如何引導學生提高探究性實驗設計能力

康中華

在初中階段開展探究性實驗，是全面培養(yǎng)學生的知識運用能力、收集和處理信息的能力、分析和解決實際問題的能力、語言文字表達能力的重要環(huán)節(jié)，學生參與探究性實驗設計活動還有利于提高學生的動手能力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識。新課程標準要求，開展探究性實驗是學習初中物理的重要方法之一。探究性實驗包含提出問題、猜想假設、設計實驗、進行實驗、實驗分析和得出結論等步驟。其中設計實驗時沒有思路是學生在進行探究性實驗過程中遇到的最大問題。體會探究性實驗設計的設計思想，歸納實驗設計的常見思路，探索如何啟發(fā)學生開展實驗設計，必須遵循以下原則：

第一，科學性原則。科學性是指實驗目的要明確，實驗原理要正確，要選擇合適的實驗材料和實驗方法，整個設計思路和實驗方法的確定都不能脫離教材。例如，在探究性實驗“壓力的作用效果跟什么因素有關”中，所選擇的實驗材料必須是容易發(fā)生形變的物體，如沙土、海綿、泡沫塑料等。

第二，可操作性原則。設計實驗時，要選擇容易找到的實驗材料，實驗裝置的設計要盡量簡單，實驗的操作要盡量簡單易懂，實驗步驟不應太繁瑣，實驗時間不能太長。

第三，單一變量原則。即控制變量法。不管一個實驗有幾個實驗變量，都應保證一個實驗變量的數值始終不變，對應所研究的物理量；即控制其他因素不變，只改變其中的某一變量，觀察其對所研究物理量的影響。除了整個實驗過程中欲處理的實驗因素外，其他實驗條件要求前后一致。例如，在探究實驗“壓力的作用效果跟什么因素有關”中，研究壓力的作用效果與壓力的關系，必須保證壓力的作用面積始終不變，改變壓力的大小，觀察受力物體的形變程度；研究壓力的作用效果與壓力的作用面積的關系，必須確保壓力的大小不變，改變壓力的作用面積，進而觀察受力物體的形變程度等。

第四，嚴謹性原則。這里包含兩層意思，一是對比實驗，既可以排除無關變量的影響，又可以增加實驗結果的可信度和說服力。二是平行重復同一實驗，即控制某種因素的變化幅度，在同樣條件下重復實驗，分析其對實驗結果的影響。

在遵循以上原則的基礎上，要引導學生進行探究性實驗設計。首先要對實驗原理進行研究。實驗原理探討，主要是分析學生在實驗過程中可能遇到的理論問題，并提出相應的解決方案。進行相關原理探究時，要引導學生發(fā)現問題，讓學生明確本節(jié)課的實驗任務，確定整堂課的學習方向。由于探究性實驗本身存在一定的難度，問題的設計就顯得尤為重要。設計的問題恰當，可以引發(fā)學生的思考，有助于探究；設計的問題不恰當，探究性實驗的設計就很難收到應有的教學效果。適當設置情景問題，不但能讓學生知道怎樣做，還能知道為什么這樣做，真正使學生在做中學，在學中思。然后組織學生討論，展示本小組的討論成果，并對相關的原理做出評價，判斷其合理性，為下一步的探究做好準備。其次是設計出科學可行的實驗方案。從課本知識入手，聯系生活實際，培養(yǎng)學生大膽質疑的精神，養(yǎng)成探究的習慣。人們求知識的過程，其實就是一個不斷破舊立新的過程。因為懷疑，人們才會不斷地去思考，去探求未知的領域。所以根據學生實際，設計富有啟發(fā)性的實驗方案，并巧妙地設“疑”，是啟發(fā)學生思考，培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識的重要手段。善于“疑”，敢于“疑”，才能不斷地接近真理?！耙伞笔撬伎嫉拈_始，學習的目的，要鼓勵學生大膽質疑。但是，要引導學生以正確的態(tài)度質疑，不可陷入懷疑主義的怪圈。

首先要引導學生思考實驗步驟設計中隱含的科學方法，讓學生了解實驗的基本思路，提出探究性的問題，培養(yǎng)學生的探究興趣。然后讓學生自行設計實驗，進行實驗操作，并認真地做好記錄，引導學生分析實驗結果，由結果推導出結論，培養(yǎng)學生的探究能力，最終使學生掌握提出問題→猜想與假設→設計方案并實驗探究→分析論證→總結結論→評價與反思的探究式學習方法。

在實驗過程中，教師不僅要提醒學生注意操作，還要監(jiān)督學生做好記錄，獲得足夠的信息，對已有的信息進行分析、歸納，以便對實驗設計進行總體評價，進而得出正確、科學的結論。最后，根據記錄的實驗現象和數據分析實驗結果，得出對該方案的評價，并找出方案的不足，提出改進的方案。通過自我反思，交流討論，不斷提升自己的探究能力。

通過前面的探究與實驗，表面上看似乎已經完成了任務，其實，大多數學生還停留在一種直觀的感受和零碎的認知上，所以我們要對實驗的原理、器材、步驟、操作等環(huán)節(jié)進行全面的回顧和歸納，還要提出本次探究中出現的問題，歸納出解決該類問題的基本思路，以達到知識與方法技能的統一，實現“學與用”的雙贏。在組織探究實驗時，教師要在學生現有的知識水平下，從允許學生出錯的角度出發(fā)，指導學生完成實驗設計。

探究活動是一種新的教學模式，無章可循。教師要提高自身素質，要認真領會課改精神，把握探究活動的要領。在探究的過程中，教師要擺正自己的位置，可以進行指導，可以參與，可以組織，但決不能越俎代庖，代替學生思考。實驗能力是初中物理課程標準規(guī)定學生要有的一項基本能力，學生要能夠將所學的知識和技能應用到實際生活中，依據一定的原理進行簡單的實驗設計，并動手驗證所設計方案的可行性。實驗教學要注重對學生實驗設計的指導和實驗技能的訓練，讓學生在了解實驗的設計方法、設計原則的基礎上，進行相關的實驗設計，讓學生在實踐中掌握一些簡單的實驗設計方法與實驗設計原則，掌握科學的實驗操作技能，進一步提高學生的探究性實驗設計能力，為學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)打下堅實的基礎。

（作者單位：吉林白城市通榆縣

第八中學校）