学科教育论文-浅谈实验设计能力的培养.doc

学科教育论文-浅谈实验设计能力的培养【摘要】实验设计能力是指运用已学过的测量仪器和实验方法以及有关的知识，按题给要求自行设计实验方案，研究物理现象、探索物理规律或测定物理量的能力。【关键词】实验设计能力培养近几年新课程标准中，注重了实验原理、实验步骤乃至整个实验方案(包括原理、装置、器材选择、实验步骤和数据处理等)的设计。设计性实验是在一些特定的要求和条件下，自行设计和实验，灵活运用知识和技能，进行的创新性思维和实践活动。设计性实验能全面培养学生综合运用所学知识的能力、收集和处理信息的能力、分析和解决问题的能力、语言文字表达能力以及团结协作的能力。因此以设计性实验为载体，培养学生创新能力是一条重要途径。这给我们物理教师如何进行物理实验教学提出了一个新的课题。一、重视基础创新之源创新之根源在于基础，而扎实的基础不仅来源于牢固的知识基础，更来源于知识所体现的基本研究方法和思考方法，这些都为我们创造性地进行实验设计提供了坚实的理论基础。抓好课本上基本的学生实验和演示实验的教学，是培养学生实验设计能力的重要基础。例：有两杯不同的液体，现提供以下器材：（1）托盘天平；（2）弹簧测力计；（3）两个质量和形状完全相同的烧杯；（4）拴着细线的物块（密度大于这两种液体）；（5）刻度尺。请你用两种方法比较它们密度的大小，要求写出：所选用器材的序号，并简要说明比较的方法。分析：本题涉及实验原理的确定、实验器材的选择、实验方法的设计与表达，注重学生的综合实验能力，有一定的开放性。本题可以从密度、浮力等知识入手进行解答。用相同体积比质量的方法，来判断密度大小。相同体积的判断上，可用刻度尺测量，质量的比较用天平，此方法实质是探究密度概念的实验的迁移。用浮力的知识比视重的方法，分别测出物体浸没在两种不同液体中时弹簧测力计的示数，因为液体密度越大，物体受到的浮力也越大，视重就越小，所以视重小的液体密度大。此种方法实质上是浮力中称重法的一个具体应用。因此，我们必须重视基本实验的教学，教学中要特别引导学生认真领会各类实验的设计思想和认真掌握基本实验技能的运用，同时还要注意实验方法的拓展，培养实验中的发散性思维，达到举一反三，触类旁通的目的。二、重视实验问题设计，有的放矢创新之法新教材在演示实验和学生实验中提出的让学生独立思考的问题更多，这些问题大多要亲自设计和动手实验才能解答。由于设计性实验具有相当的难度，学生在完成中由于认知水平的限制通常会卡壳。因此，教师不能把“充分发挥学生主观能动性”理解为“完全放纵”，而应充分理解学生有限的认知水平和知识迁移能力，有的放矢地给予必要的启发和点化。同时，要鼓励学生大胆实践，允许学生在实验中走弯路，犯错误，但老师要及时予以指出和纠正，只有这样，学生的实验设计能力才能稳步提高。有的放矢作为一种创新思考方法是指思考一个较复杂的问题时，在掌握了一定的有关情况之后，首先应当弄清，需要紧紧盯住和瞄准的目标是什么？在设计实验中，这个目标就是实验目的。它可以引发我们的定向思维，在实验目的的引领下，根据题目的要求和给出的条件，运用储备知识和科学思维方法，分析相关物理情景，精心构思实验原理，确定需要测量的物理量，安排实验方案和实验操作程序，最后进行实验数据记录和处理实验数据。例：探究不同物质的吸热能力是否相同的实验设计时，如果教师不给以恰当的引导，学生很难自主完成实验设计。实际教学中可设置以下几个问题逐层分析，化解难点。（1）物质的吸热能力强弱通过哪些物理量的变化反映出来？（2）物质吸热多少与哪些因素有关？（3）物质的吸热能力与温度的变化及其质量的大小等因素都有关，因此要研究物质的吸热能力与物质的种类是否有关时，要采用什么方法？怎样实现这些方法？通过以上问题的分析，使学生认识到比较物质的吸热能力强弱，实质上只需要用相同规格的加热器材，加热相同质量的不同物质，升高相同的温度，比较加热时间的长短即可比较吸热能力的强弱，根据这些条件学生即可自行选择实验器材，设计实验表格需要记录哪些数据，在此基础上设计并完成实验。三、重视课外小实验、小制作和小发明活动开展课外小实验、小制作、小发明活动，是培养和提高学生实验设计能力的延续和补充。要想真正提高设计性实验的教学效果，仅在课堂内是不够的，还必须辅之以生动活泼的课外小实验、小制作和小发明活动，才能达到最佳效果。如在学了“光的色散”一节知识后，可以增设“室内彩虹的形成”这一课外小实验。学了磁场后，可增设“指南针制作”这一课外小制作等。因为在这些活动中，学生的手脚充分解放，思维充分活跃，更有利于充分发挥学生的潜能，激发灵感，实验技能不知不觉中得到充分地开发和提高。虽然教科书中课外小实验和小制作，丰富了学生的课外实验活动，但仅有书上的这些还不够，教师在教学中还应当适时的补充一些。如主要利用矿泉水瓶借助其他辅助材料，可自行设计完成哪些实验，说明了哪些物理原理。学生通过查阅资料，动脑思考，设计出几十种实验方案，涉及到力、热、光等的许多知识点。通过类似的训练，培养学生动手、动脑、勤于思考的好习惯，并且在实验中，还培养了学生观察、分析、整理、概括等能力。四、重视科学调查加强实验设计能力教学，是素质教育的一个方面。设计一些只知实验目的不知实验结论的设计性实验，让学生独立设计实验方案，独立实验和独立撰写实验报告并独立得出实验结论，将使学生克服对老师过分依赖的习惯，以及提高学生对物理规律的理解和运用能力，能提高学生独立创造能力和实际动手操作能力。不仅有利于物理思想和物理方法的形成，同时会养成科学而严谨的思维习惯，激发探索自然规律的热情。这可以通过分阶段、有组织、有计划、有目的地学生科学调查来得以实现。如在学习光的反射时，课后可布置学生对城市建设中的光污染现象进行调查，调查玻璃幕墙给居民的生活带来哪些不便或危害？如何预防光污染？提出哪些合理化建议？科学调查活动要求做到以下几点：（1）成立若干课外活动兴趣小组，小组中的每一个成员都有明确的分工。（2）教师要经常性地指导和培养学生如何完成自己的任务。（3）将教材中设置的和教师自己补充的小实验和小制作内容，按教材知识的编排特点分阶段以各小组为单位有计划地组织实施，要求学生在课外独立设计、独立操作、独立完成实验报告或产品更新换代制作。（4）教师在各阶段要将各组的“成果”进行集中比较，分析小结，对完成好的要给予充分肯定，对完成差的应及时指出原因，并提出改进意见。综上所述，实验设计作为培养学生创新能力的重要途径之一，应当引起教师们的重视，并为之付出努力，培养出更多具有创新精神的人才。