提升初中學(xué)生物理實驗設(shè)計能力策略的研究

耿春山

【摘? 要】? 初中物理實驗教學(xué)能夠有效落實物理學(xué)科的課程目標，全面提升學(xué)生的物理核心素養(yǎng).實驗教學(xué)的開展不僅能夠培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和解決問題的能力，也能夠促進他們思維模式、創(chuàng)新意識和科學(xué)態(tài)度的發(fā)展和進步.本文從我校的初中物理實驗教學(xué)現(xiàn)狀出發(fā)，詳細探討在初中物理教學(xué)當(dāng)中提升學(xué)生實驗設(shè)計能力的有效措施，希望能夠有效培養(yǎng)學(xué)生良好的物理實驗設(shè)計思維.

【關(guān)鍵詞】? 初中物理；實驗教學(xué)；設(shè)計能力

通過對我校教師訪談和學(xué)生作業(yè)、測試反饋發(fā)現(xiàn)：明明已經(jīng)做完了相關(guān)實驗，可是學(xué)生在實驗題上錯誤和失分還是較多.究其根本，是因為部分教師實驗教學(xué)缺乏有效的設(shè)計和實施策略，重視操作而忽視學(xué)生思維設(shè)計過程，僵硬地讓學(xué)生記實驗操作、記實驗現(xiàn)象、記實驗結(jié)論，缺乏讓學(xué)生想為什么這樣做的思考過程，也缺少引導(dǎo)學(xué)生或讓學(xué)生獨立設(shè)計實驗的過程，從而導(dǎo)致學(xué)生沒有掌握住清晰的實驗設(shè)計原理和明確的實驗流程，可見教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的實驗設(shè)計能力急需落實.

1? 實驗設(shè)計應(yīng)該遵循的原則

綜合性強和創(chuàng)造性強是實驗設(shè)計的突出特點，它需要學(xué)生綜合利用自己學(xué)習(xí)過的知識和經(jīng)驗，創(chuàng)造性地思考解決問題的方法和流程；也具有極強的靈活性和開放性，需要學(xué)生針對需要解決的問題的不同條件，設(shè)計出不同的實驗方案，即使是相同的條件也可以引申出其他的計劃和策略.因此，對于探究式實驗方案的設(shè)計，教師需要引導(dǎo)學(xué)生遵循以下原則.

1.1? 科學(xué)性原則

科學(xué)性是指實驗設(shè)計要有明確的實驗?zāi)繕?，能夠解決什么樣的問題、能夠達到怎樣的效果、能夠講明什么原理等[1].同時，實驗設(shè)計所依靠的物理原理必須真實、正確和科學(xué)，從而使得學(xué)生能夠根據(jù)實驗?zāi)康暮蛯嶒炘韺W(xué)者正確的實驗器材.實驗方法的選擇也要科學(xué)嚴謹.對于探究式實驗的設(shè)計不能脫離基本的物理知識和概念，并要遵循其他學(xué)科基本原則.

1.2? 控制變量原則

變量簡單來說是學(xué)生在實驗過程中自行控制的影響因素，能夠在性質(zhì)和數(shù)量上產(chǎn)生變化.按照它們的不同性質(zhì)，可以將其分為兩類四種變量：

（1）實驗變量和反應(yīng)變量

實驗變量也可以稱之為自變量，是在實驗過程中學(xué)生能夠操控的因素.反應(yīng)變量可以稱之為因變量或應(yīng)變量，指的是在實驗過程當(dāng)中因為因素的變化而產(chǎn)生不同變化的實驗結(jié)果.一般來說，實驗變量是導(dǎo)致實驗結(jié)果出現(xiàn)變化的原因，反應(yīng)變量是因素變化產(chǎn)生的結(jié)果，兩者之間具有因果關(guān)系.實驗的目的便是為了解釋清楚其中的因果關(guān)系.

（2）無關(guān)變量與額外變量

無關(guān)變量可以稱之為控制變量，指的是在實驗過程中除實驗變量外能夠影響實驗流程和實驗結(jié)果的因素.額外變量也可以稱為干擾變量，指的是在實驗過程中無關(guān)因素產(chǎn)生的變化和結(jié)果.

