羅星凱 劉小兵 曾平飛 趙光平 薛躍規(guī) 黃都

[按]在新課程實(shí)驗(yàn)中，廣大教師不僅以空前的熱情接受教育教學(xué)新理念，而且努力改善自己的教學(xué)行為，涌現(xiàn)出了許多生動(dòng)活潑的教育圖景。但是，幾乎所有的教師都擔(dān)心，在隨之而來的帶有選拔性的考試比如中考中，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的學(xué)生能考出好成績嗎？這主要不是對(duì)自己教學(xué)質(zhì)量的不自信，更多的是憂慮各學(xué)科試卷是否能夠真正體現(xiàn)課程標(biāo)準(zhǔn)的精神和要求。的確，要按照新課程的理念編制出試題是不容易的。有的人就說，新課程的理念好是好，但就是沒法考——如果事實(shí)完全如此，新課程將面臨走回頭路的危險(xiǎn)。

請(qǐng)認(rèn)真讀讀下面這篇文章，您的看法也許會(huì)有所改變——雖然此文談的只是科學(xué)學(xué)科的中考問題，但其蘊(yùn)涵的思想不僅超出了中考的范圍，也越出了科學(xué)學(xué)科的界限。它為您打開的是深入思考新課程實(shí)踐的窗口。

隨著新課程的推進(jìn)，特別是隨著2001年首批進(jìn)入新課程的初中生的畢業(yè)、升學(xué)考試的臨近，教育部下發(fā)了《教育部關(guān)于積極推進(jìn)中小學(xué)評(píng)價(jià)與考試制度改革的通知》、組織制訂了《國家基礎(chǔ)教育課程改革實(shí)驗(yàn)區(qū)2004年初中畢業(yè)與普通高中招生制度改革的指導(dǎo)意見》，為實(shí)施新課程背景下的考試評(píng)價(jià)改革指明了方向。

在這樣的大背景下，做好各學(xué)科學(xué)業(yè)考試的命題工作，一方面是順利實(shí)施新課程的需要，另一方面也事關(guān)整個(gè)考試評(píng)價(jià)改革的大局。我們受教育部基礎(chǔ)教育司委托研制的《2004年國家基礎(chǔ)教育課程改革實(shí)驗(yàn)區(qū)初中畢業(yè)生科學(xué)學(xué)科學(xué)業(yè)考試命題指導(dǎo)》（以下簡稱《命題指導(dǎo)》），正是在這樣的背景和思想指導(dǎo)下，在反復(fù)征求一線教師和教研人員的意見后形成的。作為一個(gè)指導(dǎo)性材料，我們自然希望它首先直接對(duì)各地的中考命題人員產(chǎn)生積極的影響，同時(shí)也希望能成為吸引廣大一線理科教師共同參與中考命題研討的交流平臺(tái)。通過廣泛的參與，使基層人員特別是廣大一線教師由新課程的執(zhí)行者發(fā)展成為主動(dòng)的建設(shè)者，建立民主、開放、科學(xué)和可持續(xù)的課程發(fā)展機(jī)制，這正是新課程所追求的課程文化建設(shè)和體制創(chuàng)新的重要內(nèi)容。為此，教育部基礎(chǔ)教育司又安排研制了各學(xué)科的命題改革與教學(xué)建議D，從多個(gè)方面對(duì)《命題指導(dǎo)》進(jìn)行解讀。本文就《命題指導(dǎo)》中所涉及的考查“雙基”和“探究”這兩個(gè)人們所關(guān)心的熱點(diǎn)問題，進(jìn)一步談?wù)動(dòng)嘘P(guān)的研究背景和我們的一些思考，希望能起到深化問題研究和討論的作用。

考基礎(chǔ)知識(shí)不等于考機(jī)械記憶

初中畢業(yè)生學(xué)業(yè)考試的結(jié)果既是衡量學(xué)生是否達(dá)到畢業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的主要依據(jù)，也是高中學(xué)校招生的重要依據(jù)之一。由于初中屬于義務(wù)教育階段，這就要求學(xué)科命題要控制難度，體現(xiàn)基礎(chǔ)性。對(duì)此，不少人的理解就是一套試卷中要有足夠的所謂“送分題”，以此來降低難度?！八头帧钡霓k法一般是用填空或選擇題的形式直接對(duì)教材上的內(nèi)容進(jìn)行簡單呈現(xiàn)和機(jī)械組合。

