宋新艷

摘 要：培養(yǎng)學生設(shè)計實驗的能力，可以培養(yǎng)學生的科學態(tài)度和創(chuàng)新精神。教師在教學過程中，要更新傳統(tǒng)的教育理念，精心設(shè)計教學方案，關(guān)注每個學生的發(fā)展；創(chuàng)設(shè)合理的問題情景，引導(dǎo)學生的猜想，使設(shè)計實驗的目的明確；注重平時的課堂教學，利用不同類型的實驗，發(fā)展學生設(shè)計實驗的思維。

關(guān)鍵詞：初中物理；科學探究；設(shè)計實驗；創(chuàng)新能力

新課程標準提出：科學探究既是學習目標，也是學習方式之一。在物理課堂中，通過探究教學，使學生在獲取知識的同時，培養(yǎng)學生科學態(tài)度和創(chuàng)新精神，使學生的科學素養(yǎng)得到提高 [1 ]。本文就如何在初中階段培養(yǎng)學生的設(shè)計實驗?zāi)芰φ務(wù)勛约旱淖龇ā?/p>

一、教師更新理念，精心設(shè)計教學

1.許多教師在中考指揮棒的壓力下，授課中仍然側(cè)重知識的傳承，忽視過程與方法、情感態(tài)度與價值觀的培養(yǎng)。新課標強調(diào)：要改變過分強調(diào)知識的傳承，讓學生經(jīng)歷科學探究過程；改革以課本為主、實驗為輔的教學模式 [2 ]?？茖W探究中設(shè)計實驗這一環(huán)節(jié)具有綜合性、靈活性、科學性的特點，需要學生有良好的物理知識基礎(chǔ)，有綜合運用知識的能力，而且設(shè)計實驗需要占用一定的課堂時間。有些教師擔心課堂上讓學生自主設(shè)計實驗會增加學生的學習負擔，因此幫助學生設(shè)計好實驗方案，至于為什么這么做，學生并沒有真正明白，學生的思維沒有得到真正的培養(yǎng)，提高科學素養(yǎng)、培養(yǎng)創(chuàng)新能力就變成了一句空話，這種教學方式與新課程改革的目標是不相符合的。因此亟待教師更新教學理念，改變課堂教學模式，讓學生成為學習的主體，體驗學習的方法和過程。

2.科學探究有七個要素，但不需要進行每個科學探究時各個要素都面面俱到。教師在上課前要精心設(shè)計教學。首先精備教材，對教材中的實驗進行歸類，確定哪些實驗需要在課堂上培養(yǎng)學生設(shè)計實驗的能力；每個實驗的設(shè)計思維的重難點是什么；如何設(shè)置問題引導(dǎo)學生自主思考；如何安排教學時間等。其次備學生，每個學生都是不同的個體，他們的思維角度不同、生活經(jīng)歷不同，會有各種各樣的設(shè)計思路，教師在備課時要設(shè)計如何正確引導(dǎo)、啟發(fā)學生的思維。教師要盡量預(yù)設(shè)學生可能出現(xiàn)的情況，但課堂上隨時都會出現(xiàn)些老師始料不及的問題，這時教師要關(guān)注每位學生的發(fā)展，尊重學生的思想，不要武斷地否定學生的想法，盡量多鼓勵學生，做學生的朋友，讓學生“親其師，信其道”，讓每個學生都有學好物理的信心。

二、篩選合理猜想，明確實驗?zāi)康?/p>

設(shè)計實驗的目的是為了驗證之前的猜想，并為后面的進行實驗、分析論證制定好實驗計劃，因此它起到了承上啟下的作用。但學生對老師提出的問題進行猜想時思維是發(fā)散的，有的學生沒有思路就會出現(xiàn)一些不合理、沒有科學意義的猜想。為了避免這一現(xiàn)象的產(chǎn)生，教師在課堂上應(yīng)該創(chuàng)設(shè)情景讓學生根據(jù)已有的知識、生活的常識或經(jīng)驗，對提出的問題進行分析，篩選出有探究意義的猜想。

