实验方案设计的一般步骤

实验方案设计的一般步骤

问题：如何利用实验，探究影响动能大小的因素有哪些？

我们教研组对“探究影响动能大小的因素”这一实验展开了研究，曲老师所讲的公开课《动能和势能》中的一个重要环节，就是探究影响动能大小的因素。

本节课主要由一篇报道引入。“新民晚报一铁路职工中弹昏倒：1990年6月10沈阳开往上海的195次列车经过上海分局管辖的沪宁线103区段时，突然从列车左翼车窗飞出一只馒头，不偏不倚正好打在当班的上海铁路分局苏州工务段职工的鼻梁上，当场将其击昏。“

为什么？通过本节你就能明白其中的道理，从而引入新课。

经过引课曲老师提出了下面的两个问题？

(1)什么的样的物体具有能量，能量的单位是什么？

(2)什么样的物体具有动能，举出生活中的实例。

此目的是培养学生获取信息的能力，让学生学会学习。

小资料：一颗飞行的步枪子弹具有的动能大约是5000J，而一行走的牛具有的动能却只有大约60J。

问题：为什么运动的小小子弹具有那么大的动能？而与子弹相比，硕大的牛具有的动能却那么小？物体动能的大小与什么因素有关？

紧接着，引出科学探究：影响动能大小的因素。关于这一探究，曲老师是通过创设一些与之相关的问题，引导学生来设计方案的。

问题(1)要研究铁球的动能的大小，如何能表示铁球具有动能的大小呢？

问题(2)如何让小球具有速度？

问题(3)在物理中要研究一个物理量和多个因素有关的问题中，通常采取的方法是什么？

问题(4)如何设计本实验？

通过以上四小问题的引入，为学生设计实验方案铺下了道路，学生顺理成章地得出了实验方案。

第一次议课

以往的教学模式中，学生实验时主观能动性发挥不够，实验的研究性较弱，与生活与生产实际的结合不够，实验内容的范围较窄，仅以书本物理实验步骤按步操作。新课程教学改革强调的是学生创新精神和实践能力的培养，即研究性学习。这就要求改革实验教学模式，

为学生提供多种学习经历并获得学习经验。探究性实验模式可在极大程度上调动了学生的主体参与，将改变我们习以为常的以教师演示、教师讲解、学生验证为主的实验教学模式。

课后，我们进行了组内讨论，一致认为通过创设小问题，逐步深入引导的方法而叫好，并打算在以后教学中推广下去。

探究动能的大小与何因素有关的实验，是在前面牛顿第一定律实验操作基础上，加工而来的，学生对于所提出的问题已有了一定的认识，所以，探究起来比较自然和顺利，但是对于一些不知的探究实验，我们组接着进行了深入的研讨，目的是得出一种对于任何实验均有效的方法，来引导训练学生们设计实验方案。

朱老师以探究影响滑动摩擦力的因素一课来分析。

影响滑动摩擦力大小的因素有哪些。

在本实验探究中，她设计了以下几个问题：

（1）怎样来测定滑动摩擦力的大小？为什么？

（2）如何保持压力不变？

（3）如何保持接触面的粗糙程度不变？

（4）本实验所采取的研究物理问题的方法是什么？

根据这些问题的引入，调动学生们的思维，当学生们完成以上三个问题后，这个实验方案的设计基本也出来了。学生的设计会有很多漏洞，教师不要急于给出正确答案，可适当提出针对性问题来加以修正，帮助学生掌握研究对象有多个变量时，可采用控制自变量个数的研究方法。最后得出正确结论：滑动摩擦力的大小既跟压力大小有关又跟接触面的粗糙程度有关。

第二次议课----设计实验方案的一般步骤

针对任何一个探究实验方案的设计，均有着相似的过程。凌老师列举了探究压力作用效果的实验过程。

利用课本上的图，蝉的口器与骆驼的宽大脚掌，让学生思考，压力作用效果如何。若把蝉的口器换成钢笔粗细，骆驼脚掌换成牛脚，其效果会怎样，学生在此转换的基础上，会形成一定的兴趣，激发学习欲望，有利于课程开展。

