如何幫助學生突破實驗設計障礙

【關鍵詞】 實驗設計 障礙 以生為本

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2012）11B-0025-02

在教學中發現，學生要完成一個探究實驗，需要突破不少的障礙，其中第一個障礙就是學生的實驗設計。學生往往在設計實驗時無從下手，或者設計的實驗方案不周全。這種在農村學生中普遍存在的情況，嚴重影響了學生實驗操作的順利進行，影響到師生對實驗結論的分析。要突破實驗設計障礙，教師的教學引導必須得當，必須以學生為本，切合學生的實際。

一、讓學生溫故而知新

學生設計實驗，需要掌握一定的知識和方法才能進行。對這些相關知識和方法的掌握程度，決定了學生實驗設計順利與否。當學生有基礎知識缺陷，或學生對實驗尚未形成正確的研究方法時，實驗設計就會遇到障礙。這時，就要對學生擁有的知識進行檢查，讓學生通過溫故而知新。初中物理出現的35個探究實驗，有40%以上的重要實驗需要用到以下的知識和方法：

1.公式原理法

相當部分的學生之所以不會進行實驗設計，是因為不明白實驗的原理。初中物理中的眾多實驗，大多數是以公式為依據來進行的，通過對公式的分析即可引導學生進行實驗設計。如在“測量小燈泡的電阻”實驗中，沒有直接測量電阻的儀器，因此需要采用間接測量的方法，從公式R=U/I就可以看出如何進行實驗設計。“測平均速度”“測量小燈泡的電功率”“阿基米德原理”和“測量物質的密度”等實驗都用到了公式原理法。

2.控制變量法

控制變量法是初中學生需要掌握的重要的實驗探究方法。“研究電磁鐵”實驗就是一個很好的使用控制變量法的范例。該實驗設計有三個步驟，實驗記錄表格中每一步都有“保持不變的因素”和“變化的因素”，隨后是觀察現象和判斷結論。這個使用控制變量法的典型范例能為學生以后進行探究實驗提供很好的借鑒，如“摩擦力的大小與什么因素有關”“探究電阻上電流跟兩端電壓的關系”“壓力的作用效果跟什么因素有關”“動能的大小與什么因素有關”“重力勢能的大小與哪些因素有關”“探究物質的質量和體積的關系”“牛頓第一定律”“斜面的機械效率”“比熱容”等實驗都要用到 控制變量法，可見它在探究實驗中的重要性。教師一定要下工夫引導學生掌握好控制變量法。

二、讓學生觸景而生情

1.在課堂上展現場景

學生在設計實驗時，往往由于受到生活閱歷的限制，沒有足夠的知識、經驗積累而不知從何處下手，出現實驗設計障礙。因此教師在課堂上應該向學生提供必要的直觀材料，讓學生有一定的感知，才能引發學生的猜想與假設，找到實驗設計的突破口。

如“動能與什么因素有關”實驗中，要求學生自己設計實驗來探究物體動能的大小與什么因素有關，學生感到困難。這時，我們不妨利用多媒體演示兩個具體場景：一個是央視“我愛發明”欄目中的“以水為刀”這個節目，高速的水流在三分鐘內能把菜刀割斷，這使學生很自然地猜想動能與物體的速度有關；另一個是日本海嘯時岸邊房屋被沖垮的場面，水速很慢，卻能把房屋毀壞，這使學生想到是水的質量很大的原因，從而猜想動能與物體的質量有關。這樣，物體動能的大小與物體的質量和速度有關的實驗設計方案就不難得到。

在“重力勢能的大小與哪些因素有關”“二力平衡的條件”“比較不同物質的吸熱能力”等實驗中，學生也面臨著類似的困惑，教師如果在課堂上提供各種直觀材料使學生獲得相關的感知，實驗設計障礙就不難突破。

2.讓學生聯想親身經歷

物理知識來源于生活，因此學生的生活體驗對物理實驗設計有著很大的影響。學生往往不善于將生活情景和物理知識聯系起來，這就要求教師適時舉例引導，使學生觸景生情，回想有關物理知識，從而能順利地設計實驗。