例如在探究杠桿的平衡條件時，如果讓學生直接猜想，學生很難入手。此時教師可以創(chuàng)設(shè)生活中的情景，拋出這幾個問題：小時候和大人玩蹺蹺板時，如果兩個人坐的位置與支點距離相等，蹺蹺板在水平方向上會平衡嗎？哪端高、哪端低？怎樣做才能使蹺蹺板在水平位置平衡？因為學生在童年時都玩過蹺蹺板，有了這樣的生活體驗，他們很容易解決這個問題。如果條件允許，最好用玩具蹺蹺板現(xiàn)場展示給學生看，學生的學習熱情就會高漲。學生解決完問題后，老師立即啟發(fā)：大人往前移動、孩子往后移動，改變的是什么？學生馬上會想到：杠桿的平衡可能取決于力與力臂之間的某一數(shù)學關(guān)系，并列出四種可能性；老師再問：觀察這四個數(shù)學關(guān)系式，是否存在不科學的地方？學生經(jīng)過討論得出：力與力臂是兩個不同的量，它們之間的運算只能乘除，不能加減，這樣就得出了兩種猜想。有了合理的猜想，使學生明確了實驗的目的，為設(shè)計實驗打下基礎(chǔ)。但有些猜想難以分析，且學生根據(jù)生活的表象認為是對的，應(yīng)該讓學生進行探究。例如探究滑動摩擦力與哪些因素有關(guān)時，學生會猜想可能與接觸面積、滑動速度等有關(guān)，這些實驗難度不大，可以讓學生設(shè)計實驗，進行驗證，得到正確結(jié)論。

三、在平時教學中培養(yǎng)設(shè)計實驗?zāi)芰?/p>

初中生獨立設(shè)計實驗有一定難度，學生能力的培養(yǎng)要符合他們的認知規(guī)律，教師可以利用教材中不同類型的實驗，讓學生由淺入深、循序漸進地學習設(shè)計實驗，將設(shè)計實驗的難點分散，由點及面，逐步培養(yǎng)學生基本的設(shè)計實驗的思路，尋求解決問題的方法。初中物理實驗可分類為：測量型實驗、探究型實驗、設(shè)計型實驗。

1.測量型實驗

這類實驗可分為直接測量型和間接測量型。直接測量型實驗是利用測量儀器直接得到實驗結(jié)果，結(jié)合平時動手操作和練習即可掌握。間接測量型實驗是待測物理量無法利用提供的測量儀器直接測得，需要利用它與其他物理量的定量關(guān)系，即物理公式間接得到。如：v=s/t，ρ=m/V，P=W/t，R=U/I等等，這些公式就是設(shè)計實驗的原理。圍繞實驗原理，學生很快就會明確需要測量的物理量，選定實驗的器材和儀器，設(shè)計出實驗步驟。在指導(dǎo)這類設(shè)計測量型實驗時應(yīng)引導(dǎo)學生，讓學生的思維進一步拓展，在掌握設(shè)計實驗基本方法的基礎(chǔ)上提高設(shè)計實驗的能力。

例如：在測量液體密度實驗中，先讓學生自己討論，設(shè)計實驗。學生明確實驗原理，很快就選擇好實驗器材：天平、量筒、燒杯。學生的實驗步驟可以讓學生用貼圖的方法展示給全班同學看（圖1），這樣可以減少設(shè)計的時間，而且用貼圖代替文字描述更形象、直觀，學生也更有新鮮感，提高學習的興趣。

教師引導(dǎo)：這樣的實驗步驟會存在什么問題？學生通過討論會得出：當液體倒入量筒中時無法倒干凈，會有液體殘留在燒杯側(cè)壁，使量筒測得液體的體積偏小，密度偏大。教師提出問題：有什么辦法改進實驗，解決液體殘留時產(chǎn)生偏差較大的問題？這時學生會陷入迷茫中。教師再將有殘留液體的燒杯的圖貼在圖1的旁邊（如圖2），就有學生立即想到：把原來的總質(zhì)量m1減去燒杯和剩下的液體的總質(zhì)量m2就是量筒中液體的質(zhì)量。學生在原來實驗設(shè)計的基礎(chǔ)上調(diào)整實驗步驟，整理實驗方案。學生利用這種方法自己解決了問題，不僅對這個實驗印象深刻，而且在以后的實驗設(shè)計中會對實驗方案進行多方面的考慮，不斷改進設(shè)計，選擇最優(yōu)化的實驗方案，提高了科學探究的能力，培養(yǎng)了嚴謹?shù)目茖W態(tài)度。

