開好設計性試驗課　培養(yǎng)學生的創(chuàng)造能力

本文格式為Word版，下載可任意編輯——開好設計性試驗課培養(yǎng)學生的創(chuàng)造能力物理是一門以試驗為基礎的學科，試驗在物理教學中具有十分重要的作用。所謂設計性試驗，就是要求學生根據(jù)試驗目的，運用學過的試驗方法，自己設計一個新的試驗方案。

它要求學生設計試驗原理，選擇試驗器材，安排試驗步驟，設計數(shù)據(jù)處理的方法及分析試驗誤差。主要考察學生是否理解試驗原理和試驗儀器的工作原理，是否具有靈活運用科研方法的能力，是否具有在不可憐況下遷移知識的能力，這些對學生的能力要求都較高。物理試驗設計能力是學生試驗能力的最高層次的能力。這個能力學生不是生來就有的，它的獲得需要教師在教學過程中去培養(yǎng)。教師引導學生挖掘教材上的學生試驗?？商岣邔W生的物理試驗設計能力，學生通過試驗設計題的訓練，可穩(wěn)定學生的物理試驗設計能力，最終提高學生的創(chuàng)新能力。

多年的教學實踐證明，以驗證理論為主要內(nèi)容的傳統(tǒng)的試驗模式，存在著方法單一、不能充分發(fā)揮學生的積極性、忽視對學生的綜合能力的培養(yǎng)等弊端，必需進行改革。

由于試驗是一門獨立的專業(yè)技術課，它具有獨立的理論體系、結構體系及教學規(guī)律與方法，有其特有的構成要素?，F(xiàn)有試驗教材中只強調(diào)實踐性、而忽略了理論研究，因而多數(shù)學生誤認為試驗教學是理論教學的附屬，是專門為理論服務的，頭腦里很難形成物理試驗這門學科的完整體系。教學過程限制得太死板，只強調(diào)學生“做〞試驗，而不是強調(diào)學生“學會〞做試驗，壓抑了學生的特性發(fā)展和學習積極性，束縛了學生創(chuàng)造能力的發(fā)揮，從而使部分學生對試驗產(chǎn)生“應付〞的現(xiàn)象。同時物理試驗的教學方法和教學手段相對滯后，仍大多采用單層次教學方式，忽略或不重視與計算機多媒體和網(wǎng)絡相結合的現(xiàn)代化教學手段。試驗考核內(nèi)容單調(diào)、落后、繁瑣，強調(diào)的主要是筆試成績和平日成績以及重復的操作成績，表達不出該學科的特點和優(yōu)勢，“高分低能〞的現(xiàn)象較為嚴重。

試驗教學改革的目的在于：以構建試驗教學的理論為指導，提高學生對試驗的興趣，從而調(diào)動學生做試驗的主動性和積極性，提高學生的試驗水平和試驗操作技能，最終達到對學生試驗綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力的極大提高，使學生真正體驗到自己才是試驗的主體，是試驗的摸索者。試驗教師應始終樹立以學生為主的觀點，四處調(diào)動學生自主摸索、積極思考。在教學的過程中，應堅決廢除舊的“填鴨式〞教學方法，采用啟發(fā)式、探討式、探究式的開放式教學新模式，引導學生觀測物理現(xiàn)象，激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)他們的觀測能力。

