高中學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)

新課程標(biāo)準(zhǔn)指出：“高中物理課程應(yīng)促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，讓學(xué)生積極參與、樂于探究、勇于實(shí)驗(yàn)、勤于思考。通過多樣化的教學(xué)方式，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識與技能，培養(yǎng)其科學(xué)探究能力，使其逐步形成科學(xué)態(tài)度與科學(xué)精神?！睂?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力是指學(xué)生能綜合、靈活地運(yùn)用所學(xué)的知識、方法，獨(dú)立地研究問題，通過創(chuàng)造性的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)去驗(yàn)證知識、獲得知識和進(jìn)行探索性研究的能力。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括根據(jù)要求確定實(shí)驗(yàn)原理，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，選擇實(shí)驗(yàn)儀器，編擬實(shí)驗(yàn)步驟，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)表格等。可見，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)是新課程標(biāo)準(zhǔn)的要求。這種能力的培養(yǎng)過程實(shí)質(zhì)也就是科學(xué)素質(zhì)、創(chuàng)新精神的形成過程，同時(shí)它也是中學(xué)生將來在社會生產(chǎn)實(shí)踐中必須具備的能力。

1 加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想的教學(xué)，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力

科學(xué)家完成一個成功的實(shí)驗(yàn)需要經(jīng)歷曲折的探索、設(shè)計(jì)過程，因此引導(dǎo)學(xué)生領(lǐng)會前人的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想，體驗(yàn)科學(xué)家所經(jīng)歷的探索過程，是一條培養(yǎng)學(xué)生具有設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ挠行緩?。每一個實(shí)驗(yàn)都有各自的設(shè)計(jì)思想，每一個成功的實(shí)驗(yàn)其設(shè)計(jì)思想總是包含著對已有知識的靈活應(yīng)用與創(chuàng)造性的科學(xué)構(gòu)想。如萬有引力常量測定的實(shí)驗(yàn)、觀察桌面微小形變實(shí)驗(yàn)中所體現(xiàn)出放大的設(shè)計(jì)思想等；研究加速度與合外力、質(zhì)量的關(guān)系，研究勻速圓周運(yùn)動中向心力與質(zhì)量、角速度、半徑的關(guān)系等實(shí)驗(yàn)中所體現(xiàn)出控制的設(shè)計(jì)思想；平拋運(yùn)動規(guī)律的探究等實(shí)驗(yàn)中體現(xiàn)出的對比的設(shè)計(jì)思想等。所以在教學(xué)只有加強(qiáng)設(shè)計(jì)思想的教學(xué)，才能更好地培養(yǎng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力，這是每一位物理教師在平時(shí)教學(xué)中都必須要注意的。

2 增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的探索性，形成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力

現(xiàn)行山東科學(xué)技術(shù)出版社發(fā)行的高一物理新教材中的實(shí)驗(yàn)，探索性實(shí)驗(yàn)的比例有所增加，這種安排有利于培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。因此教師?yīng)根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況，本著循序漸進(jìn)的原則，精心安排并引導(dǎo)學(xué)生做好課本上的每個探索性實(shí)驗(yàn)，就研究什么問題?設(shè)計(jì)什么方案?使用什么儀器?觀察什么現(xiàn)象?記錄什么數(shù)據(jù)?如何處理數(shù)據(jù)?如何進(jìn)行誤差分析等一系列問題引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，讓學(xué)生在教師引導(dǎo)下，通過設(shè)計(jì)實(shí)踐來提高自己的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力。下面以“探索彈力和彈簧伸長的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)為例，列表如下：

最終形成了該實(shí)驗(yàn)的構(gòu)想，從而完成整個實(shí)驗(yàn)的方案設(shè)計(jì)和操作。

3 編擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力

目前，中學(xué)物理教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)性試題，一般是根據(jù)課本中已出現(xiàn)的物理實(shí)驗(yàn)的基本原理，所使用的基本器材以及實(shí)驗(yàn)中學(xué)過的有關(guān)方法，設(shè)計(jì)一些新的實(shí)驗(yàn)，按照實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方案及要求，完成實(shí)驗(yàn)有關(guān)內(nèi)容；或者是提供有關(guān)的實(shí)驗(yàn)器材以及實(shí)驗(yàn)的目的要求，根據(jù)有關(guān)知識以及在實(shí)驗(yàn)中學(xué)過的方法，自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，并完成實(shí)驗(yàn)要求。在中學(xué)生初步具備了設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ幕A(chǔ)上，教師可以有針對性地編擬一些設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)題來強(qiáng)化學(xué)生的設(shè)計(jì)能力。限于中學(xué)生的知識和能力，編擬題目要求不宜過高，過程不宜太復(fù)雜，一般可從三個角度考慮編題。

