设计性实验教学对综合能力培养的作用研究

摘 要

科学技术的高速发展对人的创新能力要求越来越高，加强学生创新能力的培养已成为当前高中物理教育改革中的重要任务。然而，长期以来，基础物理实验教学模式单一、教学内容陈旧。教师指出实验的目的要求、阐明实验的基本原理、描述实验的仪器设备、介绍实验方法和实验步骤，并指明实验中的注意事项。实践已经证明，这种千篇一律的教学方式在一定程度上限制了学生的主动性和积极性，对于学生的动手能力、创新能力的培养是远远不够的。新世纪对高中教育提出了更高的要求，设计性物理实验做为课程改革的一种新的方式已经慢慢渗透到高中院校。通过设计性实验教学，学生能深入理解物理原理，提高探索创新能力，从而更大地发挥实验的教育功能。

本文介绍了高中物理设计性实验教学的内容、教学特点，对其培养学生综合能力的作用进行了探讨，认为加强实验室建设、重视设计性实验教学是提高学生综合能力的基础。

关键词：高中物理教学 ；设计性实验教学；综合能力

ABSTRACT

The rapid development of science and technology highly demands the people's innovative ability, and strengthening the cultivation of students' ability of innovation has been important tasks of the current high school physics educational reform. However, long-term since, basic physical experiment teaching mode is single, and teaching content obsolete. The teacher pointed out that the purpose of the experiment requirements, elucidated the experiment principle, described the experimental equipment, introduced experimental methods and steps, and pointed out the matters needing attention in the experiment. Practice has been proved that this teaching method following the same pattern, restricted the initiative and enthusiasm of students, on certain level, and is not enough to the students practical ability, innovation ability training. In the new century, senior high school education has put forward higher requirement, design of physical experiment for curriculum reform in a new way has been slowly infiltrated in senior high school. Through the design of the experimental teaching, the students can deeply understand the physical principles, improve the ability of exploration and creativity, and play the educational function of experiment.

This paper introduces teaching content, teaching characteristics of the senior high school design physics experiment, and discusses the function of training the students' comprehensive ability. This paper thinks that strengthening laboratory construction and paying attention to the design of experiment teaching can improve students' comprehensive ability.

Key words: High school physics teaching; The experimental teaching of the design; Comprehensive ability

目 录

第一章 引言 4

1.1 研究背景 4

1.2高中物理实验教学现状 4

1.3 研究的目的和意义 5

第二章 物理设计性实验教学的理论分析 5

2.1物理设计性实验的内容地位和教学特点 5

2.2物理设计性实验教学的类型 5

2.2.1针对原理的设计性实验教学 6

2.2.2针对操作能力的设计性实验教学 6

2.2.3针对实验方法的设计性实验教学 6

第三章 物理设计性实验的教学模式研究 6

3.1准备阶段 7

3.2制定实验方案阶段 7

3.2.1实验方法的选择 7

3.2.2测量方法的选择 8

3.2.3测量仪器的选择 8

3.3自主设计阶段 8

3.3.1按教师要求实验 8

3.3.2自主设计实验，仪器自选 8

第四章 设计性实验教学的教学特点对培养学生综合能力的作用 9

4．1有助于培养学生的应用知识能力 9

4．2有助于培养学生的自学能力和思维能力 9

4．3有助于培养学生的动手能力和创新能力 9

结束语 10

致 谢 11

参考文献： 12

第一章 引言

1.1 研究背景

物理学是一门以实验为基础的学科，长期以来，高中基础物理实验的教学模式比较单一、教学内容比较陈旧、教学方法比较落后。实验内容基本上是验证性和测量性的，缺少一些由学生自己设计并带有研究性的内容。这种千篇一律的实验教学内容和方式在一定程度上限制了学生的学习主动性与积极性的发挥，难以激发他们独立思考的兴趣和激情，因而不利于综合人才的培养。

社会的发展要求创新；新一轮的课程改革对教育工作者提出了新的要求，在教学活动中采取科学的、艺术的、创新性的教学方法和手段，开发学生的创新潜能，培养创新意识、创新精神和创新能力，培养学生应用知识能力以及动手能力。作为以实验为基础的学科，物理学史上的重大发明创造都与设计性实验密切相关，设计性实验在高校的教学中已经越来越受重视。

国内很多高中物理教学陆续开设了一定的选题性实验、综合性实验和设计性、研究性实验的内容，给一部分能力较强、要求较高的学生得以施展想象力和培养动手、动脑和创新发展的机会。