例1以下是溶液的一些說法：①無色②混合物③化合物④均一⑤穩(wěn)定⑥各部分性質(zhì)相同其中正確的是 （? ）

A.①③④⑤

B.②④⑤⑥

C.①②④⑤

D.①③⑤⑥

答案：B

像例1這樣的試題，基本未對(duì)教材的表述作什么改變，是一種直截了當(dāng)?shù)挠洃涱愒囶}，實(shí)際，上將考基礎(chǔ)變成了考記憶。如果長期大量地使用這類試題進(jìn)行考試，教學(xué)上就會(huì)盛行題海戰(zhàn)術(shù)，學(xué)生獲取科學(xué)知識(shí)的過程就被降低為索然無味的死記硬背書本知識(shí)。針對(duì)這種將考基礎(chǔ)等同于考記憶的偏向，《初中畢業(yè)生〈科學(xué)〉學(xué)科學(xué)業(yè)考試命題指導(dǎo)》（以下簡稱《命題指導(dǎo)》）中明確提出了這樣的命題原則：

“要注重對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)、基本技能的考查，避免盲目拔高。但注重基礎(chǔ)不等于知識(shí)的簡單復(fù)現(xiàn)和技能的機(jī)械組合，應(yīng)靈活多樣地考查基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能，引導(dǎo)教學(xué)促進(jìn)學(xué)生的有意義學(xué)習(xí)而不是機(jī)械學(xué)習(xí)。”

實(shí)際上，用靈活多樣的方式而不是直接照搬教材的方式同樣可以考查基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能，但兩種方式對(duì)教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)的導(dǎo)向作用是大不一樣的。

例2將白醋、食用油、食鹽、酒精分別放入水中，不能形成溶液的是（? ）

A.白醋

B.食用油

C.食鹽

D.酒精

答案：B

和例1一樣，例2同樣考查溶液的概念，但卻不像例1那樣對(duì)溶液概念的定義直接設(shè)問，而是通過設(shè)置一個(gè)實(shí)際的情境，讓學(xué)生回答將生活中常見常用的白醋、食用油、食鹽、酒精分別放入水中能否形成溶液。

這兩種考法的區(qū)別在哪里呢？一般來說，例1考的是概念的正確表述或說法，學(xué)生完全可以靠將溶液的概念背熟而答對(duì)此題：例2考的是概念的運(yùn)用，即運(yùn)用溶液的概念去判斷水被分別加入白醋、食用油等物質(zhì)后能否被稱為溶液，學(xué)生為此要將四種具體的情形與溶液定義所要求的特征進(jìn)行一一對(duì)照，這就離不開對(duì)白醋、食用油等物質(zhì)加入水中后的具體狀況的了解，而不是簡單地背熟溶液概念的定義就夠了的。因此，從這個(gè)意義上說，兩道題考查知識(shí)的效度和難度是不一樣的。對(duì)于有的學(xué)生來說，例2比例1更難，因?yàn)樗麄兩朴诒硶簧朴谶\(yùn)用。但對(duì)于平時(shí)留意生活中的事物和現(xiàn)象或在課堂上接受的是一種聯(lián)系實(shí)際的科學(xué)教育的學(xué)生來說，知道白醋、食用油等物質(zhì)加入水中的具體狀況是很容易的事情，根本不需要專門去記憶，對(duì)他們而言，兩道題的難度就不應(yīng)該有多少區(qū)別了：當(dāng)然，這并不能說明他們對(duì)溶液概念的定義很清楚（就像會(huì)背出溶液的定義并不表明能夠?qū)⑺\(yùn)用于具體的情境一樣），換句話說，學(xué)生也可以靠經(jīng)驗(yàn)答對(duì)例2。

由此看來，如果我們的教學(xué)重視為學(xué)生提供足夠的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生做起需要運(yùn)用知識(shí)的試題來，并不會(huì)比做背知識(shí)點(diǎn)的題難。因此，應(yīng)該用例2而不是例1這樣的題來考基礎(chǔ)。如果說這樣的題由于對(duì)教材內(nèi)容作了某些變通，就使一些學(xué)生不適應(yīng)了，難度會(huì)有所提高，那這正是我們的考試所要引導(dǎo)的。否則，何年何月我們才能走出這樣的怪圈——用考記憶的試題送分以降低難度?教學(xué)上的題海戰(zhàn)術(shù)和學(xué)習(xí)上的死記硬背書本知識(shí)?學(xué)生應(yīng)變能力低下?用考記憶的試題送分以降低難度？

