提升初中學生物理實驗設計能力策略的研究

耿春山

【摘? 要】? 初中物理實驗教學能夠有效落實物理學科的課程目標，全面提升學生的物理核心素養.實驗教學的開展不僅能夠培養學生的實踐能力和解決問題的能力，也能夠促進他們思維模式、創新意識和科學態度的發展和進步.本文從我校的初中物理實驗教學現狀出發，詳細探討在初中物理教學當中提升學生實驗設計能力的有效措施，希望能夠有效培養學生良好的物理實驗設計思維.

【關鍵詞】? 初中物理；實驗教學；設計能力

通過對我校教師訪談和學生作業、測試反饋發現：明明已經做完了相關實驗，可是學生在實驗題上錯誤和失分還是較多.究其根本，是因為部分教師實驗教學缺乏有效的設計和實施策略，重視操作而忽視學生思維設計過程，僵硬地讓學生記實驗操作、記實驗現象、記實驗結論，缺乏讓學生想為什么這樣做的思考過程，也缺少引導學生或讓學生獨立設計實驗的過程，從而導致學生沒有掌握住清晰的實驗設計原理和明確的實驗流程，可見教學中培養學生的實驗設計能力急需落實.

1? 實驗設計應該遵循的原則

綜合性強和創造性強是實驗設計的突出特點，它需要學生綜合利用自己學習過的知識和經驗，創造性地思考解決問題的方法和流程；也具有極強的靈活性和開放性，需要學生針對需要解決的問題的不同條件，設計出不同的實驗方案，即使是相同的條件也可以引申出其他的計劃和策略.因此，對于探究式實驗方案的設計，教師需要引導學生遵循以下原則.

1.1? 科學性原則

科學性是指實驗設計要有明確的實驗目標，能夠解決什么樣的問題、能夠達到怎樣的效果、能夠講明什么原理等[1].同時，實驗設計所依靠的物理原理必須真實、正確和科學，從而使得學生能夠根據實驗目的和實驗原理學者正確的實驗器材.實驗方法的選擇也要科學嚴謹.對于探究式實驗的設計不能脫離基本的物理知識和概念，并要遵循其他學科基本原則.

1.2? 控制變量原則

變量簡單來說是學生在實驗過程中自行控制的影響因素，能夠在性質和數量上產生變化.按照它們的不同性質，可以將其分為兩類四種變量：

（1）實驗變量和反應變量

實驗變量也可以稱之為自變量，是在實驗過程中學生能夠操控的因素.反應變量可以稱之為因變量或應變量，指的是在實驗過程當中因為因素的變化而產生不同變化的實驗結果.一般來說，實驗變量是導致實驗結果出現變化的原因，反應變量是因素變化產生的結果，兩者之間具有因果關系.實驗的目的便是為了解釋清楚其中的因果關系.

（2）無關變量與額外變量

無關變量可以稱之為控制變量，指的是在實驗過程中除實驗變量外能夠影響實驗流程和實驗結果的因素.額外變量也可以稱為干擾變量，指的是在實驗過程中無關因素產生的變化和結果.

2? 培養初中生物理實驗設計能力的教學策略

2.1? 強化實驗探究教學

（1）充分利用常規的探究性實驗

探究性實驗教學和傳統的物理實驗教學不同，學生不再是只能夠聽教師講課、看教師實驗的“機器人”.他們需要在教師的指引之下，充分利用自身的知識和技能，創造出自己的實驗設計方案，進行獨立實驗操作，對于實驗現象進行自主分析和總結，從而得出相應的結論[2].這種方式能夠實現真正的自主探究和自主學習，使得他們能夠在親自操作中促進知識的不斷內化、經驗的不斷豐富和知識體系的不斷完善，從而形成良好的學習方式和學習習慣.教師可以利用常規測定性實驗，引導學生參與實驗過程進行一定的實驗設計，以此提升他們的實驗設計能力.

例如? 以初中物理北師大版八年級下冊第九章機械和功的第六節“測滑輪組的機械效率”為例，我校課題組成員彭老師做了一節測量滑輪組機械效率的研究課.

課題組成員聽課并進行了討論.大家認為要想培養孩子實驗設計能力，教師在實驗課前的準備工作非常重要.根據我校學生的實際水平，既不能說得太多，又不能完全放開，教師的引導非常關鍵，所以教師應該在教學設計上下功夫，學案和習題設計上有梯度、要能引發學生思考，這樣的設計才能逐步提升學生實驗設計能力.課題組成員對準備研究的幾個常規測定性實驗（測平均速度、用天平量筒測密度、伏安法測電阻、伏安法測電功率）的教學設計、學案、習題進行了重新加工和設計，并進行了交流.通過交流，大家還覺得，對于測量類實驗，還應該讓學生知道測量類實驗的實驗報告的設計流程：實驗目的、實驗原理、需要的器材、實驗步驟、記錄表格等，為將來學習書寫實驗報告做好鋪墊.

（2）引導獨立設計實驗并進行探究

在物理實驗教學當中，教師往往會通過各種示范實驗幫助學生明確實驗過程和實驗方案，演示實驗具有著極為特殊的要求，要在短時間內產生極強的直觀效果.但在教學過程當中，大部分教師會選擇直接照搬教材，使得演示實驗的效果較為低質.基于此，初中物理教師便要減少對于實驗設計的影響和引導，促使學生能夠通過獨立探究，激發思維碰撞，使得他們能夠主動參與到實驗設計的活動之中.

