形成实验设计能力 提高学生创新素质

涂振章

【中图分类号】G633.7 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）10-0183-02

创新是一个民族的灵魂，李克强总理在今年两会政府工作报告中提出“大众创业、万众创新”的经济前行思路，可见创新能力的培养迫在眉睫。从基础教育抓起，从学科角度出发，本人认为物理实验设计能力的培养能很好地提高学生的创新素质。

物理实验是物理工作者在人为控制条件下，运用仪器、设备，使物理现象反复再现，从而有目的地进行观测研究的一种方法。实验是一种科学的方法，它能创造“最确实、最少受干扰”、“保证过程以纯粹形态进行”的物理过程。在这个过程中蕴藏着极其活跃的因素，能够活化学生学到物理知识，提高求知欲望，打开新知识大门，因此实验是对学生进行创造意识训练和培养创新能力的有效途径。《义务教育课程标准》要求学生在分析问题和解决问题时尝试运用科学知识和科学研究方法。可见新课标对实验教学给予很高的地位。中考这几年增加实验操作考试，试题中实验题比重增加。全国初中物理知识竞赛题有实验设计的权重，这些都说明素质教育对实验设计等能提高学生创新素质途径的呼唤。因此使初中学生形成初步的实验设计能力很有必要，下面谈本人的一些做法。

一、注重平时实验教学各环节，突出实验报告的撰写要求

要检验一个学生从整体上把握一个实验的能力，最直接的方法是看其实验报告。现在许多初中学生由于有实验报告册，做完实验，填一填就了事，没有真正自己撰写实验报告，缺少对实验的整体把握。一个实验报告一般由实验目的、实验原理（电路图）、实验器材、实验步骤、实验记录、实验结论等六部分组成。使学生明确实验目的和实验原理对一个实验设计来说，这要求对实验分类有一定的认识，是研究性的、验证性的还是测定性的，实验的器材和操作步骤是由实验方案变为实践的阶段。在这个阶段中，学生的主要任务是：器材选择、安装和调整仪器、操作控制实验条件的变化，观察测量，取得必要数据，排除可能出现的故障。这是培养学生实验技能和良好习惯的关键阶段。实验记录和实验结论部分是从现象上升到理性认识的重要阶段。在这一阶段中，学生发挥思维的能动作用，学习数据处理的一些方法，了解影响实验结果的因素，培养实事求是的态度和科学作风。

养成长期撰写实验报告的习惯对于形成实验设计能力的作用是基础性的、必要性的。

二、选择典型实验，加强对学生实验方法的培养

典型实验是加强对学生实验方法培养的载体。例如：在教授温度计一节时，把体温计与实验室温度计进行对比观察，教给学生观察的方法有重點观察法、顺序观察法（由上到下，由左到右，由表及里）、对比观察法等。又如探究动能大小与哪些因素有关的实验时，要先明确动能大小用什么来衡量？于是就有了“转换法”，通过木块被推动距离的大小来表示出来，做的功多表明它的能量大。同时，这个实验还要用到“控制变量法”。又如在教授托里拆利实验时，说明这是一种等效替代法，通过测量水银柱产生的压强间接知道大气压强。另外还有微小量测量中的叠加法和放大法等。

实验方法的培养是形成实验设计能力的钥匙。

三、挖掘教材，使课本成为形成实验设计能力的资源库

1.对现有题目进行挖掘

义务教育沪科版物理教材中，学生必做的基本操作类实验有七个，测量性实验有四个，探究性实验有九个。特别是探究性实验对学生的实验设计能力要求高。

例如第十六章第三节《测量电功率》中“迷你实验室”有关实验设计的题目“利用家用电能表测算家用电器的电功率”。学生在学习完伏安法测电阻后，尝试用新的物理原理测量电功率，这就要求学生对实验原理、器材、步骤重新进行思考。

再如电学课后习题：有一阻值已看不清的电阻器R1，我们要测出它的阻值，但手边只有一个电池组、一个电压表、一个已知阻值的电阻器R2和几根导线。你有办法测出R1的阻值吗？说出你的办法和理由。这就要求教师引导学生思考：①本实验与伏安法测电阻实验比较少了什么器材？多了什么器材？②没有电流表，要如何测出电流？③电路要如何连接，要直接测出哪些物理量？最终R1的数学表达式是什么？学生完成实验设计后，还要进一步挖掘题目，如果没有电压表，只有电流表，其它条件不变下，如何测出R1的阻值？最后教师要总结这两种情况下的处理方法，最终要求学生按写实验报告的思路写出设计方案。

2.采用循序渐进的方法

教材中的“迷你实验室”中的内容有意识、有步骤地培养着学生的实验设计能力。从一开始的时间、长度估测等操作性培养到全新的实验方法训练（如证明发声体振动，电能表测电功率），一步步加深要求，教师要引导学生一步步成长，稳打稳扎，夯实基础。

3.在不增加学生负担情况下，挖掘出提升实验设计能力的知识点。

例如：在学完凸透镜后，告诉学生老花镜就是凸透镜，它的“度数”等于它的焦距的倒数乘100，请问如何测出老花镜的“度数”？要求写出器材，操作步骤、计算方法等。这类题目与实际生活联系紧密，能引起学生的兴趣，又没有加大难度，有信息给予的成份，是形成初步设计能力的好题。又如九年级学完热量计算和能量守恒后，设置一题：有一个温度计的测量范围是-15℃～50℃，请设计一个用这支温度计测量沸水的实验方案。要求：①说明测量原理，②测量步骤，③说明测量时必须满足的条件。

创新教育是以培养人的创新精神和创造能力为基本价值取向的教育，中学物理作为一门实验为基础的学科，在开展创新教育，提高学生创新能力方面有独特的优势。只要加强实验方法的指导，充分挖掘教材，强化实验教学的各环节，使学生形成初步的实验设计能力，就能为学生创新素质的提高贡献自己的力量。