注重實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 引導(dǎo)學(xué)生探究

胡 彬

（蘇州市一中分校，江蘇 蘇州 215004）

隨著新課程改革的不斷深入，探究式教學(xué)在課堂教學(xué)中越來越受到教師與學(xué)生的關(guān)注，但很多實(shí)驗(yàn)也只是按教材的分析按部就班地進(jìn)行純理論的講解，關(guān)鍵的實(shí)驗(yàn)方案構(gòu)思和設(shè)計(jì)訓(xùn)練被忽視了，學(xué)生只能照方抓藥，缺乏自己的思考.不利于學(xué)生智力的開發(fā)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng).為了提高學(xué)生多方面的科學(xué)素養(yǎng)，讓學(xué)生真正的自主探究，筆者認(rèn)為有必要在教學(xué)過程中啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本過程，現(xiàn)就筆者多年的工作實(shí)踐，談?wù)勛约涸谖锢斫虒W(xué)中的幾點(diǎn)嘗試.

1 創(chuàng)設(shè)各種情境，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)欲望

如果直接讓學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，很多學(xué)生往往無從入手，使思維陷入困境.久而久之，學(xué)生就會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)產(chǎn)生逃避心理.如果教師創(chuàng)設(shè)出豐富多彩的情境，就能為學(xué)生提供一個(gè)思考的平臺(tái)，既能激發(fā)學(xué)生思維的興趣，又能調(diào)動(dòng)他們頭腦中已有的知識(shí)與生活經(jīng)驗(yàn)，疏通學(xué)生的思維通道，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的最佳狀態(tài).

（1）生活情境.

物理源于生活、貼近生活.我們身邊處處都能發(fā)現(xiàn)和物理有關(guān)的現(xiàn)象，物理教學(xué)內(nèi)容也與生活生產(chǎn)實(shí)際緊密聯(lián)系在一起.生活實(shí)際具有不容質(zhì)疑的真實(shí)性而易于被學(xué)生接受，在課堂上創(chuàng)設(shè)學(xué)生熟悉的、有趣的、新奇的生活情境，可以引起學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，引導(dǎo)學(xué)生積極主動(dòng)地思考，使學(xué)生自然沉浸到生活情境中，激發(fā)學(xué)生解決問題的探究欲望，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力.

案例1.在“壓強(qiáng)”這節(jié)課的教學(xué)過程中，可以先鋪設(shè)以下情境：一對(duì)青年男女在海邊的沙灘上漫步，請(qǐng)學(xué)生比較哪個(gè)人對(duì)沙灘壓力的作用效果更明顯.之后顯示兩人腳印的特寫，體重較大的男生的腳印淺，體重較小的女生的腳印反而深.設(shè)置這個(gè)認(rèn)知沖突，目的是為接下來的實(shí)驗(yàn)“探究影響壓力作用效果的因素”打下基礎(chǔ)，也能有效突破學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)的難點(diǎn)，了解如何從具體現(xiàn)象中比較壓力作用效果的明顯程度.

（2）問題情境.

學(xué)問始于疑，疑賴于問.問題是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的動(dòng)力和催化劑，當(dāng)學(xué)生的思維沒有得到啟發(fā)時(shí)，教師可通過創(chuàng)設(shè)問題情境，提供一些解決問題的方式或信息，讓學(xué)生步步深入地去分析去解決，從而開啟學(xué)生的思維之門，使學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)有一個(gè)明確的方向.

案例2.在“探究影響滑動(dòng)摩擦力的因素”時(shí)，可以創(chuàng)設(shè)以下一系列的問題情境：如何測量滑動(dòng)摩擦力的大??？彈簧測力計(jì)的拉力和摩擦力是同一個(gè)力嗎？如何做才能從彈簧測力計(jì)的示數(shù)中知道滑動(dòng)摩擦力的大??？如何改變接觸面的粗糙程度？如何研究接觸面粗糙程度對(duì)滑動(dòng)摩擦力大小的影響？從形式上看是教師設(shè)疑，學(xué)生答疑.但實(shí)際上，學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，在解決當(dāng)前問題的同時(shí)又發(fā)現(xiàn)新問題，在積極思考的同時(shí)也突破了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的一個(gè)個(gè)難點(diǎn).

2 提供多種器材，活躍學(xué)生思維

所謂“兵馬未動(dòng)，糧草先行”，選擇合適的實(shí)驗(yàn)儀器是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ).選擇器材要根據(jù)研究的具體內(nèi)容分析各種器材的特點(diǎn)，多方面考慮到器材的安全性、實(shí)驗(yàn)的誤差、實(shí)驗(yàn)操作的方便與否，對(duì)實(shí)驗(yàn)研究的優(yōu)勢和劣勢等因素.器材的靈活選擇將影響學(xué)生設(shè)計(jì)出各種不同的實(shí)驗(yàn)方案，可以活躍學(xué)生思維，挖掘?qū)W生潛力.所以，在進(jìn)行探究所需器材的準(zhǔn)備時(shí)，可多提供一些與該探究無關(guān)或可以作為替代的器件，供學(xué)生自主選擇，最大限度地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力.

