实验设计能力培养
实验设计能力培养范文第1篇
1 加强实验设计思想的教学，培养实验设计能力
科学家完成一个成功的实验需要经历曲折的探索、设计过程，因此引导学生领会前人的实验设计思想，体验科学家所经历的探索过程，是一条培养学生具有设计实验能力的有效途径。每一个实验都有各自的设计思想，每一个成功的实验其设计思想总是包含着对已有知识的灵活应用与创造性的科学构想。如万有引力常量测定的实验、观察桌面微小形变实验中所体现出放大的设计思想等；研究加速度与合外力、质量的关系，研究匀速圆周运动中向心力与质量、角速度、半径的关系等实验中所体现出控制的设计思想；平抛运动规律的探究等实验中体现出的对比的设计思想等。所以在教学只有加强设计思想的教学，才能更好地培养设计实验的能力，这是每一位物理教师在平时教学中都必须要注意的。
2 增强实验的探索性，形成实验设计能力
现行山东科学技术出版社发行的高一物理新教材中的实验，探索性实验的比例有所增加，这种安排有利于培养学生的设计实验能力。因此教师应根据学生的实际情况，本着循序渐进的原则，精心安排并引导学生做好课本上的每个探索性实验，就研究什么问题?设计什么方案?使用什么仪器?观察什么现象?记录什么数据?如何处理数据?如何进行误差分析等一系列问题引导学生进行实验设计，让学生在教师引导下，通过设计实践来提高自己的设计实验的能力。下面以“探索弹力和弹簧伸长的关系”实验为例，列表如下：
最终形成了该实验的构想，从而完成整个实验的方案设计和操作。
3 编拟实验设计题，强化实验设计能力
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。在中学生初步具备了设计实验能力的基础上，教师可以有针对性地编拟一些设计性实验题来强化学生的设计能力。限于中学生的知识和能力，编拟题目要求不宜过高，过程不宜太复杂，一般可从三个角度考虑编题。
3.1 从测量物理量来编题
如在讲完自由落体运动规律后，可提出用什么方法测重力加速度?(滴水法、落杆法、频闪照相法等)；讲完滑动摩擦后，提出如何测一张纸与桌面间的动摩擦因数等。这类题较容易，便于结合学生所学的物理知识，促进学生利用基础知识来进行实验设计。
3.2 改变现有实验条件来编题
如超重和失重规律的探究实验中，除了用弹簧秤做演示实验外还可以用什么来做实验。这类题有一定难度，有利于培养学生的发散性思维，学生所设计的方案只要有道理的，教师均应鼓励。
3.3 从实验应用来编题
如设计一个测自行车所受阻力的方案、如何利用自由落体运动的规律来测量楼房的高度等，这类问题要求较高，只有学生具备了较强的实验设计能力后才可出现。
4 通过实际操作，提高实验设计能力
学生在进行实验设计的过程中，经常会出现在理论上可行，但实际操作却无法做到的情况。比如，在匀变速直线运动的实验探究中，有的同学不用带滑轮的长木板，直接在实验桌上做实验，理论上是可行，但实验误差较大。在实际操作中会发现：有的同学对打点计时器的用法不知如何使用、有的同学电源使用错误、有的同学对纸带不知如何使用、有的同学对带滑轮的长木板使用错误、有的同学不知如何处理纸带等等，导致无法做成这个实验。
只有通过实践检验是正确的实验设计，才是一个成功的实验。因此在教学中应尽可能创造条件让学生在设计好实验方案后进行实际操作，增强学生的感性认识，这样才能使他们的实验设计更加合理、更切合实际，从而提高他们的实验设计能力。
5 通过课外小实验来加强设计实验能力的培养
课外小实验常需要学生自己设计实验原理、寻找器材和装配仪器等，它有利于培养学生克服困难，利用简单设备做好实验的精神，也是培养学生设计实验能力不可忽视的一环。“用最平常的仪器作出最好的成果才算真本事”（卡文迪许实验室看法），这是一个实验者应有的信念。
如讲完高中物理必修一中滑动摩擦力一节后，可安排学生这样的一道实验，请同学们设计一个测量纸与桌面之间动摩擦因素的实验。有一些设计性课外小实验是以“讨论与交流”的形式在教材中单独列出，如高中物理必修一中第49页中“他们采用了什么方法测量井深”，这些设计性课外小实验，方法灵活，取材容易，并因所给的测量工具不同，而要求寻找不同的实验原理和方法，由学生独立寻找和操作，易于发挥学生的主观能动性，养成爱独立设计实验的好习惯。
实验设计能力培养范文第2篇
关键词：实验设计能力；思维程序；注意问题
作者简介：薛福成（1966-），男，中学一级教师，研究方向：物理教育教学.所谓实验设计能力，就是学生运用已具有的物理知识和实验技能，构思出解决问题方案的本领.一般来说，一个完整的探究式学致包括七个要素，即：提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验与收集数据、分析与论证、评估、交流与合作.“实验设计”是其中一个重要的要素，它是实现《课程标准》中“过程与方法”目标中培养学生“信息收集和信息处理能力”的渠道，是科学探究能否实现的必要条件， 是培养学生创新意识和创造能力、检验“探究式教学”与“研究性学习”效果如何的较好题型和有效途径.