2? 培養(yǎng)初中生物理實驗設(shè)計能力的教學(xué)策略

2.1? 強化實驗探究教學(xué)

（1）充分利用常規(guī)的探究性實驗

探究性實驗教學(xué)和傳統(tǒng)的物理實驗教學(xué)不同，學(xué)生不再是只能夠聽教師講課、看教師實驗的“機器人”.他們需要在教師的指引之下，充分利用自身的知識和技能，創(chuàng)造出自己的實驗設(shè)計方案，進行獨立實驗操作，對于實驗現(xiàn)象進行自主分析和總結(jié)，從而得出相應(yīng)的結(jié)論[2].這種方式能夠?qū)崿F(xiàn)真正的自主探究和自主學(xué)習(xí)，使得他們能夠在親自操作中促進知識的不斷內(nèi)化、經(jīng)驗的不斷豐富和知識體系的不斷完善，從而形成良好的學(xué)習(xí)方式和學(xué)習(xí)習(xí)慣.教師可以利用常規(guī)測定性實驗，引導(dǎo)學(xué)生參與實驗過程進行一定的實驗設(shè)計，以此提升他們的實驗設(shè)計能力.

例如? 以初中物理北師大版八年級下冊第九章機械和功的第六節(jié)“測滑輪組的機械效率”為例，我校課題組成員彭老師做了一節(jié)測量滑輪組機械效率的研究課.

課題組成員聽課并進行了討論.大家認為要想培養(yǎng)孩子實驗設(shè)計能力，教師在實驗課前的準備工作非常重要.根據(jù)我校學(xué)生的實際水平，既不能說得太多，又不能完全放開，教師的引導(dǎo)非常關(guān)鍵，所以教師應(yīng)該在教學(xué)設(shè)計上下功夫，學(xué)案和習(xí)題設(shè)計上有梯度、要能引發(fā)學(xué)生思考，這樣的設(shè)計才能逐步提升學(xué)生實驗設(shè)計能力.課題組成員對準備研究的幾個常規(guī)測定性實驗（測平均速度、用天平量筒測密度、伏安法測電阻、伏安法測電功率）的教學(xué)設(shè)計、學(xué)案、習(xí)題進行了重新加工和設(shè)計，并進行了交流.通過交流，大家還覺得，對于測量類實驗，還應(yīng)該讓學(xué)生知道測量類實驗的實驗報告的設(shè)計流程：實驗?zāi)康?、實驗原理、需要的器材、實驗步驟、記錄表格等，為將來學(xué)習(xí)書寫實驗報告做好鋪墊.

（2）引導(dǎo)獨立設(shè)計實驗并進行探究

在物理實驗教學(xué)當(dāng)中，教師往往會通過各種示范實驗幫助學(xué)生明確實驗過程和實驗方案，演示實驗具有著極為特殊的要求，要在短時間內(nèi)產(chǎn)生極強的直觀效果.但在教學(xué)過程當(dāng)中，大部分教師會選擇直接照搬教材，使得演示實驗的效果較為低質(zhì).基于此，初中物理教師便要減少對于實驗設(shè)計的影響和引導(dǎo)，促使學(xué)生能夠通過獨立探究，激發(fā)思維碰撞，使得他們能夠主動參與到實驗設(shè)計的活動之中.

例如? 以初中物理北師大版九年級全一冊第十二章歐姆定律的第一節(jié)“學(xué)生實驗：探究——電流與電壓、電阻的關(guān)系”為例，我校課題組成員張老師、于老師，分別做了“探究電阻的影響因素”“探究電流與電壓、電阻關(guān)系”兩節(jié)探究類實驗課.

通過聽課和研討，大家發(fā)現(xiàn)這兩節(jié)探究課項目齊全，學(xué)生在老師的引導(dǎo)下，也很順利地設(shè)計出來實驗電路、實驗步驟、記錄表格，也進行了實驗探究，通過分析數(shù)據(jù)得到了相應(yīng)的結(jié)論.但是這幾乎都是在老師的引導(dǎo)下完成的，大家通過研討發(fā)現(xiàn)，探究課幾乎都是這樣上的，很少有教師給學(xué)生一個探究題目，放手讓學(xué)生獨立去體驗一次或幾次完成要探究的問題，這也直接導(dǎo)致了學(xué)生在遇到給出探究題目，要求寫實驗步驟、設(shè)計實驗表格、分析實驗結(jié)論的題還是思路不清楚.

所以建議最好每個學(xué)期至少要讓學(xué)生經(jīng)歷一次獨立的實驗探究.除此之外，也一定要對探究實驗進行強化練習(xí)，最好以專題練習(xí)的方式強化探究實驗的設(shè)計練習(xí)，逐步培養(yǎng)學(xué)生通過“思維導(dǎo)圖”的方式分析解決探究實驗的設(shè)計過程，從而逐步提高設(shè)計能力.

