時間：2022-12-20 07:17:34
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二、換位思考，設(shè)計(jì)問題
現(xiàn)代教育學(xué)認(rèn)為，學(xué)生在學(xué)習(xí)某一知識之前，頭腦里并不是一片空白，他們通過日常生活的各種渠道和途徑，在無意中形成了對某些事物特定的看法和思維方式，且在頭腦中沉淀下來．這些看法和思維與正確的科學(xué)概念并無沖突，但有時與正確的科學(xué)概念和思維方式大相徑庭．由于在學(xué)生頭腦中已有一些前概念的內(nèi)容，教師應(yīng)該在準(zhǔn)備教案時，從學(xué)生的角度去分析形成前概念的原因，錯誤之處，再將正確的概念加以適時呈現(xiàn)，可通過提出幾個問題去解釋、疏通，從而使學(xué)生形成正確的概念認(rèn)識．例如，學(xué)生認(rèn)為合金就是幾種不同金屬的混合物，而事實(shí)上合金不僅是金屬與金屬的混合物，甚至還可以是金屬與非金屬的混合物．這時，教師可以提出問題:合金是不是由金屬混合而成的?將大多數(shù)學(xué)生的認(rèn)識在課堂上討論．在討論中發(fā)現(xiàn)還有其他可能時，學(xué)生會有一種強(qiáng)烈的求知心理迫使自己找出正確答案．此時學(xué)生容易接受新的、正確的化學(xué)概念．通過表格列出幾種常見合金的名稱、組成、性能、用途．展示時，發(fā)現(xiàn)生鐵和鋼中有碳這種非金屬的成分，自然而然偽概念被否定，正確的概念浮出水面．
三、理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)合，設(shè)計(jì)問題
當(dāng)問題用語言無法解釋清楚時，教師還有一種最好的工具———實(shí)驗(yàn)．通過實(shí)實(shí)在在的現(xiàn)象，將抽象的、不易理解的知識具體化、真實(shí)化．當(dāng)學(xué)生形成“鹽”的正確概念時，教師是利用中和反應(yīng)引出鹽這類物質(zhì)．學(xué)生對鹽的認(rèn)識是酸、堿反應(yīng)后的一種生成物．酸為酸性、堿為堿性，而鹽呢?這個問題提出后，學(xué)生根據(jù)對NaCl的認(rèn)識類推鹽應(yīng)該為中性．實(shí)驗(yàn)室的藥品，學(xué)生無法用品嘗來判斷，但可通過酸堿指示劑來判斷．教師提供的鹽，既是常用的，又要具有代表性．通過分組實(shí)驗(yàn)，觀察記錄現(xiàn)象，交流討論后，總結(jié)出答案．整個過程在糾正錯誤觀念之余，培養(yǎng)了學(xué)生的合作精神和動手能力，符合新課標(biāo)下對學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ囊螅?/p>
四、知識遷移，設(shè)計(jì)問題
例1在水中加入等物質(zhì)的量的AgNO3、Ba（NO3）2、NaCl、K2SO4，混合均勻，取一定量的該溶液用惰性電極電解，片刻后在兩個極區(qū)的氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物的質(zhì)量比為（）
(A) 35．5∶]108 (B) 1∶]2
(C) 108∶]35．5 (D) 8∶]1
剖析：第一種想法，題中一下子給了四種物質(zhì)，把人嚇得半死，知難而退不做了；第二種想法，受選項(xiàng)(A)、(C)的誘導(dǎo)效應(yīng)，認(rèn)為NaCl有Cl-，AgNO3有Ag+，氧化產(chǎn)物Cl2，還原產(chǎn)物Ag，質(zhì)量比35．5∶]108錯選(A)；第三種想法，認(rèn)識到離子共存問題，生成BaSO4和AgCl沉淀，相當(dāng)于電解水，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)生成O2，陰極發(fā)生還原反應(yīng)生成H2，兩者分子數(shù)1∶]2，選(B)，仔細(xì)一看讓求質(zhì)量比的，一個O2分子兩個H2分子質(zhì)量比應(yīng)為
8∶]1.
答案：(D)
欣賞：其實(shí)很簡單，偽裝得很可怕，需腦筋急轉(zhuǎn)180度，電解問題轉(zhuǎn)到離子共存上，怎樣才能急轉(zhuǎn)，抓住頭腦中閃現(xiàn)的一絲怪異感去懷疑，一個選擇題這么繁雜，是不是有詐？再去打量一番題意，可能就會找到該題的“笑點(diǎn)”而頓悟.
二、瞻前顧后
例2用惰性電極電解100 mL 4 mol/L的Cu（NO3）2溶液，一段時間后，在陽極收集到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氣體1.12 L，停止電解，向電解后的溶液中加入足量的Fe粉，充分反應(yīng)后溶液中的Fe2+的濃度為（不考慮溶液體積的變化）（）
(A) 0.75 mol/L(B) 3 mol/L
(C) 4 mol/L (D) 3.75 mol/L
剖析：按照電解方程式2Cu（NO3）2+2H2O
通電 2Cu+O2+4HNO3，生成O2 1.12 L為0.05 mol，還剩Cu2+：0.1 L×4 mol/L-0.05 mol×2=0.3 mol,
Fe+Cu2+=Fe2++Cu，生成Fe2+ 0.3 mol，選（B），萬事大吉了嗎？憑感覺不大對頭，好像少了一點(diǎn)東西，仔細(xì)看，電解生成的0.2 mol HNO3也會與Fe反應(yīng)，3Fe+8HNO3（?。?3Fe（NO3）2+2NO+4H2O，還能再生成Fe
2+0.2 mol×
3 8=0.075mol，
c
(Fe2+)=
0.3 mol+0.075 mol 0.1 L
=3.75 mol/L
答案：選(D)
欣賞：思維嚴(yán)謹(jǐn)、周密、深刻是做對本題的關(guān)鍵，既要瞻前，看到Cu2+被消耗，又要顧后，生成的HNO3也不能忽視.人的注意力有限，往往顧此失彼，這里需要眼觀六路，統(tǒng)籌兼顧.
三、打破定勢
例3用足量的CO還原13.7 g某鉛的氧化物，把生成的CO2氣體全部通入過量的澄清石灰水，得到沉淀干燥后為8.0 g，則此鉛的氧化物的化學(xué)式為（ ）
(A) PbO(B) Pb2O3(C) Pb3O4(D) PbO2
剖析：遇到該題最大的煩惱在于打不開思路，用方程式寫時未知數(shù)太多，用得失電子守恒時不知道得失多少電子，把選項(xiàng)一個一個代入試誤也不是一個好的辦法，總之理不出個頭緒.如果想到用質(zhì)量守恒，將是另一番天地.CaCO3 8.0 g為0.08 mol，生成的CO2和參加反應(yīng)的CO都是0.08 mol，CO2比CO多的0.08 mol O（質(zhì)量為1.28 g），來自鉛的氧化物，很容易算出Pb的質(zhì)量為13.7 g-1.28 g=12.42 g（0.06 mol Pb），順利得出Pb：O=0.06 mol ：0.08 mol =3∶]4.
答案：選(C)
賞析：打不開思路的原因在于思維走老路，按經(jīng)常用的方法去思考的，沒有用初中學(xué)過的質(zhì)量守恒去思考.觀念一新萬兩黃金，不愿看到的問題一下子變得十分簡單.
四、看清實(shí)質(zhì)
例4SiO2和石灰石的混合物共100 g，高溫充分反應(yīng)后，生成的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下為11.2 L，100 g混合物中石灰石的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為多少？（ ）
剖析：按一般的思維分兩種情況：（1）若石灰石少量，根據(jù)方程式
SiO2+CaCO3高溫 CaSiO3+CO2
，生成0.5 mol CO2對應(yīng)的CaCO3為0.5 mol（50 g），質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%，（2）若石灰石過量，按SiO2去算，生成0.5 mol CO2對應(yīng)的SiO2為0.5 mol（30 g），CaCO3為（100-30）g=70 g，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%.自以為做得很圓滿，但在核對答案時傻眼了，還以為答案出錯了.
答案：50%
欣賞：若石灰石過量，還有一個容易被忽視的反應(yīng)，
SiO2+CaCO3高溫 CaSiO3+CO2，所以最后不會剩石灰石，實(shí)質(zhì)上CO2都是來自CaCO3，CaCO3全部生成了CO2，不管反應(yīng)物誰多誰少，n（CaCO3）= n（CO2），CaCO3就是0.5 mol，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%.為什么容易忽視CaCO3分解這一反應(yīng)呢？因?yàn)樽⒁饬Χ急恢撇ＡУ哪且粋€反應(yīng)吸引去了，這個反應(yīng)太強(qiáng)勢容易掩蔽其他反應(yīng)，造成抓住了主反應(yīng)，漏掉了次反應(yīng).
