王

(青島市教育科學(xué)研究院 山東 青島 266012)

“授人以魚不如授人以漁”.科學(xué)方法是探究和學(xué)習(xí)的工具，是連接知識(shí)與能力的橋梁，方法的運(yùn)用是能力的外在表現(xiàn).青島市初中物理學(xué)科根據(jù)初中物理知識(shí)內(nèi)容和初中學(xué)生的特點(diǎn)，在長期的教學(xué)實(shí)踐中挑選了17種科學(xué)方法(包括一部分創(chuàng)造學(xué)技法)應(yīng)用到物理教學(xué)中，作為學(xué)生探究與學(xué)習(xí)的重要工具，也作為學(xué)生必須掌握的學(xué)習(xí)內(nèi)容.

在教學(xué)過程中，我們訓(xùn)練學(xué)生積極運(yùn)用這些方法解決他們遇到的物理問題，比如：探究一個(gè)問題與多個(gè)因素的關(guān)系時(shí)，運(yùn)用“控制變量法”解決問題；遇到不完美問題的時(shí)候，運(yùn)用“缺點(diǎn)列舉法”可以找出不足并加以改進(jìn)；直接研究問題比較困難時(shí)，采用“轉(zhuǎn)換法”進(jìn)行迂回解決等等.這些方法不僅可以解決物理問題，還可以解決學(xué)習(xí)和生活中更廣泛的問題，甚至可以運(yùn)用這些方法科學(xué)地指導(dǎo)今后的工作和生活，這將比學(xué)習(xí)物理知識(shí)本身更為重要.

考試是教學(xué)指揮棒.為了讓教師和學(xué)生在日常學(xué)習(xí)中對(duì)科學(xué)方法高度重視，青島市初中物理學(xué)科近20年以來，一直將科學(xué)方法考查作為日常檢測和中考的必考內(nèi)容(中考中相關(guān)分值長期占15%左右).下面談?wù)勎覀儗?duì)科學(xué)方法的考查內(nèi)容、要求和常用題型.

1 考查目的

通過考查，一方面作為教學(xué)指揮棒促進(jìn)日常科學(xué)方法教學(xué)，讓教師在授課中引導(dǎo)學(xué)生有意識(shí)地、積極地運(yùn)用科學(xué)方法去探究和學(xué)習(xí)；另一方面檢驗(yàn)學(xué)生科學(xué)方法相關(guān)知識(shí)及在實(shí)際學(xué)習(xí)中的應(yīng)用能力.

2 考查內(nèi)容及要求

在教學(xué)與檢測中，要求學(xué)生記住下面17種科學(xué)方法的名稱、常見應(yīng)用實(shí)例，并會(huì)運(yùn)用這些方法解決問題.這17種科學(xué)方法的內(nèi)容如下.

2.1 控制變量法

(1)定義

在研究一個(gè)量與多個(gè)因素關(guān)系時(shí)，將一些因素固定不變，只研究該量與一個(gè)因素的關(guān)系，從而達(dá)到簡化問題的目的.

(2)舉例

1)研究電流與電壓、電阻關(guān)系時(shí)，先將電阻固定不變，研究電流與電壓的關(guān)系；然后再將電壓固定不變，研究電流與電阻的關(guān)系.

2)研究壓力效果有關(guān)因素時(shí)，先讓受力面積不變，研究與壓力大小的關(guān)系；然后再讓壓力不變，研究與受力面積大小的關(guān)系.

2.2 轉(zhuǎn)換法

(1)定義

將看不見、摸不著、不便于研究的問題或因素，轉(zhuǎn)換成看得見、摸得著、便于研究的問題或因素.

(2)舉例

1)動(dòng)能大小無法直接測出，但我們可以通過木塊被撞出去的距離來比較動(dòng)能大小.

2)磁場看不見，撒上鐵粉，通過鐵粉的有序排列“看見”磁場并進(jìn)行研究.

2.3 放大法

(1)定義

通過放大、擴(kuò)大、變大或增大某些因素，從而使問題看得更加清楚，更容易解決.