案例3.在“探究平面鏡成像特點(diǎn)”的實(shí)驗(yàn)中，教師可以提供平面鏡、2mm厚的茶色玻璃、5mm厚的透明玻璃，學(xué)生通過分析了解到平面鏡雖然成像清晰，但看不見鏡后的物體，無法確定像的位置；5mm厚的透明玻璃由于太厚，會(huì)透過玻璃板呈現(xiàn)兩個(gè)像，也不利于實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，所以應(yīng)該選用2mm厚的茶色玻璃，既能確定鏡后像的位置，成像的清晰度也比透明玻璃好.在選擇輔助器材時(shí)，是選擇蠟燭，還是選擇棋子；是選擇刻度尺，還是選擇方格紙？學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，模擬實(shí)驗(yàn)情景，可以根據(jù)自己的分析逐個(gè)進(jìn)行選擇，然后構(gòu)思解決問題的實(shí)驗(yàn)方案.

案例4.在“探究二力平衡的條件”時(shí)，可以給學(xué)生多種實(shí)驗(yàn)器材供其自由選擇：兩端拴有細(xì)繩的小卡片、兩端拴有細(xì)繩的小車、兩端拴有細(xì)線的木塊、鐵架臺(tái)、定滑輪、鉤碼若干、彈簧測力計(jì)等，讓學(xué)生自由討論實(shí)驗(yàn)方案并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn).在這樣的設(shè)計(jì)思路下，學(xué)生會(huì)提出多種實(shí)驗(yàn)方案，絕不會(huì)僅限于教材上的思路.最終將所有方案分析比較，發(fā)現(xiàn)選用小卡片作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象最為合理，原因在于質(zhì)量小，重力可以忽略不計(jì)，基本不受摩擦力的影響，在理想狀態(tài)下近似為二力平衡.

多種實(shí)驗(yàn)器材的選擇將帶來多種的實(shí)驗(yàn)方案，多種的實(shí)驗(yàn)方案將帶來多重思維火花的碰撞，學(xué)生在這樣的思維訓(xùn)練下，不僅知道了實(shí)驗(yàn)怎么做，還知道了為什么要這樣做，甚至還知道了還可以怎么做.設(shè)計(jì)思路和方法的掌握，對(duì)于學(xué)生解決類似的問題，乃至將來解決沒有遇到的問題都是有幫助的.

3 運(yùn)用科學(xué)方法，構(gòu)建學(xué)生思路

學(xué)生在教師的引導(dǎo)下知道了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的大致方向，但學(xué)生離設(shè)計(jì)出真正科學(xué)合理且可行的實(shí)驗(yàn)方案還有一定的距離，需要教師進(jìn)行正確有效的指導(dǎo)，以學(xué)生原有的知識(shí)結(jié)構(gòu)與初步想法為起點(diǎn)，探究合理恰當(dāng)?shù)姆椒ǎ灾髟O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案.

（1）轉(zhuǎn)換法.

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，某些物理量不容易直接測量或某些物理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直接觀察有些困難，通常用一些非常直觀的現(xiàn)象去認(rèn)識(shí)或用易測量的物理量間接測量.

案例5.“探究導(dǎo)體產(chǎn)生焦耳熱與哪些因素有關(guān)”活動(dòng)中，熱量是無法直接測量的，那么在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過程中如何將“電流產(chǎn)生的熱量多少”反映出來呢？這就需要用到轉(zhuǎn)換法.教師可利用一些生活情境引導(dǎo)學(xué)生分析：有熱量產(chǎn)生必然溫度也會(huì)隨之升高，學(xué)生在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)自然而然就會(huì)將熱量的多少轉(zhuǎn)換成溫度變化量的大小.通過教師的引導(dǎo)，一方面使學(xué)生在已有知識(shí)的基礎(chǔ)上找到了與未知知識(shí)溝通的“橋梁”，另一方面使學(xué)生的認(rèn)知自然而然擴(kuò)展到新領(lǐng)域，這樣學(xué)生不但了解如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)而且也收獲了方法.

（2）控制變量法.

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，當(dāng)研究多個(gè)物理量之間的關(guān)系時(shí)，就需要控制其他幾個(gè)物理量不變，依次研究其中某一個(gè)物理量變化所產(chǎn)生的影響，這就是常用的控制變量法.

案例5的活動(dòng)中，教師在引導(dǎo)學(xué)生知道如何判斷導(dǎo)體產(chǎn)生的焦耳熱大小后，需要提醒學(xué)生：由于焦耳熱大小可能與多個(gè)因素有關(guān)，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，只能先研究其中一個(gè)物理量對(duì)焦耳熱的影響，比如研究焦耳熱與電阻大小的關(guān)系時(shí)，就要控制電流、電壓、通電時(shí)間不變，只改變電阻大??；要研究焦耳熱與電流大小的關(guān)系時(shí)，就只能改變電流，而控制其他量均不變.通過教師恰當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)，學(xué)生就能設(shè)計(jì)出完整且科學(xué)合理的電路圖和實(shí)驗(yàn)方案，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的過程中又兼顧了思維方法.

