资源简介

如何提高学生的实验设计能力
　　
素质教育下对学生的实验能力提出了更高的要求，而实验设计能力既是实验能力的重要内容，也是实验能力的最高层次，其本身具有较强的综合性、创造性和灵活性。实验设计的综合性是指进行实验设计必须以一定的知识和实验技能为基础，它既包含着对有关知识的掌握，也包含着对有关操作技能的掌握；实验设计的创造性是指在实验设计中不默守陈规，能构思、设计出解决问题的新颖而巧妙的途径和方法；实验设计的灵活性是指对于要解决的问题，能根据不同的实验条件，设计不同的方案，即使在相同条件下，也能进行不同的设计。实验设计是一个从认识到实践，在实践中提高学生的思维能力的过程，它具有如下的作用：
1、实验设计可以激发学生的探索兴趣
　　学生根据所学的知识和实验技能，独立地或在教师指导下设计出实验方案，成功地解决了问题时，会产生成功后的喜悦，会激发产生对知识追求的一种深层次动力，并上升到探究实验的兴趣。
2、实验设计可以培养学生的创新精神和实践能力
　　实验设计本身就是一个综合运用所学知识和技能构思解决问题方案的过程。在这个过程中，可以从不同角度、不同层面，采用不同方法进行设计，其中必然蕴含着对学生创新精神的培养和训练。如针对“如何测定长方体铁块的密度”这个设计主题时，由于题目没有说明使用何种方法来进行设计实验，学生可能会采用不同的方法设计实验，如用刻度尺测量长度算出体积、用量筒量体积、或利用浮力的知识等，从而形成了不同的设计方案得出相同的结论——铁块的密度。
　　另外，实验设计不是凭空想象、主观臆造。在进行实验设计时，要考虑设计方案的可行性和可操作性，从该点上来看，无疑也是对学生实践能力的培养。
3、实验设计可以强化学生的科学素质
　　学生运用知识和技能进行实验设计的过程中，必须对设计问题的每一个环节、每一种手段细致地分析研究和综合地比较，这有助于学生形成严肃认真、一丝不苟、实事求是的科学态度。同时在进行实验设计中，学生除了应具备一定的知识和实验技能外，还需要掌握各种科学方法，如观察、记录、资料整理、数据分析、归纳总结、形成结论等，这对于培养学生运用科学方法解决实际问题有很好的促进作用。
　　实验设计能拓宽学生的思维空间，有利于学生的科学素质和创新能力的培养。鉴于当前学生对实验教学普遍重视不够，学生缺乏对实验设计基础知识的学习和训练，因此学生的实验设计能力较差。为尽快而有效地提高学生的实验设计能力，应加强该方面的教学实践。
1、拓展教学，明确实验设计原理
著名教育学家布鲁姆认为决定教学效果有三个主要因素：认知的前提能力(基础知识)、情感的前提特性(参加学习的动机情感)、教学的质量。它们对学习速度的影响分别是50%、25%、25%，显然有了知识不等于就有了能力，但没有知识则不可能提高能力，由此可见基础知识的重要地位，因此实验设计之前必须深谙实验设计的原理。在现行的教材中对实验设计的基本原则和方法等内容没有专门的系统阐述，而是把它们隐含在教材的实验内容之中，这就要求教师应善于发现并挖掘出教材中的隐含信息，帮助学生了解和掌握实验设计的理论知识。例如复习“唾液淀粉酶对淀粉的消化作用”实验时，通过对实验原理、操作步骤的细致分析，帮助学生形成科学、严谨的实验设计思想。
2、强化训练，培养实验设计能力。
强化实验设计训练，是培养学生实验设计能力的必经之路。学生在明确了实验设计的基本原理后，只有通过必要的实验设计训练，才能真正掌握实验设计的方法，提高实验设计能力。下面我就结合具体实例讲讲如何进行实验设计：
