高師物理學(xué)專業(yè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力研究

徐士濤，李洪俊，張麗琴

（淮北師范大學(xué) 物理與電子信息學(xué)院，安徽 淮北 235000）

高師物理學(xué)專業(yè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力研究

徐士濤，李洪俊，張麗琴

（淮北師范大學(xué) 物理與電子信息學(xué)院，安徽 淮北 235000）

物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力是高師物理學(xué)專業(yè)學(xué)生綜合能力的一種表現(xiàn)，它包含了學(xué)生對物理知識的把握程度、對知識運(yùn)用的靈活程度以及學(xué)生本身所具有的創(chuàng)造力.由于教學(xué)方式、實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源、學(xué)生自身實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)意識等方面原因的影響，大部分學(xué)生缺乏嚴(yán)謹(jǐn)性、創(chuàng)新性等實(shí)驗(yàn)方面重要因素，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力較弱.針對存在的問題，提出了提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的策略、建立新的教學(xué)體系、增加師資力量，合理利用教學(xué)實(shí)驗(yàn)資源、培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)意識和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度等.

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)；實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力

1 引言

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是研究者根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩贫ǖ囊幌盗袑?shí)驗(yàn)計(jì)劃以及方法策略.主要內(nèi)容是合理安排實(shí)驗(yàn)程序，并對實(shí)驗(yàn)結(jié)果做統(tǒng)計(jì)分析，它是整個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的前提，也是減少實(shí)驗(yàn)誤差的重要方法.一個(gè)合理的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，不僅能得出較為準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，而且可能會(huì)使實(shí)驗(yàn)事半功倍.

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力是一種較高水平的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，這一能力對學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識、基本技能和基本方法的水平有著較高的要求.不僅如此，對于學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中運(yùn)用創(chuàng)新能力也有一定的要求，要求學(xué)生要多角度、多方位地去思考實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的問題，在眾多的實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行判斷，選擇出最合適的方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，從而培養(yǎng)綜合分析能力，并促進(jìn)創(chuàng)新思維的形[1].

高師物理學(xué)專業(yè)的學(xué)生很可能會(huì)走向高中教學(xué)的課堂，所以高師物理學(xué)專業(yè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力會(huì)影響到高中學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，而高中學(xué)生經(jīng)過高考后又可能會(huì)成為高師物理學(xué)專業(yè)學(xué)生，形成“高中——高師”的循環(huán)，所以實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力是高師物理學(xué)學(xué)生不可缺少的一項(xiàng)能力.

2 物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)理論概述

物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是指在進(jìn)行正式物理實(shí)驗(yàn)之前，實(shí)驗(yàn)者依據(jù)一定的物理實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?，運(yùn)用有關(guān)科學(xué)知識、原理，對實(shí)驗(yàn)過程中所運(yùn)用的材料、手段、方法、步驟等全部方案進(jìn)行制定[5].

物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的一般模式是：“明確目的、提出問題——猜想與假設(shè)——設(shè)計(jì)制定實(shí)驗(yàn)——進(jìn)行實(shí)驗(yàn)——分析論證——評估與交流”.

具體的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)步驟是：明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?；建立與實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠嘘P(guān)的統(tǒng)計(jì)假說；弄清其中所涉及的物理原理；確定實(shí)驗(yàn)中使用的自變量和控制額外變量；合理選擇實(shí)驗(yàn)過程中所需要的實(shí)驗(yàn)儀器和材料，合理利用選擇的用具；設(shè)計(jì)具體實(shí)驗(yàn)步驟；統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，得出結(jié)論.

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不是盲目的，要遵循一定的原則，這樣設(shè)計(jì)出的實(shí)驗(yàn)才具有準(zhǔn)確性.下面是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的幾個(gè)原則：（1）科學(xué)性原則.在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程中所遵循的物理原理要符合科學(xué)性原理，實(shí)驗(yàn)結(jié)果預(yù)期要有科學(xué)依據(jù)，實(shí)驗(yàn)各個(gè)環(huán)節(jié)都不能偏離物理學(xué)基本知識和基本原理.具體來說，物理學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原則應(yīng)該體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理要具有科學(xué)性、選擇實(shí)驗(yàn)材料要具有科學(xué)性、實(shí)驗(yàn)方法要具有科學(xué)性、處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果要具有科學(xué)性[6].（2）可行性原則.所需要的實(shí)驗(yàn)器材必須是實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的或者是容易獲取的,并要保證實(shí)驗(yàn)所需時(shí)間符合課時(shí)的安排等[7].整個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程要切合實(shí)際，有允許實(shí)驗(yàn)的條件，即實(shí)際可行.（3）簡便性原則.在設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)過程中，要遵循實(shí)驗(yàn)材料盡量容易獲得、實(shí)驗(yàn)裝置盡量不要復(fù)雜繁多、實(shí)驗(yàn)步驟過程少、實(shí)驗(yàn)時(shí)間短的原則.（4）安全性原則.在實(shí)驗(yàn)過程中，人身安全不會(huì)受到威脅、實(shí)驗(yàn)儀器不會(huì)被損壞、環(huán)境不會(huì)被污染.

