高中学生物理实验设计能力的培养

高中学生物理实验设计能力的培养 物理学是一门以实验为基础的自然科学。新课程标准指出：“高中物理课程应促进学生自主学习，让学生积极参与、乐于探究、勇于实验、勤于思考。通过多样化的教学方式，帮助学生学习物理知识与技能，培养其科学探究能力，使其逐步形成科学态度与科学精神。”实验设计能力是指学生能综合、灵活地运用所学的知识、方法对实验的仪器、装置、步骤和操作方法等实验因素进行规划的能力.实验设计能力的培养是新课程标准的要求。这种能力的培养过程实质也就是科学素质、创新精神的形成过程，同时它也是中学生将来在社会生产实践中必须具备的能力。 一、学生实验设计的原则。 1、 实验的可行性原则。 实践是检验真理的唯一标准，拟定好实验方案后，所需实验器材是否容易获取，不易获取的的器材就应避免实验设计。试验中物理量是否可测 ，实验现象是否可观察。只有设计研究和分析的实验项目都能够容易测量，设计才有实际意义。 2、实验的简化性原则。 一个好的设计实验，以简单易行为首选。从器材到步骤，尽量选取费力少、效果明显的实验器具和操作流程。 3、实验的可操作性原则。 器材的选取、实验的测量、数据的记录和分析在实际实验时，容易操作且操作程序简单为最佳。 二、学生实验设计能力的培养。 1、夯实基础知识和基本技能，提高实验设计能力。 实验设计是根据一定的实验目的和要求，运用已有的物理知识和实验技能来构思设计解决新的问题的途径和方法。在新课程标准中对物理实验教学中知识与技能的培养有如下要求：认识实验在物理学中的地位和作用，掌握物理实验的一些基本技能，会使用基本的实验仪器，能独立完成一些物理实验。“双基是实验基础，所以在日常教学中，教师应重视对学生基础知识和基本技能的训练。 2、日常教学和活动中渗透设计思维，提高实验设计能力。 物理离不开生活也离不开实验。每一个实验都包括实验目的、实验原理、实验器材、实验操作及操作规程、实验数据的处理、实验误差的分析等几个方面的要素。只有让学生在平时的实验教学中养成严谨的思维方式和习惯，才能为进行实验设计打下良好的基础。因此在日常实验教学中，教师就应有意识的通过对一些常规实验进行不同类型实验方案的设计和实施，来引导学生进行实验方案的设计。如练习使用打点计时器，课本介绍这个仪器目的就为后边研究匀变速直线运动、探究做功与速度关系、验证机械能守恒等三个实验中速度的测定及验证牛顿第二定律加速度测定做准备。讲完这一仪器教师可补充提问，用打点计时器可以测速度能否用来研究物体的运动？能研究的话器材、实验条件方面还需要做哪些改进呢？引导学生进行设计时，可以通过让学生独立思考、小组交流等方式进行讨论、探索、对实验装置、实验步骤等加以改进，逐步在设计中体现出自己的见解。比如测定物块与木板间的动摩擦因数的实验设计，学生肯定想到根据动摩擦力的计算公式测定，但如何用测力计测出动摩擦力来教师可引导如何拉动物块？是否必须匀速拉动才得到动摩擦力？能否用轻弹簧将其一端固定一端连着物块放在木板上，这样只要拉动木板就得到摩擦力了与如何拉动还有关系否？还能否用动能定理或牛顿第二定律来求呢？学生的思维打开了，物理也就变得有兴趣了。这样各个小组都拿出自己的方案，首先进行讨论；然后进行对比分析，互相指出问题和不足之处，取长补短；最终拿出最合理的方案进行试验。 3、强化实验设计训练，提高实验设计能力。 目前，中学物理教学中的实验设计性试题，一般是根据课本中已出现的物理实验的基本原理，所使用的基本器材以及实验中学过的有关方法，设计一些新的实验，按照实验的设计方案及要求，完成实验有关内容；或者是提供有关的实验器材以及实验的目的要求，根据有关知识以及在实验中学过的方法，自己设计实验方案，并完成实验要求。