2.2? 規(guī)范實驗設(shè)計的基本思路

正確的思路是取得正確實驗結(jié)果的重要保障.因此，初中物理教師便要在日常教學(xué)過程中充分利用教材當(dāng)中的示范實驗，引導(dǎo)學(xué)生感悟其中的實驗設(shè)計思想和方式，從而掌握住進行實驗設(shè)計的技巧和措施[3].同時，教師要時常引導(dǎo)學(xué)生進行規(guī)范性實驗設(shè)計的思考，使得他們能夠形成基本的實驗設(shè)計思路.也可以利用一些經(jīng)典的物理習(xí)題，幫助學(xué)生確立下明確的實驗設(shè)計思路.本文結(jié)合了具體的案例對培養(yǎng)學(xué)生正確的實驗設(shè)計思路進行了簡單的分析.

例如? 以北師大版九年級全一冊第十二章為例，第二節(jié)“根據(jù)歐姆定律測量導(dǎo)體的電阻”的教學(xué)目標是為了讓學(xué)生能夠通過歐姆定律，學(xué)會用電流表和電壓表測量小燈泡的電阻.因此，教師便可以從此出發(fā)，第一步，要幫助學(xué)生明確實驗設(shè)計的目的：“測量未知電阻的阻值”，知道如何進行電阻的測量；第二步，要帶領(lǐng)學(xué)生分析本次實驗設(shè)計背后的原理——歐姆定律，和需要用到的電阻計算公式：（U表示電壓，I表示電流），知道要想測量小燈泡的電阻，就要知道小燈泡兩端的電壓和通過的電流；第三步，引導(dǎo)學(xué)生準備好小燈泡、電流表、電壓表、開關(guān)等實驗材料，要帶領(lǐng)他們通過之前學(xué)習(xí)的電路知識，進行串并聯(lián)電路的連接；第四步，要引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)串并聯(lián)電路的特點，確定下最終的實驗方法，以此測量出在不同電流和電壓的情況下小燈泡的電阻；第五步，教師要帶領(lǐng)學(xué)生進行整個實驗設(shè)計的書寫，以此確定下明確的實驗流程.

2.3? 把握實驗設(shè)計的基本原則

養(yǎng)成學(xué)生基本的實驗設(shè)計思路是必須，幫助他們掌握正確的實驗設(shè)計基本原則也是必須.

例如? 以初中物理北師大版八年級下冊第七章運動和力的第六節(jié)“學(xué)生實驗：探究——摩擦力的大小與什么有關(guān)”為例，本課主要是探究影響摩擦力大小的因素.在完成了本次實驗之后，我校教師提出了此類問題：“在探究摩擦力大小和接觸面粗糙程度的關(guān)系時，能否用手拖動木塊？”在學(xué)生激烈的相互討論中，他們發(fā)現(xiàn)用手拖動木塊不僅無法控制木塊移動的速度，也無法控制木塊承受的壓力.這無法得出準確的實驗數(shù)據(jù)和實驗結(jié)果，也違反了實驗設(shè)計的控制變量原則.利用上述的方式，我校教師不僅幫助學(xué)生確定下科學(xué)的實驗流程，也使得學(xué)生掌握住了實驗設(shè)計的原則，從而促進他們實驗設(shè)計能力的不斷提升.

3? 結(jié)語

綜上所述，在初中物理教學(xué)當(dāng)中開展實驗設(shè)計能力的培養(yǎng)活動不僅能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也能夠培養(yǎng)他們創(chuàng)新意識和科學(xué)探索精神.但在目前的初中物理教學(xué)當(dāng)中，實驗教學(xué)仍存在著一定的問題，探究式實驗工作也面臨著較多阻礙.這便需要初中物理教師正確對待每一困難，不逃避不掩蓋，在不斷的實踐過程中總結(jié)經(jīng)驗和教訓(xùn).雖然培養(yǎng)學(xué)生的實驗設(shè)計能力是一項長期性的工作，但教師仍要秉持著科學(xué)的精神和認真的態(tài)度，充分調(diào)動學(xué)生的自主探究欲望，從而取得良好的物理教學(xué)效果.

【本文系北京教育學(xué)院課題，課題名稱：提升初中學(xué)生物理實驗設(shè)計能力策略的研究課題編號：XYJG2022-38研究成果】

參考文獻：

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