五、化整化零
例51．52 g銅鎂合金完全溶解于50 mL密度為1．40 g/mL、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為63%的濃硝酸中，得到NO2和N2O4的混合氣體1120 mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況），向反應(yīng)后的溶液中加入1．0 mol/L NaOH溶液，當(dāng)金屬離子全部沉淀時，得到2．54g沉淀.下列說法不正確的是（）
(A) 該濃硝酸中HNO3的物質(zhì)的量濃度是14．0 mol/L
(B) 該合金中銅與鎂的物質(zhì)的量之比2∶]1
(C) NO2和N2O4的混合氣體中NO2的體積分?jǐn)?shù)是80%
(D) 得到2．54 g沉淀時，加入NaOH溶液的體積是600 mL
剖析：(A)項(xiàng)
c(HNO3)=
cρ M
=1000×1.4×63%
63 mol/L=14.0 mol/L
；(B)項(xiàng)設(shè)Cu、Mg的物質(zhì)的量分別為x,y，列方程組：
64x+24y=1.52 g,98x+58y=2.54 g.
好象很難解，但解時巧用兩式相減會變得很好做，可得
x+y=0.03 mol，再解出
x=0.02 mol,y=0.01 mol,兩者比例2∶]1；(C)項(xiàng)設(shè)NO2和N2O4物質(zhì)的量分別為x和y，列方程組：
x+y=1.12 L
22.4 L/mol=0.05 mol,x+2y=2×(0.02+0.01) mol（得失電子守恒）.解得
x=0.04 mol,y=0.01 mol, NO2的體積分?jǐn)?shù)是80%.(D)項(xiàng)可算出剩余HNO3生成Cu（NO3）2和Mg（NO3）2分別為
0.02 mol和0.01 mol，共需NaOH 0.64 mol，640 mL.
答案：選(D)
欣賞：題中給了一大堆數(shù)據(jù)，頭緒繁亂，一眼看不到底，好似無法下手.這時可以把一個大問題拆解成若干個小問題，各個突破，邊走邊看，前面算出的結(jié)果很可能會做為后面的梯子，越往前走路子越寬，就會變得簡單許多.
六、緊抓靈感
例6 在水溶液中，YOn-3與S2-發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為YOn-3+3S2-+6H+=Y-+3S+3H2O，則YOn-3中Y元素的化合價和Y最外層電子數(shù)分別為（）
(A) +4、4(B) +5、5 (C) +5、7(D) +7、7
剖析：按電荷守恒可知方程式中YOn-3 帶一個負(fù)電荷，n=1，Y為+5價，可能是N元素，NO-3與H+組合起來有強(qiáng)氧化性可以氧化S2-，N原子最外層5個電子，選(B)，輕輕松松走進(jìn)了命題人設(shè)計(jì)好的圈套中.一種說不清楚的預(yù)感告訴我們，這樣選好象不對，是不是中計(jì)了，再看一次題，會突然發(fā)現(xiàn)方程式的生成物中有一種負(fù)一價的陰離子Y-，N不可能形成這樣的離子，
NO-3被還原一般生成NO、NO2等，應(yīng)是鹵素的離子Cl-、ClO3-，氯元素最外層7個電子.
答案：選(C)
欣賞：人都會有靈感，關(guān)鍵在于能否抓住，不去抓或抓不牢稍縱即逝.平時做題需多拐一道彎子，多長一個心眼，少犯一個錯誤.命題人就是“騙子”，有意設(shè)置了許多易錯點(diǎn)，去考查做題人能否識破.
七、仔細(xì)審題
例7 欲測某白醋的濃度，加水稀釋10倍后準(zhǔn)確量取該白醋20．00 mL，置于250 mL錐形瓶中，加入30 mL水，再滴加兩滴酚酞指示劑，滴定到終點(diǎn)，重復(fù)滴定兩次，平均消耗NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液V mL.求原白醋中CH3COOH的物質(zhì)的量濃度（ ）
在過去的一百年中，體育材料的選擇恰好與運(yùn)輸工業(yè)一樣表明一個顯著的進(jìn)化.從自然生成的材料，如木材、繩子、腸線及橡膠，我們逐漸發(fā)展到使用高科技金屬、聚合提及陶瓷、化合混成材料，本文中，我首先舉列說明體育器材是如何設(shè)計(jì)的。隨后我們更仔細(xì)地來看這些材料是如何影響各種絕對可量化的記錄。
一、體育器材設(shè)計(jì)
體育器材的最佳設(shè)計(jì)涉及到許多學(xué)科的知識，它不僅是為了提高成績，從避免傷害的角度來看，它也為了使器材本身更易于舒適地被使用。很明顯，這種設(shè)計(jì)緊緊圍繞著材料科學(xué)，機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)和力學(xué)原理；它還需要有解剖學(xué)、生理學(xué)及生命物理學(xué)的知識。生命物理學(xué)可以簡單地定義為關(guān)于人的身體是如何應(yīng)對內(nèi)外作用力的學(xué)科。因此，這是一種把力學(xué)及機(jī)械原理應(yīng)用到受負(fù)荷的身體中的關(guān)節(jié)，韌帶及組織上嘗試。在設(shè)計(jì)體育器材時，材料本身眾多的特征應(yīng)當(dāng)被考慮進(jìn)去，例如強(qiáng)度、延展性、密度、抗疲勞度、韌度、減震性及費(fèi)用等。
為了滿足體育器材的要求，材料的選擇往往采取數(shù)種材料混合的方式——金屬、陶瓷、混合體及混合體感念材料。通過采用富有創(chuàng)意的設(shè)計(jì)，并充分注意符合生命物理學(xué)的要求，他們被制造各種需要的器材。通過對比各自獨(dú)特的屬性，（例如，考慮到徑賽用材料的密度），可以對各種不同材料的性質(zhì)進(jìn)行充分的評估。因此，如果我們需要一種材料擁有最可能高的硬度而最可能輕的重量，我們會選擇那些特有高硬度的材料。由于密度比其他堅(jiān)硬物體少，渦狀感念材料則在此方面勝出其他單一性材料。在現(xiàn)行的復(fù)雜體育器材設(shè)計(jì)中，往往需要設(shè)定一個明確的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以便選出最佳化的材料。
二、先進(jìn)材料對體育運(yùn)動的影響
（一）賽跑
在賽跑活動中，尤其是運(yùn)動鞋很好地展示在此方面巨大的進(jìn)步。畢竟在爭論下的進(jìn)步在舒適性避免傷害上大大超過了對絕對成績的提高。1896第一屆奧運(yùn)會上當(dāng)斯皮雷登·路易斯贏得馬拉松（當(dāng)時的距離實(shí)際比現(xiàn)在稍短些）以2小時59分突破了3小時的時候，全體希臘人為之慶祝。大約100年后，奧林匹克的該項(xiàng)記錄為2小時12分36秒，提高了大約30%，這個提高中的大多數(shù)應(yīng)歸功于人類競爭能力的提高。如果我們將注意力轉(zhuǎn)向殘奧會，則完全是另外一個不同的情形。當(dāng)1896年時對需借助假肢的人們不存在奧運(yùn)會，下肢人移動尚有困難，因而從未設(shè)想?yún)⑴c田徑競爭，而且還可以比使用自己四肢的我們中的大多數(shù)人創(chuàng)造更好的成績。
（二）撐桿跳
1896年奧運(yùn)會上，用竹竿跳出了十 英尺六英寸的高度，到了20世紀(jì)60年代，經(jīng)過60年的慢慢增長，當(dāng)鋁制撐竺開始被采用時，記錄開始大幅度被大破。今天，世界級的撐桿跳選用使用一個高精度的混合物撐竿，1996年達(dá)到了19英尺·5英尺的高度
（三）自行車
自行車是一個高度有效的運(yùn)輸工具，其能量消耗低于一個正常步行者，并大大低于那些機(jī)動車輛。中國人意識到這一點(diǎn)，也就每年制造生產(chǎn)1000多萬輛。他又有大約近200年的歷史，始寸；1817年的行走器，1885年Staslegshe設(shè)計(jì)出了首輛現(xiàn)代的安全自行車。
今天，先進(jìn)的材料與空氣力學(xué)上的考慮一起大大地改進(jìn)了自行車。1989年，葛賽格·雷蒙斯贏得了環(huán)法自行車賽，這一成功得益于其把手的按式延伸部分及一個墊充管，他們增加了這一在空氣動力學(xué)上叫流線型狀的把手減少了空氣的阻力。許多方面的進(jìn)步已經(jīng)大大促進(jìn)了當(dāng)前自行車的高效發(fā)展，他們包括在輻式車輪，鏈?zhǔn)礁拍顨馓ゼ案郊ɡ畿囎?，杠桿式剎車，腳踏板）上的系列發(fā)展。不過兩個主要的進(jìn)步則體現(xiàn)在車架及車輪上。
除了強(qiáng)化碳釬維混合材料的骨架，現(xiàn)在也開始生產(chǎn)混合骨架，另外也開始生產(chǎn)混合骨架。例如強(qiáng)化碳釬維混合物與鈦一起使用。