學生對自然界的事物懷有好奇心，特別是對于剛剛接觸到物理的初中學生來說，不懂的現(xiàn)象總喜歡問幾個為什么。教師應當愛護學生的這種精神，可以和學生一起設計試驗，組織他們觀測現(xiàn)象，引導他們積極思考。例如：研究浮力試驗，先將塑料塊放入盛水的燒杯中，無論怎樣壓塑料塊，塑料塊最終都浮在水面上，由此引出浮力的概念，而后再將杯中水倒干擦凈，將塑料塊壓到杯底（與杯底密切接觸），然后倒入水，這時問學生：塑料塊會不會上??？學生確定回復塑料塊會上浮，試驗結果塑料塊沒有浮上來。如此“奇怪〞問題，能激發(fā)學生去思考為什么，大膽地猜測浮力與哪些因素有關，加強學生的創(chuàng)新意識。在此基礎上，讓學生設計試驗去摸索浮力畢竟和哪些因素有關，讓學生自己觀測試驗現(xiàn)象，并做好記錄。教師引導學生邊觀測，邊思考，邊發(fā)現(xiàn)問題，邊解決問題，并根據(jù)試驗記錄加以分析、歸納和總結，幫助學生歸納出影響浮力大小與物體排開水的多少有關系的結論；然后引導學生將水換成酒精、煤油，摸索酒精、煤油對同樣的物體產(chǎn)生浮力的大小，通過對比試驗現(xiàn)象，比較試驗數(shù)據(jù)，加以分析和總結，得出浸在液體里的物體受到的浮力還與液體的密度有關的結論。這樣通過教師的啟發(fā)誘導，學生親自動手設計試驗摸索，大部分學生都能熟練應用阿基米德原理解決實際問題，能收到良好的教學成效。

一、設計性試驗課教學的步驟

1．教師啟發(fā)講解，學生模仿設計

教師通過課堂知識的講解，滲透物理研究方法，使學生從中獲得啟示，再以課外興趣小組的形式，探討教師準備好的課題，學生進行模仿設計，使學生親身經(jīng)歷類似科學研究的過程，獲得親自參與研究摸索的體驗，激發(fā)學生的興趣，初步了解科學的思維方法，培養(yǎng)解決實際問題的能力。

2．講清原理，獨立設計

通過第一階段的訓練，學生已經(jīng)初步具備了一定的設計試驗的思路和基本方法，在此基礎上勉勵學生應用所學知識解決一些簡單的實際問題，通過積極開展實踐活動，使學生在學習探究實踐中充分體驗，學會思考，加深對知識的進一步理解。

3．方法養(yǎng)成，開放性設計試驗

通過前兩個階段的學習和訓練，學生已基本了解了“研究性學習〞的一般方法，具有了分析問題和解決問題的基本思路，因而可讓學生在此基礎上進行更進一層的試驗設計，使學生將所學知識得以升華，進一步提高實踐動手能力。

二、試驗設計的基本步驟：

1．明確目的，廣泛聯(lián)系

題目或課題要求測定什么物理量或要求驗證、摸索什么規(guī)律，這是試驗的目的，是試驗設計的出發(fā)點。試驗目的明確后，應用所學知識，廣泛聯(lián)系，看看該物理量或物理規(guī)律在哪些內(nèi)容中出現(xiàn)過，與哪些物理現(xiàn)象有關，與哪些物理量有直接的聯(lián)系。對于測量型試驗，測量應通過什么規(guī)律，需用哪些物理量來定量地表示；對于驗證型試驗，在相應的物理現(xiàn)象中，怎樣的定量關系成立，才能達到驗證規(guī)律的目的；對于摸索型試驗，在相應的物理現(xiàn)象中，涉及哪些物理量……這些都是應首先分析的。

2．選擇方案，簡便確切

對于每一個試驗目標，都可能存在多條思路、多種方案。我們應如何選擇呢？一般來說，選擇試驗方案主要有三條原則：

（1）簡便性原則。即要求所選方案原理簡單、操作簡便，各量易測。應盡量避免實施那些原理繁雜、操作繁瑣和被測量不易直接測量的試驗方案。

（2）可行性原則。試驗方案的實施要安全可靠，不會對人身和器材造成危害；所需裝置和器材要易于置備，不能脫離實際，不能超出現(xiàn)有條件。

（3）確切性原則。不同的試驗方案，其試驗原理、所用儀器以及試驗重復性等方面所導致的誤差是不同的。在選擇方案時，應對各種可能的方案進行初步的誤差分析，盡可能選用確切度高的試驗方案。

以上三原則尋常要綜合考慮。

3．依據(jù)方案，選定器材

試驗方案選定之后，應考慮該方案需要哪些裝置，試驗與哪些物理量有直接的定量關系，這些物理量分別需用什么儀器來測定，從而確定整個試驗需要哪些器材。

4．擬定步驟，合理有序

試驗之前，要做到心中有數(shù)：如何組裝器材，哪些量先測，哪些量后測，應從正確操作和提高效率的角度擬定一個合理而有序的試驗步驟。對一些可直接測量的物理量，可先行測量；對需要通過試驗裝置才能測定的物理量，須先組裝器材，再進行試驗、觀測和測量。

