淺談實驗設(shè)計能力的培養(yǎng)

1、    淺談實驗設(shè)計能力的培養(yǎng)    潘衛(wèi)華【摘 要】實驗設(shè)計能力是指運用已學(xué)過的測量儀器和實驗方法以及有關(guān)的知識，按題給要求自行設(shè)計實驗方案，研究物理現(xiàn)象、探索物理規(guī)律或測定物理量的能力?！娟P(guān)鍵詞】實驗 設(shè)計能力 培養(yǎng)近幾年新課程標準中，注重了實驗原理、實驗步驟乃至整個實驗方案(包括原理、裝置、器材選擇、實驗步驟和數(shù)據(jù)處理等)的設(shè)計。設(shè)計性實驗是在一些特定的要求和條件下，自行設(shè)計和實驗，靈活運用知識和技能，進行的創(chuàng)新性思維和實踐活動。設(shè)計性實驗?zāi)苋媾囵B(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識的能力、收集和處理信息的能力、分析和解決問題的能力、語言文字表達能力以及團結(jié)協(xié)作

2、的能力。因此以設(shè)計性實驗為載體，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力是一條重要途徑。這給我們物理教師如何進行物理實驗教學(xué)提出了一個新的課題。一、重視基礎(chǔ)創(chuàng)新之源創(chuàng)新之根源在于基礎(chǔ)，而扎實的基礎(chǔ)不僅來源于牢固的知識基礎(chǔ)，更來源于知識所體現(xiàn)的基本研究方法和思考方法，這些都為我們創(chuàng)造性地進行實驗設(shè)計提供了堅實的理論基礎(chǔ)。抓好課本上基本的學(xué)生實驗和演示實驗的教學(xué)，是培養(yǎng)學(xué)生實驗設(shè)計能力的重要基礎(chǔ)。例：有兩杯不同的液體，現(xiàn)提供以下器材：（1）托盤天平；（2）彈簧測力計；（3）兩個質(zhì)量和形狀完全相同的燒杯；（4）拴著細線的物塊（密度大于這兩種液體）；（5）刻度尺。請你用兩種方法比較它們密度的大小，要求寫出：所選用器材的序號，

3、并簡要說明比較的方法。分析：本題涉及實驗原理的確定、實驗器材的選擇、實驗方法的設(shè)計與表達，注重學(xué)生的綜合實驗?zāi)芰?，有一定的開放性。本題可以從密度、浮力等知識入手進行解答。用相同體積比質(zhì)量的方法，來判斷密度大小。相同體積的判斷上，可用刻度尺測量，質(zhì)量的比較用天平，此方法實質(zhì)是探究密度概念的實驗的遷移。用浮力的知識比視重的方法，分別測出物體浸沒在兩種不同液體中時彈簧測力計的示數(shù)，因為液體密度越大，物體受到的浮力也越大，視重就越小，所以視重小的液體密度大。此種方法實質(zhì)上是浮力中稱重法的一個具體應(yīng)用。因此，我們必須重視基本實驗的教學(xué)，教學(xué)中要特別引導(dǎo)學(xué)生認真領(lǐng)會各類實驗的設(shè)計思想和認真掌握基本實驗技能

4、的運用，同時還要注意實驗方法的拓展，培養(yǎng)實驗中的發(fā)散性思維，達到舉一反三，觸類旁通的目的。二、重視實驗問題設(shè)計，有的放矢創(chuàng)新之法新教材在演示實驗和學(xué)生實驗中提出的讓學(xué)生獨立思考的問題更多，這些問題大多要親自設(shè)計和動手實驗才能解答。由于設(shè)計性實驗具有相當(dāng)?shù)碾y度，學(xué)生在完成中由于認知水平的限制通常會卡殼。因此，教師不能把“充分發(fā)揮學(xué)生主觀能動性”理解為“完全放縱”，而應(yīng)充分理解學(xué)生有限的認知水平和知識遷移能力，有的放矢地給予必要的啟發(fā)和點化。同時，要鼓勵學(xué)生大膽實踐，允許學(xué)生在實驗中走彎路，犯錯誤，但老師要及時予以指出和糾正，只有這樣，學(xué)生的實驗設(shè)計能力才能穩(wěn)步提高。有的放矢作為一種創(chuàng)新思考方法是