隨著山地車不斷地增加的穩(wěn)固性，由強(qiáng)化玻璃釬維尼龍做的車輪及圓盤車輪已開始生產(chǎn)。對于圓盤車輪，適用鋁合金或強(qiáng)化碳釬維混合材料制造的圓盤代替了傳統(tǒng)車輪上的輻條。為了穩(wěn)固性及良好的側(cè)風(fēng)空氣動力性能，也發(fā)展了三輻或五輻式的車輪。
由先進(jìn)材料給自行車運(yùn)動帶來的進(jìn)步可以從奧運(yùn)會自行車追逐賽紀(jì)錄的提高得到評量。1964年Dales用了5分5秒贏了400米追逐賽，1992年博斯德曼在同樣的比賽中用了3分22秒。
（四）網(wǎng)球
它是一項(xiàng)不可用絕對意義上的成績來衡量的運(yùn)動。但是誰都證明博比·雷格斯用他1939年時代的木質(zhì)球拍，沒有機(jī)會與備有擴(kuò)大了擊球區(qū)的超大號的混合材料球拍的安德列·阿加西米來爭高低呢？
一直到25年前，網(wǎng)球球拍還一直用木質(zhì)制作，而木岑木、楓木與加蓬欖木則為其中的上等材料。在20世紀(jì)60年代末，開始引用通常用鋼或鋁制的金屬框架。而如今，無論從效率上（提高球速）還是從減緩?fù){性的振動（可導(dǎo)致手肘炎）上來看，混合材料的球拍都極為盛行。
球員在回?fù)簟粋€時速為160Kin的網(wǎng)球時，所受到的沖擊力大致等于突然挺舉起大約75公斤的重的物體。這些力量會傳達(dá)給位于肘部外側(cè)的側(cè)耾上骨架一個很高的負(fù)荷，它會導(dǎo)致骨肉中的毛細(xì)血管及肘關(guān)節(jié)部位的韌帶損傷，一個改良的球拍同樣也可以其主要的幫助作用?，F(xiàn)代網(wǎng)球拍設(shè)計(jì)的目標(biāo)是增大“甜點(diǎn)”（球拍中央部位）這樣與球撞擊時，僅產(chǎn)生很小的振顫，對球手產(chǎn)生很小甚至一點(diǎn)都沒有沖擊力。這依靠骨架的硬度，拍柄及拍頭的大上及形狀。國際網(wǎng)聯(lián)已經(jīng)強(qiáng)行規(guī)定了球拍的最大尺寸。
現(xiàn)在的球拍主要用單一金屬，包括鋼、鋁、鎂、鈦、金屬母巖混合物制成的。但是，由于強(qiáng)化碳釬維混合材料的高硬度，使得它在傳遞給球更大的力量上面超過了金屬材料。為了減低球撞擊時產(chǎn)生的高效率振顫，求拍柄是由數(shù)層強(qiáng)化纖維包圍著一個軟的內(nèi)核組成，而內(nèi)核部分常常是注射進(jìn)去的聚氨酯泡沫成巢狀構(gòu)造。
網(wǎng)球拍藝術(shù)上的一個典范是威爾遜·FFK，它由一個聚氨酯內(nèi)核，84%的石墨，12%的凱維拉斯和4%的FR（一種純的氧化鋁陶瓷）纖維。石墨提供需要的強(qiáng)度及硬度，可以減少球拍頭部的偏斜，它也幫助防止球拍頭部在球撞擊“甜點(diǎn)”的外區(qū)域時扭轉(zhuǎn)凱維拉斯纖維導(dǎo)致增大強(qiáng)度及使用壽命，幫助減緩振顫。FR纖維則產(chǎn)生更大的硬度及對球拍產(chǎn)生更大的減緩振顫的作用。
（五）棒球/壘球
由于可能造成棒球過時無法適用要求（有過多的全壘打），鋁制棒球棒在主要的聯(lián)賽中被禁止使用。盡管棒球中存在的這樣的禁止，但新的鋁制棒球設(shè)計(jì)（像雙堵口圓管狀超輕型構(gòu)造）及鈦制球棒正引導(dǎo)壘球革命。這些球棒擁有更大的“甜點(diǎn)”，產(chǎn)生更高的速度。但是壘聯(lián)也非常關(guān)注在內(nèi)也手中間不斷增加的受傷情況，因?yàn)樗麄儫o法面對這么高的速度去做出足夠的反應(yīng)。
三、對倫理道德上的一些思考
盡管剛剛討論了一些在體育用品中使用先進(jìn)材料的例子，但肯定還有更多的體育項(xiàng)目存在這種情況。在體育成績可以用絕對值尺度來衡量！且器材起決定作用的體育運(yùn)動中，已經(jīng)產(chǎn)生了巨大的進(jìn)步。但體育器材中先進(jìn)材料的使用也提出了一些倫理道德上的問題。通過允許使用先進(jìn)材料，我們可以清楚地提高行為能力，但到什么地步我們不可以接受，或者應(yīng)該反對呢？有人認(rèn)為，如果你擁有該方面的專利權(quán)，你（也只有你）就可以使用這種材料或設(shè)計(jì)。
這就帶給我們第二個問題，由于設(shè)備的高昂價格，我們是否僅允許那些體育精英們才可以參加高水平的比賽呢？這又會引起可能是最爭議的話題。我們允許一些種類的材料或設(shè)計(jì)。而禁止其他的。實(shí)際上我們可以鼓勵那些將來會擅長此項(xiàng)目的人們。
鋁制棒球撐桿、螺旋尾翼標(biāo)槍、特殊渦狀花的高爾夫球，更堅(jiān)硬的碳纖維網(wǎng)球拍，以及美洲杯賽艇等等，它們都趨向更遠(yuǎn)更快，何處是它們的終點(diǎn)？我們能否保證是人在比賽而非是先進(jìn)材料？當(dāng)然了，我們不想強(qiáng)迫蓋伊苔尼或沃爾坡泰斯特回到借助于木質(zhì)蓋伊苔尼或沃爾坡泰斯特。但是，關(guān)于其他呢？諸如，電子導(dǎo)引標(biāo)槍，獵殺松雞的熱感彈頭、增強(qiáng)型太陽能自行車，還有可以自動找到球網(wǎng)周圍草地上最低的局部上狀突起（球洞底處）的順地型高爾夫球。
前面我們討論蓋伊苔尼或沃爾坡泰斯特使用蓋伊苔尼或沃爾坡泰斯特使用的假肢。這種設(shè)備使運(yùn)動員可以比常人更有效地往前沖刺（其價格由底高達(dá)7000美元），讓我們來做一個類似的裝置放到1996年亞特蘭大100米冠軍（9，84秒）奧林匹克·多諾萬·貝利和200米冠軍（19，32秒的世界紀(jì)錄）邁克爾·約翰遜的身上會有人敢賭，貝利可以突破9秒。約翰能夠跑進(jìn)18秒。
面對高昂價格應(yīng)如何去做？許多體育規(guī)則委員會認(rèn)為一個合理的折中和解方案應(yīng)該使更多的田徑運(yùn)動員，而非僅僅數(shù)個精英，都可以參加體育競賽。例如，圓盤狀車輪在奧林匹克自行車比賽中一開始是被禁止使用的，原因是它不被認(rèn)為可以被大多數(shù)騎手有能力購買，是不是所有的獨(dú)木舟都應(yīng)單一船殼的設(shè)計(jì)呢？是否允許由玻璃串珠嵌于堅(jiān)強(qiáng)的泡沫架組成的霍伊特弓箭與傳統(tǒng)的弓箭進(jìn)行對抗呢？由于幾乎不吸潮，并且受熱后絲毫不影響動作的完成，新型的弓可以在1440分鐘拿到1350分，而30年前僅有1100分，但是這時有代價的。
讓我們看兩個關(guān)于先進(jìn)材料的規(guī)定如何決定誰會取勝的例子。杰出的賽艇選手身高約2m，體重約95kg，相反，在獨(dú)木舟中，優(yōu)秀的選手則要矮15，30cm，，輕約14ks，這主要和允許的舵身大小有關(guān)；賽艇可以長度隨意，意圖加大力度甚至重量（更長的艇身將更多的重量分配與更大的面積上，避免劃水過深，產(chǎn)生極度的拖拉力量）。相反，獨(dú)木舟的長度則被嚴(yán)格限制，它則產(chǎn)生運(yùn)動員一個最佳的有氧力度與體重的比率。
當(dāng)標(biāo)槍被重新設(shè)計(jì)得更輕更符合空氣動力學(xué)原理時，則需要粗雕細(xì)鑿以求飛行穩(wěn)定準(zhǔn)確，這方面的高手，如東德的威爾特勞姆在984年將標(biāo)槍擲到了100m以外，這對觀眾及體育館遠(yuǎn)處熱身的運(yùn)動員的安全產(chǎn)生極大的威脅，所以986年這種新型的設(shè)計(jì)被禁止，而世界紀(jì)錄則急劇降20m.問題多又多，答案少之又少，我們又將如何去做。
參考文獻(xiàn)：
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在外太空有很多四處漂泊的大大小小的物體，它們的組成成分各不相同，當(dāng)它們掠過地球時，由于地球的引力將它們俘獲，此時它們穿越地球的大氣層，這時候它們還沒有資格叫隕石，只能叫做流星。它們中的絕大多數(shù)在到達(dá)地面之前就已經(jīng)完全燒成灰燼了，一旦到達(dá)地面，它們便有了隕石的稱號。但是隕石可不一定就是石頭，它們之中有一部分是鐵質(zhì)的或是石鐵混合物質(zhì)，也稱“隕星”。大多數(shù)隕石來自小行星帶，少部分來自月球和火星。
經(jīng)研究統(tǒng)計(jì)，每年掉落到地球上的隕石，重1kg以內(nèi)大約有19000塊，在1kg以上的有4100塊，在10kg以上的有830塊。但是約有70%的隕石是落在海中的，剩余的30%絕大部分掉在沙漠、戈壁、森林和廣袤的無人地區(qū)，因而每年能被人們拾獲的隕石數(shù)量非常之少，所以極具研究和收藏價值。
隕石是來自地球之外的“客人”。根據(jù)隕石本身所含化學(xué)成分的不同，大致可分為三種類型：鐵隕石，也叫隕鐵，它的主要成分是鐵和鎳；石鐵隕石，也叫隕鐵石，這類隕石較少，其中 鐵鎳與硅酸鹽大致各占一半；石隕石，也叫隕石，主要成分是硅酸鹽，這種隕石的數(shù)目最多。
