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，是全面培养学生的知识运用能力、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，学生参与探究性实验设计活动还有利于提高学生的动手能力，培养学生的创新意识。新课程标准要求，开展探究性实验是学习初中物理的重要方法之一。探究性实验包含提出问题、猜想假设、设计实验、进行实验、实验分析和得出结论等步骤。其中设计实验时没有思路是学生在进行探究性实验过程中遇到的最大问题。体会探究性实验设计的设计思想，归纳实验设计的常见思路，探索如何启发学生开展实验设计，必须遵循以下原则：

第一，科学性原则。科学性是指实验目的要明确，实验原理要正确，要选择合适的实验材料和实验方法，整个设计思路和实验方法的确定都不能脱离教材。例如，在探究性实验“压力的作用效果跟什么因素有关”中，所选择的实验材料必须是容易发生形变的物体，如沙土、海绵、泡沫塑料等。

第二，可操作性原则。设计实验时，要选择容易找到的实验材料，实验装置的设计要尽量简单，实验的操作要尽量简单易懂，实验步骤不应太繁琐，实验时间不能太长。

第三，单一变量原则。即控制变量法。不管一个实验有几个实验变量，都应保证一个实验变量的数值始终不变，对应所研究的物理量；即控制其他因素不变，只改变其中的某一变量，观察其对所研究物理量的影响。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，必须保证压力的作用面积始终不变，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，必须确保压力的大小不变，改变压力的作用面积，进而观察受力物体的形变程度等。

第四，严谨性原则。这里包含两层意思，一是对比实验，既可以排除无关变量的影响，又可以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，分析其对实验结果的影响。

在遵循以上原则的基础上，要引导学生进行探究性实验设计。首先要对实验原理进行研究。实验原理探讨，主要是分析学生在实验过程中可能遇到的理论问题，并提出相应的解决方案。进行相关原理探究时，要引导学生发现问题，让学生明确本节课的实验任务，确定整堂课的学习方向。由于探究性实验本身存在一定的难度，问题的设计就显得尤为重要。设计的问题恰当，可以引发学生的思考，有助于探究；设计的问题不恰当，探究性实验的设计就很难收到应有的教学效果。适当设置情景问题，不但能让学生知道怎样做，还能知道为什么这样做，真正使学生在做中学，在学中思。然后组织学生讨论，展示本小组的讨论成果，并对相关的原理做出评价，判断其合理性，为下一步的探究做好准备。其次是设计出科学可行的实验方案。从课本知识入手，联系生活实际，培养学生大胆质疑的精神，养成探究的习惯。人们求知识的过程，其实就是一个不断破旧立新的过程。因为怀疑，人们才会不断地去思考，去探求未知的领域。所以根据学生实际，设计富有启发性的实验方案，并巧妙地设“疑”，是启发学生思考，培养学生创新意识的重要手段。善于“疑”，敢于“疑”，才能不断地接近真理。“疑”是思考的开始，学习的目的，要鼓励学生大胆质疑。但是，要引导学生以正确的态度质疑，不可陷入怀疑主义的怪圈。

首先要引导学生思考实验步骤设计中隐含的科学方法，让学生了解实验的基本思路，提出探究性的问题，培养学生的探究兴趣。然后让学生自行设计实验，进行实验操作，并认真地做好记录，引导学生分析实验结果，由结果推导出结论，培养学生的探究能力，最终使学生掌握提出问题→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。

在实验过程中，教师不仅要提醒学生注意操作，还要监督学生做好记录，获得足够的信息，对已有的信息进行分析、归纳，以便对实验设计进行总体评价，进而得出正确、科学的结论。最后，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，并找出方案的不足，提出改进的方案。通过自我反思，交流讨论，不断提升自己的探究能力。

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的感受和零碎的认知上，所以我们要对实验的原理、器材、步骤、操作等环节进行全面的回顾和归纳，还要提出本次探究中出现的问题，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，教师要在学生现有的知识水平下，从允许学生出错的角度出发，指导学生完成实验设计。

探究活动是一种新的教学模式，无章可循。教师要提高自身素质，要认真领会课改精神，把握探究活动的要领。在探究的过程中，教师要摆正自己的位置，可以进行指导，可以参与，可以组织，但决不能越俎代庖，代替学生思考。实验能力是初中物理课程标准规定学生要有的一项基本能力，学生要能够将所学的知识和技能应用到实际生活中，依据一定的原理进行简单的实验设计，并动手验证所设计方案的可行性。实验教学要注重对学生实验设计的指导和实验技能的训练，让学生在了解实验的设计方法、设计原则的基础上，进行相关的实验设计，让学生在实践中掌握一些简单的实验设计方法与实验设计原则，掌握科学的实验操作技能，进一步提高学生的探究性实验设计能力，为学生创新能力的培养打下坚实的基础。

（作者单位：吉林白城市通榆县

第八中学校）