新課程實(shí)驗(yàn)啟動(dòng)以來，實(shí)驗(yàn)區(qū)反映最為強(qiáng)烈的問題之一，就是擔(dān)心學(xué)生的知識(shí)水平降低。因?yàn)椴簧倮蠋熞环矫娓械綄W(xué)生思維變開闊了，能力變強(qiáng)了：但另一方面又擔(dān)心學(xué)生對(duì)書本知識(shí)的掌握不如以前的學(xué)生牢固。這實(shí)質(zhì)上是對(duì)考試的擔(dān)心。試想，如果考試命題仍然是用考記憶來考基礎(chǔ)的話，實(shí)際體驗(yàn)的豐富、思維變活、能力變強(qiáng)又有何用武之地呢？當(dāng)然，從更深層的意義上，我們也要充分地意識(shí)到：科學(xué)教學(xué)中為學(xué)生提供實(shí)踐體驗(yàn)的機(jī)會(huì)只是手段并不是目的。因?yàn)榻?jīng)驗(yàn)不等于科學(xué)，經(jīng)驗(yàn)要上升為科學(xué)的知識(shí)還需要進(jìn)一步的認(rèn)知過程。前述的學(xué)生能答對(duì)例2，但可能對(duì)溶液的定義答不上來或答不完整，就是屬于這種情況。但這絕不能成為考試應(yīng)退回到考記憶書本知識(shí)的理由！因?yàn)閺膶W(xué)生終身發(fā)展的角度看，基于學(xué)生實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的科學(xué)教育至少會(huì)在學(xué)生離開學(xué)校后仍留下一些有價(jià)值的東西，而不會(huì)是考過即忘，留下的只是對(duì)學(xué)習(xí)經(jīng)歷的負(fù)面印象?？荚噾?yīng)該堅(jiān)定不移地引導(dǎo)教學(xué)朝著更全面地實(shí)現(xiàn)新課程三維一體目標(biāo)的方向前進(jìn)。

考科學(xué)方法不等于考其名稱和操作程序

按照一般教育心理學(xué)的分類，技能可分為操作技能和智力技能。由于操作技能很難通過紙筆型考試進(jìn)行測(cè)評(píng)，因此紙筆型考試主要考查的是基本的智力技能。對(duì)于科學(xué)學(xué)科來說，什么是要考查的基本的智力技能呢？對(duì)此問題，已有的研究還遠(yuǎn)沒有達(dá)到能給予明確回答的程度。在實(shí)踐方面，近年來隨著素質(zhì)教育思想的貫徹，各地開始重視對(duì)科學(xué)方法的考查。由于科學(xué)方法的運(yùn)用無疑包含著智力技能，因此通過對(duì)基本科學(xué)方法的考查來考查基本技能顯然是一條合理的途徑，也反映了人們對(duì)基本技能理解的深化。

然而，有些考查科學(xué)方法的試題是否真的考查了科學(xué)方法呢？

例3將人體按功能分解成八個(gè)系統(tǒng)來研究，這種研究方法是

A.分析法

B.綜合法

C.歸納法

D.調(diào)查法

答案：A

例4下面是四位同學(xué)對(duì)所學(xué)部分物理知識(shí)總結(jié)的連線情況，其中完全正確的是

A.③④

B.②④

C.①②

D.①④

①研究內(nèi)容與用到的方法

影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素實(shí)驗(yàn)觀察法

平面鏡成像的特點(diǎn)等效法

同一直線上二力的合成控制變量法

②、③、④（略）

答案：（略）

上面兩題有一個(gè)共同的特征，就是在脫離具體情境的情況下讓學(xué)生來指認(rèn)科學(xué)方法?？茖W(xué)方法貴在運(yùn)用而不是死記它的名稱。在具體情境中，學(xué)生也許會(huì)使用某種方法來解決問題，卻不一定能說出這種方法的名稱：相反，能說出方法的名稱，也不一定就會(huì)使用這種方法。看學(xué)生有沒有掌握一種方法，不只是看他能否說出它的名稱，關(guān)鍵要看碰到實(shí)際問題時(shí)，能不能使用它。把“活”的方法當(dāng)成“死”的知識(shí)考，與前述的考知識(shí)的簡單記憶又有什么兩樣呢？同樣，下面這道試題被冠以了科學(xué)探究之名，實(shí)際上考查的也不過是關(guān)于科學(xué)方法的某些名詞而已。

例5請(qǐng)以“探究種子的成分”為例，回答探究性實(shí)驗(yàn)的一般步驟為：

（1）做出假設(shè)。你在該實(shí)驗(yàn)中做出的假設(shè)是_____。

（2）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證_____是否成立。

（3）完成實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中當(dāng)取一粒浸軟的小麥種子，穿到鐵絲上，放到火上燒時(shí)，會(huì)看到種子能夠燃燒并變成炭，說明種子中含有_____。最后不能燃燒的物質(zhì)是_____。