2.探究型實驗

在新課程改革中，教材中很多實驗都是以探究的形式出現(xiàn)。這類實驗的設(shè)計，需要學生對各種實驗方法運用自如，可以從以下幾點入手：

（1）教師在開始進行物理教學時就要注重滲透物理方法的介紹和運用，并培養(yǎng)學生將學到的方法運用到后面的學習中，解決類似出現(xiàn)的問題，將知識前后聯(lián)系起來，熟能生巧，從而學會靈活運用物理方法。

例如在探究真空能否傳聲時，教師利用打氣筒抽走密閉玻璃鐘罩里的空氣，讓學生發(fā)現(xiàn)抽走的空氣越多，聽到鬧鐘的鈴聲越??；從而進一步推理得到：如果空氣全部抽走，聲音將無法傳播。接著教師介紹實驗方法：這種在實驗的基礎(chǔ)上經(jīng)過概括、抽象、推理得出規(guī)律的方法稱為理想化實驗法 [3 ]。這種方法是對實驗條件進行理想化處理，讓實驗條件逐漸接近理想化，再進一步推理得出的結(jié)論，因此也稱為推理法。其后在探究伽利略的斜面實驗——探究運動的物體不受到力的作用時，會繼續(xù)運動嗎？引導(dǎo)學生先分析：地球上的物體不受到力的作用是不可能的，說明要對實驗條件進行理想化處理，學生立即想到可以逐漸減小運動物體受到的力，觀察現(xiàn)象，然后進一步推理，概括出結(jié)論。通過這個實驗的設(shè)計，學生了解在什么情況下運用這種實驗方法，真正提高實驗設(shè)計能力。

（2）演示實驗改為分組實驗，讓學生在實驗過程中發(fā)現(xiàn)問題，應(yīng)用實驗方法，改進實驗設(shè)計。

例如在探究平面鏡成像特點實驗時，先讓學生設(shè)計實驗方案，此時多數(shù)學生選擇平面鏡進行探究，教師不急于糾正，讓學生先進行實驗。可是在實驗過程中學生就會發(fā)現(xiàn)，在光屏上找不到像，無法比較像與物的關(guān)系；這時設(shè)計實驗就出現(xiàn)了一個難點：如何確定鏡中像的位置？教師可以引導(dǎo)學生：你們觀察，像的位置在鏡的哪里？學生回答：在鏡子后面。教師再問：能不能改進實驗器材，既能看到像，又能透過鏡子看到后面的物體？學生立即想到用玻璃板。教師繼續(xù)引導(dǎo)：怎樣把你看到的像用一個具體事物確定下來？學生發(fā)現(xiàn)桌面上還有一根蠟燭，就想到用這根沒點燃的蠟燭放在玻璃板后，移動到與像完全重合，成了像的替身。教師接著介紹：這種研究方法叫做等效替代法。這樣教學方式，通過學生先遇到問題，然后在解決問題中學習了物理研究方法，印象是非常深刻的。

3.設(shè)計型實驗

設(shè)計型實驗需要學生有較強的綜合運用能力、創(chuàng)新能力、獨立解決問題的能力。它具有基礎(chǔ)性，需要學生有扎實的物理知識基礎(chǔ)，能靈活運用知識；開放性，答案不唯一，只要設(shè)計合理，能解決問題即可；貼近生活，利用日常生活用品作為實驗器材，考查學生知識的遷移能力 [4 ]。本人在日常教學中嘗試用以下幾個方法來培養(yǎng)學生設(shè)計此類實驗的能力。

