初中物理探究类作业中实验设计的常见误区及分析

来源：核心期刊咨询网时间：2021-10-25 10:3912

摘要：摘 要：实验设计能力是科学探究的重要组成部分，教师科学合理地布置探究类作业对于学生实验设计能力的提升至关重要，但实际作业中仍存在诸多不足之处.本文针对初中物理探究类作业中实验设计的常见误区进行分类梳理，并结合具体案例对误区进行分析，揭示了一

　　摘 要：实验设计能力是科学探究的重要组成部分，教师科学合理地布置探究类作业对于学生实验设计能力的提升至关重要，但实际作业中仍存在诸多不足之处.本文针对初中物理探究类作业中实验设计的常见误区进行分类梳理，并结合具体案例对误区进行分析，揭示了一些被长期掩盖的错误根源.

　　关键词：初中物理;探究类作业;实验设计;误区及分析

　　作者：秦晓文

　　实验设计能力是科学探究能力的重要组成部分，科学、合理的探究类作业可以提高学生的实验设计能力.但教师在实际教学中采用的探究类作业却存在很多问题和错误，这样的作业不仅不能起到提高学生实验设计能力的作用，而且还会产生很多负面影响.本文将对“探究类作业中实验设计的常见误区”进行梳理和分析，以期抛砖引玉，引发教师更多的思考和实践探索，进一步提高探究类作业的质量.

　　1 实验设计中控制变量不当

　　“控制变量”是科学探究的重要思想方法，是实验设计重点考虑的问题之一，但在探究类作业中常常存在控制变量不当的问题，主要包括“没有控制变量”和“遗漏控制变量”两种类型.

　　例题1 请利用酒精，添加适当器材，设计实验证明酒精蒸发吸热.

　　原题答案：用棉签沾适量酒精，涂抹在手背上，如果手背感觉涂抹酒精的地方凉，就说明凉的感觉是由于酒精蒸发引起的，从而证明酒精蒸发吸热.

　　分析：这道作业题原答案提供的实验设计方案没有控制变量，因而是错误的.根据作业题的探究目的可以判断，因变量是Q吸，通过手感觉凉体现Q吸，自变量是酒精蒸发.控制变量是酒精的温度与手的温度差，如果手背和酒精之间存在温差，即使酒精不蒸发，手背也会感觉到凉.另外，如果室温低于酒精温度，也会导致酒精温度降低，这种情况下也无法判断酒精温度的降低是由于蒸发引起，还是由于温差引起.因此，要证明酒精蒸发吸热，必须保证酒精的温度、周围环境的温度(室温)、测温物体(手或者温度计)的温度三者相同.为了控制温度相同，需要添加温度计，用温度计代替手，酒精是否吸收热量可以通过与其接触的温度计的示数来体现.证明酒精蒸发吸热的正确实验设计方案如下：

　　(1)用温度计测量室温，记录温度计的示数;

　　(2)将适量酒精倒入烧杯中，用温度计测量酒精的温度，待酒精温度与室温相同时，记录温度计的示数;

　　(3)再将温度计从酒精中取出，随着酒精的蒸发，如果观察到温度计的示数逐渐降低，就说明酒精在蒸发过程中吸热.

　　例题2 欣欣想利用弹簧测力计、带细绳的长方体金属块、盛有适量水的大烧杯、刻度尺，探究物体在水中所受浮力与所处深度的关系，请帮助她设计一个实验方案，写出主要实验步骤.

　　原题答案：用弹簧测力计测出长方体金属块的重力G，然后将金属块缓慢浸入水中，如图1所示，改变金属块下表面所处深度h，将h的测量值和弹簧测力计相应的示数F记录在实验数据记录表中，由F浮=G-F计算出相应的F浮并记录在实验数据记录表1中.

　　分析：根据作业题的探究目的可以判断，长方体金属块所受浮力F浮是因变量，金属块的底面所处深度h是自变量，水的密度和金属块排开水的体积V排是控制变量.金属块浸没水中后，继续增大深度h，水的密度和V排均保持不变.但在金属块浸入水中到浸没前的这一过程中，改变深度h的同时，仅保持了水的密度不变，没有保持另一个控制变量V排不变.因此，这一实验方案是错误的.金属块浸没前的实验设计方案应该调整如下：选用有标记线的长方体金属块，如图2甲所示，用弹簧测力计测出长方体金属块的重力G，然后将金属块缓慢浸入水中，当金属块浸入水中的体积为一半时，如图2乙所示，测出金属块下表面所处深度h.将金属块侧放并悬挂在测力计下，当金属块浸入水中的体积为一半时，如图2丙所示，测出金属块下表面所处深度h.将h的测量值和弹簧测力计相应的示数F记录在实验数据记录表中，由F浮= G-F计算出相应的F浮并记录在实验数据记录表中.

　　2 实验设计中没有改变自变量

　　为了排除因变量和自变量之间的偶然联系，找到必然联系，最基本、最简单的方法就是在实验设计时设置实验组和对照组，也就是我们通常所说的对比实验.更加普遍的方法则是在控制变量的前提下，通过不断改变自变量，观察因变量是否随之改变，但在探究类作业中普遍存在没有对比实验、不改变自变量的情况，对学生的科学思维产生严重的负面影响.

　　例题3 为了便于观察玻璃瓶的微小形变，可以将玻璃瓶装满水，然后用带有细玻璃管的橡胶塞塞紧瓶口，组装好的实验装置如图3所示.其中，细玻璃管上有刻度，便于观察细玻璃管内水面的变化.请利用该实验装置，设计实验证明力能使玻璃瓶发生形变，简要写出实验方案.

　　原题答案：双手用力挤压玻璃瓶壁，观察细玻璃管内水面是否上升.如果观察到细玻璃管内水面上升，则可证明力能使玻璃瓶发生形变.

　　分析：由探究目的可以看出，因变量是玻璃瓶的形变，形变大小用细玻璃管内的水面高低表示，水面越高，形变越大.自变量是捏瓶子的力的大小，控制变量是玻璃瓶及水的温度.原题答案提供的实验设计存在两大误区：其一，没有进行对比实验，具体而言，就是没有通过改变自变量力的大小，观察细玻璃管内水面的高低变化;其二，没有控制住玻璃瓶及水的温度對细玻璃管内的水面变化的影响.

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