（4）根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出_____。

答案：

（1）種子中含有水分、無機(jī)鹽、淀粉、蛋白質(zhì)和脂肪

（2）假設(shè)

（3）有機(jī)物無機(jī)鹽（無機(jī)物）

（4）科學(xué)結(jié)論

科學(xué)探究是一項(xiàng)復(fù)雜的活動(dòng)，各個(gè)階段的活動(dòng)按其方法的特征可以分為提出問題、做出猜想或假設(shè)……等等。例5中第（2）和第（4）問考的是這樣的方法的名稱，這就是典型的把科學(xué)探究方法當(dāng)成名詞來考查。學(xué)生記住這些方法的名稱就真的會(huì)用嗎？

不可否認(rèn)，讓學(xué)生了解科學(xué)實(shí)驗(yàn)的一般步驟是必要的，但要注意避免把它變成教條的東西和僵化的程序。我們認(rèn)為，教學(xué)和考查更應(yīng)該關(guān)注學(xué)生在具體情境下，如何設(shè)計(jì)、實(shí)施這些步驟來完成探究的過程，這遠(yuǎn)比讓學(xué)生去記憶一些名稱，揣摩幾個(gè)機(jī)械的程序更有意義。相比較而言，下面的一道題考科學(xué)方法的思路就明顯不同。

例6在甲、乙、丙、丁四個(gè)培養(yǎng)皿內(nèi)分別放等量的棉花，再將相同數(shù)量的豌豆種子放在上面，在不同條件下進(jìn)行培養(yǎng)。數(shù)日后記錄發(fā)芽情況如下表：

（1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)可得出種子發(fā)芽所需要的條件是____。若繼續(xù)培養(yǎng)，幾周后幼苗生長較好的是____組。

（2）要證明“黑暗對(duì)種子發(fā)芽是否有影響”，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，上可選用____作為實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組。

（3）把萌芽的豌豆種子種植后，會(huì)長成一棵新的豌豆植株，即所謂“種瓜得瓜，種豆得豆”。生物這種性狀特征的遺傳是由細(xì)胞內(nèi)的____控制。

答案：

（1）一定水分甲

（2）甲組與丙組

（3）遺傳物質(zhì)

這道題考查了控制變量法。第（2）問通過讓學(xué)生選擇實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組，將控制變量的科學(xué)方法滲透到了設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的過程中。此題提供了一種運(yùn)用方法的情境，立意于考查方法的運(yùn)用，而不是方法名稱的識(shí)別，這是它們與例3、例4、例5的最大區(qū)別。

科學(xué)方法重在運(yùn)用，它的學(xué)習(xí)和考查宜在具體的問題、具體的情境中進(jìn)行，不能把方法剝離出來，當(dāng)成抽象的名詞或機(jī)械的程序來學(xué)習(xí)或考查。

考查科學(xué)探究應(yīng)以能力為本

科學(xué)探究的考查，是新課程學(xué)業(yè)考試的又一個(gè)難點(diǎn)。前面我們已經(jīng)舉了幾個(gè)例子，說明不能將科學(xué)探究分解為生搬硬套的知識(shí)和按部就班的程序進(jìn)行考查。在科學(xué)課程與教學(xué)中實(shí)施科學(xué)探究性學(xué)習(xí)，核心價(jià)值之一就在于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力。因此，考查科學(xué)探究應(yīng)該側(cè)重于科學(xué)探究的能力。根據(jù)已有的研究和實(shí)踐，我們認(rèn)為，選擇有探究價(jià)值的科學(xué)問題設(shè)置情境，考查學(xué)生在問題解決的過程中所表現(xiàn)出的運(yùn)用知識(shí)的水平和各種探究能力，既是必要的也是現(xiàn)實(shí)可行的。

特別值得一提的是，盡管不能將科學(xué)探究分解為生搬硬套的知識(shí)和按部就班的程序來考，盡管學(xué)生在學(xué)習(xí)中應(yīng)有較完整、自然地體驗(yàn)科學(xué)探究過程的機(jī)會(huì)，對(duì)科學(xué)探究能力的考查卻可以部分地進(jìn)行，也就是說，我們可以在一道題中只是側(cè)重于考查某一方面的探究能力，而不求全面考查。特別是考慮到在大規(guī)?？荚嚽榫诚峦暾乜疾橐粋€(gè)探究過程很困難，選擇探究過程的某個(gè)部分、對(duì)某一方面的探究能力進(jìn)行考查更現(xiàn)實(shí)可行。按照這樣的思路，下面我們分別來討論研究一些案例和思路。