(2)舉例

1)將帶有細(xì)玻璃管的塞子插到裝滿水的瓶口，顯示玻璃瓶的微小形變.

2)電流表通過指針將偏轉(zhuǎn)幅度放大，從而可以劃分刻度值.

2.4 換元法(替代法)

(1)定義

通過將問題中的元素進(jìn)行替換或代換，從而解決問題.

(2)舉例

1)研究平面鏡成像時(shí)，用玻璃板代替平面鏡進(jìn)行研究.

2)研究大氣壓的測量時(shí)，用水銀柱代替水柱，測出了大氣壓的值.

2.5 等效法

(1)定義

兩種事物在某一方面上的效果完全一樣，因此在解決這一方面問題時(shí)就可以完全相互替代.可以認(rèn)為這是一種特殊的替代法.

(2)舉例

1)為了讓手暖和，在沒有熱水袋的情況下，可以雙手互搓，達(dá)到完全相同的效果.

2)用兩個(gè)5 Ω的電阻串聯(lián)，去當(dāng)做一個(gè)10 Ω電阻用，達(dá)到相同的效果.

2.6 分類法

(1)定義

將許多事物根據(jù)一定的規(guī)則進(jìn)行分組，以便更好地搞清事物之間的關(guān)系.

(2)舉例

1)將汽化現(xiàn)象按照發(fā)生地點(diǎn)和劇烈程度，分為蒸發(fā)、沸騰兩類.

2)將電路根據(jù)連接情況，分為串聯(lián)、并聯(lián)電路兩種.

2.7 比較法

(1)定義

找到兩種事物的相同點(diǎn)、不同點(diǎn)，進(jìn)一步理解知識(shí)，發(fā)現(xiàn)隱含的規(guī)律.

(2)舉例

1)比較蒸發(fā)和沸騰的異同點(diǎn).

2)比較定值電阻和小燈泡電阻測量中的異同點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)了電阻與溫度的關(guān)系.

2.8 類比法

(1)定義

由兩種事物的一部分相似之處，推測其他部分也可能相似.

(2)舉例

1)研究功率時(shí)，想到功率表示做功快慢、速度表示運(yùn)動(dòng)快慢這一相似性，推測功率在定義、定義式、單位等方面也可能與速度相似，從而迅速建構(gòu)出功率這一物理量.

2)研究船閘時(shí)，想到船閘的作用是讓船升降，而升降機(jī)的作用是讓人和物升降，通過這一相似性，聯(lián)想如何實(shí)現(xiàn)的方法，由此建構(gòu)出船閘的結(jié)構(gòu).

2.9 擬人類比法

(1)定義

擬人類比又稱“親身類比”或“角色扮演”.在解決問題時(shí)，讓學(xué)生設(shè)想自己變成了問題中的某些事物，從而去設(shè)身處地、親臨其境地感受問題的本質(zhì)，解決問題.是一種特殊的類比法.

(2)舉例

1)在研究分子熱運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以讓學(xué)生設(shè)想自己就是一個(gè)個(gè)的分子.

2)在研究電流時(shí)，讓學(xué)生想象自己就是一個(gè)個(gè)移動(dòng)的電荷，如何在電路中運(yùn)動(dòng).

2.10 模型法

(1)定義

將研究的問題在抓住要點(diǎn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行簡化、抽象，建立模型，運(yùn)用模型去更方便地研究問題.

(2)舉例

1)為研究光現(xiàn)象，引入“光線”這一模型.

2)為了方便地表示力，引入了力的示意圖.

2.11 等價(jià)變換法

(1)定義

把有關(guān)知識(shí)的數(shù)據(jù)、形象、動(dòng)作、符號(hào)、公式、實(shí)例、文字?jǐn)⑹龅雀鞣N不同的信息形式，進(jìn)行自由地互相變換.

(2)舉例

1)在研究壓強(qiáng)時(shí)，將壓強(qiáng)定義式變換為定義的文字?jǐn)⑹?，或相?