例如? 以初中物理北師大版九年級全一冊第十二章歐姆定律的第一節“學生實驗：探究——電流與電壓、電阻的關系”為例，我校課題組成員張老師、于老師，分別做了“探究電阻的影響因素”“探究電流與電壓、電阻關系”兩節探究類實驗課.

通過聽課和研討，大家發現這兩節探究課項目齊全，學生在老師的引導下，也很順利地設計出來實驗電路、實驗步驟、記錄表格，也進行了實驗探究，通過分析數據得到了相應的結論.但是這幾乎都是在老師的引導下完成的，大家通過研討發現，探究課幾乎都是這樣上的，很少有教師給學生一個探究題目，放手讓學生獨立去體驗一次或幾次完成要探究的問題，這也直接導致了學生在遇到給出探究題目，要求寫實驗步驟、設計實驗表格、分析實驗結論的題還是思路不清楚.

所以建議最好每個學期至少要讓學生經歷一次獨立的實驗探究.除此之外，也一定要對探究實驗進行強化練習，最好以專題練習的方式強化探究實驗的設計練習，逐步培養學生通過“思維導圖”的方式分析解決探究實驗的設計過程，從而逐步提高設計能力.

2.2? 規范實驗設計的基本思路

正確的思路是取得正確實驗結果的重要保障.因此，初中物理教師便要在日常教學過程中充分利用教材當中的示范實驗，引導學生感悟其中的實驗設計思想和方式，從而掌握住進行實驗設計的技巧和措施[3].同時，教師要時常引導學生進行規范性實驗設計的思考，使得他們能夠形成基本的實驗設計思路.也可以利用一些經典的物理習題，幫助學生確立下明確的實驗設計思路.本文結合了具體的案例對培養學生正確的實驗設計思路進行了簡單的分析.

例如? 以北師大版九年級全一冊第十二章為例，第二節“根據歐姆定律測量導體的電阻”的教學目標是為了讓學生能夠通過歐姆定律，學會用電流表和電壓表測量小燈泡的電阻.因此，教師便可以從此出發，第一步，要幫助學生明確實驗設計的目的：“測量未知電阻的阻值”，知道如何進行電阻的測量；第二步，要帶領學生分析本次實驗設計背后的原理——歐姆定律，和需要用到的電阻計算公式：（U表示電壓，I表示電流），知道要想測量小燈泡的電阻，就要知道小燈泡兩端的電壓和通過的電流；第三步，引導學生準備好小燈泡、電流表、電壓表、開關等實驗材料，要帶領他們通過之前學習的電路知識，進行串并聯電路的連接；第四步，要引導學生根據串并聯電路的特點，確定下最終的實驗方法，以此測量出在不同電流和電壓的情況下小燈泡的電阻；第五步，教師要帶領學生進行整個實驗設計的書寫，以此確定下明確的實驗流程.

2.3? 把握實驗設計的基本原則

養成學生基本的實驗設計思路是必須，幫助他們掌握正確的實驗設計基本原則也是必須.

例如? 以初中物理北師大版八年級下冊第七章運動和力的第六節“學生實驗：探究——摩擦力的大小與什么有關”為例，本課主要是探究影響摩擦力大小的因素.在完成了本次實驗之后，我校教師提出了此類問題：“在探究摩擦力大小和接觸面粗糙程度的關系時，能否用手拖動木塊？”在學生激烈的相互討論中，他們發現用手拖動木塊不僅無法控制木塊移動的速度，也無法控制木塊承受的壓力.這無法得出準確的實驗數據和實驗結果，也違反了實驗設計的控制變量原則.利用上述的方式，我校教師不僅幫助學生確定下科學的實驗流程，也使得學生掌握住了實驗設計的原則，從而促進他們實驗設計能力的不斷提升.

3? 結語

綜上所述，在初中物理教學當中開展實驗設計能力的培養活動不僅能夠激發學生的學習興趣，也能夠培養他們創新意識和科學探索精神.但在目前的初中物理教學當中，實驗教學仍存在著一定的問題，探究式實驗工作也面臨著較多阻礙.這便需要初中物理教師正確對待每一困難，不逃避不掩蓋，在不斷的實踐過程中總結經驗和教訓.雖然培養學生的實驗設計能力是一項長期性的工作，但教師仍要秉持著科學的精神和認真的態度，充分調動學生的自主探究欲望，從而取得良好的物理教學效果.

【本文系北京教育學院課題，課題名稱：提升初中學生物理實驗設計能力策略的研究課題編號：XYJG2022-38研究成果】

參考文獻：

[1]王想敏.核心素養導向下的初中物理創新實驗教學設計——以“大氣壓強”實驗教學為例[J].物理教學，2022，44（02）：38-40.

[2]陳運保，李芳芳.初中物理教材探究實驗中批判性思維內容比較研究——以“人教版”和“上教版”教材為例[J].物理教師，2020，41（11）：50-53+56.

[3]黃樹清，盧倩.指向科學思維培育的初中物理實驗教學問題設計——以“液化”為例[J].物理教師，2020，41（08）：43-45.

[4]許靈秀.初中物理實驗《探究阿基米德原理》的創新設計及其分析[J].科技視界，2020（14）：137-139.

[5]朱耀華.初中物理教學中融入信息技術的探究[J].啟迪與智慧（上），2023（01）：184-186.