例如，研究摩擦力的大小與什么因素有關時，要求學生自己設計實驗。對摩擦力的大小與什么因素有關，學生都有過體驗，教師稍作點撥，學生就會想起推車時車子越重，推動就越費力，于是會提出“摩擦力大小與壓力大小”有關；還想起鞋子底面越光滑，越容易滑到，于是又提出“摩擦力大小與接觸面的粗糙程度”有關。此外，也有學生說 “車輪氣壓足夠時推車較省力”，所以認為“摩擦力大小與接觸面的寬度有關”等。這樣，學生就能設計實驗來驗證提出的這些推測。

“壓力的作用效果與什么因素有關”等實驗也可以利用這種方法來引導學生。

三、讓學生吃一塹長一智

1.在交流中提高認識

開始時學生設計的實驗方案往往有各種問題，其中有些方案步驟缺項或多余，或不準確，甚至不正確。讓學生進行交流，他們就會想“為什么我的和別人的不一樣，問題在哪里？”這樣他們就能在異中互補、在異中求同，在挫折中生長智慧。

例如“用天平量筒測量一塊形狀不規則的塑料塊的密度”實驗，根據公式ρ=m/v，有的學生設計的實驗記錄表中只有待測體積V一項，而實際上實驗中需要分別測出塑料塊放入水中之前水的體積V1和放入水中之后水的體積V2，V2與V1之差才是塑料塊的體積。學生通過對比別人的方案就可以發現自己的問題。

又如“摩擦力的大小與什么因素有關”實驗，有的學生設計了如下的表1。顯然，這樣的表格記錄過于籠統、簡單，不便于實驗操作、分析數據。有的學生較好地掌握了控制變量法，設計了更全面、更科學的表格，如表2所示。他們通過交流就能得到互補。

再如“測量鹽水的密度”實驗，學生的設計中出現三種方法。

方法1：先測空燒杯質量m1，再測倒入鹽水后燒杯的總質量m2，最后把燒杯內所有鹽水倒入量筒中測出其體積V。

方法2：先測量筒中鹽水的體積V，再測空燒杯質量m1，最后測出把量筒中所有鹽水倒入燒杯后的總質量m2。

方法3：先測燒杯和鹽水的總質量m1，再把所有鹽水倒入量筒測出其體積V，最后測出空燒杯的質量m2。

這三種實驗方法都可以測出鹽水的密度，但是哪種方法最好呢？它們的實驗結果準確度是不是一樣的呢？教師畫圖引導學生觀察討論。學生發現，方法1中測出的V偏小，方法2中測出的m2偏小，從而造成測出的鹽水密度分別變大和變小。通過多中選優，達到了異中求同的目的。

同樣，在“測量小燈泡的電阻”實驗中，有的學生采用電流表內接法，有的則采用電流表外接法，都可以進行測量，但這兩種方法對實驗結果的準確性都有影響。哪一種接法的實驗誤差較小呢？可以讓學生進行交流討論，這有利于培養學生的實驗設計能力。

2.在挫折中獲得感悟

學生在設計實驗時，難免出現錯誤。有的教師一旦發現學生出現錯誤，就馬上進行糾正。其實，吃一暫才能長一智，不妨讓學生體驗一下實驗設計的錯誤，從錯誤中感悟正確的做法。

例如“怎樣用變阻器改變燈泡的亮度”實驗，在設計的實驗電路中變阻器應該與燈泡串聯還是并聯？有的學生設計成了并聯電路，我們不妨讓他們按此方案進行實驗，用事實來說話。學生在實驗中發現，不管怎樣移動變阻器的滑片，燈泡的亮度都不改變，而且滑片移到某一位置，燈泡會突然不亮。學生馬上把并聯電路改成串聯電路，實驗就成功了，這給學生留下了深刻的印象。

以上這些方法能有效幫助學生突破實驗設計障礙，完善和補充這些方法，就能進一步提高學生的實驗設計能力。

（責編 王學軍）