如何引导学生进行探究性实验设计

来源:用户上传      作者: 杨亨蓉 吴渊

　　在高中阶段开展探究性实验,是全面培养学生综合运用所学知识的能力、收集和处理信息的能力、分析和解决实际问题的能力、语言文字表达能力的重要环节,是实施素质教育的有效途径。这项活动还有利于培养学生独立动手、思考的习惯,激发学生的创新意识。
　　要进行探究性实验设计，必须要清楚实验设计遵循的原则：
　　首先，科学性原则。科学性是指实验目的要明确，实验原理要正确，实验材料和实验手段的选择要恰当，整个设计思路和实验方法的确定都不能偏离所学基本知识和基本原理以及其他学科领域的基本原则。
　　其次，可操作性原则。设计实验时，要考虑到实验材料容易获得，实验装置比较简单，实验药品比较便宜，实验操作比较简便，实验步骤比较少，实验时间比较短。
　　第三，单一变量原则。单一变量原则是实验步骤设计中非常重要的原则。确保”单一变量”的实验观测，即不论一个实验有几个实验变量，都应做到一个实验变量对应一个反应变量；即控制其他因素不变，只改变其中某一变量，观察其对实验结果的影响。除了整个实验过程中欲处理的实验因素外，其他实验条件要求做到前后一致。
　　第四，严谨性原则。这里包含两层意思，一是对比实验，通过设置实验对照对比，即可排除无关变量的影响，又可增加实验结果的可信度和说服力。通常，一个实验总分为实验组和对照组。实验组，是接受实验变量处理的对象组；对照组，对实验假设而言，是不接受实验变量处理的对象组，至于哪个作为实验组，哪个作为对照组，一般是随机决定的，这样，从理论上说，由于实验组与对照组的无关变量的影响是相等的，被平衡了的，故实验组与对照组两者之差异，则可认定为是来自实验变量的效果，这样的实验结果是可信的。二是平行重复同一实验，即控制某种因素的变化幅度，在同样条件下重复实验，观察其对实验结果影响的程度。任何实验都必须能够重复，这是具有科学性的标志。上述随机性原则虽然要求随机抽取样本，这能够在相当大的程度上抵消非处理因素所造成的偏差，但不能消除它的全部影响。平行重复的原则就是为解决这个问题而提出的。
　　在遵循以上原则的基础上，就可以引导学生进行探究性实验设计。
　　首先要对实验原理进行探究。原理探究是指对实验进行理论上的探讨，主要解决完成实验任务的理论问题。进行相关原理探究时，要根据学生实际情况，教师通过一定的情景引发问题，展示实验设计任务，确定整堂课的学习方向。由于探究性实验本身往往有一定难度，问题的设计就显得尤为重要。设计的问题恰当，可以引导学生思考，有助于探究；设计的问题不恰当，则会使探究式实验丧失应有的作用。适当设置情景问题，让学生不但知道怎样做，还要知道为什么这样做，真正使学生在做中学，在学中思。然后组织同学们展示讨论的成果并对各原理进行评价，判断其合理性和可行性，最后选择出可行的原理，为下一步的探究做好准备。
　　其次是探究出科学可行的实验方案。从课本知识入手，培养学生大胆质疑的能力，养成探究习惯。人们求知识的过程，是一个不断破旧立新的过程。正是怀疑推动人们去思考，去探求未知的领域。所以根据学生实际，设计富有启发性的实施方案，并给予巧妙的设“疑”，是启发学生积极思考，培养学生创新意识的重要手段，也有利于激发学生探究性学习和创造性思维。善于疑，敢于疑，是走向真理的必经的阶梯。疑是思之始，学之端，鼓励学生大胆质疑是十分重要的。但是，要引导学生以正确的态度质疑，不可陷入怀疑主义的怪圈中。首先要引导学生思考实验步骤设计中隐含的科学方法，引导学生了解实验的思维过程，提出探究性的问题，培养学生探究的兴趣；然后根据实验可能的各种条件，让学生自行设计实验，进行实验操作，并作认真记录，引导学生分析实验结果，由结果推导出结论，培养科学探究能力，最终使学生形成：提出问题→设计→探究→结果→分析评价的探究式学习方法。
　　所以在学生选择出可行的实验原理之后，教师不能直接给出肯定或否定的判断，也不必提示实验方案，应该由学生根据原理进行实验设计，将抽象的原理与实际的实验任务结合起来，设计实验方案。将学生进行分组，每组选择上一步中确定的可行原理进行设计，完成设计之后，每组选派代表将本组的设计方案进行展示和讲解，其他同学提出疑问和指出缺漏，最后，大家选择出可行的方案。
　　第三是根据实验方案进行实验验证。前面两步是理论上的设计，该设计是否合理，还有待实验来验证，因此，探究性实验设计的教学必须有实验验证的阶段。在实验验证中，教师要事先估计到学生可能出现的实验方案，从而准备好可能需要的仪器、试剂和用品。每组学生可以自主选择自己认为合理的方案进行实验。在实验过程中，教师要提醒学生不仅注意操作，更要做好记录，获得足够的信息，以便对实验设计进行评价。最后，根据实验结果和记录分析实验结果，得出对该方案的评价并提出解决和改进的办法。
　　最后通过交流讨论以达到知识与方法技能的升华。通过前面的探究与实验，表面上看似乎已经完成了任务，其实，大多数学生还停留在一种直观感受和零碎的认识上，所以我们要对任务本身从原理、试剂、仪器、步骤、操作等的全面回顾和归纳，还要根据本次探究中出现的问题和成功的经验，归纳出解决该类问题的基本思路。以达到知识与方法技能的统一，实现学与用的双赢。在组织探究实验时，教师首先要在学生现有的知识经验背景下，从允许学生出错的角度出发，指导学生及早完成实验设计，教师及时进行批改，并在课堂上给予指导评价，对合理或不合理的方面一一指出，使学生对知识进行重新认识，对实验装置提出改进方案，设计出新的探究实验方案。为学生的创造性活动以及思维发展创造一个更加广阔的空间，使实验探究教学真正具有伸展性和开放性。
　　探究活动是一种新的教学模式，无章可循。这就要求我们教师要提高自身素质，要认真领会教材变动的目的，把握探究活动的目的。在科学的探究过程中，摆正自己的位置，我们可以进行指导，可以参与，可以组织，但决不能越俎代庖。实验能力是高中课程标准规定学生掌握的一项基本能力。实验能力的较高要求，应该体现在学生能够应用所学的知识和技能，依据一定的原理进行简单的实验设计，并动手验证所设计方案的科学性。因此，实验教学应重视对学生实验技能的训练和实验设计的指导，引导学生在了解实验设计方法、原则的基础上，进行一些相关的实验设计，让学生在实践中掌握简单实验设计的内容、方法与原则，学会科学的实验设计，为创新能力的培养打下坚实的基础。

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