实验教学重在培养学生实验设计能力

摘 要：实验是物理学的基础，是检验物理结果的惟一标准。中学阶段，通过物理实验教学，对学生体会物理规律的探究过程，把握物理规律，形成良好的科学探究思想，培养良好的科学探究方法与“自主、合作、交流”的新课程理念都有重要的意义。

关键词：物理；实验；能力

物理学是一门以实验为基础的自然科学。新课程标准指出：“物理课程应促进学生自主学习，让学生积极参与、乐于探究、勇于实验、勤于思考。通过多样化的教学方式，帮助学生学习物理知识与技能，培养其科学探究能力，使其逐步形成科学态度与科学精神。”实验设计能力是指学生能综合、灵活地运用所学的知识、方法对实验的仪器、装置、步骤和操作方法等实验因素进行规划的能力.实验设计能力的培养是新课程标准的要求。这种能力的培养过程实质也就是科学素质、创新精神的形成过程，同时它也是中学生将来在社会生产实践中必须具备的能力。

一、实验设计的原则

1.实验的可行性原则。实践是检验真理的唯一标准，拟定好实验方案后，所需实验器材是否容易获取，不易获取的的器材就应避免实验设计。试验中物理量是否可测 ，实验现象是否可观察。只有设计研究和分析的实验项目都能够容易测量，设计才有实际意义。

2.实验的简化性原则。一个好的设计实验，以简单易行为首选。从器材到步骤，尽量选取费力少、效果明显的实验器具和操作流程。

3.实验的可操作性原则。器材的选取、实验的测量、数据的记录和分析在实际实验时，容易操作且操作程序简单为最佳。

二、实验设计能力的培养

1.学生掌握实验的一般原理、进行实验设计和实验方法的能力。首先要求学生明确各个实验的目的、原理或理论根据，根据实验的原理、要求对实验进行设计，包括用什么物理定律、公式，电学实验用什么电路图等。还要搞清哪些是已知量、被测量，然后选择所需的仪器和实验条件，进而设计好实验步骤，画好记录表格等。

其次，培养学生正确调整和安装仪器，正确连接电路的技能。正确的实验，首先是安装、调整好仪器或正确连接电路。如：力学实验中的支架滑轮的安装，牵引线的走向，斜面的架设等，有时要对一些仪器做机械调整或电气调整（对仪器的调零前面已介绍，这里略），电气调整如：使用气垫导轨前必须先调水平位置；在电学实验中，依照电路图连接线路，连线时，应将电路分为主回路和支路，从电源一端开始沿主回路按顺序进行，其次为支路；主回路中必须有开关（先断开）；导线最好选用几种颜色，主、支回路分别用一种颜色。往接线柱上接导线时，应按顺时针方向将导线缠上。电路连接后，必须复查，确认正确后方能通电。这种技能的培养，从初中开始应先有示范，让学生模仿学习，然后逐步提高到由老师讲述方法及注意事项，由学生独立去安装、调整。

2.日常教学和活动中渗透设计思维，提高实验设计能力 。物理离不开生活也离不开实验。每一个实验都包括实验目的、实验原理、实验器材、实验操作及操作规程、实验数据的处理、实验误差的分析等几个方面的要素。只有让学生在平时的实验教学中养成严谨的思维方式和习惯，才能为进行实验设计打下良好的基础。因此在日常实验教学中，教师就应有意识的通过对一些常规实验进行不同类型实验方案的设计和实施，来引导学生进行实验方案的设计。

3.强化实验设计训练，提高实验设计能力。目前，中学物理教学中的实验设计性试题，一般是根据课本中已出现的物理实验的基本原理，所使用的基本器材以及实验中学过的有关方法，设计一些新的实验，按照实验的设计方案及要求，完成实验有关内容；或者是提供有关的实验器材以及实验的目的要求，根据有关知识以及在实验中学过的方法，自己设计实验方案，并完成实验要求。设计性物理实验题就是一种对学生进行物理实验设计训练的有效方法。设计性物理实验题一般可分为三种类型：①设计实验方案。根据给定的实验器材和实验目的要求，由学生设计（或补全）实验方案，并按要求完成实验内容或进行某些测量。②设计实验方法。根据给定的实验目的以及一些附加条件，由学生设计实验方法，并按要求完成实验的有关内容或进行某些测量。③设计处理实验数据。根据提供的实验数据，由学生设计处理方法，求出实验测量值并分析实验误差等。

4.培养学生实验创新思维能力，提高实验设计能力。物理实验设计的核心是思维能力和创造性。物理实验的设计过程就是一个探索、创造的过程，对学生思维能力的要求较高。学生的创造性思维和学生的动手实践能力是密不可分的，教学中要争取尽量让学生分组实验，在教学中可以让学生利用生活中的材料来尝试应用于实验，就地取材，使学生能随时验证自己的新设想。例如进行测定电源的电动势和内阻实验，所有材料都可以来自生活，电源可选择用水果苹果代替，或废旧电池。

在实验过程中，对同一种仪器或装置，通过不同的操作或改变其组合方式、先后顺序等进行改进，就可以实现装置功能的拓展。对仪器功能的开发和拓展，实际上也体现了对学生的创新思维与创新能力的开发和培养。

通过新实验方案的设计，启发学生采用多种思维方式，扩展创新思维视角，获得超越实验本身更广泛的知识。使学生的创造能力得到提高，并激发了学生综合运用物理知识，主动思考物理实验的设计过程的积极性，从而拓展物理知识，扩展学生的创新思维视角，培养学生的思维能力和创新能力。

5.运用课外实践活动，提高实验设计能力。课外实践活动作为课堂实验探究的延伸对提高学生的物理实验设计能力具有不可估量的作用，学生在课外小实验、小制作等实践活动中，为了达到解决问题的目的，需要查阅有关资料，寻找有关材料，运用学过的物理实验设计知识和方法，设计出实验方案，并通过实际操作验证实验方案的正确与否；或者通过同学之间的共同讨论、设计和制作出多种物理实验方案，最终使问题得以解决。

总之物理实验设计能力的提高需要一个过程，教师应根据物理实验教学的内容特点，学生知识与技能的基础和能力发展水平，有目的、分阶段地制定物理实验设计能力的发展计划。

参考文献：

[1]胡森.大学物理综合性、设计性实验问题研究[D]武汉：华中师范大学，2006.

[2]郭立群.对设计性实验的讨论和体会 [M]上海：复旦大学出版社2004.

[3]史志明.试论物理实验设计能力 中小学实验与装备2005 第三期.

[4]钟登杰.中学生学生物理实验设计能力的培养 物理教学探讨 2007 21.

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