巧用思维导图 设计实验方案

吴华成

摘 要：本文用思维导图的方法对传统实验设计方案进行改进，并在此基础上提出了相应的对策和建议。

关键词：思维导图；实施方案；实验器材；科学探究

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2018）1-0028-2

1 问题提出

在九年级复习“液体蒸发快慢的影响因素”时，笔者根据“浙教版”《科学》七年级上册第148页“探究液体蒸发快慢的影响因素”的探究活动设计了一道题目，目的是通过复习提升学生的科学探究能力。题目设计如下：

例题：现要探究液体蒸发快慢如何受温度的影响。实验提供的器材有玻璃片（2个）、滴管、酒精灯、塑料棒、酒精，请根据实验提供的器材设计实验方案。

笔者本以为大部分学生在2分钟内就能完成实验方案的设计，可结果8分钟后只有1/4的学生完成。检查发现，学生暴露的问题也很多，有无从下手的，有方案设计不完整的，有语言表述不到位的，等等。是什么原因造成学生实验方案设计能力欠缺？又有什么办法能在短时间内提升学生的能力呢？笔者通过调查问卷了解实情，问卷设计如下：

调查问卷

1.本实验需要控制哪些量相同？

____________________________________。

为什么要控制这些量相同？

____________________________________。

2.为什么要控制液体的质量相等？

___________________________________ 。

3.根据实验器材写出控制相同量的具体操作方法。

①操作过程中如何控制酒精的质量相同？

____________________________________。

②操作过程中如何控制酒精表面空气流动快慢相同？

____________________________________。

③操作过程中如何控制酒精表面积大小相同？

____________________________________。

4.实验选用酒精而不用水，其优点是什么？

____________________________________。

调查问卷结果统计：第一个问题，80%的学生回答出2/3，大部分不知道要控制液體的质量相同；第二个问题，学生基本回答不出来；第三个问题，50%的学生基本回答正确；第四个问题，大部分学生回答不出来。

2 归因分析

根据以上调查结果，笔者认为学生能力不足的原因如下：

1.学生虽然学过科学探究的一般过程，也接触过一些科学实验的探究，如“探究液体蒸发快慢的影响因素”“影响摩擦力大小的因素”“压力的作用效果”等，但是这些实验探究重在实验操作和实验结论的得出，而对真正利用控制变量法设计实验方案的内容涉及不多。另外，老师在平时实验时重学生实验操作，轻实验设计。因此，学生这方面的能力不足是能理解的。

2.要完成实验方案的设计，首先要明白实验要控制哪些量相同？哪些量不同？大部分学生知道液体表面积的大小和液体上方空气流动快慢要控制相同，液体的温度要控制不同，却没有考虑液体质量要控制相同。原因是学生知道液体蒸发快慢跟液体的质量无关，而不会考虑实验观察比较蒸发快慢不是直接观察而是间接比较，看谁不剩下液体谁就蒸发快，因此要控制液体质量相同，这是本实验设计过程中的一个难点。

3. 要完成实验方案的设计，知道了控制相同的量和控制不同的量后，学生还要根据实验提供的器材，创造性地设计出具体的操作方法，这对学生来说也是有难度的。例如，液体质量相同，可通过在两玻璃片上各滴一滴酒精来控制；液体的表面积大小相同，可通过用塑料棒把滴在玻璃片上的酒精涂满玻璃片来控制；液体上方空气流动快慢相同，可采取放在同一环境下来控制；温度不同，可采取一块玻璃片下用酒精灯加热，一块不加热来控制等。

4.要完成整个实验方案的设计，学生需要知道归因分析第二点和第三点的基础上，把操作方法转化为文字，再按操作时间先后顺序表达出来，思维过程比较复杂，语言组织有难度，对初中学生来说也是一个难点！

3 解决措施

根据上述的归因分析，在教学中能否找到一种思维形象化的方法，帮助学生理清思路，提升实验设计能力，做到简单而有效呢？笔者想到了思维导图，设计如下：

思维导图：

1.研究因素：____________

实验观察比较方法：____________

（需要控制相同的量是_______________）

2.其他影响因素：__________、___________

3.根据实验器材完成具体控制方法

控制相同的量：

__________ ，具体操作方法：___________。

___________，具体操作方法：___________。

__________， 具体操作方法：___________。

控制不同的量：

__________， 具体操作方法：___________。

（提醒：实验设计方案就是具体操作按时间先后顺序串联起来。）

利用思维导图能帮助学生理清实验设计时哪些量要控制相同，哪些量控制不同，在此基础上再让学生结合实验提供的器材创造性地提出具体操作方法，最后根据实验操作时间先后表达出来，实践证明该方法能在短期内快速提升学生的实验设计能力。当然，运用思维导图的过程要注意的是，学生刚开始运用思维导图不太适应，完成实验设计还有一定的困难，在教学时可以先师生共同完成，让学生熟悉门道，再让学生独立完成。另外，还可利用该思维导图解决猜想假设、实验结论等科学探究中的其他问题。

4 新的认识

利用思维导图虽然在短时间内能帮助学生提高科学探究能力，但学生在科学探究中的创新意识、设计思想等不是短时间内能培养的，需要教师在平时课堂中重视、关注、引导。因此，通过这节课的复习，也认识到今后在科学实验教学时要重视以下几个方面：

1.控制实验条件和选择器材具体设计实验是进行科学探究的一项基本技能。不论是教材中呈现的实验装置，还是同学们通过思考设计的自制实验器材组合，都包含着设计者们技术创新的思想，因此，通过教学可以对学生渗透STS教育，让学生体验创造的乐趣。所以，老师在平时教学中要重视引导学生向这方面努力。

2.教材中所呈现给师生的一些实验装置，是设计者们思想智慧的结晶，教师若能适当地向同学们展示实验装置内在的设计思想，将有助于学生感受技术创新的意义和乐趣，有助于学生在今后设计实验装置或改进实验器材时，学会做一些类似的思考，从而提高器材选择和控制实验条件的能力。如在“探究电流做功与哪些因素有关”的实验中，让学生领会其中所运用的物理学转换思想，领会为什么要取等质量的煤油而不是等质量的水。在“探究晶体的熔点”时，让学生领会为什么要用“水浴法”加热晶体等。

3.在平时的教学中，教师也可以将自己对教材中器材的改进思想展示给学生。当然，老师们首先要自己去感悟和领会，进而做到有意识地将这种充满技术创新、充满科学思想方法的知识潜移默化地传递给学生，从而培养学生学习科学的兴趣和创新的意识。

4.制作思维导图，帮助学生正确思考。初中学生在刚开始做探究实验时，控制实验条件和选择器材的能力相对较弱，因此，教师的引导和帮助是很重要的。在学生“选择器材或控制实验条件”的学习环节中，若能配上一份指导性强的学习思维导图，将有利于学生在启发性问题的引导下作出正确的选择。endprint