2)在研究水沸騰的實(shí)驗(yàn)中，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)變換成圖像，從而更容易發(fā)現(xiàn)規(guī)律.

2.12 逆向思考法

(1)定義

從研究問題的相反方向思考，從而受到啟發(fā)或得出結(jié)論.

(2)舉例

1)由“電能生磁”，引導(dǎo)學(xué)生反過來想一想，“磁能否生電？”

2)在研究光的反射過程中，將激光手電沿著反射光線的反方向進(jìn)行照射，發(fā)現(xiàn)了光路可逆現(xiàn)象.

2.13 缺點(diǎn)列舉法

(1)定義

以挑剔的眼光去看待被研究的問題，找到它的缺點(diǎn)或不完美之處，然后針對(duì)這些缺點(diǎn)或不完美之處找到改進(jìn)的辦法.

(2)舉例

1)在研究了“彈簧測力計(jì)”之后，對(duì)彈簧測力計(jì)進(jìn)行改進(jìn).

首先，讓學(xué)生找出普通彈簧測力計(jì)的缺點(diǎn)，如：不能記憶數(shù)據(jù)(一旦指針回零，就不能再顯示剛才的數(shù)據(jù))；不能在暗處讀數(shù)；不能測壓力.

然后，讓學(xué)生合作學(xué)習(xí)、分組討論、頭腦風(fēng)暴，就可能解決上述問題，如：在指針軌道上加一可以上下活動(dòng)的類似游碼的塑料泡沫片；加一個(gè)小燈泡電路；將彈簧測力計(jì)頂部打開，接入一受力裝置與指針和彈簧連接.

2)先讓學(xué)生自由測量物體的溫度，然后對(duì)實(shí)驗(yàn)情境進(jìn)行缺點(diǎn)列舉，改進(jìn)，最終形成了溫度計(jì)使用規(guī)則.

2.14 缺點(diǎn)利用法

(1)定義

針對(duì)研究內(nèi)容中的缺點(diǎn)和不足，將錯(cuò)就錯(cuò)、變害為利、變廢為寶，找到知識(shí)的應(yīng)用途徑.

(2)舉例

1)重力的方向豎直向下易使物體下落破碎是缺點(diǎn)，但同時(shí)也可以利用這一點(diǎn)制成打樁機(jī)、重錘，懸掛物體等等.

2)導(dǎo)體中電流過大，產(chǎn)生大量熱量而引起火災(zāi)是缺點(diǎn)，但正是據(jù)此制成了電熱器來為我們服務(wù).

2.15 組合法

(1)定義

通過不同原理、不同技術(shù)、不同方法、不同現(xiàn)象、不同器材等組合，去設(shè)計(jì)創(chuàng)造、解決問題.常用有3種組合法：主體附加法、輻集式組合法、二元坐標(biāo)組合法.

(2)舉例

1)將電流表、電壓表組合使用，去測量電阻.

2)將凸透鏡與凹透鏡組合，形成望遠(yuǎn)鏡.

2.16 逐漸逼近法

(1)定義

在解決某些問題時(shí)，若是無法直接解決，可以讓學(xué)生設(shè)計(jì)漸進(jìn)實(shí)驗(yàn)，然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的發(fā)展趨勢和走向，進(jìn)行理想化推理，從而推出結(jié)論或規(guī)律.

(2)舉例

1)在研究“牛頓第一定律”時(shí)，由于無法找到物體不受力的環(huán)境，因此可以讓學(xué)生設(shè)計(jì)阻力逐漸減小的3個(gè)斜面實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得出“阻力越小，速度變化越慢”，最終進(jìn)行理想化推理，得到“當(dāng)阻力為零時(shí)物體做勻速直線運(yùn)動(dòng)”的結(jié)論.

2)在研究“真空能否傳聲”時(shí)，由于真空無法獲得，因此設(shè)計(jì)空氣越來越稀薄的“真空鈴實(shí)驗(yàn)”，通過聽到的聲音越來越小，再進(jìn)行理想化推理，得出“真空不傳聲”的結(jié)論.

