引導學生評估物理實驗方案初探

江耀基

(江西省安福中學，江西 吉安 343200)

引導學生評估物理實驗方案初探

江耀基

(江西省安福中學，江西 吉安 343200)

實驗方案是進行實驗探究的依據，實驗方案的優劣直接影響著實驗探究結果的可靠性和科學性.引導學生對實驗方案進行評估，有利于優化探究實驗方案，有利于學生養成嚴謹的科學態度.

中學物理；實驗方案；評估

1 引言

評估是科學探究的七個要素之一，評估實驗方案只是對探究實驗中諸多評估中的一種形式，其內容就是對設計的實驗方案和方案中選擇的實驗器材進行評價，即實驗方案好不好，有什么地方需要進行改進，改進后的實驗方案有什么優點，實驗方案中的器材能否滿足實驗要求等.學生通過評估、優化實驗方案，有利于學生養成嚴謹的科學態度，有利于將實驗探究的過程引入到更深的層次，更有利于促進實驗整體教學目標的落實.可見，評估在實驗教學中有著不可低估的作用.那么，我們該如何引導學生評估實驗方案？筆者通過三個實驗案例進行剖析，供大家參考.

2 評估實驗方案的合理性

對實驗方案是否合理進行評估，就是對設計的實驗方案的可行性、操作的安全性(包括人身和儀器安全)、操作步驟的合理性、收集數據后得出的結論是否具有普遍性等方面進行評估.

案例1：在探究“電流與電壓關系”的實驗中，同學們進行了交流與合作．如圖1所示，同學們在交流中提出甲、乙兩個探究思路，請對這兩個探究思路進行評估．

圖1

根據上述交流中提出甲、乙兩個探究思路，學生很容易設計出對應的甲、乙兩個電路圖(如圖2).

圖2

評估：從設計的兩個電路圖來看，似乎都可行，但仔細分析，圖2乙中的電路相對甲中的電路更加合理，理由如下：

(1) 從操作方面評估，甲電路雖簡單，但需要改變電池個數，拆裝電路、操作都不方便；乙電路則不需要拆裝電路，只需要改變滑動變阻器的滑片位置，操作十分簡便.

(2) 從安全方面評估，甲電路中電壓成倍數變化，每增加一個電池，電源電壓增大1.5V，很容易燒壞電源或電流表；乙電路有滑動變阻器，不僅能通過移動滑片改變定值電阻兩端的電壓，還能起到保護電路的作用.

(3) 從收集數據方面評估，甲電路中電流、電壓值不能連續變化，得出的結論具有特殊性；乙電路中電流、電壓值可連續變化，得出結論具有普遍性.

通過上述比較我們很容易看出，設計一個合理的實驗方案一定要從可行、安全、可操作性、合理性等方面進行綜合考慮.

3 評估改進后的實驗方案

實驗中，經精心設計的一個實驗方案看似完美，但在實際操作過程中有時又很難做到，此時就必須對實驗方案進行改進；在選擇實驗器材上沒有注意規格相同，會導致得出的實驗結論具有偶然性，而不具有普遍性，這也需要對實驗方案進行改進.所以對改進后的實驗方案進行評估，其內容就是客觀評價改進前的實驗方案有什么不足，改進后實驗方案好在什么地方.

案例2：在探究“影響滑動摩擦力大小的因素”實驗中，小明設計了如圖3甲所示的實驗裝置.小瑞將小明的實驗裝置改進為如圖3乙所示的裝置，將彈簧測力計一端固定，另一端鉤住木塊，木塊下面是一長木板，實驗時拉著長木板沿水平面向右運動，她認為這樣能更好地完成實驗.

圖3

評估：(1) 小明設計的實驗裝置甲的不足之處何在？

(2) 小瑞改進后的裝置乙為什么能更好地完成任務？

小明利用裝置甲探究影響滑動摩擦力大小的因素，通過實驗操作后不難發現，其實驗裝置的不足之處是由于彈簧具有伸縮性，實驗時很難用彈簧測力計拉著木塊在木板上做勻速直線運動，這樣會導致彈簧測力計的示數不穩定，也不方便讀數.

小瑞改進后的實驗裝置乙克服了這個不足之處，因為當用力拉長木板時，由于彈簧測力計的一端是固定的，所以無論怎樣拉動長木板，彈簧測力計的示數始終相對穩定，由二力平衡知識可知，彈簧測力計的示數均等于木塊受到的摩擦力的大小，便于讀數.

可見改進后的實驗方案有兩個好處：一是可以使實驗更加容易操作，二得到的實驗數據更加準確.

4 評估實驗器材選擇是否合理

對器材選擇是否合理進行評估，主要從探究實驗方案中所選擇的器材是否合理、能否利用這些供選的器材完成探究實驗任務等方面進行評估.

案例3：在估測大氣壓值的實驗中，李明實驗小組選擇的實驗器材有光滑玻璃板，面積為5cm2的塑料吸盤，量程為0～5N的彈簧測力計、水等.他們討論后設計了如下實驗方案：

(1) 將蘸水的塑料吸盤按在玻璃板上，擠出里面的空氣(如圖4)；

圖4

(2) 用彈簧測力計將吸盤掛鉤緩慢往上拉，直到吸盤脫離板面；

(3) 記錄剛剛拉脫時彈簧測力計的讀數，這就是此時大氣對吸盤的壓力；

(4) 再設法量出吸盤與水平板面的接觸面積，然后估算出大氣壓.

你認為李明實驗小組能順利完成實驗測量嗎？請你對他們所選的實驗器材的合理性進行評估.

可見，選用合理的實驗器材是保證順利完成實驗的前提，如果實驗器材選擇不合理，即使設計的實驗方案看似科學、合理，也無法完成實驗探究任務.

[1]李寬迎.中考物理實驗方案評估類試題例析[J].中學物理教學參考,2009，(1).

[2]陳寶義.中考實驗評估試題解答賞析[J].數理化學習(初中版)，2014,(1).