“無中生有,有中取優(yōu)”

初中物理新課程改革注重科學探究，其中制訂計劃與設計實驗是科學探究過程中重要的環(huán)節(jié)，因此探究教學十分重視實驗設計，經(jīng)過多年的實踐證明學生在實驗設計能力上有了一定的提高。雖然學生設計的實驗方案眾多且不乏構思精巧者，但是真正能付諸實踐的實驗方案并不多。我們傳統(tǒng)的探究教學只重視實驗設計和對給定數(shù)據(jù)的分析和處理，很多實驗都無法親自動手完成，可謂紙上談兵。從而使學生缺少經(jīng)歷實驗過程，對實驗方案的評估和選擇能力的缺失。

因此，實驗方案的選擇對一個完整的科學探究過程來說顯得尤為重要。

一、實驗方案的重要作用

為了使科學探究能進行下去，實驗是不可或缺的。那么實驗方案在實驗中處于什么地位呢？如果我們把實驗過程比作一個產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，那么實驗方法就相當于產(chǎn)品生產(chǎn)線，它決定了一個實驗的“框架”，而實驗方案就相當于產(chǎn)品加工工藝，它就是實驗的“工藝”。能否高質(zhì)量地完成實驗，得到科學的結論，實驗方案的選擇就顯得格外重要。對于每一個實驗方法，都可能存在多種方案。

二、實驗方案的選擇

從實驗目的來分，初中物理實驗類型主要有三類：探究型實驗、驗證型實驗和測量型實驗。無論是哪種類型的實驗，都涉及實驗設計，而每一個實驗設計都會有多種方案，最后實驗只能用一個方案，所以這就需要我們對實驗方案的優(yōu)劣做出評價和選擇。在選擇實驗方案時，經(jīng)常要經(jīng)過如下流程。

1.“無中生有”

設計實驗方案是一種創(chuàng)造性的活動，對初中學生的綜合能力提出了很高的要求。對于不同類型的實驗，實驗方案設計的難度是不同的。有的實驗比較容易，學生會提出多種實驗方案；而有的實驗比較難，學生能設計出一個實驗方案已經(jīng)不錯了。所以不管實驗的難易，實驗方案選擇的前提是必須要有實驗方案。

2.“有中取優(yōu)”

為了在有限的時間內(nèi)順利完成實驗、得到科學的結論，我們必須對實驗方案進行選擇，采用最優(yōu)方案。在選擇時遵循的原則如下：

（１）可行原則。實驗方案的實施要能確保實驗順利進行并得到結論。

（２）簡便原則。要求所選實驗方案原理簡單、操作簡便，各量易測。

（３）精確原則。不同的實驗方案，其系統(tǒng)誤差和偶然誤差是不同的，應盡可能選用精確度高的實驗方案。

例1：在“比較材料的隔聲性能”的實驗中（聲源是鬧鐘），學生提出以下兩個方案：

方案一：先選用不同的材料，并且盡可能用相同的方式把鬧鐘包住，再讓同一個學生在距離鬧鐘相同遠的地方聽鬧鐘發(fā)出聲音的響度，然后根據(jù)響度大小來比較材料的隔聲性能。

方案二：先選用不同的材料，并且盡可能用相同的方式把鬧鐘包住，再讓同一個學生慢慢遠離鬧鐘，直到他剛好聽不到聲音為止，然后測量這個學生到鬧鐘的距離，最后根據(jù)測量所得的距離來比較材料的隔聲性能。

經(jīng)過實際操作和討論得到：從理論上來說以上兩個方案都是可行的。但是如果按照方案一去做實驗，學生發(fā)現(xiàn)人的聽覺是不可靠的，具有很大的主觀性。即時是同一個學生也很難區(qū)分兩個或兩個以上不同響度的聲音，所以方案一是不可行的。而方案二中的距離是可以客觀測量的，相比而言，方案二是可行的。

因此，在選擇實驗方案時，是否可行往往放在首位。

例2：在“用天平和量筒測牛奶密度”的實驗中，方案如下：

甲方案：先用天平測出空燒杯的質(zhì)量，然后在燒杯中裝入一些牛奶，測出它們的總質(zhì)量，再將牛奶倒入量筒測出牛奶的體積，求出牛奶的密度。

乙方案：先用天平測出空燒杯和牛奶的總質(zhì)量m，然后將一部分牛奶倒入量筒中，測出牛奶的體積V，再測出余下的牛奶和燒杯的質(zhì)量m'，求出牛奶的密度。

學生討論分析：

甲方案：因為牛奶具有黏性，會黏附在燒杯內(nèi)壁上，將牛奶全部倒入量筒中測量體積是很難做到的，燒杯中必然剩有少量牛奶，這樣測出的牛奶體積就會偏小。這個實驗方案中牛奶質(zhì)量的測定可以做到精確，而測到的牛奶體積偏小，根據(jù)ρ=■，計算結果偏大。

乙方案：倒入量筒的牛奶的體積可以精確測得，這部分牛奶的質(zhì)量Δ=m-m'，實驗中要測的兩個物理量在理論上都沒有誤差，計算結果必然精確。

實驗方案的選擇在考慮簡便、可行的前提下應盡可能減少實驗誤差。

實際上在具體選擇實驗方案時，以上三條原則通常要綜合考慮。

實驗方案的設計是物理實驗能力的綜合體現(xiàn)，對培養(yǎng)學生分析解決問題、創(chuàng)造能力和實驗能力和在實驗方案設計上都有很大的幫助。因此我們要看到選擇實驗方案對整個實驗乃至整個科學探究過程的重要作用，注重培養(yǎng)學生選擇實驗方案的能力。

（作者單位 江蘇省太倉市第一中學）