1.考查學(xué)生針對(duì)科學(xué)性問題提出猜想的能力。隨著對(duì)科學(xué)本質(zhì)研究的日益深入，人們?cè)絹碓秸J(rèn)識(shí)到科學(xué)猜想或假說的重要性。但在不少的理科課堂上，學(xué)生可能沒少忙碌于數(shù)據(jù)的收集，也進(jìn)行了解釋和求證的活動(dòng)，但如何根據(jù)有限的線索確定研究資料收集的方向，如何在不止一個(gè)可能合理的解釋面前做出決策呢？這些對(duì)于探究至關(guān)重要的內(nèi)容則多由教科書或教師所包辦，留給學(xué)生探究的空間很小。例如，浸入液體中的物體所受浮力的大小與其排開液體的多少是有關(guān)的，如果把物體排開的液體收集起來稱量一下，就會(huì)發(fā)現(xiàn)它的重量剛好等于浮力的大小，這樣的結(jié)果無疑可以作為著名的阿基米德定律的實(shí)驗(yàn)事實(shí)基礎(chǔ)。但是關(guān)鍵的問題是，人們一開始怎么會(huì)想到要設(shè)法去收集由于物體的浸入而被排開的那一部分液體呢？在科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過程中，這才是最?yuàn)W妙、最有魅力的一環(huán)。這種最終能得到實(shí)驗(yàn)證據(jù)支持的猜想或假說才是通向發(fā)現(xiàn)的橋梁。而在謎底揭開之前，人們能夠想到的、能夠選擇的猜想或假說肯定不止一兩個(gè)（事實(shí)上由于一個(gè)好的假說的線索往往深藏在各種現(xiàn)象的迷霧之中而常常使人與之擦肩而過）。在向科學(xué)進(jìn)軍的道路上，大多數(shù)的人和大多數(shù)的時(shí)間實(shí)際上是耗費(fèi)在那些最終沒能得到實(shí)驗(yàn)證據(jù)支持的假說上。但這就是真真切切的科學(xué)上的探究，沒有任何一位科學(xué)家會(huì)否定這種探索的價(jià)值。

因此，要實(shí)施真正的探究式學(xué)習(xí)，就不能省掉猜想或假說這一環(huán)。通過科學(xué)性問題，考查學(xué)生提出猜想的能力，能導(dǎo)向教學(xué)真正關(guān)注學(xué)生探究能力的培養(yǎng)，使學(xué)生有機(jī)會(huì)體驗(yàn)真正意義上的科學(xué)探究。《命題指導(dǎo)》中，通過兩個(gè)具體的例子提供了命制這類試題的一種思路。

例7爬墻虎是一種類似葡萄的藤本綠化植物，它可以沿著豎直的墻面向上攀附生長，并緊緊地貼附在墻面上。對(duì)于其中的原因，請(qǐng)?zhí)岢瞿愕牟孪氩⒑喴f明。

考慮到爬墻虎在豎直墻面上可以“緊緊地貼附”的事實(shí)，學(xué)生可能會(huì)猜想：（1）爬墻虎分泌某種粘性物質(zhì)將自己和墻面粘在一起：（2）也可能是它長有某種類似吸盤之類的東西，通過大氣壓的作用將自己緊緊地貼附在了墻面上;（3）還可能……只要這樣的問題情境對(duì)于學(xué)生來說是新穎的，學(xué)生就要靠自己掌握的知識(shí)（而不是有口無心的背誦）才能提出這樣的猜想。猜想（1）調(diào)用的是常識(shí)，猜想（2）雖然也可能是生活中已有的經(jīng)驗(yàn)，但要提出自己的理由，就要對(duì)大氣壓的知識(shí)有一定的理解。正是從這樣猜想的過程中，不僅可以看出學(xué)生是否正確理解和掌握了有關(guān)的知識(shí)，而且可以考查其在運(yùn)用這些知識(shí)時(shí)的思維過程，這樣的考查就具有了較強(qiáng)的過程性和開放性，不僅學(xué)生回答的結(jié)果可以多樣，還有可能是我們提供的問題本身就是尚未定論的。分辨不同猜想的優(yōu)劣，依據(jù)的是學(xué)生運(yùn)用知識(shí)的正確性、推理論證的合理性等指標(biāo)。從這個(gè)角度看，此題的不足也是明顯的，那就是在學(xué)生提出猜想的過程中，一般學(xué)生能運(yùn)用的科學(xué)知識(shí)和思維推理都很有限。而《命題指導(dǎo)》中所舉的一個(gè)有關(guān)餃子浮沉原因探究的例子，在這方面就豐富多了。

