努力培养高中生的实验设计能力

徐瑞

摘 要：高中学生实验设计能力的培养是一个循序渐进的过程。从学生对实验摸不到头脑，到学生能自己动手设计简单的实验，完成对物理现象的验证，是教师长期培养的结果。通过教师有目的的培养、训练，学生提出实验设计方案，再由教师指导，就使学生完成了对物理实验的设计，提高了学生的实验设计能力，达到努力培养高中生实验设计能力的目的。

关键词：探索；培养；高中学生；实验；设计能力

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2015）4-0059-3

物理学是一门以实验为基础的自然科学，它的理论、规律都来自于实践，都能用实验去验证。过去的高中物理实验是编写教材时制订好的，教师按着要求去演示或领着学生做就行了。对实验技能要求不高，很多学校没有实验场所，也不开设学生分组实验，只靠教师去讲或做演示，让学生去背、记一些现象，然后就让学生做题。这样，对学生能力的培养是不够的，它不能全面培养学生的实验能力，也不能充分调动学生学习的积极性，更谈不上实验的设计能力。

新课改对学生的实验能力要求提高了，原来的演示实验和学生的分组实验没有具体再分。有条件的学校尽量让学生去做实验、去探究实验。它提出了让学生能“知道实验目的和依据已有条件制定实验方案，尝试选择实验方法及所需要的装置与器材，考虑实验的变量及控制方法，认识制定计划的作用……”[1]，这就是新课程对学生实验技能的要求。

如果让学生自己动手设计实验、验证物理规律，岂不是更能达到对实验能力的培养？

我校实验设施齐全，有分组实验室、有探究实验室、有开放的实验场所。学校一直重视物理实验的开设，强调物理实验的重要作用。学校配备了四名中高级物理教师对学生实验进行指导，并为学生提供相应的实验咨询服务。学生在这里可以做想做的所有高中实验，这是许多学校做不到的……

根据新课标的要求，结合我校的实验条件，我们试验性地对学生提出了更高的要求，要求学生能根据实验原理来设计实验去验证物理现象。从高一开始就有意识地对学生实验设计进行培养，有目的、有计划地培养了学生的实验设计能力。具体方法如下：

1 先做几个实验，让学生对实验过程有个初步的印象

由于学生从小学到初中做的实验并不多，学生的动手能力很弱，什么都要等待老师告诉才能操作。所以，培养学生的实验能力要从基本的、简单的实验开始，让学生先熟悉一下实验过程。

我们从第一个实验“用打点计时器测速度”开始，就有针对性地指导学生进行实验设计。在实验课前进行布置，让他们思考怎么样去验证，大概写一下思路，上课时找几个同学讲一讲。

例如，在观察手拉纸带的运动是不是匀速运动，事先提出“你怎么样能验证你手 （拉纸带）的速度是匀速运动的？如果你能验证的话你打算怎么做？用什么仪器？”（上实验课时让同学讲一下）

2 在做实验时，还要让学生知道做物理实验的几个关键环节

（1）“实验目的”就是对一个现象或是一个规律（定理、定律等）进行再验证；

（2）“实验原理”就是验证物理现象、规律所依据的理论根据；

（3）“实验仪器”就是再现物理现象或规律时所用的设备；

（4）“实验步骤”就是验证物理规律时的操作过程，做实验要按着实验的步骤一步一步进行操作；

（5）“记录与计算”就是通过实验所测得的数据进行记载，根据数据进行计算或绘图，由此可得到结论；

（6）“实验结论”就是通过实验得到的结论，与理论、规律应该是一致的，不一致要找原因……

通过实验，使学生对物理实验过程产生一个初步的认识。让学生知道，验证物理现象、规律要有一定的理论根据，要用实验设备按照实验步骤去进行……

3 引导学生对物理实验进行初步设计

首先，根据实验目的、原理，引导学生去研究、讨论，想办法设计一个实验来验证物理现象或结论。

例如，我们把“验证力的平行四边形定则”“验证弹力与弹簧伸长的关系”“ 测定木块动摩擦因数”等简单实验，让学生根据学到的知识去设计实验，验证一下“力的平行四边形定则”“胡克定律”等规律是不是正确的……

开始设计时，为了让学生有个大致的方向，我们把传统的实验报告改了一下，印刷后发给学生预习。

例如，我们把原来的实验题目 “验证力的平行四边形定则”改成了 “设计并验证力的平行四边形定则”。把实验目的增加了一项“能设计出验证力的平行四边形定则方案”。实验仪器除原来的仪器外，增加了一些相近的或无关的仪器供学生选择。例如，（可选）“图板、木块、测力计、橡皮筋、线绳、直尺、天平、弹簧、钩码、秒表、直尺、天平”等。实验步骤改成了“实验过程与方法”，让学生填写、并写出他们设计的想法和步骤。其他的实验要根据具体情况进行适当的调整，在实验设计前发给学生，让学生按要求完成对该实验的设计。