通过情境，学生明白了压力的作用效果与受力面积有关，通过空车，装载货物后的车在泥地上留下的车辙，学生能够得出压力作用效果与压力大小有关，进而得出压力大小取决于压力与受力面积大小。

列举具有引导性的小问题：

(1)压力作用效果与压力，受力面积有关，要研究压力作用效果与压力关系时，受力面积应怎样，这种研究物理问题的方法叫什么法？

(2)采用什么方式，可以使受力面积改变？

(3)采用什么方式，可使压力大小改变？

此三个问题，可以引导学生去动脑思考如何设计实验，这比教师没有什么提示，仅仅一话：“下面我们来设计实验来探究压力的作用效果与什么因素有关“更具有引导性，启发性，更能调动学生们参与课堂的活跃程度，也符合学生的认知过程。接下来，再对所设计的方案进行细节上的补充，这样，就产生了一个完整的实验方案。

教学中要注意以下几点：

一是创设合理有趣的物理情境，可以是图画，视频或小的动画。为学生们思考提供素材，激发学生求知欲望。

二是创设科学合理的物理问题，这样可以引导学生步步深入扡去动脑思考所要设计的方案，让学生在不知不觉中完成实验方案的设计，教师起到整理学生观点的作用。

三是教师对于细节的强调与补充。学生们在前两步的引导下，实验方案的主体能够完成，但对于实验中的一些小的细节，需要教师进行补充，对于实验中的重要操作，教师要进行强调。

通过以上三步，学生所经历的实验的设计过程才会学生们留下深刻的印象，使学生在以后同类型的实验中有所启迪。

对于任何一人探究性实验，当有了前面筛选出来的问题，有了假设和猜想作为铺垫，学生便跃跃欲试，他们极想知道自己的猜想是否正确。这时，学生自然就想到了必须通过实验途径来解决问题。进行实验之前，要定好实验计划。计划的内容包括：探究方式（亲身实践调研）、组织方式（小组或个人）、实验方法、完成时间等。探究过程中要注意实验安全和注意事项。

例如“光的传播”这一节的实验器材要用到激光器，教师要先提醒学生不要用激光直接射到眼睛，以免伤害眼睛。其次是讨论方案，解决难点。这时教师可以先给学生3－5分钟时间，简要表述各自探究中的难点，要求学生不重复、不提与主题无关的问题。面对学生的疑问，教师不必过早解释，只要综合大家的提问，提出一两个重点问题组织学生合作探究即可。合作探究的形式有三种，教师可根据需要确定选用哪一种更好。这三种形式：一是生生合作探究。即让同桌学生发挥各自的学科优势，就相关疑难问题，相互启发，相互研讨，然后各小组再交流一下相互探讨的结果；二是小组合作探究。合作小组可以是四个、六个人。

合作探究是利用学生集思广益、思维互补、思路开阔、分析透彻、各抒己见的特点，使获得的概念更清楚、结论更准确；三是大班集体探究。即抓住中心议题或关键性问题，让学生各自发表见解，集中解决难点。需要注意的是，教师与学生面对面，切不可搞成问答或对话形式，要让学生与学生之间对话、答辩、争论、教师只需在关键处加以指点或点拨，要避免教师牵着学生鼻子走。

例如：测量粉笔的密度（难点是测量粉笔的体积），围绕这个问题，大家各抒己见： “让粉笔不能吸水（包裹法）。”

“让粉笔吸足水（尽管这种方法有误差，也可能会失败，但不否定他们的思维方式）” “不用水，以干沙子代替水，通过‘排沙法’间接测量。”

“粉笔是圆台形，可测出一支粉笔的上底半径r，下底半径R，高h，用数学公式计算体积”