题目：现有电池组（未知电压数值）、定值电阻R0（或最大阻值为R0的滑动变阻器）、未知电阻RX、电流表、开关各一个，导线若干，要求设计电路测定未知电阻R X的值。
分析：此题由于没有电压表，用欧姆定律变形公式无法直接测出RX的电阻。但可利用开关和电流表，根据串联或并联电路的有关特点加以利用和“补偿”，列出不同的关系式联立关系式求出RX的电阻。
方法1：把已知电阻R0与未知电阻RX并联，改变电流表的位置，根据并联电路电压相等的特点就可算出电阻RX，如图：
对图1：先把电流表与RX串联测出通过RX电流为IX，再把电流表与R0串联测出通过R0的电流为I0，根据公式I0R0＝IXRX＝U，得。
对图2：先把电流表与RX串联测出通过RX电流为IX，再把电流表串联在干路中测出通过干路的电流为I，根据公式（I－IX）R0＝IXRX＝U，得。
对图3：先把电流表与R0串联测出通过R0电流为I0，再把电流表串联在干路中测出通过干路的电流为I，根据公式I0R0＝（I－I0）RX＝U，得。
方法2：把已知电阻R0与未知电阻RX串联，利用开关的断开与闭合引起电阻短路来测出RX的电阻。如图：
对图4：开关断开，记下电流表的示数为I1，闭合开关，记下此时电流表的示数为I2，根据公式U＝I1（R0＋RX），U＝I2RX，得。
对图5：开关断开，记下电流表的示数为I1，闭合开关，记下此时电流表的示数为I2，根据公式U＝I1（R0＋RX），U＝I2R0，得。
方法3：把已知电阻R0与未知电阻RX并联，利用开关的断开与闭合引起电阻短路来测出RX的电阻。如图：
对图6：开关断开，记下电流表的示数为I1，则有U＝I1RX；闭合开关，记下此时电流表的示数为I2，则有U＝（I2－I1）R0，联立方程得。
对图7：跟图6的步骤一样。
方法4：利用滑动变阻器的移动引起电路的变化来测量RX的电阻。
如图8：将滑片移到最左端，测出此时电流为I1，
将滑片移到最右端，测出此时电流为I2，则根据公式
U＝I1RX，U＝I2（RX＋R0），得。
方法5：利用滑动变阻器的移动和开关的断开和闭合
共同引起电路的变化来测量RX的电阻。
如图9：开关断开，将滑片移到最左端，测出此
时电流为I1，则有U＝RXI1；将开关闭合，将滑片
移到最右端，测出此时电流为I2，则有U＝I2R0，联立方程得。
方法6：利用开关的位置变化引起电路的变化来测量RX的电阻。
如图10或图11：把开关接在S1位置，S2位置用导线连接，并断开开关，测出此时通过R0的电流为I1，则U＝I1R0；把开关接在S2位置，S1位置用导线连接，并断开开关，测出此时通过RX的电流为I2，则U＝I2RX，联立方程得。
　　以上给出了6种测电阻的设计思路，具有一定的普遍性与可操作性。我们还可以把电流表换成电压表然后再要求学生设计实验方案。
　　由于实验设计题具有开放性的特点，再加上每个学生自己独特的思考方法和不同的解决问题的途径，得出的结果是多种多样的，设计水平高低不同。所以，在进行了一定数量的设计训练后，教师要及时给予点拨或引导学生交流设计成果，总结出实验设计方案的基本思路和评价标准(科学合理、设计简捷、效果明显等)，从而使学生巩固实验设计方法，提高实验设计的能力。另外，通过学生对实验设计方案的讨论，可以互相取长补短，完善设计方案，丰富设计内容。同学的启示和教师的点拨丰富了解题的思路，启迪了思维，通过交流点拨使每个同学对问题的理解更加全面和深入，实验设计能力从本质上得到了很大的提高。
（图1）
（图2）
（图3）
（图5）
（图4）
（图6）
（图7）
（图8）
（图9）
（图10）
（图11）
S1
S2
S2
S1

展开更多......

收起↑