科學(xué)探究中設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制定計(jì)劃的教學(xué)策略

摘要：新課程改革至今，無(wú)論在理論層面還是實(shí)踐層面，探究教學(xué)均成為關(guān)注和研究的焦點(diǎn)之一。本文就科學(xué)探究中“設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制定計(jì)劃”這一要素，依據(jù)《全日制義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)于科學(xué)探究的能力要求，結(jié)合自己的行動(dòng)研究，闡述其教學(xué)策略。

關(guān)鍵詞：科學(xué)探究；制定計(jì)劃；設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)；教學(xué)策略

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2013）2（S）-0028-2

《全日制義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)》（下文簡(jiǎn)稱《標(biāo)準(zhǔn)》）把發(fā)展科學(xué)探究能力作為義務(wù)教育階段物理課程的一項(xiàng)重要目標(biāo)?！稑?biāo)準(zhǔn)》在“課程目標(biāo)”中，對(duì)學(xué)生的科學(xué)探究能力提出了總體要求，又在“科學(xué)探究能力目標(biāo)”中，分別對(duì)與提出問(wèn)題、猜想與假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制訂計(jì)劃、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)、分析與論證、評(píng)估、表達(dá)與交流等七個(gè)要素相對(duì)應(yīng)的科學(xué)探究能力提出了具體要求。

科學(xué)探究要通過(guò)具體的操作來(lái)獲取證據(jù)從而驗(yàn)證假設(shè)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制定探究計(jì)劃將會(huì)把猜想與假設(shè)落實(shí)到具體操作上。制定探究計(jì)劃會(huì)使探究者明確收集信息的途徑和方式，確定所收集信息的范圍和要求，了解探究所需的器材和設(shè)備以及建立分析數(shù)據(jù)的方法和思路。探究計(jì)劃會(huì)使探究步驟更加有序，探究過(guò)程更加科學(xué)。假如沒(méi)有探究計(jì)劃，沒(méi)有實(shí)驗(yàn)方案，探究的操作也就失去了依據(jù)。探究的計(jì)劃不當(dāng)或?qū)嶒?yàn)方案不妥，也將直接影響探究結(jié)果的可靠性和科學(xué)性。在初中物理學(xué)習(xí)中，解決問(wèn)題的重要手段是實(shí)驗(yàn)，所以制定計(jì)劃一般就是設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。在課堂教學(xué)中，提高學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力可從以下方面進(jìn)行：

1 強(qiáng)化設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的程序

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制定計(jì)劃。就是從操作的角度把猜想與假設(shè)具體化、程序化?；境绦蚴牵合雀鶕?jù)探究的問(wèn)題或猜想明確探究的目的；再分析該探究要解決哪幾個(gè)問(wèn)題，每個(gè)問(wèn)題都各有哪幾種解決的辦法；接著根據(jù)現(xiàn)有條件和探究要求去選擇合適的方法；然后，根據(jù)被選中的方法確定實(shí)驗(yàn)器材；最后，按所選方法的邏輯關(guān)系構(gòu)思出操作步驟。例如，在探究凸透鏡的成像規(guī)律時(shí)，我們就以：“要想知道所成像的性質(zhì)與物距的關(guān)系，你們認(rèn)為該怎么做？”的問(wèn)題組織學(xué)生討論。有的說(shuō)，首先要選一個(gè)凸透鏡，利用它來(lái)成像；有的說(shuō)，要移動(dòng)蠟燭的位置，改變物距，看像是否有變化；有的說(shuō)，要拿一個(gè)光屏，用它來(lái)承接像，便于觀察像的不同；還有的說(shuō)，最好還有刻度尺，能準(zhǔn)確測(cè)出每次的物距。老師從學(xué)生的討論、交流中進(jìn)行梳理、總結(jié)：要探究凸透鏡所成像的性質(zhì)和物距的關(guān)系，就要解決好兩個(gè)問(wèn)題：一是要得到清晰的、便于觀察的、不同性質(zhì)的像，二是要知道它所對(duì)應(yīng)的物距和像距。然后再想解決每個(gè)問(wèn)題的辦法，學(xué)生經(jīng)過(guò)討論得到了解決第一個(gè)問(wèn)題的辦法是：把一個(gè)物體（如點(diǎn)燃的蠟燭）分別放在與凸透鏡距離不同的位置上，用光屏在凸透鏡的另一側(cè)接收它所成的像；解決第二個(gè)問(wèn)題的辦法是利用刻度尺進(jìn)行測(cè)量。有了解決問(wèn)題的具體辦法。同學(xué)們就可以確定需要什么器材和構(gòu)思實(shí)驗(yàn)步驟了。接著，老師讓學(xué)生檢查實(shí)驗(yàn)桌上的器材并構(gòu)思出具體實(shí)驗(yàn)步驟。本節(jié)教學(xué)流程如圖1所示。

2 把握設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的要點(diǎn)

