對(duì)一道2017年中考物理實(shí)驗(yàn)題的商榷

唐學(xué)民+徐正黃

[摘 要]2017年蘇州中考物理卷中有一道用傾斜杠桿探究杠桿平衡條件的試題，構(gòu)思獨(dú)特。但在信息傳遞、因果推理、科學(xué)導(dǎo)向等方面值得商榷，文章對(duì)此進(jìn)行分析探討。

[關(guān)鍵詞]物理實(shí)驗(yàn)題；杠桿自重；力臂測(cè)量；平衡條件

[中圖分類號(hào)]G633.7[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)] 16746058（2017）35004002

2017年江蘇省蘇州市中考物理試卷第27題第（3）小題是一道頗有創(chuàng)意，但值得商榷的試題。

原題節(jié)選：在“探究杠桿的平衡條件”實(shí)驗(yàn)中：

（3）杠桿處于圖1所示位置時(shí)，小李同學(xué)就在杠桿上掛鉤碼進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，小明認(rèn)為這樣操作會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生以下影響：

①杠桿自身重力可能會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生影響

②可能不便于測(cè)量力臂或出現(xiàn)力臂測(cè)量錯(cuò)誤

③無(wú)法得出杠桿平衡條件

你認(rèn)為正確的是________。

A.①② B.①③C.②③

命題者提供的參考答案是A。

一、命題思路揣摩

試題的研究對(duì)象是圖1所示的傾斜杠桿。按題中用語(yǔ)“處于圖1所示位置時(shí)”，可認(rèn)定此時(shí)杠桿是平衡的。相當(dāng)于蘇科版物理九年級(jí)上冊(cè)第十一章第一節(jié)學(xué)生實(shí)驗(yàn)“探究杠桿的平衡條件”的第一步操作“安裝好杠桿，調(diào)節(jié)杠桿兩端的平衡螺母，使之在水平位置平衡”已經(jīng)完成。因此“小李同學(xué)就在杠桿上掛鉤碼進(jìn)行實(shí)驗(yàn)”，終能使杠桿再度在原傾斜角度位置平衡，也就是說(shuō)傾斜的杠桿能得出杠桿的平衡條件。這樣就排除了“③無(wú)法得出杠桿平衡條件”?；诟軛U是傾斜的，命題者認(rèn)為“①杠桿自身重力可能會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生影響；②可能不便于測(cè)量力臂或出現(xiàn)力臂測(cè)量錯(cuò)誤”是正確的，選A。

二、原試題商榷

原題是值得商榷的?？梢詮娜缦氯齻€(gè)方面分析：一是傳遞的信息；二是因果推理；三是科學(xué)導(dǎo)向。

1.傳遞的信息商榷

（1）操作選項(xiàng)解讀

圖1給出的傾斜杠桿平衡，“傾斜”和“平衡”是題給信息的兩大特征。那么，該怎樣對(duì)這一信息進(jìn)行處理呢？設(shè)想將圖1中傾斜杠桿的支點(diǎn)所在的區(qū)域局部放大，就有兩種可能結(jié)構(gòu)，如圖2中的Ⅰ圖和Ⅱ圖所示。

Ⅰ圖中的O點(diǎn)為杠桿的支點(diǎn)，C點(diǎn)為杠桿的重心，C點(diǎn)位于O點(diǎn)的正下方，這種平衡是

穩(wěn)定平衡。如果輕輕撥動(dòng)杠桿使其轉(zhuǎn)動(dòng)或擺動(dòng)，最終平衡位置就是圖1所示位置，也就是說(shuō)這個(gè)位置杠桿自身重力的力臂為零，對(duì)杠桿的平衡不產(chǎn)生影響。這樣，在杠桿上掛鉤碼進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，只要最終的平衡位置跟圖1所示一樣，就可不考慮杠桿的自身重力對(duì)杠桿平衡的影響，亦即杠桿的自身重力不影響杠桿平衡條件的得出。

這種背景下，這道實(shí)驗(yàn)題的答案只需要考慮②。但②有兩段，一段是可能“不便于測(cè)量力臂”，它不影響得出杠桿平衡條件；另一段是“出現(xiàn)力臂測(cè)量錯(cuò)誤”，那么肯定影響得出杠桿平衡條件。兩方面兼顧②是否定，所以①②③均予以否定，A、B、C三個(gè)選項(xiàng)均是非選項(xiàng)。

Ⅱ圖中的O點(diǎn)跟C點(diǎn)重合，這種平衡是隨遇平衡。輕輕撥動(dòng)杠桿，杠桿可以在任何位置平衡。那么，接下來(lái)掛鉤碼進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，就可以取最科學(xué)、最簡(jiǎn)易的操作，使杠桿在水平位置平衡，得出杠桿的平衡條件。顯然，該背景下實(shí)驗(yàn)題的影響因素①②③全部否定，A、B、C三個(gè)選項(xiàng)均不適合。

