在物理教學中 培養學生設計探究性實驗能力

實驗能力的培養在物理教學中佔有重要的位置，但在傳統教學中，學生都是按照課本中規定的實驗進行的，儀器器材都是實驗室準備好的，實驗目的、步驟、觀察研究內容，都是課本中規定的，學生只是被動的模仿，限制了學生創新思維和主體精神的發揮，不能從本質上提高學生的實驗和研究能力。

我在物理教學中，除了讓學生按課本要求做好實驗外，突破課程的限制，讓學生根據在物理學習中所碰到的定律、規律和要求等知識點，自主設計實驗，獨立的確定實驗目的，設計實驗裝置和步驟，透過觀察研究，得出實驗結果，總結出規律性的結論。由於實驗是學生自主設計的，有很多實驗器材必須是學生自己製造和準備的，實驗目的是學生自己確定的，充分體現了學生的主體性原則，能充分發揮學生豐富的想象力和創造力。而且學生一定是對自己感興趣的內容進行設計和實驗的，其精神狀態是積極的、主動的，結論是學生經過自己的實驗、觀察，歸納研究後得出的，對物理規律、定律的理解的正確性和深刻性，與那些只按課本要求進行的實驗所取得的效果是不可同日而語的。

一、對課本規定的實驗進行重新設計組合

剛開始，由於學生實驗能力較弱，就讓學生憑空設計實驗，感到很困難。我讓學生從重新組合改造課本實驗入手。

例如，在做“測小燈泡額定功率”實驗時，在同學們按規定做好實驗以後，我問同學：“如果現在只有一隻電壓表，沒有電流表，能不能測出小燈泡的額定功率？”同學們經思考，設計了一個實驗線路，只要在電路中再串聯一隻定值電阻，先將電壓表並聯在小燈泡兩端，再移動滑動變阻器的滑片P，讓電壓表示數等於小燈泡額定電壓，然後不移動滑片P，將電壓表並聯在定值電阻的兩端，測出電壓值，算出透過的電流值I，則小燈泡功率P =IU額 得出。我讓同學按設計進行實驗，又讓同學設計了只有電流表，沒有電壓表測出小燈泡額定功率的實驗線路圖，並進行了實驗。

我再啟發學生，我們在這個實驗中一定碰到很多問題和故障，有些是由於我們接錯線造成的，有的是由於儀器發生故障造成的，我們能否將它們歸納一下，學生們一共列舉了十三種故障，我讓學生設計好有故障的實驗線路進行對比實驗。例如：錯將電壓表與電鍵並聯，與錯將電壓表串聯在電路中，它們有什麼共同點和區分點，同學們經過實驗，很快得出了共同點都有電壓表示數等於電源電壓的過程。區分點是電壓表與電鍵並聯，當K開啟時，電壓表示數為電源電壓，K閉合時電壓表示數為0。而電壓表串聯在電路中時，K開啟時電壓表示數為零，K合上時電壓表示數為電源電壓。同學還對小燈泡斷路和短路，變阻器接線都上都下等6組故障進行對比實驗研究。學生們對這個實驗中所有故障的共同點、區分點都有了十分清晰和深刻的理解。

在做測量不規則形狀固體密度實驗時，學生們在做好課本規定的實驗以後，我將量筒都收起來，然後給每個學生重新發一塊小石塊，讓學生測石塊密度，學生們經過討論，重新設計了實驗。先用天平測出石塊質量，再將一隻小燒杯裝滿水，放在大燒杯中，將石塊輕輕放入小燒杯中，然後測出溢位的水的質量，算出水的體積，間接的測出了石塊的體積，從而測出了石塊的密度。