5、指思考一個較復(fù)雜的問題時，在掌握了一定的有關(guān)情況之后，首先應(yīng)當(dāng)弄清，需要緊緊盯住和瞄準的目標是什么？在設(shè)計實驗中，這個目標就是實驗?zāi)康?。它可以引發(fā)我們的定向思維，在實驗?zāi)康牡囊I(lǐng)下，根據(jù)題目的要求和給出的條件，運用儲備知識和科學(xué)思維方法，分析相關(guān)物理情景，精心構(gòu)思實驗原理，確定需要測量的物理量，安排實驗方案和實驗操作程序，最后進行實驗數(shù)據(jù)記錄和處理實驗數(shù)據(jù)。例：探究不同物質(zhì)的吸熱能力是否相同的實驗設(shè)計時，如果教師不給以恰當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)，學(xué)生很難自主完成實驗設(shè)計。實際教學(xué)中可設(shè)置以下幾個問題逐層分析，化解難點。（1）物質(zhì)的吸熱能力強弱通過哪些物理量的變化反映出來？（2）物質(zhì)吸熱多少與哪些因素有關(guān)？（3

6、）物質(zhì)的吸熱能力與溫度的變化及其質(zhì)量的大小等因素都有關(guān)，因此要研究物質(zhì)的吸熱能力與物質(zhì)的種類是否有關(guān)時，要采用什么方法？怎樣實現(xiàn)這些方法？通過以上問題的分析，使學(xué)生認識到比較物質(zhì)的吸熱能力強弱，實質(zhì)上只需要用相同規(guī)格的加熱器材，加熱相同質(zhì)量的不同物質(zhì)，升高相同的溫度，比較加熱時間的長短即可比較吸熱能力的強弱，根據(jù)這些條件學(xué)生即可自行選擇實驗器材，設(shè)計實驗表格需要記錄哪些數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上設(shè)計并完成實驗。三、重視課外小實驗、小制作和小發(fā)明活動開展課外小實驗、小制作、小發(fā)明活動，是培養(yǎng)和提高學(xué)生實驗設(shè)計能力的延續(xù)和補充。要想真正提高設(shè)計性實驗的教學(xué)效果，僅在課堂內(nèi)是不夠的，還必須輔之以生動活潑的課外

7、小實驗、小制作和小發(fā)明活動，才能達到最佳效果。如在學(xué)了“光的色散”一節(jié)知識后，可以增設(shè)“室內(nèi)彩虹的形成”這一課外小實驗。學(xué)了磁場后，可增設(shè)“指南針制作”這一課外小制作等。因為在這些活動中，學(xué)生的手腳充分解放，思維充分活躍，更有利于充分發(fā)揮學(xué)生的潛能，激發(fā)靈感，實驗技能不知不覺中得到充分地開發(fā)和提高。雖然教科書中課外小實驗和小制作，豐富了學(xué)生的課外實驗活動，但僅有書上的這些還不夠，教師在教學(xué)中還應(yīng)當(dāng)適時的補充一些。如主要利用礦泉水瓶借助其他輔助材料，可自行設(shè)計完成哪些實驗，說明了哪些物理原理。學(xué)生通過查閱資料，動腦思考，設(shè)計出幾十種實驗方案，涉及到力、熱、光等的許多知識點。通過類似的訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)

8、生動手、動腦、勤于思考的好習(xí)慣，并且在實驗中，還培養(yǎng)了學(xué)生觀察、分析、整理、概括等能力。四、重視科學(xué)調(diào)查加強實驗設(shè)計能力教學(xué)，是素質(zhì)教育的一個方面。設(shè)計一些只知實驗?zāi)康牟恢獙嶒灲Y(jié)論的設(shè)計性實驗，讓學(xué)生獨立設(shè)計實驗方案，獨立實驗和獨立撰寫實驗報告并獨立得出實驗結(jié)論，將使學(xué)生克服對老師過分依賴的習(xí)慣，以及提高學(xué)生對物理規(guī)律的理解和運用能力，能提高學(xué)生獨立創(chuàng)造能力和實際動手操作能力。不僅有利于物理思想和物理方法的形成，同時會養(yǎng)成科學(xué)而嚴謹?shù)乃季S習(xí)慣，激發(fā)探索自然規(guī)律的熱情。這可以通過分階段、有組織、有計劃、有目的地學(xué)生科學(xué)調(diào)查來得以實現(xiàn)。如在學(xué)習(xí)光的反射時，課后可布置學(xué)生對城市建設(shè)中的光污染現(xiàn)象進行調(diào)查，調(diào)查玻璃幕墻給居民的生活帶來哪些不便或危害？如何預(yù)防光污染？提出哪些合理化建議？科學(xué)調(diào)查活動要求做到以下幾點：（1）成立若干課外活動興趣小組，小組中的每一個成員都有明確的分工。（2）教師要經(jīng)常性地指導(dǎo)和培養(yǎng)學(xué)生如何完成自己的任務(wù)。（3）將教材中設(shè)置的和教師自己補充的小實驗和小制作內(nèi)容，按教材知識的編排特點分階段以各小組為單位有計劃地組織實施，要求學(xué)生在課外獨立設(shè)計、獨立操作、獨立完成實驗報告或產(chǎn)品更新?lián)Q代制作。（4）教師在各階段要將各組的“成果”