（2）其他操作選項(xiàng)解讀

杠桿處于圖1位置時(shí)，就在杠桿上掛鉤碼進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，操作方法是多樣化的。下面羅列兩種（均以圖2Ⅰ型做載體）。

其他操作一。在杠桿兩側(cè)掛鉤碼后，調(diào)節(jié)動(dòng)力、動(dòng)力臂、阻力、阻力臂，使杠桿改在水平位置平衡。記錄四個(gè)量的大小，并有序改變其中若干量，進(jìn)行多次測(cè)量比較。這樣操作，關(guān)鍵動(dòng)作是掛上鉤碼后，杠桿在水平位置平衡。那么對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有什么影響呢？

①杠桿的自身重力肯定對(duì)杠桿的平衡產(chǎn)生影響，故①對(duì)；

②杠桿水平位置平衡，便于測(cè)量力臂，故②錯(cuò)；

③無(wú)法得出杠桿平衡條件，故③對(duì)。

正確的選項(xiàng)為B。

應(yīng)該指出，將非水平位置的空載杠桿，負(fù)載后回歸到水平位置平衡，這種操作是可行的、可取的，得出的選擇B是可信的。

其他操作二。杠桿負(fù)載后調(diào)節(jié)動(dòng)力、動(dòng)力臂、阻力、阻力臂，使杠桿在非水平位置平衡。杠桿的傾斜角度不限，但肯定不在原傾斜位置，多次實(shí)驗(yàn)找規(guī)律均相同。操作二對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的影響有：

①杠桿自身重力對(duì)杠桿平衡產(chǎn)生影響，①對(duì)；

②不便于測(cè)量力臂或易出現(xiàn)力臂測(cè)量錯(cuò)誤，②對(duì)；

③無(wú)法得出杠桿的平衡條件，③對(duì)。

所列的A、B、C三選項(xiàng)均非選項(xiàng)。

2.因果推理的商榷

本試題是“探究杠桿的平衡條件”學(xué)生實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)題。因果關(guān)系中的“果”就是能否得出杠桿平衡條件，“因”就是題設(shè)條件，杠桿自身重力和力臂測(cè)量。因此，可以從下列兩個(gè)方面討論試題的因果推理。

（1）參考答案凸顯因果關(guān)系相悖

參考答案是A。①②為正確選項(xiàng)，亦即杠桿自重和力臂測(cè)量可能影響得出杠桿平衡條件?，F(xiàn)請(qǐng)讀者思考如下一個(gè)問(wèn)題：可能影響得出杠桿平衡條件跟無(wú)法得出杠桿平衡條件相近呢，還是跟能得出杠桿平衡條件相接近？毫無(wú)疑問(wèn)前者接近，這表明選①②后理應(yīng)考慮選③，不宜選①②后排除③。顯然，參考答案選①②否定③，暴露了其推理邏輯中的因果關(guān)系是矛盾的。

（2）試題中三個(gè)影響因素因果表達(dá)詞不達(dá)意

第一，對(duì)于“①杠桿自身重力可能會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生影響”來(lái)說(shuō)，除“可能”質(zhì)疑外，因果關(guān)系也極不明確。第（3）小題題干的最后已寫有“對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生影響”，兩次重復(fù)出現(xiàn)的“產(chǎn)生影響”沒(méi)有相隔幾個(gè)字，但都沒(méi)有言明對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生什么影響。建議改為“①杠桿自身重力會(huì)影響杠桿平衡，導(dǎo)致無(wú)法得出杠桿平衡條件”。

第二，對(duì)于“②可能不便于測(cè)量力臂或出現(xiàn)力臂測(cè)量錯(cuò)誤”來(lái)說(shuō)，因果關(guān)系更為混亂。一是開(kāi)頭的“可能”是否包括后面的力臂測(cè)量錯(cuò)誤，不明確；二是“不便于測(cè)量力臂”和“出現(xiàn)力臂測(cè)量錯(cuò)誤”，對(duì)實(shí)驗(yàn)影響的后果等級(jí)不同?！安槐阌跍y(cè)量力臂”，其后果只能給實(shí)驗(yàn)操作增添麻煩，不至于“無(wú)法得出杠桿平衡條件”；而“出現(xiàn)力臂測(cè)量錯(cuò)誤”，肯定“無(wú)法得出杠桿的平衡條件”。較為科學(xué)的表述應(yīng)將原表述改為兩段“②不便于測(cè)量力臂，增加操作難度；③易出現(xiàn)力臂測(cè)量錯(cuò)誤，導(dǎo)致無(wú)法得出杠桿平衡條件”。endprint

第三，對(duì)于“③無(wú)法得出杠桿平衡條件”來(lái)說(shuō)，這一項(xiàng)應(yīng)是“探究杠桿的平衡條件”這個(gè)實(shí)驗(yàn)的終極目標(biāo)，它不是具體的操作因素影響，但它必須依附于具體操作和具體信息傳遞，故不應(yīng)單獨(dú)列項(xiàng)，而應(yīng)將它分解到“自身重力”和“力臂測(cè)量”兩個(gè)方面。

