科學探究中設計實驗與制定計劃的教學策略

摘要：新課程改革至今，無論在理論層面還是實踐層面，探究教學均成為關注和研究的焦點之一。本文就科學探究中“設計實驗與制定計劃”這一要素，依據《全日制義務教育物理課程標準》對于科學探究的能力要求，結合自己的行動研究，闡述其教學策略。

關鍵詞：科學探究；制定計劃；設計實驗；教學策略

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2013）2（S）-0028-2

《全日制義務教育物理課程標準》（下文簡稱《標準》）把發展科學探究能力作為義務教育階段物理課程的一項重要目標。《標準》在“課程目標”中，對學生的科學探究能力提出了總體要求，又在“科學探究能力目標”中，分別對與提出問題、猜想與假設、設計實驗與制訂計劃、進行實驗與收集證據、分析與論證、評估、表達與交流等七個要素相對應的科學探究能力提出了具體要求。

科學探究要通過具體的操作來獲取證據從而驗證假設，設計實驗與制定探究計劃將會把猜想與假設落實到具體操作上。制定探究計劃會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備以及建立分析數據的方法和思路。探究計劃會使探究步驟更加有序，探究過程更加科學。假如沒有探究計劃，沒有實驗方案，探究的操作也就失去了依據。探究的計劃不當或實驗方案不妥，也將直接影響探究結果的可靠性和科學性。在初中物理學習中，解決問題的重要手段是實驗，所以制定計劃一般就是設計實驗方案。在課堂教學中，提高學生設計實驗的能力可從以下方面進行：

1 強化設計實驗過程的程序

設計實驗與制定計劃。就是從操作的角度把猜想與假設具體化、程序化。基本程序是：先根據探究的問題或猜想明確探究的目的；再分析該探究要解決哪幾個問題，每個問題都各有哪幾種解決的辦法；接著根據現有條件和探究要求去選擇合適的方法；然后，根據被選中的方法確定實驗器材；最后，按所選方法的邏輯關系構思出操作步驟。例如，在探究凸透鏡的成像規律時，我們就以：“要想知道所成像的性質與物距的關系，你們認為該怎么做？”的問題組織學生討論。有的說，首先要選一個凸透鏡，利用它來成像；有的說，要移動蠟燭的位置，改變物距，看像是否有變化；有的說，要拿一個光屏，用它來承接像，便于觀察像的不同；還有的說，最好還有刻度尺，能準確測出每次的物距。老師從學生的討論、交流中進行梳理、總結：要探究凸透鏡所成像的性質和物距的關系，就要解決好兩個問題：一是要得到清晰的、便于觀察的、不同性質的像，二是要知道它所對應的物距和像距。然后再想解決每個問題的辦法，學生經過討論得到了解決第一個問題的辦法是：把一個物體（如點燃的蠟燭）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接收它所成的像；解決第二個問題的辦法是利用刻度尺進行測量。有了解決問題的具體辦法。同學們就可以確定需要什么器材和構思實驗步驟了。接著，老師讓學生檢查實驗桌上的器材并構思出具體實驗步驟。本節教學流程如圖1所示。

2 把握設計實驗方案的要點

每次探究都讓學生按下述程序去思考，學生就會感到有規可循，思路明確，設計實驗也就不覺得困難了。

1、根據探究的問題或猜想明確實驗的目的，知道實驗中要研究哪個物理量與哪些因素的關系；

2、明確實驗中應顯示什么，怎樣顯示；控制什么，怎樣控制；改變什么，怎樣改變；

3、根據顯示、控制、改變的需要選取實驗器材：

4、設計實驗步驟；

5、設計記錄實驗數據或現象所用的表格。

例如：某實驗小組研究了影響蒸發快慢的因素后提出了新的猜想：液體蒸發的快慢是否與液體的種類有關？根據猜想知道，本探究的目的是研究蒸發快慢與液體種類的關系，要顯示和比較的是液體蒸發的快慢，要改變的是液體的種類。因為蒸發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等因素有關，所以實驗中還要控制這些因素不變，不給探究本問題帶來其他的影響。思考了這些問題后，可以在兩個相同的盤子里分別放入同樣多的水和酒精，并排放在家里的餐桌上（使兩種物質產生蒸發現象的條件相同），然后觀察哪個盤中的液體先蒸發完。或者將兩個相同的手帕用水和酒精蘸濕到相同的程度，都攤開并搭放到相同的地方，看哪個手帕先干。

不少探究中，要比較的物理量無法直接測量。這就需要用轉換的辦法間接顯示它們的大小，如：在研究影響動能大小的因素時，用鋼球把木塊推動的遠近來顯示鋼球動能的大小；在研究電流產生的熱量與哪些因素有關時，通過放電熱絲的燒瓶內溫度計的示數來顯示電熱的多少；在研究影響壓力作用效果的因素時，通過海綿的凹陷程度，來顯示壓力的作用效果；在研究電磁鐵的磁性強弱與哪些因素有關時。用電磁鐵吸引鐵釘數目的多少來顯示其磁性的強弱等。

3 學習選擇實驗器材

初中階段的探究問題，大都需要用觀察和實驗的方法進行。其中以實驗探究居多，所以存在著如何選擇實驗器材的問題。

選擇實驗器材涉及的方面很廣，比如：實驗原理、實驗器材的性能和操作要求。實驗的基本知識等，都會對器材的選擇起作用。在選擇器材時，考慮的因素也是很多的，例如：怎樣實現探究步驟，怎樣確保器材的安全，怎樣減小實驗誤差，怎樣方便操作等等。對初中學生來說。一開始不能要求過高，但是在制定探究計劃時應該讓學生領悟選擇器材的思路，并嘗試著自己去選擇所需要的器材。例如，可以讓學生在制定探究計劃時思考都需要哪些器材，先把所需器材的種類確定下來，再從實驗器材的安全性、誤差、操作方便與否等方面來考慮器材的選擇，形成從不同因素中選擇器材的意識，從而逐步提高學生選擇實驗器材的能力。選擇實驗器材，應該提倡學生選用生活中常見的器材進行實驗，這有利于他們對實驗探究產生親近感以及發展他們在選擇實驗器材方面所表現的創造力。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.全日制義務教育物理課程標準[S].北京：北京師范大學出版社，2012.

[2]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（實驗）[S].北京：人民教育出版社，2004.

[3]廖伯琴，等.義務教育物理課程標準（2011年版）解讀[M].北京：高等教育出版社，2012.

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

（欄目編輯 李富強）