隕石包含著大量豐富的太陽系天體形成演化的信息，對它們的實(shí)驗(yàn)分析將有助于探求太陽系演化的奧秘。隕石是由地球上已知的化學(xué)元素組成的，在一些隕石中找到了水和多種有機(jī)物。這成為“地球上的生命是隕石將生命的種子傳播到地球的”這一生命起源假說的一個依據(jù)。通過對隕石中各種元素的同位素含量測定，可以推算出隕石的年齡，從而推算太陽系開始形成的時期。隕石可能是小行星、行星、大的衛(wèi)星或彗星分裂后產(chǎn)生的碎塊，它們能攜帶來自這些天體的原始信息。著名的隕石有中國吉林隕石，中國新疆大隕鐵，美國巴林杰隕石，澳大利亞默其遜碳質(zhì)隕石等。
天外飛石漸成收藏?zé)狳c(diǎn)
隕石收藏從上世紀(jì)90年代才逐漸進(jìn)入人們的視線，“當(dāng)時全球隕石收藏不過幾百人，現(xiàn)在包括隕石獵人、收藏家、研究者和商人在內(nèi)，全世界真正參與隕石收藏、交易的不過1萬人。而國內(nèi)真正的專業(yè)隕石收藏者也就100多人，一般的收藏愛好者大約五六百人。
在國外，一般的隕石每克售價在100美元左右，一些來自火星或者其他外星球的隕石每克最高可以賣到幾千美元，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于黃金，甚至鉆石。正因?yàn)閲H隕石市場價格水漲船高，但并不是只要一張巨額支票就能買到這些瘋狂的石頭，國內(nèi)外專業(yè)的隕石收藏者往往不惜路途遙遠(yuǎn)、環(huán)境惡劣，不惜動用一切手段，一定要收集到這種珍貴藏品。收藏隕石的“旅途”有時是常人難以想象的。
在國內(nèi)，隕石收藏愛好者收集隕石有些是通過隕石交流會、私下聯(lián)系，有的甚至?xí)r刻關(guān)注天文信息，一旦發(fā)現(xiàn)有流星雨下落的消息，他們就會立即趕赴當(dāng)?shù)剡M(jìn)行收集，有的還到大西北荒漠和戈壁灘上開車尋找。其熱衷程度，可見一斑。但國內(nèi)一般的收藏者仍停留在隕石外形像什么、外表美不美等方面，從全球各大拍賣行的隕石拍賣紀(jì)錄中，隕石的品種和來源才是收藏關(guān)注的重點(diǎn)。
在眾多隕石中，最珍貴的是月亮隕石，其次是火星隕石，第三則為石鐵隕石。隕石的發(fā)現(xiàn)總重量也決定它們的價格，發(fā)現(xiàn)總重量越小，價格越高。另外，一些隕石若沒有經(jīng)過研究或國際申報(bào)，則稱為“無名隕石”，據(jù)說其價格一般都在十多元以內(nèi)。物以稀為貴，隨著隕石收藏不斷升溫，愛好者越來越多。因?yàn)橄∮?，隕石價格被炒得越來越高。但隕石交易價格在圈內(nèi)一般不公開，因?yàn)槟壳皼]有權(quán)威機(jī)構(gòu)能夠?qū)﹄E石定價，線下交易雙方一般都會根據(jù)市場行情來定價。將隕石作為收藏，很多藏家考慮更多的還是其科研和文化價值，而不是表面價格。
真的隕石可以流傳百世，那可是一個無價之寶。每一塊隕石都有一個傳奇故事，只等著有心人去破解，也許某塊隕石就藏著神秘的信息，或許能載著人類飛向宇宙，實(shí)現(xiàn)星際旅行的偉大夢想。
假多真少 魚龍混雜
2月15日，俄羅斯車?yán)镅刨e斯克州隕石墜落事件發(fā)生后，便有人在網(wǎng)上出售隕石碎片，我們現(xiàn)在隨便搜索淘寶網(wǎng)，輸入關(guān)鍵詞“隕石”，發(fā)現(xiàn)有14009件相關(guān)商品，售價從1元到百萬元，產(chǎn)地有俄羅斯、捷克和我國廣西等地。雖然隕石價格高低不一，但前提必須是真貨。然而，由于隕石數(shù)量非常稀少，市面能見到的隕石多是假冒的，尤其是網(wǎng)絡(luò)上的，幾乎全是假的。
我國民間隕石交易和收藏流行始于2008年，民間隕石收藏的興起使隕石的數(shù)量逐年攀升，但其中絕大多數(shù)都是戈壁石與鐵礦石。市面上流通的隕石大都是“掛靠”在發(fā)現(xiàn)隕石的某個地區(qū)叫賣，但隕石的來歷，甚至到底是不是真正的隕石都很難確認(rèn)。
雖然隕石有特征，但普通人很難識別，即使借助先進(jìn)的科學(xué)儀器，也很難鑒定。隕石不但有極高的收藏價值，而且還有很高的科學(xué)價值。比如隕石內(nèi)可能含有某些未知的耐高溫合金，稀有的金屬元素等，這些信息對航天工業(yè)有很重要的參考價值。隕石鑒定很復(fù)雜，單憑“氣印”與外表熔殼已經(jīng)很難鑒定，現(xiàn)在的高科技造假制造一些“氣印”很簡單。因此，鑒定隕石，應(yīng)更多從材質(zhì)上去考慮，還要結(jié)合歷史考察，比如廣西南丹曾發(fā)生隕石雨，那么該地區(qū)的隕石的真品率可能會高一些，還有沙漠地區(qū)隕石也極易區(qū)別，真品率也會高一點(diǎn)。
由于隕石造假太多以及隕石真假難辨，所以對于收藏者來說，收藏風(fēng)險(xiǎn)很大，國內(nèi)關(guān)注隕石的專業(yè)人士也是少之又少，建議廣大收藏愛好者在購買時一定要慎之又慎。
擦亮雙眼 去偽存真
1.看外表熔殼：隕石在降落過程中與大氣發(fā)生摩擦產(chǎn)生高溫，使其表面發(fā)生熔融而形成一層薄薄的熔殼。因此，新降落的隕石表面都有一層黑色的熔殼，厚度約為1毫米。
2.看表面氣印：由于隕石與大氣流之間的相互作用，隕石表面還會留下許多氣印，就像按下的手印。
3.看內(nèi)部金屬：鐵隕石和石鐵隕石內(nèi)部由金屬鐵組成，這些鐵鎳含量很高（5%-10%）。球粒隕石內(nèi)部也有金屬顆粒，在新鮮斷裂面上能看到細(xì)小的金屬顆粒。
湖州三中科學(xué)組： 嚴(yán)佩龍ypl00@tom.com
初中科學(xué)的學(xué)習(xí)，其目標(biāo)之一就是“必須體驗(yàn)科學(xué)探究的過程，學(xué)會一定的科學(xué)思維方法，以解決自身學(xué)習(xí)、生活、工作和社會決策中遇到的問題”，而“突出科學(xué)探究”是科學(xué)新課程的五大基本理念之一，學(xué)會科學(xué)探究是新課程要實(shí)現(xiàn)的四大目標(biāo)之一，也是科學(xué)新課程改革的一大亮點(diǎn)。
科學(xué)課程中明確列出了探究過程的六要素，分別是：
1．提出科學(xué)問題
2．進(jìn)行猜想和假設(shè)
3．制定計(jì)劃，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
4．觀察和實(shí)驗(yàn)，獲取事實(shí)和證據(jù)
5．檢驗(yàn)和評價
6．表達(dá)和交流
但是，在學(xué)生科學(xué)探究能力的培養(yǎng)中，處核心地位的是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。其中所蘊(yùn)含的科學(xué)性、可操作性和程序性是學(xué)生難于把握的。
按實(shí)驗(yàn)在科學(xué)認(rèn)識中的作用，可以把科學(xué)實(shí)驗(yàn)分為析因?qū)嶒?yàn)、對照實(shí)驗(yàn)、中間實(shí)驗(yàn)和模擬實(shí)驗(yàn)。其中對照實(shí)驗(yàn)探究對于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力有極大的重要價值。
一、對照實(shí)驗(yàn)的過程分析
人類對自然的認(rèn)識，不僅限于現(xiàn)象的認(rèn)識，更要揭示其本質(zhì)規(guī)律。實(shí)驗(yàn)方法是一種科學(xué)認(rèn)識事物本質(zhì)的手段。
對照實(shí)驗(yàn)過程：①對所觀察到的現(xiàn)象提出問題
②分析影響實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的因素，作出各種假設(shè)
③分析現(xiàn)象產(chǎn)生的各種影響因素，確定各類變量，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，制訂可操作性的步驟。
④按設(shè)計(jì)好的程序進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象——觀察到的和記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析。
⑤歸納出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，確定上述假設(shè)的真?zhèn)巍?/p>
⑥將實(shí)驗(yàn)結(jié)論公布發(fā)表
二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的變量分析——無關(guān)變量（k）、實(shí)驗(yàn)變量（x）和反應(yīng)變量（y）
現(xiàn)以導(dǎo)體電阻大小的影響因素為例加以說明。