3.1 從測量物理量來編題

如在講完自由落體運(yùn)動規(guī)律后，可提出用什么方法測重力加速度?(滴水法、落桿法、頻閃照相法等)；講完滑動摩擦后，提出如何測一張紙與桌面間的動摩擦因數(shù)等。這類題較容易，便于結(jié)合學(xué)生所學(xué)的物理知識，促進(jìn)學(xué)生利用基礎(chǔ)知識來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

3.2 改變現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件來編題

如超重和失重規(guī)律的探究實(shí)驗(yàn)中，除了用彈簧秤做演示實(shí)驗(yàn)外還可以用什么來做實(shí)驗(yàn)。這類題有一定難度，有利于培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維，學(xué)生所設(shè)計(jì)的方案只要有道理的，教師均應(yīng)鼓勵。

3.3 從實(shí)驗(yàn)應(yīng)用來編題

如設(shè)計(jì)一個測自行車所受阻力的方案、如何利用自由落體運(yùn)動的規(guī)律來測量樓房的高度等，這類問題要求較高，只有學(xué)生具備了較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力后才可出現(xiàn)。

4 通過實(shí)際操作，提高實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力

學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)在理論上可行，但實(shí)際操作卻無法做到的情況。比如，在勻變速直線運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)探究中，有的同學(xué)不用帶滑輪的長木板，直接在實(shí)驗(yàn)桌上做實(shí)驗(yàn)，理論上是可行，但實(shí)驗(yàn)誤差較大。在實(shí)際操作中會發(fā)現(xiàn)：有的同學(xué)對打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的用法不知如何使用、有的同學(xué)電源使用錯誤、有的同學(xué)對紙帶不知如何使用、有的同學(xué)對帶滑輪的長木板使用錯誤、有的同學(xué)不知如何處理紙帶等等，導(dǎo)致無法做成這個實(shí)驗(yàn)。

只有通過實(shí)踐檢驗(yàn)是正確的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，才是一個成功的實(shí)驗(yàn)。因此在教學(xué)中應(yīng)盡可能創(chuàng)造條件讓學(xué)生在設(shè)計(jì)好實(shí)驗(yàn)方案后進(jìn)行實(shí)際操作，增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識，這樣才能使他們的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)更加合理、更切合實(shí)際，從而提高他們的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。

5 通過課外小實(shí)驗(yàn)來加強(qiáng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)

課外小實(shí)驗(yàn)常需要學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)原理、尋找器材和裝配儀器等，它有利于培養(yǎng)學(xué)生克服困難，利用簡單設(shè)備做好實(shí)驗(yàn)的精神，也是培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Σ豢珊鲆暤囊画h(huán)?！坝米钇匠５膬x器作出最好的成果才算真本事”（卡文迪許實(shí)驗(yàn)室看法），這是一個實(shí)驗(yàn)者應(yīng)有的信念。

如講完高中物理必修一中滑動摩擦力一節(jié)后，可安排學(xué)生這樣的一道實(shí)驗(yàn)，請同學(xué)們設(shè)計(jì)一個測量紙與桌面之間動摩擦因素的實(shí)驗(yàn)。有一些設(shè)計(jì)性課外小實(shí)驗(yàn)是以“討論與交流”的形式在教材中單獨(dú)列出，如高中物理必修一中第49頁中“他們采用了什么方法測量井深”，這些設(shè)計(jì)性課外小實(shí)驗(yàn)，方法靈活，取材容易，并因所給的測量工具不同，而要求尋找不同的實(shí)驗(yàn)原理和方法，由學(xué)生獨(dú)立尋找和操作，易于發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，養(yǎng)成愛獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的好習(xí)慣。

另外，課外小實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容也可以由教師或?qū)嶒?yàn)?zāi)芰^強(qiáng)的同學(xué)共同來編制，分實(shí)驗(yàn)組獨(dú)立設(shè)計(jì)和操作完成。適時(shí)還可以舉辦設(shè)計(jì)性小實(shí)驗(yàn)操作競賽，以便激發(fā)學(xué)生對課外實(shí)驗(yàn)的興趣。

現(xiàn)在，對設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目己艘言絹碓奖桓骷壙荚囁匾暎ㄈ绺呖肌⑷珖傎悓?shí)驗(yàn)考核等），這就要求我們的實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)加強(qiáng)設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)。總之，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力是中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的一個重要方面，也是提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)創(chuàng)造性人才的極好途徑。只要教師能認(rèn)真研究中學(xué)物理的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，并根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況，由淺入深，循序漸進(jìn)，一定能逐步提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。

(欄目編輯趙保鋼)