5．數(shù)據(jù)處理，誤差分析

中學階段對此要求不高，但常用的數(shù)據(jù)處理和誤差分析的方法還是應當把握，在設計試驗時也應予以考慮。

三、物理試驗設計的基本方法

物理試驗是研究物理問題的重要手段和方法，也是物理教學中的重要內(nèi)容；而試驗設計方法是決定試驗成功與否的首要因素。在物理試驗教學中，假使能讓學生在“明確試驗目的，弄懂試驗原理，了解試驗儀器的性能，搞清試驗的步驟〞的基礎上對物理試驗的設計思想和方法有所了解，則不僅能進一步提高試驗教學的質(zhì)量，同時還能對學生進行科學方法的教育和訓練，有利于學生創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)。

1.積累法

某些微小量的測量，在現(xiàn)有儀器的確鑿度內(nèi)難以測確鑿，若采用將這些微小量積累后求平均的方法，則能減小誤差。如要測一面書紙的厚度，可測全部書紙的總厚度，然后除以紙張數(shù)。

2.控制法

在一些試驗中，往往存在多種變化因素，為了研究某些量之間的關系，可以先控制一些量不變，依次研究某一個因素的影響。例如，在驗證牛頓其次定律的試驗中，為了驗證加速度a與合外力F及物體質(zhì)量m三者的關系，可以先保持m不變，研究a與F的關系，再保持F不變，驗證a與m的關系。

3.放大法

在現(xiàn)象、變化、待測量很微小的狀況下，可采用“放大〞的方法。根據(jù)放大對象的不同，放大的方法也各異。螺旋測微計、游標卡尺是對“長度〞的“機械放大〞；望遠鏡，顯微鏡是利用透鏡來進行“光放大〞；喇叭，蜂鳴器是對聲的放大；用晶體三極管可對電信號進行“電放大〞；投影式教學是借助投影儀來放大。

光點反射放大法也是物理試驗中常用的放大方法，它是使光的反射角的微小變化通過反射線投射到遠處光屏上的光點的移位來顯示，其變化的顯著程度取決于反射鏡至光點投射之間的距離。

4.轉換法

某些物理量不簡單直接測量，或某些現(xiàn)象直接顯示有困難，可以采取把所要觀測的變量轉換成其他變量進行間接觀測和測量，這就是轉換法。如玻璃瓶的微小形變難以直接觀測，但用插在瓶塞上的毛細管里液柱的高低來顯示，則現(xiàn)象明顯；雙金屬片熱脹冷縮時的彎曲，不用投影儀是不簡單看明白的，但利用它的彎曲來接通電路，則效果更好。

5.平衡法

物理學中常利用一個量的作用與另一個（或幾個）量的作用一致、相當或相反來設計試驗、制作儀器、進行測量，這就是所謂的平衡法。如彈簧秤的設計是利用了力的平衡，天平的設計是根據(jù)力矩的平衡，溫度計的設計思想是熱的平衡等。

6.比較法

比較法是在一定的條件下找出研究對象之間的同一性和差異性。在物理學中由于研究對象的廣泛性和多樣性，比較的形式也是靈活多樣的，可以是比較某物理現(xiàn)象在試驗時間內(nèi)前后的變化狀況，可以是同時對幾類物理對象的變化過程的比較，也可以是比較同一對象中不同條件下的變化狀況等。如通路自感試驗，就是通過電感支路和電阻支路在通電時兩燈泡發(fā)亮的先后比較，來說明線圈在通過自身的電流發(fā)生變化時會產(chǎn)生感生電動勢，阻礙電流的變化。

7.留跡法

在物理試驗中，有些物理現(xiàn)象瞬息即逝，如運動物體所處的位置、軌跡或圖像等，用一定的方法記錄下來，然后通過測量或觀測來進行研究，就是留跡法。如測定勻變速直線運動的加速度的試驗，就是通過紙帶上打出的點記錄小車的位移和運動的時間，