如何利用探究式学习在初中物理课堂中培养学生的实验设计能力

摘要：随着教育理念的革新，探究式学习在初中物理课堂中的应用受到关注。当前初中物理课堂中学生实验设计能力存在诸多问题，如物理知识理解不足、实验方法掌握欠佳、实验仪器操作薄弱以及探究思维匮乏。为解决这些问题，可通过深度剖析教学内容、精准把握学情来定制实验探究目标，借助小组合作与生活实践开展探究活动，并按照科学探究流程指导实验设计各环节。同时，构建多元评价与反馈机制，优化实验设计成果，有效提升学生的实验设计能力。

关键词：探究式学习；初中物理；实验设计能力；多元评价

初中物理作为一门以实验为基础的学科，实验设计能力是学生核心素养的关键构成。伴随教育理念的革新，探究式学习在物理教学中愈发受重视。探究式学习并非简单的教学形式，而是培养学生主动探索、独立思考的有效途径。在传统教学模式下，学生多被动接受知识，实验设计能力发展受限。而借由探究式学习，学生能在自主探究、合作交流中，深度理解物理知识，掌握实验设计方法。从现实教学状况看，探究式学习在初中物理课堂中的应用还存在提升空间。接下来将深入探讨如何利用探究式学习在初中物理课堂中培养学生的实验设计能力 。

一、初中物理课堂学生实验设计能力现状分析

（一）物理知识理解与运用能力不足

初中物理知识体系涵盖力学、电学、光学、热学等领域，各板块相互关联。部分学生对基础物理概念和原理理解浮于表面，仅能机械记忆公式与结论。在力学中，学生虽知力可改变物体运动状态，但在实验设计时，难以精准把握力与小车运动速度的关系，无法准确设计实验方案验证力对小车速度的影响，导致实验设计环节因知识理解欠缺而陷入困境。

（二）实验方法掌握程度欠佳

初中物理实验涉及多种方法，如控制变量法、转换法等。但部分学生对这些方法理解模糊，在实验设计中无法准确运用【1】。例如在探究影响滑动摩擦力大小的因素时，学生需运用控制变量法分别控制压力大小、接触面粗糙程度等变量，但部分学生常因无法清晰梳理变量之间的关系、合理规划实验步骤，导致实验设计缺乏科学性和逻辑性，难以达成实验目的，这反映出学生在实验设计方法的掌握上存在不足。

（三）实验仪器操作技能薄弱

初中物理实验常用的仪器包括天平、弹簧测力计、电流表、电压表等，每种仪器都有其特定的操作规范与使用技巧。学生在实验仪器操作方面存在诸多问题，如对仪器的基本构造和工作原理认识不足，导致在操作过程中无法准确调试仪器、读取数据。在使用天平测量物体质量时，部分学生不能正确调节天平平衡螺母，在称量过程中也无法准确放置砝码与物体，导致测量结果误差较大。

二、基于教学内容与学情的实验设计目标定制

（一）深度剖析教学内容

在力学领域，应着重剖析力与运动的关系，以及压强与浮力的内在联系，重点设计实验来探究力对物体运动状态的影响，以及液体压强与深度、密度之间的关系。在电学领域，精准梳理电流、电压、电阻的关系，以及串联、并联电路中电压、电流、电阻的变化规律【2】。依据课程标准和知识点特性，差异化设定实验目标，基础实验引导学生直观认知物理现象，复杂实验培养学生自主设计实验方案的能力。

（二）精准把握学情

全面、精准地评估学生的物理知识储备状况，涵盖课堂学习积累以及日常生活中的物理知识沉淀，以此作为学生理解新实验内容的重要基石。同时，细致考查学生已掌握的实验技能，包括对天平、弹簧测力计、电流表、电压表等常用实验仪器的操作熟练度，以及对控制变量法、转换法、等效替代法等实验方法的实际运用能力。深入洞察学生的学习风格，如逻辑思维主导型、形象思维主导型等，以及兴趣偏好，如对力学实验、电学实验、光学实验等的兴趣倾向。