例8在煮餃子的過程中，可觀察到如下現(xiàn)象：餃子剛放入時(shí)，沉在水底，煮一段時(shí)間后，就浮了起來。餃子為什么會(huì)浮起來？請(qǐng)?zhí)岢瞿愕牟孪氩⒔o出說明。

我的猜想及根據(jù)是：_______。

還有可能的猜想及根據(jù)是：________。

思考上述的問題，關(guān)鍵性的推理是：餃子煮熟后，一般來說因吸水會(huì)變重，但原來沉底的餃子反而浮了起來，說明所受浮力增大，且浮力的增加量超過重力的增加量，而從浮力的增加可以推定餃子體積增大。這樣的推理過程，不僅要求掌握有關(guān)的知識(shí)，而且要有分析問題的清晰思路和能力。而關(guān)于餃子體積增大的原因，餃子皮、餡和餃子內(nèi)的空氣受熱膨脹，餃子內(nèi)的水蒸氣壓強(qiáng)增大都是可以提出的猜想，這可以很好地考查學(xué)生對(duì)知識(shí)掌握的質(zhì)量和思維能力的水平。

然而，作為一線的理科教師和命題人員，怎么才能找到更多更好的科學(xué)性問題呢？如果只是局限于從“中考試題集”、“試題大全”之類的題海中“淘金”，我們就可能會(huì)感到真正有意思的科學(xué)性問題實(shí)在難覓。但實(shí)際上，在科學(xué)和科學(xué)教育文獻(xiàn)中，有大量的科學(xué)性問題的討論，有些就可作為編制考查學(xué)生提出猜想能力試題的素材。下面就是一例。

“浮沉子是一個(gè)經(jīng)典的演示實(shí)驗(yàn)，有趣且引人深思。實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，找一個(gè)大的玻璃量筒或其他類似的透明容器、一個(gè)小試管或小藥瓶，先在大瓶中裝水至將滿而未滿的程度;然后將小瓶裝適量的水后倒扣（開口朝下）在大瓶的水中，小瓶中的水量需仔細(xì)調(diào)節(jié)到使之接近全部浸沒在水中的程度：最后用一塊橡皮膜繃緊蓋住大瓶瓶口并扎緊。用手下壓橡皮膜②，就可見到小瓶逐漸下沉，而一松開手，就看到小瓶轉(zhuǎn)而，上浮，現(xiàn)象頗為生動(dòng)有趣。其原理如圖2所示，當(dāng)下壓橡皮膜時(shí)，大瓶中的，上部封閉的空氣體積減小、壓強(qiáng)增大，此增大的壓強(qiáng)會(huì)在瓶內(nèi)水中傳遞，使小瓶內(nèi)水的壓強(qiáng)也相應(yīng)增大，于是原來小瓶內(nèi)被封閉的空氣將被壓縮，更多的水將進(jìn)入小瓶中，從而使小瓶的重量增大，由于小瓶所受的浮力不變，小瓶將會(huì)下沉③。同樣的道理，當(dāng)手松開使壓強(qiáng)減小時(shí)，小瓶中被封閉的空氣將膨脹，小瓶內(nèi)會(huì)有水被壓出去，從而使它的重量減小而上浮。

“這個(gè)實(shí)驗(yàn)應(yīng)該在課堂上給學(xué)生演示，因?yàn)樗鼰o論從原理到制備都不困難，而實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象卻是很吸引學(xué)生的。而以下介紹的古怪浮沉子，就更能令學(xué)生感興趣了

