科学探究中“设计实验与制定计划”的教学之我见——以探究“电流与电压、电阻的关系”为例

孙改田

(江苏省南京市高淳区永丰中学 江苏 南京 211300)

《课标》中有明确的要求，经历设计实验与制定计划的过程，明确探究目的和已有条件，尝试考虑影响问题的主要因素，有控制变量的意识，尝试选择科学探究方法及所需要的器材，了解设计实验与制定计划，在科学探究中的意义。笔者以探究电流与电压、电阻的关系(苏科版九上第14.3欧姆定律)为例来说明，如何让学生有充分的时间和空间，让学生学会思考，自己设计实验与制定计划，从而完成整个实验探究的过程打下重要的一环。

教师在磁性黑板上连好简单小灯泡发光的电路，让学生思考如何能改变灯泡的亮暗(两节干电池)？同学们互动和小组讨论，第一种：通过改变电池的节数来改变电压来实现改变电路中的电流从而改变灯泡的亮暗。第二种：通过接入一个电阻改变电路中的电阻来改变电路中的电流从而改变灯泡的亮暗。同时通过学生上黑板，演示能直观发现，灯泡两端电压越大，电路中的电流越大，电阻越大，电路中的电流越小。

老师：刚才通过同学们的实验方案，操作后知道了电流与电压、电阻的定性关系。今天这节课，我们一起来看看电流与电压、电阻的定量关系。研究通过导体的电流与它两端电压以及导体电阻的两个因素关系时，应该用什么研究方法呢？

学生1：用控制变量的方法去研究

老师：研究通过导体的电流与导体两端电压关系时，应该怎么控制变量呢？(同时板书)

学生2：改变的电压大小，导体的电阻要保持不变，观察通过导体电流如何变化？

老师：电阻阻值保持不变，能用灯泡做实验吗？

学生3：灯泡电阻值随温度变化，用定值电阻进行实验。(同时板书画电路图)

老师：那如何来改变电阻两端电压大小呢？

学生4：改变干电池的节数，来改变电阻两端电压。

老师：你这种操作，改变电池两端的电压，方便吗？你打算改变几次？

老师要求学生上黑板演示，发现确实不方便。

学生5：哦，至少三次改变灯泡两端电压，这样得出的规律才具有普遍性。

老师：想要连续多次的改变灯两端电压，那该怎么办呢？

学生6：电路中接入一个滑动变阻器(学生补电路图)

老师：怎样操作来改变电阻两端的电压呢？

学生7：通过移动滑动变阻器的滑片来改变电阻两端的电压。

老师：怎样观察到电阻两端电压变化，观察通过电阻的电流？

学生8：还需要电压表测导体两端电压，电流表测通过导体的电流。(学生补电路图)

老师：要记录这些实验数据？

学生9：要画表格，需要测量电压和电流记录在表格中。

老师：刚才讲到要多次测量，怎么设计实验表格？(请同学设计，并投影)现在我们一起设计好了研究通过导体的电流与导体两端电压关系的方案。

研究通过导体的电流与导体电阻关系时，能用现有的电路图，如何设计实验？(同时板书)

学生10：改变电阻，导体的两端电压要保持不变，观察通过导体电流如何变化？

老师：请学生上黑板演示，换电阻，观察电压表的示数变化了，怎么办？

学生11：调节滑动变阻器的滑片，使电压表的示数保持不变。

老师：这次要测量的物理量，怎么记录呢？请设计表格？(请同学设计，并投影展示)

老师：现在请同学们各小组根据设计好的电路图，进行实验。

(实验是分组实验，第一个实验，选择电阻每个小组不同，但是固定不变电阻，结论都是一样的。第二个实验中让不同组学生电压分别为1伏、2伏、2.5伏不变，这样可以在处理数据会遇到一些困难，不便于看出规律，图像描点时，也有一些困难，老师利用实物投影，带着学生一起发现和解决问题，老师为什么建议电阻两端的电压保持2伏)

本案例中，综合了《课标》中提出的设计实验与制定计划的要求，学生先通过小实验知道了电流与电压、电阻有关，引导学生运用控制变量的思想来解决问题。研究电流与电压、电阻的关系时，在老师的引导下，学生说出实验设计过程。学生也进一步发现，需要测量的物理量和选择合适的实验器材。接着，教师再次引导，学生发现得出规律要具有普遍性，说出要三次实验，进而设计表格。由于教师设计的问题环环相扣，学生能设计出实验和制定相应的方案，为实验做好铺垫。学生的学习是一个积极主动的建构过程，教师要为学生创设良好的学习环境，设置适当的问题，引导学生的认知冲突，激发学生的积极思维，改进实验设计方案，制定出实验计划，提高学生的科学探索能力，为学生的终身学习打下坚实的科学基础。