝置或吸收空氣中進(jìn)入的CO2。
　　五、提供關(guān)聯(lián)資料
　　科學(xué)課程的實(shí)施，需要特定的課程資源，科學(xué)新教材僅僅是學(xué)生最熟悉也最重要的課程資源，但不是唯一的課程資源。介紹與教材內(nèi)容相關(guān)聯(lián)的知識(shí)，可以彌補(bǔ)教材知識(shí)的不足、提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、完善學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)。因此，提供關(guān)聯(lián)資料，衍生探究內(nèi)容，在更豐富、更深入的探究活動(dòng)中充分考查學(xué)生提取信息、綜合知識(shí)和分析歸納的能力。
　　例5（2010?湖州中考）某科學(xué)興趣小組查閱資料得知鎂可在氮?dú)庵腥紵蒑g3N2，設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。
　　步驟1：用盛水的水槽、無底的廢廣口瓶、燃燒匙、蒸發(fā)皿、橡皮塞等裝配成如圖4所示的裝置。另準(zhǔn)備一只橡皮塞，其中有一根銅絲穿過，銅絲末端固定一根鎂條備用。
　　步驟2：引燃燃燒匙中足量的紅磷，塞好橡皮塞。待充分冷卻，觀察到廣口瓶內(nèi)的水面上升體積約占瓶內(nèi)水面上方空間的1/5左右。
　　步驟3：往水槽中加水使廣口瓶內(nèi)外水面相平。點(diǎn)燃鎂條，更換橡皮塞，鎂條在廣口瓶內(nèi)繼續(xù)燃燒，發(fā)出紅光，放出熱量。待冷卻后廣口瓶內(nèi)水位明顯上升。
　　（1）步驟2的目的是____________。
　　（2）在步驟3中“待冷卻后廣口瓶內(nèi)水位明顯上升”是由于瓶內(nèi)氣壓_____________（選填“大于”“小于”或“等于”）瓶外氣壓。
　?。?）根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)和你所學(xué)的知識(shí)，請(qǐng)寫出鎂在空氣中燃燒時(shí)的化學(xué)方程式__________。
　　【解析】在科學(xué)九年級(jí)上冊(cè)第一章第5節(jié)《尋找金屬變化的規(guī)律》中學(xué)生僅學(xué)習(xí)到“鎂在空氣中燃燒生成MgO”的知識(shí)。本題提供了與之關(guān)聯(lián)的知識(shí)——“鎂在氮?dú)庵腥紵蒑g3N2”，可拓寬學(xué)生的知識(shí)面，完善“鎂在空氣中燃燒”的知識(shí)結(jié)構(gòu)。本實(shí)驗(yàn)的考查主要包含這樣三個(gè)方面：1.明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康模罕緦?shí)驗(yàn)是驗(yàn)證鎂可在氮?dú)庵腥紵蒑g3N2，所以步驟2中燃燒足量的紅磷目的是除去廣口瓶內(nèi)空氣中的氧氣，獲得實(shí)驗(yàn)所需要的氮?dú)猸h(huán)境。2.解釋現(xiàn)象原因：步驟2中廣口瓶內(nèi)的水面上升是因?yàn)榧t磷燃燒消耗氧氣生成固體MgO，使瓶內(nèi)氣壓小于瓶外氣壓。同理，步驟3鎂繼續(xù)在該廣口瓶內(nèi)燃燒，待冷卻后廣口瓶內(nèi)水位明顯上升，說明瓶內(nèi)氣壓再次小于瓶外氣壓，同時(shí)也說明鎂能與氮?dú)夥磻?yīng)并生成固體。3.歸納知識(shí)：鎂在空氣中點(diǎn)燃，在與空氣中氧氣反應(yīng)的同時(shí)又與空氣中氮?dú)夥磻?yīng)。
　　答案：（1）除去廣口瓶內(nèi)空氣中的氧氣；（2）小于；（3）2Mg+O2 2MgO，3Mg+N2Mg3N2。
　　六、關(guān)注“STS”