物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力是指學(xué)生運(yùn)用已有物理知識，對已有的目的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)過程設(shè)計(jì)的能力.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：（1）實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖欠衩鞔_.（2）實(shí)驗(yàn)方法是否簡便，現(xiàn)象明顯.（3）實(shí)驗(yàn)實(shí)際是否可行，操作是否安全可靠.（4）實(shí)驗(yàn)推斷是否完整嚴(yán)密.

3 影響高師物理學(xué)專業(yè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的因素

3.1 教育體系重理論知識，實(shí)驗(yàn)知識方面重視程度相對薄弱.雖然現(xiàn)階段我國實(shí)行了教育改革，注重學(xué)生的創(chuàng)造力，但是實(shí)驗(yàn)教育體系還不夠完善，而且缺乏專業(yè)的實(shí)驗(yàn)知識的書籍，缺乏相關(guān)知識.進(jìn)入大學(xué)之前，高師物理專業(yè)學(xué)生面對的是高考，更注重理論知識的學(xué)習(xí)，在實(shí)驗(yàn)方面，也是拘泥于課本的做法，缺乏課外延伸，將實(shí)驗(yàn)看成是理論部分的輔助性學(xué)習(xí).大部分學(xué)生在高中甚至只看過老師示范演示實(shí)驗(yàn)，而從未動(dòng)手做過，導(dǎo)致了高師物理學(xué)專業(yè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ娜笔?，更不用說自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn).

3.2 師資力量薄弱.師資力量是保證教學(xué)質(zhì)量的重要因素.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程繁瑣而且復(fù)雜，無論教師還是學(xué)生對實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)有著“望而卻步”的思想.在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)教學(xué)中，教師的綜合能力的高低直接影響實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的好壞.而現(xiàn)階段實(shí)驗(yàn)教師的主要任務(wù)是給學(xué)生進(jìn)行理論授課來應(yīng)對考試，對于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方面用的時(shí)間和精力都比較少，這就直接影響了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)課程的開展，學(xué)生就很難得到這方面的培[4].

3.3 實(shí)驗(yàn)室資源有限.不論是高中還是大學(xué)，總是存在著這樣的問題：由于實(shí)驗(yàn)儀器的限制，有些實(shí)驗(yàn)不能真正地去做，只是憑理論知識對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行學(xué)習(xí).學(xué)生很難想象得到如果變換一種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方式，結(jié)果會(huì)怎么樣.因?yàn)閷?shí)驗(yàn)結(jié)果只有做出來才知道，這就可能會(huì)使得學(xué)生缺乏對實(shí)驗(yàn)的進(jìn)一步思考.現(xiàn)行高師院校物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究課程的教材比較陳舊，實(shí)際內(nèi)容沒有跟上素質(zhì)教育和創(chuàng)新教育及課程教材改革發(fā)展的要求.陳舊教材內(nèi)容沒有新型教材完善，勢必會(huì)影響物理師范生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力[4].

3.4 實(shí)驗(yàn)室開放率低.為防止高校實(shí)驗(yàn)室發(fā)生儀器損壞，平時(shí)實(shí)驗(yàn)室開放率低，甚至從不開放.另外在實(shí)驗(yàn)課程中，出于對實(shí)驗(yàn)儀器的保護(hù)，除相關(guān)實(shí)驗(yàn)外，不允許亂動(dòng)實(shí)驗(yàn)儀器.學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)不敢大膽去嘗試，這就使學(xué)生很難注意到自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)要注意的實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，導(dǎo)致學(xué)生只知道實(shí)驗(yàn)儀器可以用來做什么實(shí)驗(yàn)，而不知道實(shí)驗(yàn)儀器真正的工作原理，所以在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，往往拘泥于學(xué)習(xí)過的實(shí)驗(yàn)，從而不能根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)儀器的工作原理設(shè)計(jì)出新的實(shí)驗(yàn).這樣就導(dǎo)致學(xué)生設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)缺乏嚴(yán)密性.

高師學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)意識不強(qiáng).之前分析的都是影響高師物理學(xué)專業(yè)學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的外在因素，學(xué)生本身內(nèi)在因素的影響也不能忽略.不論在什么條件下，學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力與學(xué)生本身的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)意識是不可分割的.但是高師學(xué)生，從小在學(xué)習(xí)上以理論學(xué)習(xí)為主，實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)為輔的學(xué)習(xí)方式，學(xué)生習(xí)慣了學(xué)習(xí)已有知識，缺乏學(xué)習(xí)創(chuàng)造的主動(dòng)性，就使得高師學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)意識不強(qiáng)，自然不會(huì)去主動(dòng)學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)相關(guān)內(nèi)容，這是影響高師學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力很大的一個(gè)因素.