（3）比值替換法.

大部分探究型、驗(yàn)證型的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)都需要用到控制變量法，而很多測量型的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)則需要用比值替換法來思考.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，如果某一個(gè)物理量無法直接測量，不妨變換角度，可以用另外兩個(gè)基本物理量的“比”來替換這個(gè)物理量，如速度、密度、壓強(qiáng)、功率等物理量的測量.

案例6.在“測量小燈泡的額定功率”的實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)首先讓學(xué)生明確，要得到小燈泡的功率，就要測量出電壓和電流的大小.為此，可以設(shè)計(jì)以下師生互動(dòng)形式的對(duì)話來引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)出完整的實(shí)驗(yàn)方案.

師：測量電功率的實(shí)驗(yàn)原理，即電功率的計(jì)算公式是什么？（生：P＝UI）

師：為了測定小燈泡的功率，必須測出哪些有關(guān)的物理量？（生：小燈泡兩端的電壓和通過小燈泡的電流.）

師：測這些物理量需要哪些實(shí)驗(yàn)器材？（生：測電壓需要電壓表，測電流需要電流表.）

師：在什么條件下測出的功率才是小燈泡的額定功率？（生：小燈泡兩端的電壓等于它的額定電壓）

師：為了調(diào)節(jié)電壓大小，我們需要用什么實(shí)驗(yàn)器材？（生：滑動(dòng)變阻器）

師：請(qǐng)根據(jù)剛才提示設(shè)計(jì)出測量小燈泡額定功率的電路圖和實(shí)驗(yàn)方案.

通過循序漸進(jìn)的問題引導(dǎo)，以學(xué)生已有的知識(shí)為出發(fā)點(diǎn)，讓學(xué)生逐步認(rèn)識(shí)到如何根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理中的相關(guān)物理量來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn).學(xué)生在對(duì)要素的剖析過程的同時(shí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法也有了一個(gè)完整的認(rèn)識(shí)，并自然形成了分析問題的方法，最后大多數(shù)學(xué)生在教師的引導(dǎo)下都能按照計(jì)劃順利完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì).

除了上述列舉的之外，還有很多其他方法，例如比較法、等效替代法、模型法、科學(xué)推理法等，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)研究一個(gè)物理問題或物理規(guī)律時(shí)，往往需要同時(shí)用到幾種研究方法.教師要及時(shí)引導(dǎo)學(xué)生緊緊圍繞著“猜想與假設(shè)”，積極尋找、設(shè)計(jì)驗(yàn)證“猜想與假設(shè)”的實(shí)驗(yàn)方法.

4 交流實(shí)驗(yàn)方案，提高學(xué)生能力

由于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)具有開放性的特點(diǎn)，再加上每個(gè)學(xué)生自己有獨(dú)特的思考方法和不同的解決途徑，設(shè)計(jì)水平高低不同，得出的結(jié)果是多種多樣的.所以，在寫出實(shí)驗(yàn)方案后，教師要及時(shí)引導(dǎo)學(xué)生交流設(shè)計(jì)成果，說明各自的設(shè)計(jì)思路、依據(jù)的實(shí)驗(yàn)原理、采用的實(shí)驗(yàn)方法、主要的實(shí)驗(yàn)步驟及對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的預(yù)期等.在學(xué)生明確實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本環(huán)節(jié)、遵循的主要原則的基礎(chǔ)上，著重討論設(shè)計(jì)的創(chuàng)新之處，如實(shí)驗(yàn)材料的選擇、實(shí)驗(yàn)方法的改進(jìn)、實(shí)驗(yàn)順序的安排等.

學(xué)生在交流討論的過程中，不僅能學(xué)會(huì)用科學(xué)的術(shù)語條理清晰地表達(dá)自己的思路，學(xué)會(huì)對(duì)自己或他人的觀點(diǎn)做出簡單的評(píng)述和分析，也能相互啟發(fā)和借鑒，取長補(bǔ)短，有利于學(xué)生進(jìn)行深入思考和持續(xù)探究，從而真正學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)、學(xué)會(huì)思考、學(xué)會(huì)探究，這正是新課標(biāo)的要求.

當(dāng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)分析和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的規(guī)律性有了一定的認(rèn)識(shí)時(shí)，教師也要積極地引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用已理解和掌握的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)模式，去解決實(shí)際問題.

總之，要讓學(xué)生樂于探究、學(xué)會(huì)探究，需要教師將實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)落實(shí)在每一節(jié)實(shí)驗(yàn)課上，發(fā)揮好教師引導(dǎo)者的角色，根據(jù)學(xué)生的思維發(fā)展?fàn)顩r，創(chuàng)設(shè)合理的情境，鼓勵(lì)學(xué)生打開思路、積極思考，并恰當(dāng)?shù)匾龑?dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，交流、調(diào)整和確定實(shí)驗(yàn)方案，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、思維能力和創(chuàng)新能力.