淺談實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)

潘衛(wèi)華

【摘 要】實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力是指運(yùn)用已學(xué)過的測量儀器和實(shí)驗(yàn)方法以及有關(guān)的知識(shí)，按題給要求自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，研究物理現(xiàn)象、探索物理規(guī)律或測定物理量的能力。

【關(guān)鍵詞】實(shí)驗(yàn) 設(shè)計(jì)能力 培養(yǎng)

近幾年新課程標(biāo)準(zhǔn)中，注重了實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟乃至整個(gè)實(shí)驗(yàn)方案(包括原理、裝置、器材選擇、實(shí)驗(yàn)步驟和數(shù)據(jù)處理等)的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是在一些特定的要求和條件下，自行設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)，靈活運(yùn)用知識(shí)和技能，進(jìn)行的創(chuàng)新性思維和實(shí)踐活動(dòng)。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)?zāi)苋媾囵B(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力、收集和處理信息的能力、分析和解決問題的能力、語言文字表達(dá)能力以及團(tuán)結(jié)協(xié)作的能力。因此以設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)為載體，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力是一條重要途

徑。這給我們物理教師如何進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出了一個(gè)新的課題。

一、重視基礎(chǔ)——?jiǎng)?chuàng)新之源

創(chuàng)新之根源在于基礎(chǔ)，而扎實(shí)的基礎(chǔ)不僅來源于牢固的知識(shí)基礎(chǔ)，更來源于知識(shí)所體現(xiàn)的基本研究方法和思考方法，這些都為我們創(chuàng)造性地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。抓好課本上基本的學(xué)生實(shí)驗(yàn)和演示實(shí)驗(yàn)的教學(xué)，是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的重要基礎(chǔ)。

例：有兩杯不同的液體，現(xiàn)提供以下器材：（1）托盤天平；（2）彈簧測力計(jì)；（3）兩個(gè)質(zhì)量和形狀完全相同的燒杯；（4）拴著細(xì)線的物塊（密度大于這兩種液體）；（5）刻度尺。請你用兩種方法比較它們密度的大小，要求寫出：所選用器材的序號，并簡要說明比較的方法。

分析：本題涉及實(shí)驗(yàn)原理的確定、實(shí)驗(yàn)器材的選擇、實(shí)驗(yàn)方法的設(shè)計(jì)與表達(dá)，注重學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ幸欢ǖ拈_放性。本題可以從密度、浮力等知識(shí)入手進(jìn)行解答。

用相同體積比質(zhì)量的方法，來判斷密度大小。相同體積的判斷上，可用刻度尺測量，質(zhì)量的比較用天平，此方法實(shí)質(zhì)是探究密度概念的實(shí)驗(yàn)的遷移。

用浮力的知識(shí)比視重的方法，分別測出物體浸沒在兩種不同液體中時(shí)彈簧測力計(jì)的示數(shù)，因?yàn)橐后w密度越大，物體受到的浮力也越大，視重就越小，所以視重小的液體密度大。此種方法實(shí)質(zhì)上是浮力中稱重法的一個(gè)具體應(yīng)用。

因此，我們必須重視基本實(shí)驗(yàn)的教學(xué)，教學(xué)中要特別引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真領(lǐng)會(huì)各類實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想和認(rèn)真掌握基本實(shí)驗(yàn)技能的運(yùn)用，同時(shí)還要注意實(shí)驗(yàn)方法的拓展，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中的發(fā)散性思維，

達(dá)到舉一反三，觸類旁通的目的。

二、重視實(shí)驗(yàn)問題設(shè)計(jì)，有的放矢——?jiǎng)?chuàng)新之法

新教材在演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生實(shí)驗(yàn)中提出的讓學(xué)生獨(dú)立思考的問題更多，這些問題大多要親自設(shè)計(jì)和動(dòng)手實(shí)驗(yàn)才能解答。由于設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)具有相當(dāng)?shù)碾y度，學(xué)生在完成中由于認(rèn)知水平的限制通常會(huì)卡殼。因此，教師不能把“充分發(fā)揮學(xué)生主觀能動(dòng)性”理解為“完全放縱”，而應(yīng)充分理解學(xué)生有限的認(rèn)知水平和知識(shí)遷移能力，有的放矢地給予必要的啟發(fā)和點(diǎn)化。同時(shí)，要鼓勵(lì)學(xué)生大膽實(shí)踐，允許學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中走彎路，犯錯(cuò)誤，但老師要及時(shí)予以指出和糾正，只有這樣，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力才能穩(wěn)步提高。

有的放矢作為一種創(chuàng)新思考方法是指思考一個(gè)較復(fù)雜的問題時(shí)，在掌握了一定的有關(guān)情況之后，首先應(yīng)當(dāng)弄清，需要緊緊盯住和瞄準(zhǔn)的目標(biāo)是什么？在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中，這個(gè)目標(biāo)就是實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。它可以引發(fā)我們的定向思維，在實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡囊I(lǐng)下，根據(jù)題目的要求和給出的條件，運(yùn)用儲(chǔ)備知識(shí)和科學(xué)思維方法，分析相關(guān)物理情景，精心構(gòu)思實(shí)驗(yàn)原理，確定需要測量的物理量，安排實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)操作程序，最后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

例：探究不同物質(zhì)的吸熱能力是否相同的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，如果教師不給以恰當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)，學(xué)生很難自主完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。實(shí)際教學(xué)中可設(shè)置以下幾個(gè)問題逐層分析，化解難點(diǎn)。