（三）融合教学内容与学情

将教学内容与学情深度融合，分层、分类制定实验目标，围绕教学重点知识，根据学生能力水平划分层次。对于基础薄弱学生，设计简单、直观的实验，辅助其理解基础物理概念。对于中等水平学生，要求其运用所学知识，独立完成常规实验设计，包括实验器材选取、实验流程规划以及实验数据的整理与分析，以验证物理规律。对于学有余力的学生，鼓励其大胆创新，设计具有挑战性的实验，深入探究复杂物理问题。此外，紧密结合学生兴趣点，将实验目标与生活实际、科技前沿紧密相连，让实验内容既贴合学生兴趣，又具备现实应用价值与时代前瞻性，提升学生参与实验探究的积极性与主动性。

三、以小组合作与生活实践推动实验设计探究

（一）科学组建合作小组

针对 “探究杠杆平衡条件” 实验，对学生在力学知识掌握情况进行全面评估，依据对力臂、力的作用效果等知识的理解程度分层。考量实验操作技能，包括对杠杆支架的安装、挂钩码的规范性以及测量力臂的准确性。分析性格特征，将思维活跃、敢于提出想法的学生与严谨认真、注重细节的学生合理组合。洞察学习偏好，区分理论推导型与实践操作型学生。以每组 4 至 6 人为宜进行分组，保证小组内成员优势互补。明确分工，组长负责整体协调，制定实验计划，合理分配任务，把控实验进度；记录员认真记录实验过程中杠杆两端所挂钩码的数量、位置以及杠杆平衡时的状态等关键信息；操作员规范操作杠杆，准确调整钩码位置和数量，确保杠杆在水平位置平衡；汇报员整理实验成果，组织语言，以便在交流环节清晰呈现小组的探究过程与结论。

（二）设计生活实践实验

从日常生活场景挖掘实验素材，在家中，利用筷子、晾衣架等类似杠杆的物体，以碗、衣物等为重物，探究在不同力臂和力的作用下杠杆的平衡情况。在学校，选择扫帚、撬棍等工具，以垃圾桶、石块等物品进行类似实验。结合生活中的常见现象，如用撬棍撬动重物时，力的作用点和力的大小对撬动效果的影响，思考力臂和力对杠杆平衡的作用。将这些场景转化为实验项目，引导学生运用力学知识设计实验。确保实验在家庭和学校环境中易于实施，提前准备好杠杆支架、钩码、直尺等常用且易获取的器材，保障实验安全与可操作性。

（三）推进小组探究活动

实验前充分研讨，明确实验目的是探究杠杆平衡时动力、动力臂、阻力、阻力臂之间的关系。设计实验步骤，细化为在杠杆两端不同位置悬挂不同数量的钩码，调整杠杆至水平位置平衡，测量并记录动力、动力臂、阻力、阻力臂的数值；改变钩码的数量和位置，重复上述操作，多组数据测量。规划数据收集方式，如实记录每次实验的相关数据。依据杠杆平衡的初步认知，对实验结果作出合理预期。实验进行时，成员按职责有序操作，精确测量并如实记录。若出现数据异常，小组从操作是否规范、器材是否正常、测量是否准确等方面排查，及时调整方案。实验结束后，组织小组间交流，各小组分享探究成果，相互借鉴完善结论，加深对杠杆平衡条件这一物理知识的理解与应用。

四、依据科学探究流程指导实验设计实施

（一）引导学生提出问题与假设

教师应营造开放、活跃的课堂氛围，激发学生对物理现象的好奇心与探究欲。在课堂上呈现多种物理情境，例如展示不同小车在不同斜面高度下滑的现象，引导学生观察并思考其中蕴含的物理问题。鼓励学生基于观察，大胆提出自己的疑问，像小车下滑速度与斜面高度的关系【3】。对于学生提出的问题，教师从科学性、可行性等维度筛选，聚焦具有探究价值的问题。随后，教师启发学生依据已有物理知识和生活经验，对问题答案进行合理假设。要求学生清晰阐述假设依据，强化其对物理知识的理解与运用，为后续实验设计奠定基础。