2.17 反證法

(1)定義

在解決某些問題時(shí)，若正向證明該問題的存在有困難，可以讓學(xué)生反向設(shè)計(jì)證明該問題不存在的實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)情境，反推出原來問題的存在.

(2)舉例

1)在研究“二力平衡條件”時(shí)，直接證明二力平衡必須在同一物體上很困難，可以設(shè)計(jì)一個(gè)可分離為兩半的物體，當(dāng)將該物體分為兩個(gè)物體后，發(fā)現(xiàn)二力不平衡了，從而說明了一對(duì)平衡力必須作用在同一個(gè)物體上.

2)在研究光的反射中“三線共面”時(shí)，直接證明三線共面似乎力度不夠，可以設(shè)計(jì)平面可彎折的實(shí)驗(yàn)，從而反向說明若是不共面就不會(huì)同時(shí)看到這3條線，由此反推出三線共面的結(jié)論.

3 考查形式及典型題例

青島市初中物理學(xué)科對(duì)科學(xué)方法的考查，主要有如下3種遞進(jìn)形式：選擇題、回顧實(shí)驗(yàn)探究題、在新問題情境中的應(yīng)用題.前兩種都是學(xué)過的舊問題情境，主要考查科學(xué)方法的有關(guān)知識(shí)；第3種是未學(xué)過的新問題情境，主要考查運(yùn)用科學(xué)方法的能力.

3.1 選擇題

(1)考查內(nèi)容

通過選擇題，考查學(xué)生對(duì)科學(xué)方法的概念及常見實(shí)例的掌握情況.

(2)典型題例(下面的所有題例，均直接采用或改編自青島市歷年中考或模擬試題)

【例1】下列運(yùn)用科學(xué)方法的實(shí)例中，屬于“缺點(diǎn)利用法”的是( )

A.將受平衡力的物體轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度發(fā)現(xiàn)不再平衡，說明平衡力必須作用在同一直線上

B.將材料按導(dǎo)電性能分為導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體

C.用被彈簧連著的小球演示分子間作用力

D.噪聲對(duì)人體有危害，但可以利用噪聲清除雜草

答案：D.

說明：選項(xiàng)A為反證法，選項(xiàng)B為分類法，選項(xiàng)C為模型法.

【例2】下列運(yùn)用科學(xué)方法的實(shí)例中，說法正確的是( )

A.根據(jù)增大摩擦的方法想到減小摩擦的方法，這是運(yùn)用了逆向思考法

B.為了研究磁場引入磁感線，這是運(yùn)用了模型法

C.制作滑動(dòng)變阻器時(shí)，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)線太長而采取纏繞方式，這是運(yùn)用了缺點(diǎn)列舉法

D.將光的反射分為鏡面反射和漫反射，這是運(yùn)用了比較法

答案：A，B，C.

說明：選項(xiàng)D應(yīng)為分類法.

3.2 回顧實(shí)驗(yàn)探究題(學(xué)過的實(shí)驗(yàn)探究過程)

(1)考查內(nèi)容

以學(xué)生在初中學(xué)習(xí)和經(jīng)歷過的重要實(shí)驗(yàn)和探究過程為情境(青島市試題是以探究報(bào)告的表格形式呈現(xiàn))，考查學(xué)生的科學(xué)方法運(yùn)用能力.

(2)典型題例

【例3】以“探究牛頓第一定律”實(shí)驗(yàn)為例，展示回顧實(shí)驗(yàn)探究題中科學(xué)方法的應(yīng)用，如表1所示.

表1 探究牛頓第一定律

【例4】以“探究液體壓強(qiáng)規(guī)律”為例，展示回顧實(shí)驗(yàn)題中科學(xué)方法的運(yùn)用，如表2所示.

表2 探究液體壓強(qiáng)規(guī)律

3.3 在新問題情境中的應(yīng)用題

設(shè)置新的問題情境(學(xué)生沒有經(jīng)歷和學(xué)習(xí)過的)，考查學(xué)生在新情境中運(yùn)用科學(xué)方法的能力.在新情境中考查科學(xué)方法，又可以分為3種類型：理解能力、探究能力、創(chuàng)造能力.