總之，讓學生對課本實驗重新設計改革，初步提高了學生自己設計實驗的興趣和能力，克服了照本實驗的僵化和刻板。

二、讓學生自制儀器進行實驗

讓學生自制儀器進行實驗，是提高實驗能力和動手能力的良好途徑。從初二剛開始學物理時，我就要求學生每人配置一隻小小實驗箱，跟著教學進度，逐步配置了刻度尺，提鈕式小天平，針筒製成的量筒，用橡皮筋或小彈簧自制的彈簧秤，電池，小燈泡，用廢牙膏皮做的電鍵，鉛筆盒和橡皮筋做成的小瑟琶，小平面鏡，舊眼鏡片等，可以做力學、電學、光學和聲學等很多小實驗，每學期還讓學生展示自己的小實驗箱，表演自己設計的各種有趣的小實驗，透過相互交流，取長補短，提高了學生自己設計實驗的能力。由於學生用自己的土儀器經常做自主設計的小實驗，對於串並聯電路連線、凸透鏡成像，密度測量等，都能正確熟練的進行

三、讓學生自主設計實驗

在學生的實驗能力有一定的基礎後，根據教學要求，在一些重要的教學環節，知識點上，有意識的啟發學生模仿演示和實驗，自己設計實驗。

在探索水的沸點與液麵壓強關係時，我做了課本上的實驗後，啟發學生自己設計一些實驗進行研究。一個學生用一隻針筒，吸入接近沸點的水，然後用一個小橡皮帽戴在針筒下的小口，這時水並不沸騰，將活塞桿向上拉，我們看到水又劇烈沸騰起來。往下壓活塞，水就停止沸騰，可重複做幾次，驗證了液麵氣壓降低，沸點降低，液麵氣壓升高，沸點升高的原理。

在講到液體內部壓強與液體本身質量有無關係時，一個同學受帕斯卡桶的啟發，設計了一個實驗。用一隻裝牛奶的塑膠袋，裝進一大燒杯水，袋子並不脹破，然後將水倒進燒杯中，用一根大約2米多長的細橡皮管，下端插進袋子中，緊扎袋口，橡皮管上端裝一隻小漏斗，高高舉起，再將燒杯中水從漏斗慢慢倒入，還是這杯水，卻把袋子脹破了。很形象的說明了液體壓強與液體質量多少無關的結論。

在講安全用電一節時，同學們對高壓跨步觸電都很難理解，有一個學生設計了一個跨步觸電的演示器，用硬紙片剪成一個小人。它的兩條腿可以自由活動，雙腳站在下面的電阻線上，腳上的導線與電阻線連線，兩條腿的導線中間串聯一隻發光的兩極管，電阻線表示大地，兩端接上電源，當兩腿併攏時，兩極管不發光。將兩腿分開，兩極管發出了紅光，非常形象的說明了跨步觸電的原理。

在研究浸沒在液體中物體受到的浮力與物體形狀有沒有關係這個問題時，一個同學設計了用橡皮泥外面包了一層薄塑膠紙，吊在彈簧秤上。浸沒在水中，然後將橡皮泥捏成各種形狀，可觀察到彈簧秤的示數不變，得出了浸沒在同種液體中的物體，受到的浮力與物體形狀無關的結論。

在講物體浮沉條件一節時，我按照課本上講的在水中加鹽可使雞蛋上浮，和用手指撐開牙膏殼的方法可使它上浮兩個實驗做了演示。課本上沒有提供在物體受的浮力不變時，可以透過改變物體自身重力控制浮沉的演示。經過我啟發，有幾個學生設計出一個實驗，將雞蛋放在清水中，下沉。然後在蛋殼上小心的鑽一個小孔，用針筒抽些蛋清，用蠟燭油將小孔封住，放在水中，蛋上浮，然後再將蛋清注入蛋中，雞蛋又下沉了，非常形象地得出了改變物體的重力可以控制沉浮的道理。

總之，在一些重要的知識點上，我都有意識的啟發學生設計實驗進行研究。特別要求學生明確實驗目的，設計的實驗可操作性強，有取得成功的可能性。使學生透過做由本人自主設計的實驗，沉浸在成功的喜悅中，提高設計實驗的興趣，逐步掌握設計實驗的方法。