　　科學(xué)課程強(qiáng)調(diào)“科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)”的關(guān)系，即STS思想，科學(xué)新教材增加了許多與科學(xué)技術(shù)和社會(huì)生活緊密聯(lián)系的學(xué)習(xí)內(nèi)容。這不僅能幫助學(xué)生辯證地全面地認(rèn)識(shí)科學(xué)技術(shù)，而且對(duì)促進(jìn)學(xué)生情感、態(tài)度與價(jià)值觀的養(yǎng)成具有積極的作用。因此，關(guān)注“STS”，遴選探究題材，把科學(xué)、技術(shù)和社會(huì)的問題與試題有機(jī)地融合起來，可以考查學(xué)生社會(huì)決策的意識(shí)和實(shí)際問題的解決能力。
　　例6（2010?嘉興中考）目前，鉛污染已成為威脅我國兒童健康的“隱形殺手”。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，我國兒童血鉛水平較發(fā)達(dá)國家兒童高，血鉛增高對(duì)兒童神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育、智力發(fā)展等方面存在負(fù)面影響。威脅兒童的鉛污染有四大來源：汽車尾氣污染；家居裝飾用品污染；玩具和學(xué)習(xí)用品污染；食品污染，如爆米花、松花蛋等都含有鉛。
　　血鉛含量對(duì)人究竟有什么影響呢？有人做了這樣一組實(shí)驗(yàn)，將質(zhì)量2.0～2.5千克的20只家兔分為兩組：
　　A組：用含1.83％醋酸鉛的5％葡萄糖溶液，每3天皮下注射1次，10mg/kg劑量，每隔10天測一次血紅蛋白含量；
　　B組：用含3.66％醋酸鉛的5％葡萄糖溶液，每3天皮下注射1次，10mg/kg劑量，每隔10天測一次血紅蛋白含量。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3：
　?。?）本實(shí)驗(yàn)探究的問題是血鉛含量對(duì)家兔的______含量有何影響？
　?。?）上述實(shí)驗(yàn)還缺少對(duì)照組，請(qǐng)你幫助設(shè)置一個(gè)對(duì)照實(shí)驗(yàn)__________。
　?。?）比較A、B兩組的數(shù)據(jù)，簡要敘述上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果：__________。
　　（4）請(qǐng)結(jié)合題中所給信息，提一條防止兒童鉛污染的合理建議：__________。
　　【解析】本題題材源自生活、科技，涉及安全、健康，融合科學(xué)、技術(shù)和社會(huì)的關(guān)系。它的考查主要包含這樣四個(gè)方面：1.明確探究問題：從實(shí)驗(yàn)所測的數(shù)據(jù)（血紅蛋白含量）可知，本實(shí)驗(yàn)的自變量是鉛的量，應(yīng)變量是血紅蛋白含量，所以，探究的問題是血鉛含量對(duì)家兔血紅蛋白含量的影響。2.完善實(shí)驗(yàn)方案：本實(shí)驗(yàn)缺少了空白對(duì)照組，即與不注射醋酸鉛的家兔對(duì)照，否則不能肯定是自身原因還是注射鉛的原因?qū)е卵t蛋白含量的下降。3.對(duì)數(shù)據(jù)的分析：比較A、B兩組的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，血鉛含量越高，家兔血紅蛋白含量越少。4.初步的決策：防止兒童鉛污染的建議可從題目情景中得到啟示。
　　答案：（1）血紅蛋白；（2）將10只家兔用（不含醋酸鉛的）5％葡萄糖溶液，每3天皮下注射1次，10mg/kg劑量，每隔10天測一次血紅蛋白含量；（3）家兔血鉛含量越高，血紅蛋白含量越少；（4）推廣環(huán)保型交通工具或使用環(huán)保裝修材料或不吃少吃含鉛食品或加大對(duì)環(huán)境污染企業(yè)的監(jiān)管力度等。
　　參考文獻(xiàn)
　　[1] 中華人民共和國教育部．全日制義務(wù)教育科學(xué)（7~9年級(jí)）課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)稿）．北京：北京師范大學(xué)出版社，2001．
　　（責(zé)任編輯郭振玲）