(1)考查學(xué)生在新情境中對(duì)科學(xué)方法的理解能力

1)考查內(nèi)容

設(shè)置新知識(shí)的探究過程，判斷和感悟該過程所運(yùn)用的科學(xué)方法.

2)典型題例

【例5】研究氣體分子對(duì)器壁的壓強(qiáng).

如圖1所示，將托盤天平的左盤倒扣在支架上.調(diào)節(jié)天平平衡后，將一袋綠豆均勻地、源源不斷地從同一高處撒到左盤上，發(fā)現(xiàn)天平指針偏轉(zhuǎn)并保持一定角度，說明左盤受到一個(gè)持續(xù)的壓力.

圖1 綠豆實(shí)驗(yàn)

容器中氣體分子碰撞器壁的現(xiàn)象與上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象十分相似.我們可以將一個(gè)個(gè)氣體分子當(dāng)做一個(gè)個(gè)小球，可見，容器中大量氣體分子不斷碰撞器壁時(shí)也會(huì)對(duì)器壁產(chǎn)生一個(gè)持續(xù)的壓力，而單位面積上所受的壓力就是氣體分子對(duì)器壁的壓強(qiáng).

上述過程中運(yùn)用的科學(xué)方法主要有類比法、模型法、轉(zhuǎn)換法、放大法.

說明：通過綠豆實(shí)驗(yàn)來說明氣體壓強(qiáng)，這是運(yùn)用了類比法；將分子看成小球去研究，這是運(yùn)用了模型法；通過天平指針偏轉(zhuǎn)來說明，這是運(yùn)用了轉(zhuǎn)換法和放大法.

(2)考查學(xué)生在探究新問題中對(duì)科學(xué)方法的實(shí)際應(yīng)用能力

1)考查內(nèi)容

該探究能力分為3類：運(yùn)用科學(xué)方法設(shè)計(jì)探究方案的能力、探究新知識(shí)的能力、建構(gòu)新概念的能力.

第1類：運(yùn)用科學(xué)方法設(shè)計(jì)探究方案的能力.提出一個(gè)學(xué)生沒有探究過的新問題，讓學(xué)生運(yùn)用科學(xué)方法去設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)方案.

第2類：運(yùn)用科學(xué)方法探究新知識(shí)的能力.讓學(xué)生運(yùn)用科學(xué)方法，閱讀自學(xué)一段未學(xué)過的新知識(shí)，學(xué)生收集信息，歸納得出一個(gè)新結(jié)論或新公式，并對(duì)新公式進(jìn)行應(yīng)用(包括圖像判斷、解釋現(xiàn)象、相關(guān)計(jì)算).

第3類：運(yùn)用科學(xué)方法建構(gòu)新概念的能力.通過收集有關(guān)資料，運(yùn)用科學(xué)方法，建構(gòu)新的物理概念.

2)典型題例

第1類：運(yùn)用科學(xué)方法設(shè)計(jì)探究方案的能力

【例6】現(xiàn)在有同學(xué)提出，要探究“壓力作用效果與物體密度的關(guān)系”.請(qǐng)你幫他完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案.

具體設(shè)計(jì)方案如表3所示.

表3 探究“壓力作用效果與物體密度的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

說明：此題中所提出的“壓力作用效果與物體密度的關(guān)系”，是一個(gè)學(xué)生沒有探究過的新問題.通過讓學(xué)生設(shè)計(jì)探究方案，考查了學(xué)生實(shí)際運(yùn)用“控制變量法”“轉(zhuǎn)換法”“比較法”的能力.

控制變量法的運(yùn)用：在設(shè)計(jì)中，學(xué)生首先要根據(jù)所學(xué)的壓力作用效果的有關(guān)因素，控制住壓力大小、受力面積大小這兩個(gè)變量，為此需要找到質(zhì)量、底面積相同的銅圓柱體、鐵圓柱體、鋁圓柱體.另外，還要盡可能使其他因素都一樣(如用同一塊海綿等)，從而減少無關(guān)變量.

