一句口訣教會學生設計實驗

原東生

摘要：本文針對培養學生設計實驗的能力，提出了可行的教學策略，即強化設計實驗的程序和設計實驗方案的要點，把握收放尺度，調控課堂節奏；并根據學生的年齡特點編制了通俗易懂的口訣。

關鍵詞：制定計劃與設計實驗；教學策略；探究能力；口訣

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A文章編號：1003-6148(2009)6(S)-0070-2

在實驗探究教學中，設計實驗是教學的重點之一，也是學生學習的難點，是最能體現學生創造力的一個環節。《普通高中物理課程標準》對制定計劃與設計實驗的要求是：“明確探究目的和已知條件，經歷制定計劃和設計實驗的過程。嘗試選擇科學探究的方法及所需器材。嘗試考慮影響問題的主要因素，有控制變量的初步意識。認識制定計劃與設計實驗在科學探究中的作用。”根據課程標準的基本要求，我們開封教研室帶領老師對科學探究教學進行了有益的探索，總結出了各個要素的教學策略。針對設計實驗這一要素，我們的教學策略是：強化設計實驗的程序；把握設計實驗方案的要點和收放尺度，調控課堂節奏。下面進行具體闡述。

1 強化設計實驗的程序

制定計劃與設計實驗，就是從操作的角度把探究的猜想與假設具體化、程序化。

學生在設計實驗時的思維程序是什么？有沒有規律可循？能不能把科學的思維方法顯性化，提煉出來？我們經過反復研究和實踐，提煉出符合學生認知水平和年齡特點的口訣，教學效果很好。

口訣內容是：“顯示什么，怎么顯示；改變什么，怎么改變；控制什么，怎么控制。”對學生的解釋是：

（1） 明確探究的目的，確定顯示什么？怎么顯示？（探究什么就要顯示什么）

（2） 確定有幾個因素影響被探究的物理量，確定每一步改變什么？怎么改變？（研究哪個因素，就要改變那個因素。）

（3） 每一步只能研究一個因素，剩余因素要控制。確定每一步控制什么？怎么控制？

學生按照上面的“三步曲”來認識實驗的程序，按這些方法的邏輯關系確定實驗計劃，幫助學生做到目標明確，條理清晰，層次分明。

2 把握設計實驗方案的要點

設計實驗方案要把握口訣中的三個要點：

（1）顯示什么，怎么顯示

根據研究的問題或猜想，明確實驗的目的和研究對象，并根據研究目的確定在實驗中要顯示什么、怎么顯示。

①“顯示什么”——明確探究目的

例如，研究摩擦力的大小與什么因素有關時要顯示摩擦力；研究壓力的作用效果與什么因素有關時要顯示壓力的作用效果等等。總之，研究什么物理量就必須顯示什么物理量。

②“怎么顯示”——選擇探究方法

知道了要顯示什么，接著就是怎么顯示這個物理量。有些物理量可以直接測量，我們就用測量工具來顯示。有些被研究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，例如如何顯示摩擦力呢？學生會立即想到用測力計，可是用測力計拉物體時測力計顯示的是拉力，什么時候拉力與物體受到的摩擦力相等呢？學生應用二力平衡的知識就會知道當物體做勻速直線運動時拉力與摩擦力相等。

（2）改變什么，怎么改變

先根據猜想明確有哪些因素可能與被研究的物理量有關。

①“改變什么”——制定探究計劃

猜想有哪幾個因素影響被研究物理量時，我們要研究每個因素對被研究物理量是否有影響及有什么影響。研究哪個因素時就要改變那個因素，看看被研究物理量是否也跟著改變。如果只有一個因素影響被研究物理量，就直接改變該因素，觀察被研究物理量。

例如，在研究接觸面的粗糙程度是否影響摩擦力時，改變接觸面的粗糙程度看看摩擦力是否改變及怎樣改變。實驗中可能影響被研究物理量的因素都要分別進行研究。

②“怎么改變”——選擇探究器材

怎么改變被研究的因素是方法和器材的選擇問題。

例如，怎么改變接觸面的粗糙程度呢?選擇光滑程度不同的毛巾、棉布、絲綢等（或其他辦法）。

（3）控制什么，怎么控制

根據猜想明確有哪些因素可能與被研究的物理量有關，如果有多個因素影響該物理量就要控制變量。

①“控制什么”——學習控制變量

不研究哪個因素時就控制那個因素。 例如，在研究摩擦力時，根據猜想接觸面的粗糙程度、物體間的壓力、兩物體的接觸面積都可能影響摩擦力。那么，在探究過程中我們每一次只能研究其中的一個因素對摩擦力的影響，而其它因素就必須控制不變。

②“怎么控制”——明確具體步驟

怎么控制其他變量呢?學生根據具體問題進一步思考。如在摩擦力的實驗中如何控制接觸面的粗糙程度呢？選擇粗糙程度均勻的同一接觸面就行。這也是器材的選擇問題。

3 把握收放尺度，調控課堂節奏

在學生有了對問題的猜想以后，都非常急于動手實驗來證明自己的猜想，有些老師也認為應該放手讓學生去做。這樣做導致的結果往往是“拖堂，表面熱鬧，實際什么也沒得到”。這就是因為忽視了制定計劃與設計實驗環節，學生的動手操作是盲目的，因此在猜想之后要重視制定計劃與設計實驗環節，使學生明確目的和具體方案之后再進行實驗。教學時是把實驗分解為幾個需解決的具體問題，對每個問題提出具體的實驗設想，交流評估，修改、優化后形成方案。

在以上的三個步驟中，“顯示什么、改變什么、控制什么”是方法的選擇問題。其中“顯示什么”明確了探究目的；“控制什么”和“改變什么”明確了探究步驟，使學生心中有了詳細的探究計劃。而“怎么顯示、怎么改變、怎么控制”其實就是具體器材的選擇。教師不要在上課之初就發放器材，特別是一些關鍵的器材，如探究平面鏡成像特點時不要先擺放玻璃板。這樣做容易分散學生的注意力，更重要的是如果把所有實驗器材事先擺放出來，學生會認為只能用這些器材，這樣會極大地限制學生的創造性思維。可采用先放再收的辦法，先讓學生自己思考并相互交流發言，發散學生的思維（有條件就按學生的方法做），再收回來，讓學生思考如何用現有的器材設計實驗方案，這樣才能不斷提高學生制定計劃與設計實驗的能力。

(欄目編輯張正嚴)