現(xiàn)象：不同導(dǎo)體的電阻大小不同
假設(shè)：導(dǎo)體的電阻R的大小可能與導(dǎo)體的材料ρ，長度l和橫截面積S有關(guān)
探究：導(dǎo)體電阻R的大小是否與材料ρ有關(guān)
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的變量分析：
無關(guān)變量：影響實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的因素往往不止一個。當(dāng)我們設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時，往往要控制一些條件保持不變，只留下一個變量，這樣才有利于對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行科學(xué)的歸因。
本例中，要比較電阻R與材料ρ（電阻率）的關(guān)系，必須控制兩導(dǎo)體相同的長度l和相同的橫截面積，
無關(guān)變量：由于這時實(shí)驗(yàn)結(jié)論得出與這兩個因素?zé)o關(guān)，故稱無關(guān)變量，它是基于實(shí)驗(yàn)的目的而定的。在數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)系中，相當(dāng)于常數(shù)K；
實(shí)驗(yàn)變量：即自變量x，指實(shí)驗(yàn)中由實(shí)驗(yàn)者操縱的可變因素或條件。
本例中，即實(shí)驗(yàn)操縱導(dǎo)體的材料應(yīng)不同。如用鎳鉻合金絲和銅絲；
反應(yīng)變量：從函數(shù)角度，即因（應(yīng)）變量(y)，指實(shí)驗(yàn)中由于實(shí)驗(yàn)變量而引起的變化和結(jié)果。
本例中，由于材料不同而引起不同導(dǎo)體的電阻大小的不同，即電阻R的大小。
通常，實(shí)驗(yàn)變量是變化的原因；反應(yīng)變量是變化的結(jié)果，二者有因果關(guān)系，而無關(guān)變量是產(chǎn)生結(jié)果的條件。
以上分析，從物理學(xué)角度，導(dǎo)體電阻大小受導(dǎo)體材料、橫截面積、長度以及溫度的影響，它們的關(guān)系符合：R＝ρ，當(dāng)探究R與ρ的關(guān)系時，可寫作：R＝·ρ從數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)系來看，符合y=kx一次函數(shù)（即正比例關(guān)系），其中，應(yīng)變量y是R,自變量x為ρ,而k即。
如果要實(shí)驗(yàn)探究R與S的關(guān)系，則符合y=,即R＝ρ·。其中， 常數(shù)k（無關(guān)變量）是ρ，自變量x是導(dǎo)體橫截面積S，R是應(yīng)變量y，可見，導(dǎo)體電阻R與導(dǎo)體橫截面積S之間成反比例關(guān)系。
三、變量分析思想在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用
示例：湖州三中某206班的探究小組同學(xué)在學(xué)習(xí)了催化劑的知識后，他們想研究氧化銅能否在氯酸鉀的受熱分解反應(yīng)中起催化劑的作用。
提出問題：氧化銅是否在氯酸鉀分解制氧氣中充當(dāng)了催化劑的作用？
作出假設(shè)：氧化銅在氯酸鉀分解制氧氣中充當(dāng)了催化劑的作用。
反應(yīng)變量檢測原理：氧化銅的存在改變了氯酸鉀的分解速率。
變量分析：影響氯酸鉀分解速率的因素，可能有氯酸鉀的用量大小、反應(yīng)容器的大小、加熱時對酒精燈火焰大小的規(guī)定等等，使它們成為無關(guān)變量。而在一支試管（充當(dāng)反應(yīng)容器）中加入一定量的氧化銅粉末，另一支試管中不加氧化銅粉末，這樣，使加與不加氧化銅作為實(shí)驗(yàn)變量，即自變量x(也就是實(shí)驗(yàn)變量)，至于反應(yīng)變量，當(dāng)然是氯酸鉀分解所得氧氣的速率大小了。但是，對于反應(yīng)變量，在探究實(shí)驗(yàn)中如何用可操作性的方法來檢測是很關(guān)鍵的：本實(shí)驗(yàn)中，探究小組的同學(xué)用了如下的方法：
將氯酸鉀分解產(chǎn)生的氣體通入水槽中，看氣泡放出時的速率，觀察加了氧化銅的氯酸鉀加熱分解產(chǎn)生氧氣的速率，與不加氧化銅的那份氯酸鉀分解產(chǎn)生氧氣氣泡時速率有沒有改變。在此，同學(xué)們又發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)管的長度和粗細(xì)也會影響氣泡產(chǎn)生的先后和速率，因此，采用了同樣粗細(xì)和長短的導(dǎo)管，這樣，使它們也成了無關(guān)變量加以控制，可見，變量分析出應(yīng)該是個動態(tài)的過程。
最后，同學(xué)們設(shè)計(jì)的對比實(shí)驗(yàn)如下：
①任取兩份相同質(zhì)量的氯酸鉀，分別放入兩支相同的試管，在其中一份中加入經(jīng)精確稱量的n克氧化銅粉末。
②將兩份氯酸鉀同時在相同的條件下正確加熱，將放出的氣體通入水中觀察放出氣體的快慢。
③停止加熱、冷卻，將原先混有氧化銅的反應(yīng)后的混合物加水溶解，心小過濾，得濾出物，洗滌并干燥。
④觀察濾出物的狀態(tài)和顏色。如果發(fā)現(xiàn)是黑色粉末狀固體，則繼續(xù)作如下操作：
⑤用天平稱出黑色粉末的質(zhì)量，觀察并記錄，看是不是仍為n克。
⑥將濾出物和炭粉混合，在密閉容器中高溫加熱，將反應(yīng)產(chǎn)生的氣體通人澄清石灰水中并觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。
結(jié)果預(yù)測：如果兩支試管中的氯酸鉀分解速率不一樣，且
Ⅰ：反應(yīng)后稱量黑色固體粉末（即步驟⑤）仍為n 克；
Ⅱ：步驟⑥中實(shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)黑色粉末變紅色現(xiàn)象，且澄清石灰水變渾濁，說明氯酸鉀分解反應(yīng)后，所加的氧化銅沒有被分解。
小結(jié)：以上對照組實(shí)驗(yàn)變量分析可知，對照組實(shí)驗(yàn)的函數(shù)本質(zhì)是：y=f(x)，即反應(yīng)變量y關(guān)于實(shí)驗(yàn)變量x的函數(shù)，當(dāng)然，作為y=f(x)中，無關(guān)變量k是隱含的，它作為對照實(shí)驗(yàn)的控制條件，是同樣的。
四、生物探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的函數(shù)關(guān)系
由于生命現(xiàn)象規(guī)律的探究對象是生物，因此，必須考慮生物材料的特殊性，主要表現(xiàn)在：實(shí)驗(yàn)時除必要的無關(guān)變量控制外，還必須提供生物生存的最基本要素，如生存空間和食物來源以保證正常的生命代謝，不能讓生物都在病理?xiàng)l件下進(jìn)行對照組實(shí)驗(yàn)。
示例：湖州三中204班科學(xué)興趣小組的同學(xué)從池塘里撈取一些青蛙卵進(jìn)行人工孵化，在適宜的溫度下孵化后，他們想用實(shí)驗(yàn)探究一下甲狀腺激素對蝌蚪發(fā)育的影響。他們的思路是：利用所孵化的蝌蚪，提供相同的玻璃缸兩只，甲狀腺激素制劑少量和池水若干，培養(yǎng)數(shù)天后發(fā)現(xiàn)，兩只玻璃缸中的蝌蚪相繼死亡。他們?nèi)フ埥塘私趟麄兊纳蚶蠋煟戳怂麄兊膶?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，情況如下：
第一步：將兩個相同大小的玻璃缸分別貼上標(biāo)簽A和B，分別放入等量池水。
第二步：取他們用同一批卵孵化的、健康狀況良好且正常的蝌蚪各一百只，分別同時放入A和B兩個玻璃缸中。
第三步：在A玻璃缸中加入了少量的甲狀腺激素制劑，而在B玻璃缸中不加甲狀腺激素制劑。
第四步：放在相同的溫度下培養(yǎng)數(shù)天后觀察兩缸中蝌蚪的生長狀況。
沈老師一看哈哈一笑……現(xiàn)在我們來看沈老師的分析：
無關(guān)變量：兩個相同大小的玻璃缸、等量池水、同一批卵孵化的、健康狀況良好且正常的蝌蚪，相同的溫度下培養(yǎng)。
實(shí)驗(yàn)變量：一個玻璃缸中加了少量的甲狀腺激素制劑（激素具有高效作用特點(diǎn)，所以，只加少量即可），而在B玻璃缸中不加甲狀腺激素制劑。
反應(yīng)變量：A、B兩玻璃缸中蝌蚪的發(fā)育狀況比較。