每次探究都讓學(xué)生按下述程序去思考，學(xué)生就會(huì)感到有規(guī)可循，思路明確，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)也就不覺(jué)得困難了。

1、根據(jù)探究的問(wèn)題或猜想明確實(shí)驗(yàn)的目的，知道實(shí)驗(yàn)中要研究哪個(gè)物理量與哪些因素的關(guān)系；

2、明確實(shí)驗(yàn)中應(yīng)顯示什么，怎樣顯示；控制什么，怎樣控制；改變什么，怎樣改變；

3、根據(jù)顯示、控制、改變的需要選取實(shí)驗(yàn)器材：

4、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟；

5、設(shè)計(jì)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或現(xiàn)象所用的表格。

例如：某實(shí)驗(yàn)小組研究了影響蒸發(fā)快慢的因素后提出了新的猜想：液體蒸發(fā)的快慢是否與液體的種類有關(guān)？根據(jù)猜想知道，本探究的目的是研究蒸發(fā)快慢與液體種類的關(guān)系，要顯示和比較的是液體蒸發(fā)的快慢，要改變的是液體的種類。因?yàn)檎舭l(fā)的快慢還與液體的溫度、液體的表面積、液體上方的空氣流動(dòng)等因素有關(guān)，所以實(shí)驗(yàn)中還要控制這些因素不變，不給探究本問(wèn)題帶來(lái)其他的影響。思考了這些問(wèn)題后，可以在兩個(gè)相同的盤(pán)子里分別放入同樣多的水和酒精，并排放在家里的餐桌上（使兩種物質(zhì)產(chǎn)生蒸發(fā)現(xiàn)象的條件相同），然后觀察哪個(gè)盤(pán)中的液體先蒸發(fā)完?；蛘邔蓚€(gè)相同的手帕用水和酒精蘸濕到相同的程度，都攤開(kāi)并搭放到相同的地方，看哪個(gè)手帕先干。

不少探究中，要比較的物理量無(wú)法直接測(cè)量。這就需要用轉(zhuǎn)換的辦法間接顯示它們的大小，如：在研究影響動(dòng)能大小的因素時(shí)，用鋼球把木塊推動(dòng)的遠(yuǎn)近來(lái)顯示鋼球動(dòng)能的大?。辉谘芯侩娏鳟a(chǎn)生的熱量與哪些因素有關(guān)時(shí)，通過(guò)放電熱絲的燒瓶?jī)?nèi)溫度計(jì)的示數(shù)來(lái)顯示電熱的多少；在研究影響壓力作用效果的因素時(shí)，通過(guò)海綿的凹陷程度，來(lái)顯示壓力的作用效果；在研究電磁鐵的磁性強(qiáng)弱與哪些因素有關(guān)時(shí)。用電磁鐵吸引鐵釘數(shù)目的多少來(lái)顯示其磁性的強(qiáng)弱等。

3 學(xué)習(xí)選擇實(shí)驗(yàn)器材

初中階段的探究問(wèn)題，大都需要用觀察和實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行。其中以實(shí)驗(yàn)探究居多，所以存在著如何選擇實(shí)驗(yàn)器材的問(wèn)題。

選擇實(shí)驗(yàn)器材涉及的方面很廣，比如：實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)器材的性能和操作要求。實(shí)驗(yàn)的基本知識(shí)等，都會(huì)對(duì)器材的選擇起作用。在選擇器材時(shí)，考慮的因素也是很多的，例如：怎樣實(shí)現(xiàn)探究步驟，怎樣確保器材的安全，怎樣減小實(shí)驗(yàn)誤差，怎樣方便操作等等。對(duì)初中學(xué)生來(lái)說(shuō)。一開(kāi)始不能要求過(guò)高，但是在制定探究計(jì)劃時(shí)應(yīng)該讓學(xué)生領(lǐng)悟選擇器材的思路，并嘗試著自己去選擇所需要的器材。例如，可以讓學(xué)生在制定探究計(jì)劃時(shí)思考都需要哪些器材，先把所需器材的種類確定下來(lái)，再?gòu)膶?shí)驗(yàn)器材的安全性、誤差、操作方便與否等方面來(lái)考慮器材的選擇，形成從不同因素中選擇器材的意識(shí)，從而逐步提高學(xué)生選擇實(shí)驗(yàn)器材的能力。選擇實(shí)驗(yàn)器材，應(yīng)該提倡學(xué)生選用生活中常見(jiàn)的器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這有利于他們對(duì)實(shí)驗(yàn)探究產(chǎn)生親近感以及發(fā)展他們?cè)谶x擇實(shí)驗(yàn)器材方面所表現(xiàn)的創(chuàng)造力。

參考文獻(xiàn)：

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[4]廖伯琴，等.義務(wù)教育教科書(shū)-物理（八年級(jí)）[M].上海：上海科學(xué)出版社，2012.

（欄目編輯 李富強(qiáng)）