“取一根火柴，用細(xì)銅絲或類似的東西在火柴頭處纏繞作為配重，控制銅絲的纏繞量，使火柴放入水中后不僅可以直立，而且接近全部浸沒的狀態(tài)。然后將火柴放進(jìn)如圖1所示的容器中代替瓶中的小試管作為浮子，用如圖3所示的大塑料飲料瓶代替玻璃量簡則更簡便易行。用手?jǐn)D壓瓶體，可見到火柴下沉，松開手，火柴就又會(huì)浮上來。這又是什么原因呢？面對(duì)用這樣再簡單不過、學(xué)生再熟悉不過的器材所演示的生動(dòng)有趣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，學(xué)生沒有理由不積極地思考。于是，五花八門的錯(cuò)誤理解也被充分發(fā)掘了出來。最常見的一種錯(cuò)誤解釋就是認(rèn)為由于手的擠壓使水中壓強(qiáng)增大，火柴受到水的更大的向下的壓力而下沉。這個(gè)實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中應(yīng)用最大的好處是它可以引發(fā)學(xué)生提出多種可能的解釋，而學(xué)生提出的每一種解釋，不管是合理的還是不合理的、理由充足的還是不充足的，都是他們真正思索的結(jié)果。作為一個(gè)真正的教師，他應(yīng)該仔細(xì)地傾聽學(xué)生提出的各種想法并加以鼓勵(lì)，而不要急于充當(dāng)裁判或真理提供者的角色，即使對(duì)最不可能正確的解釋也不要急于給它下定論，更不能有意無意地加以嘲笑。特別要鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)自己的解釋再設(shè)計(jì)更進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)來研究和檢驗(yàn)。例如，對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的一種解釋是：做成火柴桿的木材是吸水的，剛剛丟入水中時(shí)，吸水也即水進(jìn)入木材的速度較快，經(jīng)過一定的時(shí)間后，吸水速度就會(huì)很慢，達(dá)到接近飽和的狀態(tài)。但是，如果水中壓強(qiáng)有變，就會(huì)改變這種接近平衡的狀態(tài)。當(dāng)壓強(qiáng)增大時(shí)，就會(huì)又開始吸水，從而使火柴重量增加;反之在壓強(qiáng)減小時(shí)，原來被吸入的水又會(huì)排出，使火柴重量減小。由于火柴所受浮力不變，這樣壓強(qiáng)變化導(dǎo)致的重量改變將使火柴產(chǎn)生沉浮變化。與從火柴桿外附的氣泡受到壓強(qiáng)體積發(fā)生變化的角度分析一樣，這種解釋雖然不無道理，但要使人信服卻并不容易。如果我們進(jìn)一步假設(shè)這個(gè)解釋合理的話，用一種不吸水的材料代替火柴桿就不會(huì)有前述的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。簡單的辦法就是使用蠟桿火柴或在木制火柴桿上熔裹一層蠟。用這樣的材料實(shí)驗(yàn)，在一般加壓的情況下，就不會(huì)再影響火柴桿的沉浮。

“當(dāng)一個(gè)問題被提出后，抓住事實(shí)的線索，應(yīng)用已有的理論知識(shí)，對(duì)現(xiàn)象背后的原因進(jìn)行合乎邏輯和事實(shí)的假設(shè)，然后再據(jù)此設(shè)計(jì)進(jìn)一步的探索方案，以尋找支持或否定所做假設(shè)的新的證據(jù)……這樣的研究和解決問題的方法，無論是在科學(xué)研究還是解決我們面臨的其他問題中，都是最基本的科學(xué)思維方法。我們的教學(xué)所教的應(yīng)是科學(xué)的，對(duì)此，我們很自然地要加以關(guān)注：但是對(duì)于我們教科學(xué)的方法是否科學(xué)，對(duì)于我們的學(xué)生學(xué)科學(xué)的方法是否科學(xué)，我們是否也給予了足夠的關(guān)注呢？”④

2.考查學(xué)生設(shè)計(jì)和實(shí)施科學(xué)實(shí)驗(yàn)的能力。

為了驗(yàn)證猜想，需要通過觀察收集信息，通過測(cè)量獲取數(shù)據(jù)：而觀察和測(cè)量也可以單靠感官、單靠估測(cè)，但那是經(jīng)驗(yàn)，不一定科學(xué)?？茖W(xué)的觀察和測(cè)量就要使用科學(xué)的手段和工具，就要設(shè)計(jì)和實(shí)施科學(xué)實(shí)驗(yàn)，這也是科學(xué)探究有別于其他一般探究的一個(gè)重要方面?！睹}指導(dǎo)》中，舉了一個(gè)具體的例子，說明如何從一個(gè)側(cè)面考查學(xué)生設(shè)計(jì)和實(shí)施科學(xué)實(shí)驗(yàn)的能力。

例9幾個(gè)同學(xué)爬桿比賽時(shí)，要比較誰的功率大，分別需要哪些測(cè)量儀器和測(cè)出哪些物理量？

答案及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：本題有多種答案，只要合理均得分。幾種可能的答案如下：

（1）用體重計(jì)測(cè)體重，用秒表測(cè)時(shí)間，用長桿和卷尺測(cè)高度。

（2）用體重計(jì)測(cè)體重，用秒表測(cè)時(shí)間。（要求比賽的同學(xué)都爬到同一高度。）

（3）用體重計(jì)測(cè)體重，用長桿和卷尺測(cè)高度（要求比賽的同學(xué)在幾條桿上同時(shí)開始，同時(shí)停止。）

要設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)來測(cè)量人爬桿時(shí)的功率，首先就要建立一個(gè)科學(xué)模型，高度抽象、概括地描述人爬桿時(shí)的物理狀態(tài)。有了正確的模型，爬桿人的體重、爬桿的高度和時(shí)間是三個(gè)必須考慮的因素。常規(guī)的方法是像答案（1）那樣分別去測(cè)量三個(gè)量，而用控制變量的思想（保持同樣的高度或用同樣的時(shí)間），就可以在時(shí)間和高度這兩個(gè)量中少測(cè)一個(gè)（作為試題，這樣的設(shè)計(jì)應(yīng)該得分最高）。因此，這樣的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)試題，雖然并不復(fù)雜，但卻考查了學(xué)生建立科學(xué)模型和正確應(yīng)用控制變量的方法解決問題的能力。