有了探究的问题，提出实验安全的注意事项，又解决了一些特别难点，教师就可以先把学生分组，确定探究的形式，然后让学生自由选择器材，分组讨论实验方案，制定实验计划。

注意，实验器材要尽可能取自于生活实践中比较常见、相对容易得到的器件，有的可能是玩具、废旧物品等等，要尽量符合低成本实验的思想，让学生感到“瓶瓶罐罐当器材，拼拼凑凑做实验”的乐趣，感受到实验贴近于生活，来源于生活，使学生了解到并不是只有实验室中的高精仪器才能做实验，并不是科学家才能做实验。

反思：实验方案设计的一般步骤

探究性实验教学按其场合和活动方式可分为两类：

1、 可依据教学内容对演示实验进行整改或更新形成的探究性实验模式。

其基本流程为：创设情景引发问题——提出假说或猜测——实验探究——总结规律——迁移创新。

(1)创设实验情景，引出问题：教师根据教学内容和教学目标、要求，从教材或生产生活实际的问题情景出发，设计一些富有探索性的实验，引出问题，诱发学生思考。

(2)提出假设，大胆推测：教师向学生提出问题后，引起学生的好奇、怀疑，从而激发学生的探索心理，形成探究问题的情境，促使学生积极思考，大胆提出合理假设，做出操作上、现象上、结论上的某些预测。

(3)设计实验，观察现象：在教师的指导下，学生设计可能的实验方案，选择合适实验仪器，边操作边记录现象和数据，直接掌握感性材料。

(4)探讨规律，做出结论：学生根据实验事实进行讨论、争辩，揭示出现象产生的原因，教师的适时点拨，把探究目标引向深入。学生通过一系列的思维活动，概括出有关的物理概念、原理或规律。

(5)巩固开拓，迁移发展：面对新的问题，学生能准确运用刚学的知识去解决，教师及时给予指导和评价，使刚学到的新知识得以巩固提高，迁移发展。

2.探究性实验融合许多物理知识、技能和方法，在实验探究过程中生成新的资源，形成具有一定的综合性和开放性的课题性探究实验模式。可由几人组成的课题研究小组在课外共同完成。在实验过程中教师应给学生更多的自主权，启发学生按科学家解决问题的方法去探究，通过多种途径去研究，深入思考，巧妙设计。

在探究过程中，学生通过设计实验方案，探索解决问题的途径，最终获得比较准确的结论。在实验探究过程中，学生面临矛盾和困惑，要求他们去收集有关的信息，创造性地加工信息，分析问题，解决问题，让学生体验、感悟科学探究的经历并获得学习经验。

所以实验方案设计的一般步骤定格为：

（1）创设合理问题。

（2）分组讨论得出合理的解决办法。从而将整个方案中的重要组成部分逐个击破。

（3）组合成系统的实验方案。

再反思

伟大的科学家爱因斯坦说：“兴趣是最好的老师。”心理学家认为：缺乏对某一学科兴趣就会使学生对该学科学习成为负担。反之，就会产生强烈的求知欲。而好奇心则是激发学生积极进行探索活动的基础，是激起学生学习活动的内驱力。教学中教师要适时利用实验，激发学生的兴趣以达成创新意识的培养。

1. 运用趣味实验创设物理情境，激发学生学习兴趣

物理学是一门以实验为基础的学科,人类的物理知识来源于实践。很多物理规律都是从模拟自然现象的实验中总结出来的。学生的科学素养和科学品质就是在科学活动的实践中不断培养和提高的。物理教学中认真做好一系列有效的实验,点拨学生的思维,使学生的思维处于激励状态,可以把学生的智力活动由最初简单的兴趣引向热情而紧张的思考,促进学生思维的活化。因此，教学中教师一定要很好地利用各种教具充分发挥物理实验的功能：

（1）以现象清楚，效果明显的演示实验，创设有声有色的，形象直观的情景。

（2）以师生密切配合，共同参与的分组实验，创设生动活泼，热烈讨论的情景。

（3）以鼓励和激发学生开展课外小制作，小发明的活动，巧用物理实验图景，从而促

使学生触景生情、触类旁通，提高能力。

2．开发探究性趣味实验，发展学生创新思维

中学物理实验有较多的是“验证性”的，相对比较枯燥。如果把部分“验证性”实验改为带有“探究性”内容的实验，同时带有趣味性。这样，不但可以激发学生的学习兴趣，也让学生感受学习的乐趣，还在某种程度上使学生的思维得到创新。通过实践，锻炼了学生的动手能力，激发了学生的兴趣，也激活了存在内心的多种发散性思维和蕴藏着的创新意识，从而使学生感受到实验的成功喜悦。