4 高師物理學(xué)專業(yè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)

4.1 建立新的教學(xué)體系

教學(xué)體系決定了學(xué)生的學(xué)習(xí)模式，所以要想改變學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，最根本的方法就是利用新的教學(xué)體系.重視教材中的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，從課本切入，扎實(shí)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ).教師在教學(xué)時(shí)，不能按部就班地完全按照課本設(shè)計(jì)方法進(jìn)行，因?yàn)槿绻o定了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法和確定的結(jié)果，學(xué)生很容易會(huì)對課本產(chǎn)生依賴，而不去思考其他可能的辦法.教師應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生思考新的方法（例如：探究式教學(xué)），這樣才會(huì)激發(fā)學(xué)生的好奇心，從而培養(yǎng)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的興趣.這樣學(xué)生有扎實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和對實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的興趣，有利于學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng).

4.2 增加師資力量，合理利用教學(xué)實(shí)驗(yàn)資源

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師的指導(dǎo)起著很大的作用，所以增加實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方面的師資力量是必要的.減少學(xué)生對實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)難度的畏懼感，對學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)有很大作用.實(shí)驗(yàn)工作者要積極配合學(xué)校教育體制的改革，合理利用有限的教學(xué)資源，進(jìn)行理論和實(shí)踐密切結(jié)合的實(shí)驗(yàn)研究，而且所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)要具有綜合性、設(shè)計(jì)性和開放性.以彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)資源不充足的劣勢，不僅要合理利用教學(xué)資源，實(shí)驗(yàn)室向?qū)W生開放也是必要的，讓學(xué)生自己動(dòng)手去研究實(shí)驗(yàn)，有利于學(xué)生在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)注意步驟中的細(xì)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的勇氣，讓學(xué)生在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)做到大膽與細(xì)心相結(jié)合，而且學(xué)生自己動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過程中能夠培養(yǎng)學(xué)生自我探索實(shí)驗(yàn)的能力.

4.3 培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)意識和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度

學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)就一定要有實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的意識.在日常實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)中，要培養(yǎng)學(xué)生從多方面考慮實(shí)驗(yàn).可以實(shí)行分組探討實(shí)驗(yàn)，對學(xué)生設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行客觀的評價(jià)，使學(xué)生在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)體會(huì)到成就感，這樣會(huì)激發(fā)學(xué)生對設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的主動(dòng)性和上進(jìn)心.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)只有實(shí)驗(yàn)意識還不夠，實(shí)驗(yàn)對嚴(yán)謹(jǐn)性要求非常高，要遵循實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原則.只有實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的嚴(yán)謹(jǐn)，才能順利地得到想要的實(shí)驗(yàn)結(jié)果.可以通過將學(xué)生合理的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案讓學(xué)生進(jìn)行操作，實(shí)際的操作才能發(fā)現(xiàn)潛在的問題.通過學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)問題，對提高學(xué)生對實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度有很大作用.學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)，要求學(xué)生必須具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度.

5 結(jié)論

由于教育方式、實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源、學(xué)生自身實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)意識等方面因素的影響，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)局限于課本已學(xué)習(xí)過的方法，創(chuàng)新能力不足.而創(chuàng)新能力是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的重要組成部分，缺乏創(chuàng)新力，自然會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力較弱，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)缺乏嚴(yán)謹(jǐn)性，整體實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力較弱.高師物理學(xué)專業(yè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：（1）建立新的教學(xué)體系.新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系能夠激發(fā)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的興趣，有利于學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng).（2）增加實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方面的師資力量、合理利用教學(xué)實(shí)驗(yàn)資源.教師引導(dǎo)，學(xué)生自己動(dòng)手完成實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)的創(chuàng)新性.（3）培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)意識和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度.培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)的嚴(yán)謹(jǐn)性.

〔1〕張巖.從實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識切入培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力[J].信息技術(shù)環(huán)境構(gòu)建與教學(xué)應(yīng)用，2009.

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A

1673-260X（2017）12-0016-02

2017-09-19

2017年度安徽省高校自然科學(xué)研究重點(diǎn)項(xiàng)目 (KJ2017A844)；2016年度安徽省高等學(xué)校自然科學(xué)研究一般項(xiàng)目（KJ2016B003）

徐士濤（1975－），男，講師，博士，安徽淮北師范大學(xué)物理與電子信息學(xué)院，主要研究方向?yàn)椴牧峡茖W(xué)與物理