（1）讓學生嘗試設(shè)計物理實驗儀器，培養(yǎng)學生運用知識能力

例如在上溫度與溫度計這一節(jié)課時，教師介紹完溫度后，出示一個裝滿紅色水的玻璃瓶，瓶口用中間插有細玻璃管的橡皮塞塞緊。學生利用液體熱脹冷縮的性質(zhì)，可以判斷兩杯水的冷熱。再讓學生測量出水的溫度，也就是要學生設(shè)計一個溫度計，就需要學生有創(chuàng)新能力。這時教師可以引導(dǎo)學生：米尺上的“1cm”是怎么確定的？（0和1m間進行100等分）學生立即進行知識的遷移：我們只要能確定0℃和100℃，然后進行100等分就可以確定溫度計的刻度了。接下來，每個學生都進行交流，改進測量儀器：為了攜帶方便，把玻璃瓶濃縮為玻璃泡；為了便于放大液體體積的變化，把玻璃管改成毛細管。最后教師拿出實驗室用的溫度計，學生發(fā)現(xiàn)與他們設(shè)計的一樣，非常的興奮，感覺到科學就在自己的身邊，只要肯動腦，每個人都可以進行小發(fā)明。這種教學方式既培養(yǎng)了學生設(shè)計實驗的能力，又讓學生體驗了科學探究的成就感。同樣的教學方法還可以用在引導(dǎo)學生設(shè)計彈簧測力計、密度計、滑動變阻器等。

（2）設(shè)計開放型實驗，拓展學生的設(shè)計思維

開放型實驗來源于對課本上的實驗的改造，初中階段主要以力學和電學實驗為主。例如測量固體和液體的密度時，實驗器材中缺少了天平或量筒；測量電阻、電功率時，實驗器材中缺少了電流表或電壓表。這類實驗設(shè)計題的通常答案不是唯一的，考查學生綜合運用物理知識的能力、靈活應(yīng)用物理方法的能力、邏輯思維推理的能力及數(shù)學推導(dǎo)等多方面的能力，有一定的難度。在實際教學中可以逐步引導(dǎo)。

①將設(shè)計開放型實驗放在實驗復(fù)習專題課中進行，讓學生在比較熟練掌握實驗設(shè)計方法、物理實驗研究方法，又在一定思維能力、創(chuàng)新精神的基礎(chǔ)上，通過開放型設(shè)計實驗進一步提高實驗設(shè)計能力。

②利用平時的習題改編為實驗設(shè)計題，培養(yǎng)學生知識遷移的能力。例如有一道習題課中常做的計算題：用彈簧測力計稱得一個石塊重2.5N，將石塊浸沒在水中，彈簧測力計的示數(shù)為1.5N，求石塊的密度？若將石塊浸沒在另一種液體中，彈簧測量計的示數(shù)為1.2N，則液體的密度是多少？學生利用阿基米德原理和等體積法，解出這道題后，教師可以立即引導(dǎo)學生：大家是否發(fā)現(xiàn)，可以利用這種方法測量出固體和液體的密度？學生立即就理解了這種設(shè)計實驗方法的思路，并且還學會了用數(shù)學方法推導(dǎo)出實驗中有關(guān)的表達式。

③創(chuàng)設(shè)實驗條件，提供器材，讓學生在設(shè)計完開放型實驗后，動手進行實驗，驗證自己的設(shè)計，拓展思維。例如單表法測量未知定值阻值的電阻時，教師可以給學生提供已知阻值的定值電阻、開關(guān)、滑動變阻器等多種器材，讓學生只用電流表或電壓表設(shè)計測量電阻的實驗方案，學生在設(shè)計實驗后利用器材進行驗證，思維由抽象到形象，并自己推導(dǎo)出電阻值，實驗設(shè)計的能力得到進一步的提高。

在培養(yǎng)學生設(shè)計實驗的能力的教學過程中，筆者深刻體會到：體驗是學生經(jīng)歷探究過程獲得科學方法的必要過程，獲得成就感是學生熱愛物理的重要途徑。通過學生自主設(shè)計實驗，師生雙方的交流、溝通、啟發(fā)和補充，課堂不再是一個孤立、封閉、僵化的計劃課堂，而成為一個動態(tài)、成長、有生命的完整歷程，學生在設(shè)計實驗中，科學探究能力得到了培養(yǎng)，逐步形成科學態(tài)度與科學精神，提高了科學素養(yǎng)。

參考文獻：

[1]侯新杰.如何在物理新課程中實施科學探究學習的思考[J].教育實踐與研究，2007（12）.

[2]陳文福.略論《新課標》與《大綱》的區(qū)別[J].銅仁師范高等專科學校學報，2004（6）.

[3]劉剛.例談初中物理研究方法的五種類型[J].數(shù)理化學習：初中版，2010（11）.

[4]齊瑾.07中考理綜物理部分點評[J].農(nóng)村實用科技，2007（8）.