高中物理探究式实验设计的尝试

山东省青州第三中学（262500）霍岷培

探究式实验教学的主要目的在于培养学生的创新意识。但目前的很多探究式物理实验，学生只是按照教师设计的实验步骤一步一步地去操作，学生几乎不用思考，也不明白为什么这样做，缺少了关键的实验设计过程，不是真正的实验探究。这样不仅不能培养学生的创新能力，反而让学生逐渐失去学习的兴趣和探索的欲望。为了培养学生各方面的物理素养，必须引导学生自主设计实验方案。笔者结合自己的教学实践，在探究式实验设计中进行了以下5点尝试。

1创设实验教学场景激发学生探究欲望

如果没有实验设计的场景，大部分学生会感觉到无从下手。所以要让学生主动探究，必须给学生创设一个形象生动的场景，既能激发学生的探究欲望，又能激活学生的预备知识，让学生的思考有明确的方向，进入实验方案自主设计的理想思维状态。

在“气体的等温变化”教学中，笔者用一个小实验设置实验情境：取一个剥去外壳的熟鹌鹑蛋，放在一个口径略小于它的烧瓶瓶口处，把烧瓶浸入热水中，一会儿后，鹌鹑蛋会向上弹出；把烧瓶浸入冷水中，一会儿后，鹌鹑蛋会向下进入烧瓶。让学生在鹌鹑蛋可以完好无损地向上弹出和向下进入烧瓶的惊奇中，设置引导问题，鹌鹑蛋在某一瞬间为什么会向上弹出（或向下进入烧瓶），激发学生对将要学习的气体问题产生浓厚的兴趣，提出要探究的问题：一定质量的气体，在温度不变的条件下其压强与体积变化时的关系。这样的设计符合学生的认知规律。

2教师引导对问题进行科学猜想

如果学生没有经过科学猜想就进行实验设计，学生不知道实验的目的，实验设计就难以进行下去，不能培养学生的猜想能力，经历的探究过程也不能锻炼创新思维。所以教师必须引导学生根据已掌握的物理知识、随堂实验和生活经验，把学生引入科学猜想的情景，有理有据地对问题进行猜想，明确探究的方向。

在探究“影响导体电阻的因素”的教学中，笔者通过下面3个现象引导学生猜想：①滑动变阻器的滑片移动，电阻变化；②使用的是220 V的灯泡，灯丝越粗越亮；③电线常用铜丝制造而不用铁丝。这样的设计给学生的探究指明了方向，学生一步一步地得出自己的科学猜想。

3教师引导选用实验器材

如果教师直接给学生提供实验器材，并介绍各种实验器材的功能，代替了学生的探究和猜想，学生没有学会遇到困难如何解决问题的方法。所以可以给学生预备多种器材，包括一部分无用器材，让学生在问题的引导下思考实验的原理，选用器材，思考有没有更好的替代器材，有没有创新，体现探究的开放性。

在“测定电池的电动势和内阻”的实验中，笔者陈列一些实验器材：干电池、安培表、伏特表、滑动变阻器、电阻箱、电键和导线若干根等，让学生选择器材，自行设计电路图来完成实验。笔者用下面的问题来引导学生选择实验器材：①需要什么仪器，采用什么样的电路图，原理是什么；②选择什么规格的器材，被测干电池选内阻较大的还是较小的，伏特表选什么量程，安培表选什么量程，滑动变阻器选阻值较小的还是较大的。通过这样的设计引导学生重视分析实验器材与实验目的和原理的联系，分析为什么要选用这些器材，这些器材有什么用途，把本实验的知识融合在一起，在分析问题的过程中培养学生独立思考的能力。

4问题引导自主设计初始实验方案

学生根据自己的预备物理知识，在教师的问题引导下自主设计检验猜想的实验方案，包括根据实验要求理解实验原理、先后测量哪些物理量、具体如何操作、编写实验步骤、设计实验表格等。

在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，笔者用下面的问题来引导学生进行初始方案的设计。①物体的加速度与它受的力、质量这两个因素均有关，应采用什么实验方法得出加速度与力、质量三者间的定量关系？②这个实验需要测量的物理量有哪些？③怎样测量小车的加速度？需要什么器材？请同学们设计一个可行的实验方案。④我们要让细线对小车的拉力等于小车受到的合力，怎样平衡掉阻力？阻力来自哪些方面？怎样才算平衡掉了阻力？通过以上问题的引导，学生知道了实验的方法，解决了实验设计中的困难，最后大多数同学都能设计出自己的实验方案。

5小组合作交流进一步优化实验方案

由于每个学生的实验方案设计水平不一样，思考问题的角度也不一样，得出的实验方案就有若干种，所以有必要对初始实验方案通过小组合作的方式进行交流，交流初始实验方案中未解决的问题。着重交流实验器材的选用、实验如何改进、实验各部分的前后顺序如何安排、实验数据的表格如何设计、组内成员如何分工、实验过程中应注意的问题等，从而进一步改进实验方案，最终得出较合理的实验方案。

在“探究功与物体速度变化的关系”的教学中，学生在教师适当的点拨指导下，自主设计出可行的实验方案，并在各小组内交流后展示，有的小组受“探究加速度与力、质量的关系”实验的启发，实验设计如图1所示，由钩码提供牵引力拖着小车做实验，可以通过改变钩码个数的方法来改变功的大小，探究拉力做功与小车速度变化的关系。还有的小组受拉力器的启发，实验设计如图2所示，由橡皮筋提供牵引力，探究橡皮筋对小车的弹力做的功和小车速度变化的关系。师生经过交流，认为既可以考虑用恒力做功，如图1的方案；也可以用变力做功，如图2的方案。如何探究功与小车速度的关系？进行若干次测量，得到若干组功和速度的数据，然后利用这两组数据研究功与小车速度的关系，最后讨论功的确定与速度的测定的方法。

图1由钩码提供牵引力

图2由橡皮筋提供牵引力

收稿日期：2014-12-26