此外，盡管設(shè)計(jì)和實(shí)施科學(xué)實(shí)驗(yàn)的目的是為了驗(yàn)證猜想或假說，但猜想或假說本身常常不是通過直接的觀察或測(cè)量就得以驗(yàn)證的。例如，對(duì)前述的古怪浮沉子隨壓強(qiáng)增減而沉浮的現(xiàn)象，一種解釋認(rèn)為是由于木質(zhì)火柴桿吸水量的增減導(dǎo)致火柴桿重量增減所致。很顯然，這一猜想不容易通過直接的觀察或測(cè)量來驗(yàn)證。但人們可以預(yù)測(cè)，如果真是這樣的原因，用一種不吸水的材料代替火柴桿就不會(huì)有前述的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。這樣，用蠟桿火柴或在木制火柴桿上熔裹一層蠟去做實(shí)驗(yàn)，就可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果來判斷這種解釋的合理性。因此，如果設(shè)置這樣的問題情境，讓學(xué)生根據(jù)某個(gè)猜想或假說推斷相關(guān)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，就可以從另一個(gè)側(cè)面考查學(xué)生設(shè)計(jì)和實(shí)施科學(xué)實(shí)驗(yàn)的能力。

例10現(xiàn)有一種植物的種子，已經(jīng)知道它的萌發(fā)受水分、溫度和氧氣的影響，但不了解其萌發(fā)與光是否有關(guān)，某同學(xué)為了探究光照對(duì)該種子萌發(fā)有無影響，設(shè)計(jì)了以下實(shí)驗(yàn)方案：

①向培養(yǎng)皿中倒入適量的水，將等量的種子分別放入兩組培養(yǎng)皿中。

②將一組置于有光照的環(huán)境中，另一組置于黑暗環(huán)境中，在培養(yǎng)過程中，使兩組所處溫度、水分、空氣狀況適宜且相同。

問：（1）上述對(duì)照實(shí)驗(yàn)方案中，實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組相比只有一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)條件不同，其余均相同。其中起對(duì)照作用的實(shí)驗(yàn)因素是_______;

（2）若實(shí)驗(yàn)前該同學(xué)提出了“光是該種植物種子萌發(fā)的必要條件之一”的假設(shè)，則根據(jù)假設(shè)所預(yù)期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)該是：_______;

（3）若上述實(shí)驗(yàn)的實(shí)際結(jié)果是：有光照組種子萌發(fā)，無光照組種子也萌發(fā)。則請(qǐng)你根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果作出相應(yīng)的結(jié)論：_______。

答案：

（1）光照

（2）有光照組萌發(fā)，無光照組不萌發(fā)

（3）光對(duì)植物種子的萌發(fā)無影響

此例第（2）小題考查學(xué)生能不能從假設(shè)推出預(yù)期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)際上，這也是科學(xué)探究需要的一種能力。在科學(xué)探究中，常常需要首先從假設(shè)推理出可觀察的現(xiàn)象，以便設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，或與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)照。如，原子有核是無法通過直接觀察得到證實(shí)的，歷史上科學(xué)家根據(jù)原子有核這個(gè)假設(shè)，先推算出粒子經(jīng)過原子后會(huì)如何偏轉(zhuǎn)，然后做實(shí)驗(yàn)看是不是真的這樣偏轉(zhuǎn)，以此來判斷假設(shè)是否正確。

注釋：

①科學(xué)學(xué)科的有關(guān)內(nèi)容詳見：《2004年中考命題指導(dǎo)叢書綜合理科》，江蘇教育出版社，2004年3月。

②若采用大塑料飲料瓶代替玻璃量筒，可以省去橡皮膜。只要將瓶蓋旋緊，用手?jǐn)D壓瓶體即可。

③這種分析思路是將進(jìn)入小瓶中的水都看成小瓶的一部分。

④羅星凱：《中學(xué)物理疑難實(shí)驗(yàn)專題研究》，廣西師范大學(xué)出版社，1998年6月版，第120頁～123頁。