为了设计实验的可行性，我们先分小组进行设计，学生们以小组为单位进行设计。同学们各抒己见，说出设计思路和所用仪器，经过小组全体成员讨论，意见达成一致后写出设计方案，交给教师审阅。教师对学生设计的实验方案进行检查，发现问题的要给予纠正，启发他们设计出更合理、更完善的方案。对切实可行的设计方案，教师就让他们进行实验验证。

经过四、五个实验设计，学生就能对实验进行初步设计了。学生通过讨论，经过交流与合作，也学会了“在合作中既坚持原则又尊重他人的合作精神”[1]。

4 进一步提高学生的实验设计能力，让学生自己独立设计实验

学生对前面的实验设计有了一定的基础之后，教师要进一步提高实验设计目标，让学生自己独立想办法设计实验，对物理现象进行验证。

如在讲授完成安培力之后，两根平行放置的通电导线的相互作用力如何？是相互吸引的还是相互排斥的？让学生设计一个实验，对导线的相互作用力进行验证。这是一个简单的实验，让学生自己想办法进行设计。学生们根据所学习的知识，结合前面设计实验时的思路，大多数同学都能够写出较合理的设计方案。

比如，实验目的、实验原理、所用设备、实验过程、方法等。经过教师指点，选择一些合理的设计让其进行验证……

对于这个实验，大多数学生设计的思路是正确的，而真正能验证成功的不多。学生设计实验时，设计方法是正确的，但是很多没有效果，原因是学生没有考虑到安培力的大小，也没有考虑导线之间的距离。他们用的导线往往太粗，导线的距离放置得又太远，以至于导线间的相互作用力不明显，观察不到实验现象，这一点学生往往想不到……

这时教师要对学生设计的实验进行指导。告诉学生：导线间的作用力很小，因此，导线距离不能太远；选用导线时，用细、软导线效果明显一些；使用电源时，避免过载，要用一个滑动变阻器，限制电流过载……通过教师的指导，学生就能看到实验现象，从而提高学生的兴趣，加深对物理现象的理解，同时也进一步培养了学生的实验设计能力。

同样，根据电阻串并联规律，让学生设计 “扩大电流表量程”“扩大电压表的量程”的实验设计方案，经过教师指导，学生也能够进行设计。

除此，我们本着 “尝试运用物理原理和研究方法解决一些与生产和生活相（下转第63页）（上接第60页）关的问题”[3]，让学生完成了 “水火箭设计与发射”“静电屏蔽”“用传感器控制温度” “用电解法测定元电荷”“研究弹簧振子的周期与小球质量的关系”等项实验设计。这样，学生们根据已学习到的知识和教师的指导，就可以设计多个物理实验了。

5 建立一套激励机制，激发学生设计实验的积极性

我们有完善的制度来督促学生进行实验设计，在学生刚一入校时，就给他们介绍物理实验的重要性和我校要求很高的实验技能。要求所有物理实验的一半以上由学生独立设计；对学生的实验设计和实验完成情况要有记录，对能设计出实验的提出表扬，对不能设计的加以督促、并给与鼓励，促使他们进一步去设计实验；要求学生必须设计四个（大约学生应设计实验的一半）以上的，实验成绩才能合格，六个以上才是良好；八个以上是优秀……

我们要求实验设计成绩合格的学生才能参加实验会考；实验设计达到良好和优秀的才能评选优秀班干部和优秀毕业生等，这样就激发了学生设计实验的兴趣。

6 要持之以恒抓设计，促进学生的实验设计能力

从我校对学生实验设计能力的培养来看，对学生实验设计能力的培养不要盲目求成，要一步一步、循序渐进、持之以恒地进行，要有人抓，还要有一套督促、激励机制。

在一开始时，要让学生按着实验手册做几个常规实验，让学生熟悉一下实验过程。然后，再有目的地让学生对实验进行设计。提出设计目标，让学生写出实验设计方案，由老师检查、指导，最后让学生去验证……以促进学生进行实验设计。

通过几年的实践，我们发现学生们都能按照要求踊跃地去进行实验设计，并能积极地去实验室进行咨询和验证。我们的教师也都能认真、细致地给予指导。经过我们的培养，相信学生的实验设计能力、实验技能一定能得到提高，为将来的学习、工作打下较坚实的基础。

参考文献：

[1]教育部.普通高中物理课程标准（实验）[S].北京：人民教育出版社，2003.

（栏目编辑 王柏庐）