為什么會造成蝌蚪的死亡呢？從無關(guān)變量控制、實(shí)驗(yàn)變量的設(shè)定和反應(yīng)變量的檢測來看，似乎都沒有問題，但該小組同學(xué)忽略了一個生物活體實(shí)驗(yàn)的基本點(diǎn)：蝌蚪在A、B兩玻璃缸中培養(yǎng)時，都沒有給與一定的食物（飼料），數(shù)天后，導(dǎo)致蝌蚪全部饑餓而死。
但是，在蝌蚪的選材上，沈老師還是表揚(yáng)了該組同學(xué)：“取他們用同一批卵孵化的、健康狀況良好且正常的蝌蚪各一百只”，沈老師進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)：生物材料的選擇上，必須是健康、正常的普通材料，生長勢相同的、同品種的，如果是高等動物，還必須考慮同一性別，因?yàn)?，生物越高等，性別差異性就越大，而性別差異所帶來的生理差異必然會對有關(guān)生理學(xué)方面的探究實(shí)驗(yàn)結(jié)轉(zhuǎn)帶來影響，從而使實(shí)驗(yàn)不科學(xué)。
實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)一聽，恍然大悟，他們改進(jìn)了當(dāng)初的實(shí)驗(yàn)，在A、B兩個玻璃缸中都加一定量的飼料并進(jìn)行定時定量喂飼，一段時間的培養(yǎng)后觀察，最終有了結(jié)果。
以下生物探究實(shí)驗(yàn)的函數(shù)關(guān)系可描述為：y=f(x)+b，其中，b就是指諸如食物、合適的溫度和pH等能保證生物基本生存的“無關(guān)變量”，也就是在非生物實(shí)驗(yàn)同樣要控制的無關(guān)變量以外的變量。
同樣的錯誤在植物生理探究實(shí)驗(yàn)中也會發(fā)生，如：
湖州三中有一小組在探究Mg元素是不是植物生長所必需的元素時，作了如下對照組設(shè)置：
第一步：取兩株相同生長勢、相同品種的幼苗；
第二步：再取兩只相同的玻璃缸，一只標(biāo)記為A，另一只標(biāo)記為B；
第三步：在A中只加蒸餾水，在B中加蒸餾水和鎂元素（如氯化鎂）；
第四步：將兩株幼苗都放在陽光下培養(yǎng)，觀察結(jié)果。
結(jié)果預(yù)測：如果在B缸中的幼苗能正常生長，而在A缸中的幼苗不能正常生長，則證明鎂元素是植物生長所必需的元素。
這個小組的同學(xué)同樣沒有成功，數(shù)天后，兩株幼苗都枯黃而死。
其實(shí)，該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)變量應(yīng)該如下設(shè)置：在A缸中加完全培養(yǎng)液，而在B缸中加完全培養(yǎng)液減去鎂元素的培養(yǎng)液。
可見，從函數(shù)關(guān)系統(tǒng)領(lǐng)對照組實(shí)驗(yàn)的整個過程，只有本質(zhì)的理解和掌握，才能使學(xué)生對于對照組實(shí)驗(yàn)的原理、方法和程序設(shè)置，能隨時隨地隨材料的不同而作靈活應(yīng)用，在探究實(shí)驗(yàn)中培養(yǎng)自己的探究能力。
【參考書目】
《中學(xué)生物教學(xué)》2002年七-八合期
P57:用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)理論指導(dǎo)高三實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí) 作者:周李鄰
《中學(xué)生物教學(xué)》2004年七-八合期
P49:函數(shù)關(guān)系與生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 作者:陳利民
【中圖分類號】G632 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-4810（2013）12-0130-03
捷克教育家夸美紐斯說：“智慧的開端當(dāng)然不僅在于學(xué)習(xí)事物的名目，而在于真正知覺事物的本身?！背踔猩鷮?shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ墨@得主要依靠學(xué)生親自參與實(shí)驗(yàn)。只要我們重視并加強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)，給學(xué)生提供足夠的參與機(jī)會，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰湍軌虿粩嗵岣?，同時使知識結(jié)構(gòu)更趨完善，科學(xué)素養(yǎng)得以提高。
一 抓好實(shí)驗(yàn)基本操作的教學(xué)是提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ幕A(chǔ)
科學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，正確的實(shí)驗(yàn)操作是順利完成科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本保證。這就要求學(xué)生必須掌握固體藥品的取用、液體的傾倒和量取、膠頭滴管的使用、物質(zhì)的加熱、氣體的收集，電壓表、電流表、滑動變阻器和簡單實(shí)驗(yàn)儀器的使用。但由于多種條件的限制，中學(xué)生普遍存在實(shí)驗(yàn)基本操作和實(shí)驗(yàn)技能不過關(guān)的問題，學(xué)生實(shí)驗(yàn)時常犯這樣或那樣的錯誤。例如：測一塊形狀不規(guī)則小石塊的密度。
實(shí)驗(yàn)步驟：（1）用托盤天平稱出小石塊的質(zhì)量；（2）用排水法測出小石塊的體積；（3）利用ρ=m/V求出小石塊的密度。
在該實(shí)驗(yàn)中所涉及的基本操作：固態(tài)物質(zhì)的稱量、液體的量取、膠頭滴管的使用。在實(shí)驗(yàn)過程中，出現(xiàn)了學(xué)生不調(diào)節(jié)天平平衡就把物體放入天平盤進(jìn)行測量，用手捏砝碼，手撥游碼而不使用鑷子，加減砝碼隨心所欲，量取液體時讀數(shù)不準(zhǔn)確，仰視或俯視，視線偏高或偏低，膠頭滴管伸入量筒內(nèi)，操作不規(guī)范，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確率較低。實(shí)驗(yàn)技能的提高始于實(shí)驗(yàn)的基本操作，實(shí)驗(yàn)的基本操作是實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ幕A(chǔ)。如果沒有這個基礎(chǔ)，實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蜔o從談起。因此，教師要把科學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作的訓(xùn)練工作貫穿到中學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的全過程。教學(xué)過程中每出現(xiàn)一種儀器，教師除了介紹儀器的規(guī)格、使用范圍、正確的操作外，還應(yīng)說明不規(guī)范的操作可能引起的實(shí)驗(yàn)誤差及后果，或針對學(xué)生普遍易錯的操作做正確的示范。圖1是學(xué)生在“測量額定電壓為2伏、電阻約5歐的小燈泡的額定功率”連接時的實(shí)物圖。
在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中進(jìn)行嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)基本操作技能訓(xùn)練，能讓學(xué)生正確、熟練地使用各種儀器進(jìn)行簡單實(shí)驗(yàn)，并隨著課程的進(jìn)展逐步加以鞏固，這為以后正確應(yīng)用實(shí)驗(yàn)方法獲取知識，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。
二 培養(yǎng)良好的觀察習(xí)慣和科學(xué)的觀察方法是提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ那疤?/p>