3.科學(xué)導(dǎo)向的商榷

“探究杠桿的平衡條件”是義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的20個(gè)學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)之一。按照課標(biāo)對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的要求“應(yīng)讓學(xué)生在理解實(shí)驗(yàn)方案的前提下，自己選擇器材，組合實(shí)驗(yàn)裝置，自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，促進(jìn)學(xué)生積極思考”。作為學(xué)生實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)題，理應(yīng)體現(xiàn)《初中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》的教學(xué)目標(biāo)要求。那么，怎樣理解“探究杠桿的平衡條件”的實(shí)驗(yàn)方案呢？簡(jiǎn)而言之，應(yīng)科學(xué)地指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行兩次以上在水平位置平衡的操作。一次空載杠桿，其余是負(fù)載杠桿，并有機(jī)地與托盤天平平衡操作進(jìn)行鏈接。審視這道實(shí)驗(yàn)題，它要排除“無(wú)法得出杠桿平衡條件”這一選項(xiàng)，必須進(jìn)行兩次非水平位置平衡的操作，要想通過(guò)這樣的操作得出規(guī)律，是不太現(xiàn)實(shí)的。試題考查的是學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)，但迄今為止沒(méi)有一堂學(xué)生實(shí)驗(yàn)課是如此操作的。未經(jīng)實(shí)踐，哪能出真知，故有“閉門造車”之嫌。

實(shí)驗(yàn)題，特別是學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)題，命題時(shí)“需要正確認(rèn)識(shí)物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目標(biāo)，注意把握實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)”，尤其要做到“按要求進(jìn)行操作”，起到科學(xué)導(dǎo)向的作用。（引號(hào)中用語(yǔ)源于《初中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》，全文同）

三、對(duì)原試題微調(diào)

本實(shí)驗(yàn)題是以一傾斜杠桿為載體探究杠桿平衡條件的，構(gòu)思奇特新穎，很有開(kāi)發(fā)價(jià)值。為提高它的區(qū)分度，筆者建議試題依附于一個(gè)具體操作，然后對(duì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的因素加以選擇?，F(xiàn)列舉三個(gè)方案。

方案1 杠桿處于圖1位置時(shí)，小李同學(xué)就在杠桿上掛鉤碼進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，掛上鉤碼后讓杠桿在水平位置平衡。小明認(rèn)為這樣操作會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生以下影響：

①杠桿自身重力會(huì)對(duì)杠桿平衡產(chǎn)生影響，導(dǎo)致無(wú)法得出杠桿的平衡條件

②不便于測(cè)量力臂，操作難度增加

③易出現(xiàn)力臂測(cè)量錯(cuò)誤，導(dǎo)致無(wú)法得出杠桿的平衡條件

你認(rèn)為正確的是_________ 。

答案：①。

方案2 杠桿處于圖1位置時(shí)，小李就在杠桿上掛鉤碼進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。掛上鉤碼后，讓杠桿仍舊在原位置上平衡。小明認(rèn)為這樣操作會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生以下影響：

①杠桿自身重力會(huì)對(duì)杠桿平衡產(chǎn)生影響，導(dǎo)致無(wú)法得出杠桿的平衡條件

②不便于測(cè)量力臂，操作難度增加

③易出現(xiàn)力臂測(cè)量錯(cuò)誤，導(dǎo)致無(wú)法得出杠桿的平衡條件

你認(rèn)為正確的是 _________。

答案：②③。

如果改變操作探究的初衷，將試題改成杠桿平衡條件得出后思考討論題，那么可以出現(xiàn)“可能”選項(xiàng)。

方案3 杠桿處于圖1所示位置時(shí)，一同學(xué)就在杠桿上掛鉤碼進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，雖然多次實(shí)驗(yàn)，但都找不出“動(dòng)力×動(dòng)力臂=阻力×阻力臂”的關(guān)系，你認(rèn)為無(wú)法得出杠桿平衡條件的原因有 ________。

①可能掛上鉤碼后，未確保杠桿在原位置平衡

②可能在傾斜杠桿上進(jìn)行操作，力臂測(cè)量麻煩

③可能力臂測(cè)量錯(cuò)誤，盡管杠桿每次均處在原位

④可能將鉤碼質(zhì)量換算成力的大小時(shí)g都取10N/kg，有誤差

答案：①③。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1]課程標(biāo)準(zhǔn)編寫組.義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）[S].北京：北京師范大學(xué)出版社，2012.

[2]劉炳昇，李容.義務(wù)教育教科書(shū)物理九年級(jí)上冊(cè)[M].南京：江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，2013.

[3]徐正黃，張善賢.對(duì)2016年兩道中考試題的教學(xué)思考[J].物理教學(xué)，2017（4）.endprint