阐释探究科学中设计实验与制定计划教学对策中心

摘要：新课程改革至今，无论在理论层面还是实践层面，探究教学均成为关注和研究的焦点之一。本文就科学探究中“设计实验与制定计划”这一要素，依据《全日制义务教育物理课程标准》对于科学探究的能力要求，结合自己的行动研究，阐述其教学策略。
关键词：科学探究；制定计划；设计实验；教学策略
1003-6148（2013）2（S）-0028-2
《全日制义务教育物理课程标准》（下文简称《标准》）把发展科学探究能力作为义务教育阶段物理课程的一项重要目标。《标准》在“课程目标”中，对学生的科学探究能力提出了总体要求，又在“科学探究能力目标”中，分别对与提出问题、猜想与假设、设计实验与制订计划、进行实验与收集证据、分析与论证、评估、表达与交流等七个要素相对应的科学探究能力提出了具体要求。
科学探究要通过具体的操作来获取证据从而验证假设，设计实验与制定探究计划将会把猜想与假设落实到具体操作上。制定探究计划会使探究者明确收集信息的途径和方式，确定所收集信息的范围和要求，了解探究所需的器材和设备以及建立分析数据的方法和思路。探究计划会使探究步骤更加有序，探究过程更加科学。假如没有探究计划，没有实验方案，探究的操作也就失去了依据。探究的计划不当或实验方案不妥，也将直接影响探究结果的可靠性和科学性。在初中物理学习中，解决问题的重要手段是实验，所以制定计划一般就是设计实验方案。在课堂教学中，提高学生设计实验的能力可从以下方面进行：
1 强化设计实验过程的程序
设计实验与制定计划。就是从操作的角度把猜想与假设具体化、程序化。基本程序是：先根据探究的问题或猜想明确探究的目的；再分析该探究要解决哪几个问题，每个问题都各有哪几种解决的办法；接着根据现有条件和探究要求去选择合适的方法；然后，根据被选中的方法确定实验器材；最后，按所选方法的逻辑关系构思出操作步骤。例如，在探究凸透镜的成像规律时，我们就以：“要想知道所成像的性质与物距的关系，你们认为该怎么做？”的问题组织学生讨论。有的说，首先要选一个凸透镜，利用它来成像；有的说，要移动蜡烛的位置，改变物距，看像是否有变化；有的说，要拿一个光屏，用它来承接像，便于观察像的不同；还有的说，最好还有刻度尺，能准确测出每次的物距。老师从学生的讨论、交流中进行梳理、总结：要探究凸透镜所成像的性质和物距的关系，就要解决好两个问题：一是要得到清晰的、便于观察的、不同性质的像，二是要知道它所对应的物距和像距。然后再想解决每个问题的办法，学生经过讨论得到了解决第一个问题的办法是：把一个物体（如点燃的蜡烛）分别放在与凸透镜距离不同的位置上，用光屏在凸透镜的另一侧接收它所成的像；解决第二个问题的办法是利用刻度尺进行测量。有了解决问题的具体办法。同学们就可以确定需要什么器材和构思实验步骤了。接着，老师让学生检查实验桌上的器材并构思出具体实验步骤。本节教学流程如图1所示。
2 把握设计实验方案的要点
每次探究都让学生按下述程序去思考，学生就会感到有规可循，思路明确，设计实验也就不觉得困难了。
1、根据探究的问题或猜想明确实验的目的，知道实验中要研究哪个物理量与哪些因素的关系；

2、明确实验中应显示什么，怎样显示；控制什么，怎样控制；改变什么，怎样改变；

3、根据显示、控制、改变的需要选取实验器材：

4、设计实验步骤；

5、设计记录实验数据或现象所用的表格。

例如：某实验小组研究了影响蒸发快慢的因素后提出了新的猜想：液体蒸发的快慢是否与液体的种类有关？根据猜想知道，本探究的目的是研究蒸发快慢与液体种类的关系，要显示和比较的是液体蒸发的快慢，要改变的是液体的种类。因为蒸发的快慢还与液体的温度、液体的表面积、液体上方的空气流动等因素有关，所以实验中还要控制这些因素不变，不给探究本问题带来其他的影响。思考了这些问题后，可以在两个相同的盘子里分别放入同样多的水和酒精，并排放在家里的餐桌上（使两种物质产生蒸发现象的条件相同），然后观察哪个盘中的液体先蒸发完。或者将两个相同的手帕用水和酒精蘸湿到相同的程度，都摊开并搭放到相同的地方，看哪个手帕先干。
不少探究中，要比较的物理量无法直接测量。这就需要用转换的办法间接显示它们的大小，如：在研究影响动能大小的因素时，用钢球把木块推动的远近来显示钢球动能的大小；在研究电流产生的热量与哪些因素有关时，通过放电热丝的烧瓶内温度计的示数来显示电热的多少；在研究影响压力作用效果的因素时，通过海绵的凹陷程度，来显示压力的作用效果；在研究电磁铁的磁性强弱与哪些因素有关时。用电磁铁吸引铁钉数目的多少来显示其磁性的强弱等。
3 学习选择实验器材
初中阶段的探究问题，大都需要用观察和实验的方法进行。其中以实验探究居多，所以存在着如何选择实验器材的问题。
选择实验器材涉及的方面很广，比如：实验原理、实验器材的性能和操作要求。实验的基本知识等，都会对器材的选择起作用。在选择器材时，考虑的因素也是很多的，例如：怎样实现探究步骤，怎样确保器材的安全，怎样减小实验误差，怎样方便操作等等。对初中学生来说。一开始不能要求过高，但是在制定探究计划时应该让学生领悟选择器材的思路，并尝试着自己去选择所需要的器材。例如，可以让学生在制定探究计划时思考都需要哪些器材，先把所需器材的种类确定下来，再从实验器材的安全性、误差、操作方便与否等方面来考虑器材的选择，形成从不同因素中选择器材的意识，从而逐步提高学生选择实验器材的能力。选择实验器材，应该提倡学生选用生活中常见的器材进行实验，这有利于他们对实验探究产生亲近感以及发展他们在选择实验器材方面所表现的创造力。
参考文献：
.全日制义务教育物理课程标准[S].北京：北京师范大学出版社，2012.
.普通高中物理课程标准（实验）[S].北京：人民教育出版社，2004.
[3]廖伯琴，等.义务教育物理课程标准（2011年版）解读[M].北京：高等教育出版社，2012.
[4]廖伯琴，等.义务教育教科书-物理（八年级）[M].上海：上海科学出版社，201摘自：本科毕业论文www.618jyw.com
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（栏目编辑 李富强）