（1）物質(zhì)的吸熱能力強(qiáng)弱通過哪些物理量的變化反映出來？

（2）物質(zhì)吸熱多少與哪些因素有關(guān)？

（3）物質(zhì)的吸熱能力與溫度的變化及其質(zhì)量的大小等因素都有關(guān)，因此要研究物質(zhì)的吸熱能力與物質(zhì)的種類是否有關(guān)時(shí)，要采用什么方法？怎樣實(shí)現(xiàn)這些方法？

通過以上問題的分析，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到比較物質(zhì)的吸熱能力強(qiáng)弱，實(shí)質(zhì)上只需要用相同規(guī)格的加熱器材，加熱相同質(zhì)量的不同物質(zhì)，升高相同的溫度，比較加熱時(shí)間的長短即可比較吸熱能力的強(qiáng)弱，根據(jù)這些條件學(xué)生即可自行選擇實(shí)驗(yàn)器材，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)表格需要記錄哪些數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)并完成實(shí)驗(yàn)。

三、重視課外小實(shí)驗(yàn)、小制作和小發(fā)明活動(dòng)

開展課外小實(shí)驗(yàn)、小制作、小發(fā)明活動(dòng)，是培養(yǎng)和提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的延續(xù)和補(bǔ)充。要

想真正提高設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果，僅在課堂內(nèi)是不夠的，還必須輔之以生動(dòng)活潑的課外小實(shí)驗(yàn)、小制作和小發(fā)明活動(dòng)，才能達(dá)到最佳效果。如在學(xué)了“光的色散”一節(jié)知識(shí)后，可以增設(shè)“室內(nèi)彩虹的形成”這一課外小實(shí)驗(yàn)。學(xué)了磁場后，可增設(shè)“指南針制作”這一課外小制作等。因?yàn)樵谶@些活動(dòng)中，學(xué)生的手腳充分解放，思維充分活躍，更有利于充分發(fā)揮學(xué)生的潛能，激發(fā)靈感，實(shí)驗(yàn)技能不知不覺中得到充分地開發(fā)和提高。

雖然教科書中課外小實(shí)驗(yàn)和小制作，豐富了學(xué)生的課外實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，但僅有書上的這些還不夠，教師在教學(xué)中還應(yīng)當(dāng)適時(shí)的補(bǔ)充一些。如主要利用礦泉水瓶借助其他輔助材料，可自行設(shè)計(jì)完成哪些實(shí)驗(yàn)，說明了哪些物理原理。學(xué)生通過查閱資料，動(dòng)腦思考，設(shè)計(jì)出幾十種實(shí)驗(yàn)方案，涉及到力、熱、光等的許多知識(shí)點(diǎn)。通過類似的訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手、動(dòng)腦、勤于思考

的好習(xí)慣，并且在實(shí)驗(yàn)中，還培養(yǎng)了學(xué)生觀察、分析、整理、概括等能力。

四、重視科學(xué)調(diào)查

加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力教學(xué)，是素質(zhì)教育的一個(gè)方面。設(shè)計(jì)一些只知實(shí)驗(yàn)?zāi)康牟恢獙?shí)驗(yàn)結(jié)論的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，獨(dú)立實(shí)驗(yàn)和獨(dú)立撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告并獨(dú)立得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，將使學(xué)生克服對老師過分依賴的習(xí)慣，以及提高學(xué)生對物理規(guī)律的理解和運(yùn)用能力，能提高學(xué)生獨(dú)立創(chuàng)造能力和實(shí)際動(dòng)手操作能力。不僅有利于物理思想和物理方法的形成，同時(shí)會(huì)養(yǎng)成科學(xué)而嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S習(xí)慣，激發(fā)探索自然規(guī)律的熱情。這可以通過分階段、有組織、有計(jì)劃、有目的地學(xué)生科學(xué)調(diào)查來得以實(shí)現(xiàn)。如在學(xué)習(xí)光的反射時(shí)，課后可布置學(xué)生對城市建設(shè)中的光污染現(xiàn)象進(jìn)行調(diào)查，調(diào)查玻璃幕墻給居民的生活帶來哪些不便或危害？如何預(yù)防光污染？提出哪些合理化建議？

科學(xué)調(diào)查活動(dòng)要求做到以下幾點(diǎn)：

（1）成立若干課外活動(dòng)興趣小組，小組中的每一個(gè)成員都有明確的分工。

（2）教師要經(jīng)常性地指導(dǎo)和培養(yǎng)學(xué)生如何完成自己的任務(wù)。

（3）將教材中設(shè)置的和教師自己補(bǔ)充的小實(shí)驗(yàn)和小制作內(nèi)容，按教材知識(shí)的編排特點(diǎn)分階段以各小組為單位有計(jì)劃地組織實(shí)施，要求學(xué)生在課外獨(dú)立設(shè)計(jì)、獨(dú)立操作、獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告或產(chǎn)品更新?lián)Q代制作。

（4）教師在各階段要將各組的“成果”進(jìn)行集中比較，分析小結(jié)，對完成好的要給予充分肯定，對完成差的應(yīng)及時(shí)指出原因，并提出改進(jìn)意見。

綜上所述，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)作為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要途徑之一，應(yīng)當(dāng)引起教師們的重視，并為之付出努力，培養(yǎng)出更多具有創(chuàng)新精神的人才。

(作者單位：河南省新鄉(xiāng)衛(wèi)輝市第八中學(xué)）