如何引导学生提高探究性实验设计能力

康中华

在初中阶段开展探究性实验，是全面培养学生综合运用所学知识的能力、收集和处理信息的能力、分析和解决实际问题的能力、语言文字表达能力的重要环节；是实施素质教育的有效途径。学生进行探究性实验设计活动还有利于培养学生独立动手、思考的习惯，激发学生的创新意识。探究性实验分为提出问题、猜想假设、设计实验、进行实验、实验分析和得出结论等多个步骤。其中设计实验是学生在进行探究性实验过程中遇到的主要困难。

一、探究性实验设计遵循的原则

首先，是科学性原则。科学性是指实验目的要明确，实验原理要正确，实验材料和实验手段的选择要恰当，整个设计思路和实验方法的确定都不能偏离所学基本知识和基本原理以及其他学科领域的基本原则。例如：在探究实验“压力的作用效果跟什么因素有关”中，实验材料的选择，必须是容易发生形变的物体，如：沙土、海绵、泡沫塑料等物体。

其次，是可操作性原则。设计实验时，要考虑到实验材料容易获得，实验装置比较简单，实验操作比较简便，实验步骤比较少，实验时间比较短。

再次，是单一变量原则。即：控制变量法。单一变量原则是实验步骤设计中非常重要的原则。确保“单一变量”的实验操作，即不论一个实验有几个实验变量，都应做到一个实验变量对应所研究的物理量；即控制其他因素不变，只改变其中某一变量，观察其对所研究的物理量的影响。除了整个实验过程中欲处理的实验因素外，其他实验条件要求做到前后一致。例如：在探究实验“压力的作用效果跟什么因素有关”中，研究压力的作用效果与压力的关系，必须控制压力的作用面积相同，改变压力的大小，观察受力物体的形变程度；研究压力的作用效果与压力的作用面积的关系，必须控制压力的大小相同，改变压力的作用面积，观察受力物体的形变程度，等等。

最后，是严谨性原则。这里包含两层意思，一是对比实验，通过设置实验对照对比，既可排除无关变量的影响，又可增加实验结果的可信度和说服力。二是平行重复同一实验，即控制某种因素的变化幅度，在同样条件下重复实验，观察其对实验结果影响的程度。任何实验都必须能够重复，这是具有科学性的标志。

二、如何进行探究性实验设计

首先，要引导学生思考实验步骤设计中隐含的科学方法，引导学生了解实验的思维过程，提出探究性的问题，培养学生探究的兴趣；根据实验可能的各种条件，让学生自行设计实验，进行实验操作，并认真作记录，引导学生分析实验结果，由结果推导出结论，培养学生科学探究能力，使学生经而：提出问题→猜想与假设→设计方案并实验探究→分析论证，总结结论→评价与反思的探究式学习方法。

其次，在实验过程中，教师要提醒学生不仅注意操作，更要做好记录，获得足够的信息，对已有的信息进行科学分析、归纳，以便对实验设计进行总体评价，从而得出正确、科学的结论。根据记录的实验现象和数据分析实验结果，得出对该方案的评价并提出解决和改进的办法。通过自我反思、交流讨论以达到知识与方法技能的升华。

最后，通过前面的探究与实验，表面上看似乎已经完成了任务，其实，大多数学生还停留在一种直观感受和零碎的认识上，所以我们要对任务本身从原理、器材、步骤、操作等全面回顾和归纳，还要根据本次探究中出现的问题和成功的经验，归纳出解决该类问题的基本思路。以达到知识与方法技能的统一，实现“学与用”的双赢。在组织探究实验时，教师首先要在学生现有的知识经验背景下，从允许学生出错的角度出发，指导学生及早完成实验设计。

实验教学应重视对学生实验设计的指导和实验技能的训练，引导学生在了解实验设计方法、原则的基础上，进行一些相关的实验设计，让学生在实践中掌握简单实验设计的内容、方法与原则，学会科学的实验设计，掌握科学的操作技能，使学生探究性实验设计能力得到提升，为创新能力的培养打下坚实的基础。

（作者单位：吉林通榆县第八中学校）