如何帮助学生突破实验设计障碍

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【关键词】 实验设计 障碍 以生为本

【中图分类号】G 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2012）11B-0025-02

在教学中发现，学生要完成一个探究实验，需要突破不少的障碍，其中第一个障碍就是学生的实验设计。学生往往在设计实验时无从下手，或者设计的实验方案不周全。这种在农村学生中普遍存在的情况，严重影响了学生实验操作的顺利进行，影响到师生对实验结论的分析。要突破实验设计障碍，教师的教学引导必须得当，必须以学生为本，切合学生的实际。

一、让学生温故而知新

学生设计实验，需要掌握一定的知识和方法才能进行。对这些相关知识和方法的掌握程度，决定了学生实验设计顺利与否。当学生有基础知识缺陷，或学生对实验尚未形成正确的研究方法时，实验设计就会遇到障碍。这时，就要对学生拥有的知识进行检查，让学生通过温故而知新。初中物理出现的35个探究实验，有40%以上的重要实验需要用到以下的知识和方法：

1.公式原理法

相当部分的学生之所以不会进行实验设计，是因为不明白实验的原理。初中物理中的众多实验，大多数是以公式为依据来进行的，通过对公式的分析即可引导学生进行实验设计。如在“测量小灯泡的电阻”实验中，没有直接测量电阻的仪器，因此需要采用间接测量的方法，从公式R=U/I就可以看出如何进行实验设计。“测平均速度”“测量小灯泡的电功率”“阿基米德原理”和“测量物质的密度”等实验都用到了公式原理法。

2.控制变量法

控制变量法是初中学生需要掌握的重要的实验探究方法。“研究电磁铁”实验就是一个很好的使用控制变量法的范例。该实验设计有三个步骤，实验记录表格中每一步都有“保持不变的因素”和“变化的因素”，随后是观察现象和判断结论。这个使用控制变量法的典型范例能为学生以后进行探究实验提供很好的借鉴，如“摩擦力的大小与什么因素有关”“探究电阻上电流跟两端电压的关系”“压力的作用效果跟什么因素有关”“动能的大小与什么因素有关”“重力势能的大小与哪些因素有关”“探究物质的质量和体积的关系”“牛顿第一定律”“斜面的机械效率”“比热容”等实验都要用到 控制变量法，可见它在探究实验中的重要性。教师一定要下工夫引导学生掌握好控制变量法。

二、让学生触景而生情

1.在课堂上展现场景

学生在设计实验时，往往由于受到生活阅历的限制，没有足够的知识、经验积累而不知从何处下手，出现实验设计障碍。因此教师在课堂上应该向学生提供必要的直观材料，让学生有一定的感知，才能引发学生的猜想与假设，找到实验设计的突破口。

如“动能与什么因素有关”实验中，要求学生自己设计实验来探究物体动能的大小与什么因素有关，学生感到困难。这时，我们不妨利用多媒体演示两个具体场景：一个是央视“我爱发明”栏目中的“以水为刀”这个节目，高速的水流在三分钟内能把菜刀割断，这使学生很自然地猜想动能与物体的速度有关；另一个是日本海啸时岸边房屋被冲垮的场面，水速很慢，却能把房屋毁坏，这使学生想到是水的质量很大的原因，从而猜想动能与物体的质量有关。这样，物体动能的大小与物体的质量和速度有关的实验设计方案就不难得到。

在“重力势能的大小与哪些因素有关”“二力平衡的条件”“比较不同物质的吸热能力”等实验中，学生也面临着类似的困惑，教师如果在课堂上提供各种直观材料使学生获得相关的感知，实验设计障碍就不难突破。

2.让学生联想亲身经历

物理知识来源于生活，因此学生的生活体验对物理实验设计有着很大的影响。学生往往不善于将生活情景和物理知识联系起来，这就要求教师适时举例引导，使学生触景生情，回想有关物理知识，从而能顺利地设计实验。

例如，研究摩擦力的大小与什么因素有关时，要求学生自己设计实验。对摩擦力的大小与什么因素有关，学生都有过体验，教师稍作点拨，学生就会想起推车时车子越重，推动就越费力，于是会提出“摩擦力大小与压力大小”有关；还想起鞋子底面越光滑，越容易滑到，于是又提出“摩擦力大小与接触面的粗糙程度”有关。此外，也有学生说 “车轮气压足够时推车较省力”，所以认为“摩擦力大小与接触面的宽度有关”等。这样，学生就能设计实验来验证提出的这些推测。

“压力的作用效果与什么因素有关”等实验也可以利用这种方法来引导学生。

三、让学生吃一堑长一智

1.在交流中提高认识

开始时学生设计的实验方案往往有各种问题，其中有些方案步骤缺项或多余，或不准确，甚至不正确。让学生进行交流，他们就会想“为什么我的和别人的不一样，问题在哪里？”这样他们就能在异中互补、在异中求同，在挫折中生长智慧。

例如“用天平量筒测量一块形状不规则的塑料块的密度”实验，根据公式ρ=m/v，有的学生设计的实验记录表中只有待测体积V一项，而实际上实验中需要分别测出塑料块放入水中之前水的体积V1和放入水中之后水的体积V2，V2与V1之差才是塑料块的体积。学生通过对比别人的方案就可以发现自己的问题。

又如“摩擦力的大小与什么因素有关”实验，有的学生设计了如下的表1。显然，这样的表格记录过于笼统、简单，不便于实验操作、分析数据。有的学生较好地掌握了控制变量法，设计了更全面、更科学的表格，如表2所示。他们通过交流就能得到互补。

再如“测量盐水的密度”实验，学生的设计中出现三种方法。

方法1：先测空烧杯质量m1，再测倒入盐水后烧杯的总质量m2，最后把烧杯内所有盐水倒入量筒中测出其体积V。

方法2：先测量筒中盐水的体积V，再测空烧杯质量m1，最后测出把量筒中所有盐水倒入烧杯后的总质量m2。

方法3：先测烧杯和盐水的总质量m1，再把所有盐水倒入量筒测出其体积V，最后测出空烧杯的质量m2。

这三种实验方法都可以测出盐水的密度，但是哪种方法最好呢？它们的实验结果准确度是不是一样的呢？教师画图引导学生观察讨论。学生发现，方法1中测出的V偏小，方法2中测出的m2偏小，从而造成测出的盐水密度分别变大和变小。通过多中选优，达到了异中求同的目的。

同样，在“测量小灯泡的电阻”实验中，有的学生采用电流表内接法，有的则采用电流表外接法，都可以进行测量，但这两种方法对实验结果的准确性都有影响。哪一种接法的实验误差较小呢？可以让学生进行交流讨论，这有利于培养学生的实验设计能力。

2.在挫折中获得感悟

学生在设计实验时，难免出现错误。有的教师一旦发现学生出现错误，就马上进行纠正。其实，吃一暂才能长一智，不妨让学生体验一下实验设计的错误，从错误中感悟正确的做法。

例如“怎样用变阻器改变灯泡的亮度”实验，在设计的实验电路中变阻器应该与灯泡串联还是并联？有的学生设计成了并联电路，我们不妨让他们按此方案进行实验，用事实来说话。学生在实验中发现，不管怎样移动变阻器的滑片，灯泡的亮度都不改变，而且滑片移到某一位置，灯泡会突然不亮。学生马上把并联电路改成串联电路，实验就成功了，这给学生留下了深刻的印象。

以上这些方法能有效帮助学生突破实验设计障碍，完善和补充这些方法，就能进一步提高学生的实验设计能力。

（责编 王学军）