实验教学示范中心是实验教学改革的优秀成果，它以高素质的专门实验师资队伍和先进优良的设备为基础，采用科学规范的管理体系，以培养学生能力为核心、结合最新科研实践成果，以分层次建设的实验课程体系为蓝本而建设的高标准教学实验室。实验教学强调以学生为中心，采取自主、合作、研究开放的学习方法启发学生学习，从而达到逐步培养学生的创新意识和解决问题的能力的效果。

1.2高中物理实验教学现状

目前，高中物理实验教学中，以基础性实验为主，及基本物理量的测量方法、基本测量仪器的使用、简单的数据处理方法，巩固理论知识等。所以，在基础性实验中，学生在实验方法和技能方面有较好的锻炼。只是目前所存在问题是，实验内容上验证性内容太多，反而缺乏探索性的实验内容；实验原理及测量手段所涉及的知识面比较窄；很多学生机械地模仿实验教材中的操作内容进行实验，没法积极主动地研究问题，看重实验结果而不注重实验过程，欠缺独立思考，一直处于被动学习状态。

1.3 研究的目的和意义

设计性物理实验教学以“开发学生智能，培养与提高学生科学实验能力和素养”为目的，在对学生进行基础物理实验知识和方法技能训练的基础上，使学生能运用所学知识和技能独立完成和解决物理实验问题，提高学生独立分析问题和解决问题的能力，为毕业设计、撰写科研成果报告和学术论文奠定良好的基础．开设设计性物理实验不仅对激发学生的创造性思维和探索性精神、培养学生的科学实验能力、提高学生的科学实验素质有重要作用，而且是培养学生的创新精神、创新意识，及创造性思维等综合能力的重要途径。

第二章 物理设计性实验教学的理论分析

物理实验是科学认识的源泉，是进行科学方法教育的有效途径。设计性实验教学作为实验教学的一种形式，旨在培养学生的独立探究能力，发展学生的创新思维，培养科学研究过程中的动手能力。研究设计性实验对学生综合能力的培养，首先要了解物理设计性实验教学的相关理论。

2.1物理设计性实验的内容地位和教学特点

设计性实验是指突破传统的实验教学模式，给定实验目的、要求和提供实验条件，由学生自行设计实验方案并加以实现的实验，是在掌握基础性实验和具备综合实验知识及能力后，对今后开展科学实验全过程进行初步训练的一种教学实验。实验课题，一般由实验室提出，涉及电阻、电压、电流、机械能等知识点，具有综合应用性、设计性和实践性。它要求学生在教师的指导下，根据现有的实验条件，能较独立地拟实验题目和定实验目的，设计实验方案、确定实验方法、选择实验器材、拟定实验操作程序，并自己加以实现和对实验结果进行分析处理。

设计性实验使学生在实验过程中变被动为主动，它将学习的主动权交给了学生、学生成了实验的主体。学生的实验技能、查阅文献、观察现象、分析问题和解决问题的能力诸方面得到全面训练。设计性实验作为实验教学的高级形式和阶段，是学生实验能力真正形成的重要标志，因而在整个实验教学中具有重要地位。

2.2物理设计性实验教学的类型

从形式上分，物理实验教学可分为针对原理的设计性实验教学、针对操作能力的设计性实验教学、针对实验方法的设计性实验教学、针对制作仪器设备的设计性实验教学；从知识要求上分包括利用已掌握的知识和常用仪器所进行的设计性实验教学、开拓常用仪器的新用法所进行的设计性实验教学，以及在一定方向扩展知识后，利用新知识新技术所进行的设计性实验教学。

2.2.1针对原理的设计性实验教学

主要指对某一具体实验题目，要求学生从原理上给出必要的公式推导过程、写出具体实验方法与步骤、列出可能需要的实验仪器并分析减小误差所采取的可能措施等；或者进行研究性课题，比如“太阳能电池的应用”，学生根据阅读相关材料后，自主了解其工作原理和应用前景。

2.2.2针对操作能力的设计性实验教学

操作是实验必不可少的一个环节，针对操作能力的设计性实验教学指重点强调操作意义上的实验设计。比如在平面抛物运动中用尺测量玩具手枪子弹弹出时的速度，让学生自己动手完成实验，这将促使学生在操作时更细致、更谨慎，从而更好地锻炼实验操作能力。

2.2.3针对实验方法的设计性实验教学

主要指针对某一实验目的在确定了实验原理之后选用最优的实验方法。例如，在用伏安法测电阻后，能够提出：“在所能找到器材只有最大阻值为50Ω的滑动变阻器R0以及未知电阻RX，排除伏安法测量，还能选择什么方法测电阻大小”的课题，使学生按课题要求，自选器材，设计出不同的实验测量方法。