设计性物理实验题就是一种对学生进行物理实验设计训练的有效方法。设计性物理实验题一般可分为三种类型：设计实验方案。根据给定的实验器材和实验目的要求，由学生设计（或补全）实验方案，并按要求完成实验内容或进行某些测量。如：已知两个量程内阻的电压表，请你设计个方案测定测定一节干电池的电动势。要求画出电路图，简要说出方法步骤。设计实验方法。根据给定的实验目的以及一些附加条件，由学生设计实验方法，并按要求完成实验的有关内容或进行某些测量。如：滑动变阻器 ，全电阻约5 （电阻丝绕制紧密，匝数清晰可数）现需要测量电阻丝的直径和总长度，在不破坏变阻器的前提下，请设计一个实验方案，写出所需器材及操作步骤，并给出直径和总长度的表达式。写出主要步骤及计算公式。设计处理实验数据。根据提供的实验数据，由学生设计处理方法，求出实验测量值并分析实验误差等。 4、培养学生实验创新思维能力，提高实验设计能力。 物理实验设计的核心是思维能力和创造性。物理实验的设计过程就是一个探索、创造的过程，对学生思维能力的要求较高。学生的创造性思维和学生的动手实践能力是密不可分的，教学中要争取尽量让学生分组实验，在教学中可以让学生利用生活中的材料来尝试应用于实验，就地取材，使学生能随时验证自己的新设想。例如进行测定电源的电动势和内阻实验，所有材料都可以来自生活，电源可选择用水果苹果代替，或废旧电池。 在实验过程中，对同一种仪器或装置，通过不同的操作或改变其组合方式、先后顺序等进行改进，就可以实现装置功能的拓展。对仪器功能的开发和拓展，实际上也体现了对学生的创新思维与创新能力的开发和培养。比如“打点计时器”“气垫导轨”，在实验中根据实验原理，可以对其进行多种方式的利用。 通过新实验方案的设计，启发学生采用多种思维方式，扩展创新思维视角，获得超越实验本身更广泛的知识。使学生的创造能力得到提高，并激发了学生综合运用物理知识，主动思考物理实验的设计过程的积极性，从而拓展物理知识，扩展学生的创新思维视角，培养学生的思维能力和创新能力。 5、运用课外实践活动，提高实验设计能力。 课外实践活动作为课堂实验探究的延伸对提高学生的物理实验设计能力具有不可估量的作用，学生在课外小实验、小制作等实践活动中，为了达到解决问题的目的，需要查阅有关资料，寻找有关材料，运用学过的物理实验设计知识和方法，设计出实验方案，并通过实际操作验证实验方案的正确与否；或者通过同学之间的共同讨论、设计和制作出多种物理实验方案，最终使问题得以解决。如在学习了功、功率等知识后，可以让学生在课外根据生活现象，设计出某同学背书包上5楼的平均功率的方案，并用该实验方案测量出该同学的功率，最后写成实验报告并与其他同学交流，评出最佳设计奖等。这种做法不仅使学生在设计、制作过程中锻炼了实验设计和动手操作的能力，而且使学生在不断的失败中体验到设计成功的快乐，增强物理实验设计的自信心。 总之物理实验设计能力的提高需要一个过程，教师应根据物理实验教学的内容特点，学生知识与技能的基础和能力发展水平，有目的、分阶段地制定物理实验设计能力的发展计划。 参考文献： 1.胡森 大学物理综合性、设计性实验问题研究D武汉：华中师范大学，2006 2.郭立群 对设计性实验的讨论和体会 M上海：复旦大学出版社2004 3.史志明 试论物理实验设计能力 中小学实验与装备2005 第三期 4.钟登杰 高中学生物理实验设计能力的培养 物理教学探讨 2007、21