觀察是認(rèn)識事物、獲取信息的最基本途徑，也是最直觀、最表象的學(xué)習(xí)方法。引導(dǎo)學(xué)生通過觀察而獲得感性認(rèn)識，經(jīng)過大腦的加工、分析，從而獲得新知識的理性升華。觀察是以視覺為主，融其他感覺為一體的綜合感知。觀察是認(rèn)識的窗口，是思維的前提。對于事物，如果沒有敏銳而細(xì)致的觀察，就不能深入認(rèn)識事物的本質(zhì)。由此可見，整個觀察活動乃至創(chuàng)造性的思維活動，在很大程度上取決于良好的觀察習(xí)慣和科學(xué)的觀察方法。而實(shí)驗(yàn)恰好能發(fā)揮學(xué)具的作用，把學(xué)生因新奇、好玩不自覺的觀察活動轉(zhuǎn)化為協(xié)同眼、耳、鼻、手多種感官的、有意識、有目的的觀察活動，提高學(xué)生把科學(xué)知識應(yīng)用于實(shí)際的能力。如：在講二氧化碳實(shí)驗(yàn)室制法時，要求學(xué)生自己動手做以下實(shí)驗(yàn)：
讓學(xué)生觀察反應(yīng)物的狀態(tài)、反應(yīng)物的類型、反應(yīng)速度、反應(yīng)現(xiàn)象等，找出反應(yīng)速度適中，便于收集的一組作為實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳的藥品，故選甲。
由于學(xué)生自己動手實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行觀察、分析、歸納，得出結(jié)論，因而學(xué)習(xí)興趣濃，信心足。有更多的機(jī)會進(jìn)行操作，既便于學(xué)生觀察、分析問題能力的培養(yǎng)，又有利于學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的提高。
三 指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ闹匾侄?/p>
讓學(xué)生進(jìn)行獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，是發(fā)展學(xué)生認(rèn)識、提高實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ挠行Х椒?。指?dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)前，教師要做以下準(zhǔn)備：
1.創(chuàng)新問題情境，合理猜測，為設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)打下基礎(chǔ)
在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)之前，提出問題、預(yù)測這兩個環(huán)節(jié)十分重要，它們是設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)。如：在“聲音的發(fā)生和傳播”一課中，要引導(dǎo)學(xué)生證實(shí)聲音能通過空氣傳播，這就需要教師創(chuàng)設(shè)問題情境，引發(fā)問題，并啟發(fā)學(xué)生對問題作出合理的猜測。如：老師手里生日賀卡的音樂是從哪個地方產(chǎn)生的？聲音是怎樣傳到耳朵里去的？學(xué)生猜測：可能是通過空氣傳到我們耳朵里的？教師啟發(fā)問道：你為什么認(rèn)為聲音是通過空氣傳播的？學(xué)生經(jīng)過思索后回答：因?yàn)橘R卡的小喇叭與我們的耳朵之間只有空氣。教學(xué)到這里，啟發(fā)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的時機(jī)已經(jīng)成熟，于是老師問道：小喇叭發(fā)出的音樂是不是通過空氣傳播到你們耳朵里的，有沒有辦法證明？“逼”著學(xué)生逆向思考：如果教室里沒有空氣，還能不能聽到音樂呢？在學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，教師再演示將一只小電鈴放在密封的玻璃罩內(nèi)，接通電源使電鈴發(fā)聲，逐漸抽出玻璃罩內(nèi)的空氣，聽聽聲音有什么變化？再讓空氣逐漸進(jìn)入玻璃罩內(nèi)，聲音又有什么變化？使學(xué)生經(jīng)歷一次完整的探究學(xué)習(xí)體驗(yàn)。
2.適時提供材料，提高學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力
學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ奶岣吲c教學(xué)材料的提供時機(jī)密切相關(guān)。一開始就將全部材料放在學(xué)生桌面上，用材料啟發(fā)、暗示學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的做法是不可取的。而應(yīng)在學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，有需求的情況下提供材料，這樣對學(xué)生思維的磨練更有益。如學(xué)了金屬活動性順序后，我設(shè)計(jì)了以下題目：現(xiàn)有金屬錳、鐵，請你設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來比較錳、鐵的金屬活動性并進(jìn)行驗(yàn)證。學(xué)生設(shè)計(jì)了多種方法：把錳、鐵分別放入鹽酸中，若錳沒有產(chǎn)生氣泡則鐵的活動性強(qiáng)，若錳也有產(chǎn)生氣泡比較兩者氣泡產(chǎn)生的速度，速度大的活動性強(qiáng)；把鐵放入氯化錳溶液中，若能置換出錳則鐵的活動性比錳強(qiáng)，反之則錳的活動性比鐵強(qiáng)；把錳放入氯化鐵溶液中，若能置換出鐵則錳的活動性比鐵強(qiáng)，反之則鐵的活動性比錳強(qiáng)等。在學(xué)生充分討論的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生根據(jù)自己的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)領(lǐng)取相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)材料加以驗(yàn)證。
又如：市場上的黃金飾品很多，有些不法商販以黃銅（銅、鋅合金）冒充黃金進(jìn)行詐騙活動。因?yàn)辄S銅從顏色、外觀上與黃金極為相似，所以很難區(qū)分。請?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案加以鑒別。生1：取黃金樣品少量放入稀硫酸中，若有氣體產(chǎn)生，則為黃銅，無氣體產(chǎn)生則為黃金。生2：取黃金樣品少量放入硝酸銀溶液中，若表面變?yōu)殂y白色則為黃銅，無變化則為黃金。生3：取黃金樣品少量，放在酒精燈上灼燒，若變黑則為黃銅，不變色則為黃金。在學(xué)生設(shè)計(jì)好實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，再領(lǐng)取相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)器材，增強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐的機(jī)會。
3.樹立嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，使實(shí)驗(yàn)方案更加完善
在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師一定要做到心中有數(shù)，全面考慮實(shí)驗(yàn)，如實(shí)驗(yàn)操作性怎樣？怎樣引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)？當(dāng)學(xué)生設(shè)計(jì)不完善時怎么辦？實(shí)驗(yàn)時要注意什么？而學(xué)生在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時，頭腦中必須運(yùn)用與這些問題有關(guān)的全部舊知識，并考慮使用哪些儀器，如何裝配？選用哪些藥品，怎樣操作？以及實(shí)驗(yàn)中可能會出現(xiàn)哪些現(xiàn)象？能說明什么問題等。在這些方面，充分發(fā)揮學(xué)生的主體地位，讓學(xué)生在質(zhì)疑、互補(bǔ)中使方案趨于科學(xué)完善。如學(xué)習(xí)歐姆定律時，針對學(xué)生已學(xué)知識，提出問題：在一個電路中，電流、電壓、電阻三個量之間有沒有聯(lián)系？學(xué)生議論、猜想。
生1：有關(guān)系。由于電壓是形成電流的原因，電壓越大，電流的動力將越大，電路中的電流也將越大。