第三章 物理设计性实验的教学模式研究

物理设计性实验突出实验中学生的“自主性”和“开放性”，实验准备、实验指导、进度安排、项目选择等都必须围绕学生的“自主性"和“开放性"来进行。要实现以学生为主体的目标，首先应建立一个操作方便，实用高效的大学物理实验开放式教学平台。

设计性实验的教学模式以学生独立操作为主，教师辅导为辅，改变学生被动学习为主动学习，教师以引导、启发为主，将教学的重点放在培养学生对物理实验的设计思想、方法及仪器的设计原理和使用技巧上，要求学生在实验中把理论与实践有机地结合起来，把所学的知识灵活地运用在实验之中。该模式与以往传统的教学模式相比，具有以下特点：实验课题的来源更加丰富；教学组织形式的多样性；教学场地及设备、时间的开放性；增加实验后的回顾与反思。

设计性实验教学时，是把发展学生的主体性、创造性、能动性作为重点，照此来组织教学，设计教学策略。遵循时间进度，设计性实验教学模式大概有以下几阶段。

3.1准备阶段

提出一个问题比解决一个问题更重要，因为解决问题，也许只是技能而已，而提出新的问题，新的可能性，从新的角度去看旧的问题，却需要创造性的想象力，而且标志着科学的真正进步。开始实验前，选择合适的设计性实验课题，对学生顺利完成实验及达到实验预期目的起着关键作用。

教学中，需要给学生选题充分的主动权，鼓励学生选择自己感兴趣的实验题目，并且使每一位学对实验原理方法和步骤有充 分理解，为设计性实验做必要的准备。

这样的实验教学使学生的思维活跃起来。在已知实验原理方法和步骤，分析实验设计者意图的过程中，学生能不断地模仿学习，初步构建设计实验的框架。

3.2制定实验方案阶段

实验方案的制定是根据实验者研究的具体要求及对实验精度的要求，来确定应用原理，提出实验设计思想，选择实验方法和测量方法，选择测量仪器种类、量程、精度以及各仪器之间的相互配合与影响，设计安排实验步骤，得出符合要求的正确结论所进行的一种规划和设计。这一阶段是实验的研究阶段，也是重要的打基础阶段。学生除应充分运用所掌握的专业知识外，还应收集大量有关的文献资料，为制订实验方案做充分的知识准备。

3.2.1实验方法的选择

学生要根据自己的实验课题和所研究的对象提出各种可能的实验方法，然后，比较各种实验方法所能达到的实验精度、实验条件及实施的可能性，以便确定“最佳”实验方法，或选择其中几种分别进行试验后，确定“最佳”实验方法。一般来说，选择实验方法要遵循简便性、可行性、精确性和创新性的原则，在具体制定实验方法时这些原则要综合考虑。

3.2.2测量方法的选择

在选定好实验方法后，还应选择恰当的测量方法。因为对于一个物理量，可能有多种测量方法供选择，为使各物理量测量结果的误差最小，需要进行误差来源及误差传递分析，并根据可能提供的仪器确定合适具体的测量方法。

3.2.3测量仪器的选择

实验方法确定后还应合理选择测量仪器，对于设计性实验，仪器、装置的合理选择及正确的搭配对于实验测量至关重要，学生选择测量仪器时，要考虑以下几个方面的因素：①分辨率：②精确度：③实用性：④可选择性。选择仪器时，不能认为仪器的精确度越高越好。一般的情况是，仪器精确度越高，工作状态、调节等就越复杂，越易受干扰影响，并且价格昂贵，因此只要能够达到规定的测量精确度，所选择的仪器就是最合适的。

3.3自主设计阶段

在前两个阶段，学生主要通过验证性实验、简单的设计性实验等途径大致了解实验过程中所蕴藏的设计思路．可以说通过前两个阶段的训练，学生已初步具备了进行设计性实验的能力。该阶段具体可分为两种情况。

3.3.1按教师要求实验

教师给出实验题目，提出实验要求，并提供实验所用的仪器用具。这一过程可简单表述为“教师提出课题，学生按要求做课题”

下面以“验证机械能守恒定律”这一设计性实验为例阐述设计实验的具体过程：

(1)提出设计实验题目，验证机械能守恒定律。

(2)查阅相关资料进行设计分析。

(3)选择仪器用具。

(4)检验设计方案。

(5)分析实验结果。

3.3.2自主设计实验，仪器自选

教师给出实验课题，学生自主设计实验，仪器用具学生自选。此过程可表述为“教师提出课题，学生自主做课题”，一切由学生自行负责，教师只做指导和最后评判。

“测量小灯泡伏安特性曲线”可作为这样一个设计性实验的示例。

实验要求：小灯泡(6V／0．15A)在一定电流范围内其电压和电流的关系为U=InK，n和K是与灯泡有关的系数。要求：设计电路测小灯泡伏安特性曲线：验证公式U=InK；求系数k和n；求常温下灯丝电阻。

由实验要求可知．小灯泡两端的直流电压U与通过它的电流I满足U=Ink，k和n是待求的系数，如何求出k和n?怎样得到室温下的灯丝电阻?

