如何引導(dǎo)學(xué)生提高探究性實驗設(shè)計能力

康中華

在初中階段開展探究性實驗，是全面培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識的能力、收集和處理信息的能力、分析和解決實際問題的能力、語言文字表達(dá)能力的重要環(huán)節(jié)；是實施素質(zhì)教育的有效途徑。學(xué)生進(jìn)行探究性實驗設(shè)計活動還有利于培養(yǎng)學(xué)生獨立動手、思考的習(xí)慣，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識。探究性實驗分為提出問題、猜想假設(shè)、設(shè)計實驗、進(jìn)行實驗、實驗分析和得出結(jié)論等多個步驟。其中設(shè)計實驗是學(xué)生在進(jìn)行探究性實驗過程中遇到的主要困難。

一、探究性實驗設(shè)計遵循的原則

首先，是科學(xué)性原則。科學(xué)性是指實驗?zāi)康囊鞔_，實驗原理要正確，實驗材料和實驗手段的選擇要恰當(dāng)，整個設(shè)計思路和實驗方法的確定都不能偏離所學(xué)基本知識和基本原理以及其他學(xué)科領(lǐng)域的基本原則。例如：在探究實驗“壓力的作用效果跟什么因素有關(guān)”中，實驗材料的選擇，必須是容易發(fā)生形變的物體，如：沙土、海綿、泡沫塑料等物體。

其次，是可操作性原則。設(shè)計實驗時，要考慮到實驗材料容易獲得，實驗裝置比較簡單，實驗操作比較簡便，實驗步驟比較少，實驗時間比較短。

再次，是單一變量原則。即：控制變量法。單一變量原則是實驗步驟設(shè)計中非常重要的原則。確保“單一變量”的實驗操作，即不論一個實驗有幾個實驗變量，都應(yīng)做到一個實驗變量對應(yīng)所研究的物理量；即控制其他因素不變，只改變其中某一變量，觀察其對所研究的物理量的影響。除了整個實驗過程中欲處理的實驗因素外，其他實驗條件要求做到前后一致。例如：在探究實驗“壓力的作用效果跟什么因素有關(guān)”中，研究壓力的作用效果與壓力的關(guān)系，必須控制壓力的作用面積相同，改變壓力的大小，觀察受力物體的形變程度；研究壓力的作用效果與壓力的作用面積的關(guān)系，必須控制壓力的大小相同，改變壓力的作用面積，觀察受力物體的形變程度，等等。

最后，是嚴(yán)謹(jǐn)性原則。這里包含兩層意思，一是對比實驗，通過設(shè)置實驗對照對比，既可排除無關(guān)變量的影響，又可增加實驗結(jié)果的可信度和說服力。二是平行重復(fù)同一實驗，即控制某種因素的變化幅度，在同樣條件下重復(fù)實驗，觀察其對實驗結(jié)果影響的程度。任何實驗都必須能夠重復(fù)，這是具有科學(xué)性的標(biāo)志。

二、如何進(jìn)行探究性實驗設(shè)計

首先，要引導(dǎo)學(xué)生思考實驗步驟設(shè)計中隱含的科學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生了解實驗的思維過程，提出探究性的問題，培養(yǎng)學(xué)生探究的興趣；根據(jù)實驗可能的各種條件，讓學(xué)生自行設(shè)計實驗，進(jìn)行實驗操作，并認(rèn)真作記錄，引導(dǎo)學(xué)生分析實驗結(jié)果，由結(jié)果推導(dǎo)出結(jié)論，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力，使學(xué)生經(jīng)而：提出問題→猜想與假設(shè)→設(shè)計方案并實驗探究→分析論證，總結(jié)結(jié)論→評價與反思的探究式學(xué)習(xí)方法。

其次，在實驗過程中，教師要提醒學(xué)生不僅注意操作，更要做好記錄，獲得足夠的信息，對已有的信息進(jìn)行科學(xué)分析、歸納，以便對實驗設(shè)計進(jìn)行總體評價，從而得出正確、科學(xué)的結(jié)論。根據(jù)記錄的實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)分析實驗結(jié)果，得出對該方案的評價并提出解決和改進(jìn)的辦法。通過自我反思、交流討論以達(dá)到知識與方法技能的升華。

最后，通過前面的探究與實驗，表面上看似乎已經(jīng)完成了任務(wù)，其實，大多數(shù)學(xué)生還停留在一種直觀感受和零碎的認(rèn)識上，所以我們要對任務(wù)本身從原理、器材、步驟、操作等全面回顧和歸納，還要根據(jù)本次探究中出現(xiàn)的問題和成功的經(jīng)驗，歸納出解決該類問題的基本思路。以達(dá)到知識與方法技能的統(tǒng)一，實現(xiàn)“學(xué)與用”的雙贏。在組織探究實驗時，教師首先要在學(xué)生現(xiàn)有的知識經(jīng)驗背景下，從允許學(xué)生出錯的角度出發(fā)，指導(dǎo)學(xué)生及早完成實驗設(shè)計。

實驗教學(xué)應(yīng)重視對學(xué)生實驗設(shè)計的指導(dǎo)和實驗技能的訓(xùn)練，引導(dǎo)學(xué)生在了解實驗設(shè)計方法、原則的基礎(chǔ)上，進(jìn)行一些相關(guān)的實驗設(shè)計，讓學(xué)生在實踐中掌握簡單實驗設(shè)計的內(nèi)容、方法與原則，學(xué)會科學(xué)的實驗設(shè)計，掌握科學(xué)的操作技能，使學(xué)生探究性實驗設(shè)計能力得到提升，為創(chuàng)新能力的培養(yǎng)打下堅實的基礎(chǔ)。

（作者單位：吉林通榆縣第八中學(xué)校）