轉(zhuǎn)換法的運(yùn)用：由于沒有可以直接測量壓力作用效果大小的儀器，因此轉(zhuǎn)換為測量海綿下陷的深度.

比較法的運(yùn)用：為了探究壓力作用效果與物體密度的關(guān)系，需要比較多組數(shù)據(jù)，因此設(shè)計(jì)上述表格進(jìn)行比較，最終可以得出結(jié)論.

第2類：運(yùn)用科學(xué)方法探究新知識(shí)的能力.

【例7】研究魚缸側(cè)壁所受的壓力.

由于液體內(nèi)部有壓強(qiáng)，當(dāng)魚缸中盛入液體后，魚缸側(cè)壁就會(huì)受到液體的壓力.魚缸側(cè)壁所受的液體的壓力跟什么因素有關(guān)呢？表4是在魚缸中盛入不同的液體進(jìn)行研究得到的一些數(shù)據(jù)[其中ρ為液體密度，L為側(cè)壁長度，H為液體深度，F(xiàn)為側(cè)壁所受壓力，如圖2(a)所示].請(qǐng)你填空回答如下問題：

表4 魚缸中盛入不同液體時(shí)得到的數(shù)據(jù)

圖2 魚缸的相關(guān)數(shù)據(jù)及F-L關(guān)系圖像

a.通過探究，可以得到公式：F=k，其中k=(填上數(shù)值和單位).剛才將數(shù)據(jù)表格形式變成公式形式，這里運(yùn)用的科學(xué)方法是法.

b.在一個(gè)魚缸中分別盛入相同深度的海水和淡水，對(duì)魚缸側(cè)壁的壓力大.

c.在不同的游泳池中注入相同深度的水，游泳池側(cè)壁所受的壓力與側(cè)壁長度的關(guān)系可以用圖2(b)中的圖線表示.

d.如圖3所示，攔河大壩的長度L為30 m，若大壩能夠承受的最大壓力F為6×107N，則水深H不能超過m.

圖3 攔河大壩示意圖

答案：ρLH2，5 N/kg，等價(jià)變換；海水；a；20.

說明：此題讓學(xué)生通過閱讀自學(xué)“魚缸側(cè)壁所受的壓力”的實(shí)驗(yàn)過程，收集數(shù)據(jù)信息，歸納得出未學(xué)過的側(cè)壁壓力公式，并對(duì)這個(gè)新公式進(jìn)行應(yīng)用.這個(gè)過程中考查了學(xué)生運(yùn)用“控制變量法”“等價(jià)變換法”的能力.

控制變量法的應(yīng)用：通過表格中的數(shù)據(jù)，運(yùn)用控制變量法，分別研究因變量與各個(gè)自變量的關(guān)系，最終進(jìn)行歸納得出公式.

等價(jià)變換法的應(yīng)用：將表格數(shù)據(jù)變成公式，由公式判斷圖像，這是在同一個(gè)知識(shí)的多種不同表現(xiàn)形式之間進(jìn)行變換，考查了學(xué)生靈活運(yùn)用信息的能力.

第3類：運(yùn)用科學(xué)方法建構(gòu)新概念的能力.

【例8】建構(gòu)一個(gè)新物理量.

如圖4所示，選擇規(guī)定的淬火鋼球，給它加載壓力F，將它壓到被測試的材料表面，保持規(guī)定的時(shí)間后卸載壓力，就會(huì)在材料表面留下凹形壓痕.如果用S凹表示凹形壓痕的面積，用H表示材料的硬度，某次實(shí)驗(yàn)中對(duì)一些材料的測試數(shù)據(jù)如表5所示.

圖4 用淬火鋼球壓被試材料

表5 不同被試材料、不同壓力對(duì)應(yīng)的凹形壓痕面積

請(qǐng)你類比“壓強(qiáng)”這個(gè)物理量的建構(gòu)過程，建構(gòu)一個(gè)表示材料軟硬程度的物理量——硬度(H).請(qǐng)寫出該物理量的定義、定義式、單位.材料d的硬度為.a，b，c，d 4種材料的F-S凹圖像如圖5所示，其中表示材料d硬度的圖線是.

