科學探究中“設計實驗與制定計劃”的教學之我見
——以探究“電流與電壓、電阻的關系”為例

孫改田

(江蘇省南京市高淳區永豐中學 江蘇 南京 211300)

《課標》中有明確的要求，經歷設計實驗與制定計劃的過程，明確探究目的和已有條件，嘗試考慮影響問題的主要因素，有控制變量的意識，嘗試選擇科學探究方法及所需要的器材，了解設計實驗與制定計劃，在科學探究中的意義。筆者以探究電流與電壓、電阻的關系(蘇科版九上第14.3歐姆定律)為例來說明，如何讓學生有充分的時間和空間，讓學生學會思考，自己設計實驗與制定計劃，從而完成整個實驗探究的過程打下重要的一環。

教師在磁性黑板上連好簡單小燈泡發光的電路，讓學生思考如何能改變燈泡的亮暗(兩節干電池)？同學們互動和小組討論，第一種：通過改變電池的節數來改變電壓來實現改變電路中的電流從而改變燈泡的亮暗。第二種：通過接入一個電阻改變電路中的電阻來改變電路中的電流從而改變燈泡的亮暗。同時通過學生上黑板，演示能直觀發現，燈泡兩端電壓越大，電路中的電流越大，電阻越大，電路中的電流越小。

老師：剛才通過同學們的實驗方案，操作后知道了電流與電壓、電阻的定性關系。今天這節課，我們一起來看看電流與電壓、電阻的定量關系。研究通過導體的電流與它兩端電壓以及導體電阻的兩個因素關系時，應該用什么研究方法呢？

學生1：用控制變量的方法去研究

老師：研究通過導體的電流與導體兩端電壓關系時，應該怎么控制變量呢？(同時板書)

學生2：改變的電壓大小，導體的電阻要保持不變，觀察通過導體電流如何變化？

老師：電阻阻值保持不變，能用燈泡做實驗嗎？

學生3：燈泡電阻值隨溫度變化，用定值電阻進行實驗。(同時板書畫電路圖)

老師：那如何來改變電阻兩端電壓大小呢？

學生4：改變干電池的節數，來改變電阻兩端電壓。

老師：你這種操作，改變電池兩端的電壓，方便嗎？你打算改變幾次？

老師要求學生上黑板演示，發現確實不方便。

學生5：哦，至少三次改變燈泡兩端電壓，這樣得出的規律才具有普遍性。

老師：想要連續多次的改變燈兩端電壓，那該怎么辦呢？

學生6：電路中接入一個滑動變阻器(學生補電路圖)

老師：怎樣操作來改變電阻兩端的電壓呢？

學生7：通過移動滑動變阻器的滑片來改變電阻兩端的電壓。

老師：怎樣觀察到電阻兩端電壓變化，觀察通過電阻的電流？

學生8：還需要電壓表測導體兩端電壓，電流表測通過導體的電流。(學生補電路圖)

老師：要記錄這些實驗數據？

學生9：要畫表格，需要測量電壓和電流記錄在表格中。

老師：剛才講到要多次測量，怎么設計實驗表格？(請同學設計，并投影)現在我們一起設計好了研究通過導體的電流與導體兩端電壓關系的方案。

研究通過導體的電流與導體電阻關系時，能用現有的電路圖，如何設計實驗？(同時板書)

學生10：改變電阻，導體的兩端電壓要保持不變，觀察通過導體電流如何變化？

老師：請學生上黑板演示，換電阻，觀察電壓表的示數變化了，怎么辦？

學生11：調節滑動變阻器的滑片，使電壓表的示數保持不變。

老師：這次要測量的物理量，怎么記錄呢？請設計表格？(請同學設計，并投影展示)

老師：現在請同學們各小組根據設計好的電路圖，進行實驗。

(實驗是分組實驗，第一個實驗，選擇電阻每個小組不同，但是固定不變電阻，結論都是一樣的。第二個實驗中讓不同組學生電壓分別為1伏、2伏、2.5伏不變，這樣可以在處理數據會遇到一些困難，不便于看出規律，圖像描點時，也有一些困難，老師利用實物投影，帶著學生一起發現和解決問題，老師為什么建議電阻兩端的電壓保持2伏)

本案例中，綜合了《課標》中提出的設計實驗與制定計劃的要求，學生先通過小實驗知道了電流與電壓、電阻有關，引導學生運用控制變量的思想來解決問題。研究電流與電壓、電阻的關系時，在老師的引導下，學生說出實驗設計過程。學生也進一步發現，需要測量的物理量和選擇合適的實驗器材。接著，教師再次引導，學生發現得出規律要具有普遍性，說出要三次實驗，進而設計表格。由于教師設計的問題環環相扣，學生能設計出實驗和制定相應的方案，為實驗做好鋪墊。學生的學習是一個積極主動的建構過程，教師要為學生創設良好的學習環境，設置適當的問題，引導學生的認知沖突，激發學生的積極思維，改進實驗設計方案，制定出實驗計劃，提高學生的科學探索能力，為學生的終身學習打下堅實的科學基礎。