（二）协助学生规划实验方案

在学生明确问题与假设后，教师助力其规划实验方案。首先引导学生确定实验变量，以探究影响电阻大小的因素为例，明确材料、长度、横截面积为自变量，电阻大小为因变量，同时确定如温度等为控制变量。接着指导学生选择合适的实验器材，根据实验需求，挑选电源、导线、电流表、电压表、不同规格的电阻丝等器材。然后协助学生设计实验步骤，细化为依次改变电阻丝的材料、长度、横截面积，分别接入电路，用电流表测量电流，用电压表测量电压，根据欧姆定律计算电阻并记录数据。

五、利用多元评价与反馈完善实验设计成果

（一）构建多元评价体系

建立涵盖多主体的评价模式，教师评价注重从实验原理理解、实验步骤规范性、数据处理准确性等专业角度，对学生实验设计的科学性与合理性进行评判。组织学生开展自我评价，引导其依据实验设计目标，反思自身在实验设计过程中的思维过程、操作表现，如是否清晰理解实验目的、能否熟练运用实验方法、操作时有无失误等。推进学生间的互评，学生相互审视实验设计方案，从实验思路创新性、器材选择恰当性、步骤完整性等方面给出评价意见。设置多元化的评价指标，除关注实验结果准确性，还重视实验过程中的探究思维展现，如假设提出的逻辑性、变量控制的合理性；以及实验操作技能，像仪器使用的规范性、实验现象观察的敏锐性等，全面衡量学生实验设计成果。

（二）实施及时反馈指导

在学生完成实验设计方案后，教师迅速对方案进行初步评估，针对方案中的关键问题，如实验原理错误、变量控制混乱等，第一时间向学生反馈，指出问题所在并给予方向性的改进建议，帮助学生明确改进方向。在实验操作过程中，教师密切观察学生表现，实时指出操作不规范之处，如仪器安装不正确、读数误差较大等，同时现场给予正确操作示范，让学生及时纠正错误，保障实验顺利推进。实验结束后，针对学生的数据处理与结论推导环节，详细反馈数据处理方法是否得当、结论与数据的契合度等问题，指导学生运用合适的数学方法重新处理数据，依据数据客观推导结论，确保实验成果的科学性与严谨性。

（三）促进实验设计优化

学生依据教师、同学的反馈以及自我反思，对实验设计方案进行全方位优化。若评价指出实验思路存在局限，学生重新思考实验问题，尝试从不同角度切入，拓展实验思路，如改变实验方法、调整实验变量等。若反馈显示实验器材选择不合理，学生根据实验需求重新评估器材适用性，更换更合适的器材，提升实验效果。针对实验步骤不完善的问题，学生在参考反馈意见后，细化实验步骤，补充遗漏环节，优化实验流程，增强实验的可操作性与准确性。在多次实验中，持续运用评价反馈信息，不断调整实验设计，使实验设计成果在迭代优化中逐步趋近完美，切实提升学生实验设计能力。

结语：

文中通过深度剖析教学内容与精准把握学情定制实验设计目标，借助小组合作与生活实践推动实验设计探究，依据科学探究流程指导实验设计实施，以及利用多元评价与反馈完善实验设计成果，能够有效解决初中物理课堂中学生实验设计能力不足的问题。这些方法有助于学生在自主探究与合作交流中，深度理解物理知识，掌握实验设计方法，提升实验设计能力。未来应持续深化探究式学习在物理教学中的应用，创新教学方法，为学生提供更广阔的发展空间，助力其核心素养的全面提升。

参考文献：

[1]朱婷.立足课堂，浅谈初中物理科学探究式学习[J].中学课程辅导，2022，（05）：54-56.

[2]陈克彦.科学思维与探究性学习在初中物理课堂中的运用[J].新课程研究，2021，（04）：88-89.

[3]沈爱强.浅析合作学习在初中物理课堂教学中的应用策略[J].天天爱科学（教育前沿），2020，（04）：184.