生2：有關(guān)系。電阻越大，導(dǎo)體對電流的阻礙作用越大，電流將會越小。
師：你們的分析很有道理。但通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端的電壓以及導(dǎo)體的電阻究竟存在著怎樣精確的數(shù)量關(guān)系呢？本節(jié)課將采用實(shí)驗(yàn)的方法來進(jìn)行探究。由于探究的是電流與電壓、電阻兩個變量之間的關(guān)系，像這樣一個量同時受到兩個量影響的問題，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時應(yīng)當(dāng)注意什么？
生：控制變量法。
師：你能夠說得更具體一些嗎？
生：具體地說，就是在研究電流與電壓的變化關(guān)系時，要保持導(dǎo)體的電阻不變，讓電壓發(fā)生變化，觀察電流的變化；在研究電流與電阻的變化關(guān)系時，要保持導(dǎo)體兩端的電壓不變，讓電阻發(fā)生變化，觀察電流的變化。學(xué)生通過討論，提出本實(shí)驗(yàn)必須分兩步來完成。（1）保持R不變，研究I與U的關(guān)系；（2）保持U不變，研究I與R的關(guān)系。
師：要求學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，畫出電路圖。在設(shè)計(jì)時考慮：如何保持電阻或電壓不變？如何測量電壓或電流的大小？如何改變電阻或電壓的大小？
生：我們設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)電路圖如圖2所示，研究I與U的關(guān)系，我們用一只固定的電阻進(jìn)行研究來保持R不變，調(diào)節(jié)電壓（用電壓表測），觀察電流（用電流表測），并且電壓的調(diào)節(jié)可用改變干電池的節(jié)數(shù)，或者也可以利用滑動變阻器來改變導(dǎo)體兩端的電壓來實(shí)現(xiàn)。
生：研究I與R的關(guān)系，要改變R的值（可提供5Ω、10Ω、15Ω的電阻），要保持R兩端的電壓不變，同樣可調(diào)節(jié)滑片的位置，這樣就保證：當(dāng)改變電阻R的大小時，通過調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，使電壓表示數(shù)不變（即U不變），觀察電流表示數(shù)變化。
明白實(shí)驗(yàn)思路后，經(jīng)師生共同討論，學(xué)生明白：要完成以上實(shí)驗(yàn)，還必須測量相關(guān)數(shù)據(jù)，特制定以下表3、表4。
引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)分析測量得到的數(shù)據(jù)中有什么規(guī)律，分析電壓是怎樣發(fā)生變化的，又是怎樣影響電流變化的，同時還應(yīng)考慮到實(shí)驗(yàn)會有誤差，可能有的數(shù)據(jù)不一致，該怎么處理。根據(jù)因果關(guān)系及實(shí)驗(yàn)控制的條件，得出電流、電壓關(guān)系的結(jié)論。從表3可知：電阻一定，電流與電壓成正比；從表4可知：電壓一定，電流與電阻成反比。至此，所有參與實(shí)驗(yàn)的學(xué)生均興趣盎然，意猶未盡。教師不失時機(jī)地加以拓展：我們今天得出的電學(xué)基本規(guī)律，早在1827年德國物理學(xué)家歐姆通過實(shí)驗(yàn)研究已得出。當(dāng)時歐姆在研究工作中遇到了很大的困難，如當(dāng)時既沒有電流計(jì)又沒有電壓穩(wěn)定的電源，但他不是知難而退，而是勇于正視困難并解決困難，他的這項(xiàng)工作前后花了10年的時間。為了紀(jì)念他的偉大發(fā)現(xiàn)，后人把這一條重要規(guī)律命名為歐姆定律。
4.樹立開放的課堂意識，使實(shí)驗(yàn)方案多樣化
設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)往往能展現(xiàn)學(xué)生的思維過程和創(chuàng)新能力。教師應(yīng)善于抓住機(jī)遇，挖掘?qū)W生的創(chuàng)造潛質(zhì)。如在指南針為什么能指方向中探究條形磁體哪里磁性最強(qiáng)？可以通過什么反映出來？教師應(yīng)有意發(fā)散學(xué)生思維，除了剛才的方法，還有其他的方法嗎？你們認(rèn)為這些方法可行嗎？學(xué)生會提出不同的實(shí)驗(yàn)方案。只要是可行的，都應(yīng)給予鼓勵和肯定，并讓學(xué)生付諸實(shí)踐。實(shí)驗(yàn)方案多樣化，反映出學(xué)生思維活躍，教學(xué)才會精彩。
我們還要特別注重平時的“家常課”，將設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)落實(shí)到每一節(jié)實(shí)驗(yàn)課中.只有長期堅(jiān)持，學(xué)生的科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Σ庞锌赡芴岣摺?/p>
四 利用“第二課堂”開展實(shí)驗(yàn)是提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ牧己猛緩?/p>
“第二課堂”主要是指課外活動或?qū)W科興趣小組，大多以實(shí)驗(yàn)為主。這種活動形式，便于因材施教，發(fā)展學(xué)生的興趣愛好和特長。它不受教學(xué)大綱和教材的限制，時間也較為機(jī)動。因此它是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ囊粋€重要途徑。因?yàn)榭梢宰寣W(xué)生自己創(chuàng)造條件、自己設(shè)計(jì)、自己動手、自己檢驗(yàn)，變信息灌輸為信息處理式的教育。
我們可以充分利用家庭生活用品來替代實(shí)驗(yàn)儀器，完成很多的課外實(shí)驗(yàn)。如：利用牙膏皮和臉盆做浮沉條件實(shí)驗(yàn)；利用紙折風(fēng)車可以做成“燈泡上的風(fēng)車”實(shí)驗(yàn)，來分析各種能的轉(zhuǎn)化過程；利用可樂瓶、易拉罐、膠卷盒、塑料茶杯、注射器等可以做潛水艇、浮沉條件、大氣壓、小音箱、液化、沸點(diǎn)與壓強(qiáng)關(guān)系等實(shí)驗(yàn)；利用雞蛋殼、水垢、食鹽、食用醋、生石灰、熟石灰、干電池中拆下來的碳棒、鋅片、易拉罐、鐵釘?shù)?，可以做水垢成分的鑒定、鮮蛋防腐、溶液導(dǎo)電等實(shí)驗(yàn)。這些實(shí)驗(yàn)既可彌補(bǔ)課堂演示實(shí)驗(yàn)中能見度低的不足之處，又能加深和鞏固學(xué)生所學(xué)知識。
在開展課外實(shí)驗(yàn)時，要遵循“瓶瓶罐罐當(dāng)儀器，拼拼湊湊做實(shí)驗(yàn)”的原則，利用生活中的“瓶、盆、杯、罐”等儀器，設(shè)計(jì)出簡樸而實(shí)用的實(shí)驗(yàn)儀器，完成一些家庭小實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生體會到科學(xué)就在身邊，使學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰τ兴岣?。如學(xué)習(xí)混合物分離后設(shè)計(jì)簡易自來水凈化裝置及如何利用植物色素提取酸堿指示劑的裝置等。當(dāng)然開展課外實(shí)驗(yàn)活動，不能只是局限于搞一些趣味性的實(shí)驗(yàn)，更重要的是要增加具有探索性、研究性實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，這樣才能真正提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>
學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ奶岣呤且豁?xiàng)長期、細(xì)致、艱巨的過程。我們要充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)功效，激發(fā)學(xué)生興趣，培養(yǎng)學(xué)生基本實(shí)驗(yàn)操作技能和全面細(xì)致的觀察能力，積極地促進(jìn)學(xué)生思維能力的發(fā)展，從而提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰涂茖W(xué)素質(zhì)。
參考文獻(xiàn)