圖5 F-S凹圖像

說明：在上述新物理量建構(gòu)過程中，學(xué)生運(yùn)用了類比法、控制變量法、比較法、轉(zhuǎn)換法等多種科學(xué)研究方法.在判斷圖像問題中，運(yùn)用了等價(jià)變換法、比較法、控制變量法等科學(xué)方法.

(3)考查學(xué)生在問題解決(創(chuàng)造)過程中對(duì)科學(xué)方法的實(shí)際應(yīng)用能力

1)考查內(nèi)容

該創(chuàng)造能力分為兩類：運(yùn)用給定的科學(xué)方法進(jìn)行創(chuàng)造設(shè)計(jì)的能力、進(jìn)行自由創(chuàng)造設(shè)計(jì)的能力.

第1類：運(yùn)用給定的科學(xué)方法進(jìn)行創(chuàng)造設(shè)計(jì)的能力.給定一個(gè)或多個(gè)科學(xué)方法，讓學(xué)生運(yùn)用該方法去解決問題.

第2類：進(jìn)行自由創(chuàng)造設(shè)計(jì)的能力.給出要解決的問題，讓學(xué)生自由、綜合運(yùn)用各種科學(xué)方法去解決.

2)典型題例

第1類：運(yùn)用給定的科學(xué)方法進(jìn)行創(chuàng)造設(shè)計(jì)的能力.

【例9】請(qǐng)你運(yùn)用“缺點(diǎn)列舉法”和“組合法”解決下列問題.

現(xiàn)在，要到野外進(jìn)行生存體驗(yàn)，給你一把學(xué)生用的塑料刻度尺，請(qǐng)你找到它的3個(gè)不足之處，并進(jìn)行一一改進(jìn)，將其變成一把多功能刻度尺.

針對(duì)野外作業(yè)的特點(diǎn)，學(xué)生找到如下缺點(diǎn)：不能測量曲面、曲線；不能夜晚測量；老人眼花不宜看清刻度……

根據(jù)上述缺點(diǎn)，一一找到改進(jìn)辦法：在刻度尺上固定一根線繩的一端，屆時(shí)可以先用線繩測量曲面、曲線，然后再將其沿刻度尺拉直即可讀數(shù)；在刻度尺上安裝一個(gè)小燈泡電路，夜晚就可以繼續(xù)測量；在刻度尺上安裝一個(gè)可以滑動(dòng)的凸透鏡，屆時(shí)老人也可以看清讀數(shù)……

說明：上述題目的解決過程中，整體過程運(yùn)用了“缺點(diǎn)列舉法”，去尋找缺點(diǎn)和不足，然后進(jìn)行一一改進(jìn).在改進(jìn)過程中，主要運(yùn)用了“組合法”，通過刻度尺與其他物品的組合，解決和改進(jìn)問題.

第2類：進(jìn)行自由創(chuàng)造設(shè)計(jì)的能力.

【例10】問題解決——測量手鐲的密度.

有一只手鐲，想知道它的密度.現(xiàn)在給你一個(gè)水槽和足量的水、細(xì)線、刻度尺、一個(gè)正方體木塊.請(qǐng)你推導(dǎo)出測量手鐲密度的數(shù)學(xué)表達(dá)式，并說明測量步驟.(請(qǐng)你配圖說明)

思路：

F浮=ρ水gV排→V排=S(h2-h1)

推導(dǎo)過程：

測量步驟：

第1步：將木塊放入水槽中，用刻度尺測出它的下表面到水面的距離h1，如圖6(a)所示.

第2步：將手鐲放在木塊上，用刻度尺測出它的下表面到水面的距離h2，如圖6(b)所示.

第3步：用細(xì)線將手鐲系在木塊下方，然后放入水中，用刻度尺測出它的下表面到水面的距離h3，如圖6(c)所示.

圖6 測量手鐲的密度步驟示意圖