3. 巧用身边之物改演示实验为学生随堂实验，增强实验的真实性和趣味性

学生大都好动对实验操作很感兴趣，都希望亲自动手做一做、试一试，而现行的实验教学主要以教师演示为主，由教师在讲台上做给学生看，学生动手机会很少，往往印象不深，效果不佳，况且有些实验现象稍纵即逝，一不注意观察，就错过了。为了弥补演示实验的不足，教师要从学生的经验和体验出发，尽可能联系学生的生活实际，选取那些既能引起学生兴趣，又与学生生活有密切联系的身边之物，改演示实验为学生随堂实验，指导学生多做些简单化、趣味化、生活化的实验，多给学生创造动手的机会，提高学生在演示实验中的地位，让学生尽可能地参与到实验演示过程中来，亲历实验操作过程，加深印象，增强实验效果。例如用铅笔做力的分解实验（如右图），当重物压在由蜡线和铅笔所构成的三角支架上时，会产生中指被拉，掌心被刺痛的感觉。可以感悟力的分解的效果或方向。学生亲身体验之后，这种被刺痛的感觉永远都不会忘记。

4. 趣味实验在课外活动中进一步延伸，开辟创新之路

“活动”是实现“创新”的必由之路。物理教学要创新就必须让学生作为主体去活动，要尽可能多的为学生安排课外的活动。

通过设计实验，培养学生创新思维能力主要体现在以下几个方面：

一是 提高学生的实验构思和设计能力以及提出问题、科学分析问题的能力。二是 提高学生实验的实施能力和培养学生的发散思维。让学生自己设计和操作，给了学生很大的想象空间，帮助学生在学习过程中体验、感悟、建构并丰富学习经验。三是培养学生分析和解决问题的能力。例如在数据处理方面：要求学生懂得数据的处理方法，如何来减小实验中存在的误差等等。四是培养学生的创造性思维能力。例如在实验分析时，可以让学生比较多种实验设计方案，从中选择最佳的设计方案。让学生明白，创造就在我们的身边，只要肯多开动脑筋，多思考，就能得到最好的结果。

新课程理念下的探究式课堂教学的基本思路是：遵循学生的认知规律，以新课程理念

为指导，学生主动参与为前提，自主学习为途径，合作讨论为形式，培养创新精神和实践能力为重点，构建教师导、学生学的教学程序。

在教学结构上，主要体现在：教师首先要为学生创设一个自主学习的环境，然后在教师指导下将启发、阅读、探究、点评、总结有机结合，从而让学生像科学家那样经历一个提出问题──实验探究──总结提高的过程。

科学探究问题的提出的来源可以有三种：一是学生根据教师、教材或其它途径给出的问题进行探究；二是学生从所提供的问题中得到启发而提出的新问题，这样有助于学生养成良好的思维习惯，勇于置疑、大胆创新。

情景教学是一种通过创设不同教学情景，引导学生在特定的场景与氛围中进行学习的教学方式。设置情景，一方面使物理问题有了赖以生存的土壤，另一方面也可以吸引学生的有意注意，使学生注意观察，保持持久的学习物理的兴趣和积极性。在教学实践中，我们可以根据不同的教学目标与要求创设各种不同的教学情景，如问题情景、演示情景、赏析情景、探究情景、矛盾情景、讨论情景应用情景等。这些情景实际上是可组合、可变换的场境与氛围，既可以是真实的情景，也可以是虚拟的情景。在创设情景时要尽可能的使学生的认知发生矛盾冲突。

物理是一门自然科学，它源于社会、用于社会、改造于社会。因此，在教学中选择与生活、生产密切相关的知识创设情景问题，能够使学生理论联系实际，活学活用，并增强学生关注社会、关心生活的意识。