根据实验要求，仪器用具选择：小泡一个，注意参数要求：测伏安特性离不开测量仪表，准备电压表、电流表各一只。如果用固定电源(如干电池)．要用一滑线变阻器：当然一些导线开关必不可少。

画出测量电路，按图连接线路，检验设计方案。

第四章 设计性实验教学的教学特点对培养学生综合能力的作用

4．1有助于培养学生的应用知识能力

设计性实验实验是学生根据老师提出的实验项目．运用自己所学的知识自己设计实验，通过实验的设计，学生将学到的知识运用于实验。这类实验的训练．可以提高学生综合运用知识的能力，将所学知识运用到生活和实践中去。这也是我们教育教学的宗旨和目标。

4．2有助于培养学生的自学能力和思维能力

学生在要进行实验设计学生要对相关知识有一定了解，并自己学习与实验相关的知识，这样就锻炼了自学能力。物理学中许多规律都是通过实验获得的。实验中人们通过对大量实验数据的筛选、分析、归纳和演绎推理得出规律性的结论。设计性实验可以培养学生这方面的思维能力。

4．3有助于培养学生的动手能力和创新能力

设计性物理实验是介于基础教学实验和科学研究实验之间，对科学实验全过程进行初步训练的教学实验，是在物理思想和教学思想指导下的创造性劳动。

设计性实验由教师下达实验目的和要求，实验室提供设备和仪器，由学生自己确定实验方案、选择实验设备、设计实验线路及步骤等。在实验过程中，学生始终是实验活动的主体，体现了以学生为中心的教育思想，有利于充分发挥学生的主观能动性和创造性。设计性实验是一种对科学实验全程进行综合训练的实践教学，实验过程可能有多种方法，给学生提供了较大的思维空间和选择余地，使学生独立解决实际问题的能力及创新能力得到提高。

设计性实验的选题应具有一定的探索性，实验内容较为先进、综合，难度要适中，适合学生作为课题研究，其目的在于促进学生学习和思考的积极性与主动性。在进行实验的整个过程中，需要运用归纳、分析、判断等思维，再加上以往的经验和训练，在头脑中形成直觉和想象，确定实验方案。因此方案的形成过程是充分发挥研究者科学想象力和创造力的过程，方案的实施过程是不断观察、调整、测试、分析和总结的过程。学生的创新意识和创新思维能力在实验中得到了培养，探索实践能力也得到了提高。

结束语

总之，设计性实验教学是具有典型个性特征的智力创新活动，不仅使学生有效地巩固理论知识，而且使学生学会多种科研方法和思维方法，有利于培养学生严谨求实的实验作风，激发学生的求知欲与探索精神，形成自我判断能力、创造能力、科研能力，让学生在充分体验自己探索、在自我拓展的乐趣中锻炼分析问题的能力。

开展设计性实验模式，是重视教学活动中学生的主体性，重视学生对教学的参与。它和传统实验的区别在于：当确定实验题目后，学生做什么、怎么做，都是以学生为主完成的，老师只是一个参与者，在适当的时候给予启发和引导，使学生有充分展现自我的机会，激发学生的自主性和积极性，提高学生利用所学理论知识解决实际问题的能力，培养学生创新意识和创新能力，加强学生综合能力培养，有助于实现培养跨世纪的复合型人才的教学目标。

小清新文章来源——海内论坛:www.hnlt.org

致 谢

在文章即将结束之际，我要对我的指导老师表示感谢，本文是在指导老师的一手指导下完成的。指导老师是一位非常敬业的老师，对我们悉心教导，一丝不苟，对我的论文完成情况密切关注，并给了我许多指导，使我受益匪浅。在老师的指导下，我的论文也顺利完成。其次我还要感谢其他教过我的老师，###老师、###老师、###老师等，在大学四年里面，他们对我悉心教导，给我打下了坚实的基础。

参考文献：

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[2]刘呜，毕玉玲，赵美蓉．实行开放实验教学模式，培养学生创新探索精神[J]．实验技术与管理，2005，22(4)：91-94.

[3]王静.在设计性实验中培养学生的创新能力[J]，中国科技信息 2007(2).

[4]侯伟 设计性实验与学生创新能力的培养[J]，吉林师范大学学报[J]，2005(4).

[5]刘竹琴.白泽生. 设计性物理实验教学调研与初探[J]，实验室研究与探索，2005(8).

设计性实验教学对综合能力培养的作用研究