四、提高學生設計探究性實驗的能力

模仿是創造的基礎，最終的目的不是讓學生永遠停留在模仿這個初級階段上，而是要培養學生豐富的想象力和創造力，主動的去研究一些未知的事物。在學生具備了初步的設計實驗能力以後，我向學生提出了更高的要求，設計探究性實驗，實踐證明，當我們對學生提出的目標越高，越具有挑戰性，越能激發學生的潛能，取得更高的成就。

在進行了研究決定導體電阻大小因素的實驗後，有學生提出，酸、鹼、鹽的溶液也是導體，它們導電能力大小是由哪些因素決定的呢？我鼓勵學生自己設計實驗進行研究。學生經過深入思考後，設計了一套較為完善的實驗，運用控制變數法，研究了溶液濃度，極板面積的大小，極板間距離，以及溶液溫度等因素對溶液導電能力的影響，並將研究結果進行歸納以後，寫出了較為科學的研究報告，取得了可喜的成果。

一個學生在做摩擦起電實驗時，偶然發現絲綢摩擦過的玻璃棒與帶負電荷的小球互相排斥，而按教科書上的說法，玻璃棒應帶正電，應和小球相吸引，這個結果是不可能的。他重複了這個實驗，還是原來的結果，又換用其它玻璃棒再作實驗，發現有的帶正電，有的帶負電，它抓住這異常現象不放，經過查詢資料反覆實驗，最後得出，由於玻璃是混合體，主要成份由氧化物以及少量金屬和非金屬單質構成，由於不同的玻璃，成份含量不同，使它們對核外電子的束縛能力大小也不同，當某些玻璃成份組成使它束縛電子的能力比絲綢強時，摩擦後就會帶上負電，出現了與教科書所說不同的情況。

有一道習題，請同學判斷，液體對物體的浮力能否大於液體本身的總重力。大多數同學都認為，按阿基米德原理，物體受到的浮力，等於物體排開的液體所受到的重力，因此不能產生比液體總重力還要大的浮力。而有一個學生認為，排開不等於排出，物體受到的浮力大於液體總重力完全有可能。雙方都有道理，爭執不下。於是這個學生設計了一個實驗，他用一塊正方形木塊，放在一隻稍比木塊大一點的方形玻璃容器中，木塊能在容器中上下自由移動，用天平測出木塊的質量，再用一隻燒杯，裝入與木塊相等質量的水。然後將木塊放入方形容器中，再將燒杯中水緩緩注入容器中，當將燒杯中三分之一水注入方形容器時，木塊就浮了起來成為浮體，事實讓大家清楚地看到了液體產生的浮力，可以大於液體的總重力。這個學生用實驗證明了自己看法的正確性。

總之，透過學生創造性的設計研究性實驗，進行開創性研究，讓學生的實驗和研究能力向更高的層次發展。

幾年來，我在物理教學中十分重視學生設計實驗能力的培養，對提高學生的科學素質取得較好的效果。從對課本實驗的小改小革入手，再讓學生設計驗證性實驗，再到確定研究目標，設計研究性實驗，循序漸進，逐層次提高。對不同層次的同學，提出層次不同的要求。啟發引導學生自己設計各種實驗。並都給予肯定性的評價，以增強學生自主設計實驗的興趣和信心。當然，由於初中學生的知識水平有限，能製作的實驗器材較簡陋，很多實驗較簡單，所取得的研究成果也是較低層次的、初級的，但萬丈高樓平地起，學生所養成的設計實驗進行研究，尊重科學，尊重客觀事實的科學精神和科學研究的基本素質和能力。對他們終身的發展都有深遠的影響，因為中國學生最缺乏的就是動手做實驗，特別是設計實驗的能力。在多年的物理教學實踐中，積累了一些培養學生設計實驗能力的經驗，但離素質教育的要求還是有較大的差距，還須不斷探索，以求取得更大的效果。