根据学生在认知过程中的作用实验设计题主要有：探索性实验设计、创造性实验设计和验证性实验设计三类.
1培养方法
11思维程序
如何培养学生的实验设计能力，需要告诉他们设计的方法.因为方法的掌握可以说是能力形成的一种标志.掌握的方法多，意味着能力高；掌握的方法少，意味着能力低 .方法分为两类，一类为“程序化的方法”，是由许多环节、要素组成的操作过程，简称为“过程”；另一类就是解决具体问题的具体化方法，简称为“方法”.这两者可以合称为“过程与方法”.因此，要培养学生的实验设计能力，就应该在课堂教学中培养学生掌握各种相应的方法.
这二类题目的实验设计，其实质都是根据实验题目，明确提出的问题，运用已具备的物理知识或实验技能，有时甚至是根据实验题目所给的信息或提示，构思出解决该问题的方案.
这一思维过程，可按如图所示的程序进行.
12实例分析
下面结合具体实例，对其思维程序作简要分析.
例题老师给小明同学如下器材：一只较粗的平底试管、一些小石子、一只杯子、水、刻度尺.请小明设计一个可直接测定（粗略）液体密度的装置.小明犯了难，请你帮他设计一下，写出设计过程及使用方法.
思维程序分析这是一道创造性实验设计题.该类题目具有一定的难度，需要学生具有一定的综合能力以及知识迁移能力，方可解决问题，因此该类题目宜放在掌握了探索性实验设计和验证性实验设计后再进行.
（1）明确问题
将一试管改制成可以测液体密度的装置.
（2）构思实验假设
利用试管粗略测定液体的“密度”，我们知道应当通过它浸入被测液体中的“深浅”来判定.这样，我们就必须在“密度”和“深度”两个量之间，找到一个联系二者的函数关系式.根据此关系式，达到解决问题的目的.
（3）知识、技能组合
根据题意，运用已学过的知识，试管中放入适量小石块，以使其放入被测液体中漂浮，这时：F浮=G
即ρ液gV排=G
ρ液gSh@=G
ρ液=GgSh′（h′为试管没入被测液体中的深度）
此式就是我们要找的函数P系式.经过分析，首先要在杯内注入适量的水，将放有小石块的试管放入水中使其漂浮.再根据上述关系，找到一组组对应数据，从而改制测量工具.
（4）方案确定
经过前三步的分析、思考、梳理，即可完成设计方案.
方案如下：
装置改制过程：将试管中放入适量的小石子，使其能竖直漂浮在水中， 此时水面到达的试管处就是1g/ cm3（在试管壁上标定好）.然后再用刻度尺测出浸入水中的试管的深度h.
漂浮
F浮=G
即ρ水gV排=G
ρ水gSh=G
ρ水=GgSh
设GgS=K（常数）
则ρ水=GgSh=kh
K=ρ水h=1・h
因此，漂浮在其它液体中：ρ液=GgSh′=Kh′=hh′
这样，根据上述关系，找到密度与深度的对应关系：
当h′=1cm时，ρ液=h（g/cm3）；
当h′=2cm时，ρ液=h2 （g/cm3）；
……
当h′=0.1cm时，ρ液=10h（g/cm3）；
当h′=0.2cm时，ρ液=5h（g/cm3）；
……
按上述对应关系在试管外壁上标好密度刻度盘.
使用方法：将装有适量石子的试管放入被测液体中，根据液面到达的刻度，从密度刻度盘上便可直接读出被测液体的密度.
2设计时应注意的问题
（1）科学合理性
实验设计的原理、程序以及方法等，都必须与物理知识的科学性和实验操作的合理性相一致.
（2）简约性
实验的设计等需尽可能的采用简单的仪器或装置，用较少的实验步骤，用较短的时间来完成实验.这就是实验的“简约性”.
（3）安全性
实验的设计在操作中，要尽量避免危险.另外，所选药品要尽量避免有毒药品.如，水银等.
（4）效果明显性
就是按照你设计的实验进行操作或改造的装置进行使用时，产生的现象等要明显、直观，便于观察与记录.
实验设计能力培养范文第3篇
《新化学课程标准》中要求学生能设计和完成一些简单的化学实验。因为它是发挥化学学科优势，进行科学探究的突破口和抓手。新化学课程中，我们看到在“标准”和“活动与探究建议”中共提出了41个实验或实验系列，其中80％以上的实验要求学生亲自动手完成，50％以上的实验是以科学探究的方式呈现的。新教材这样做是希望学生通过义务教育阶段化学课程中的实验内容的学习，不仅能激发起学习化学的兴趣，掌握实验的基本技能，而且能够逐步在教学中培养学生实验设计的能力，初步形成科学探究的能力。
一、培养学生化学实验设计能力的方法
培养学生的实验设计能力，按图示程序教给他们设计的方法。
1.实验目的的确定。从所给实验课题出发，确定实验的目的。实验目的是一个实验的核心，做此实验干什么，要解决什么问题。必须清楚。
2.实验原理的选择。要选择好实验原理，首先向学生明确，实验原理是选择实验所需的药品和仪器、实验的装置，编写实验步骤，产生实验结果的依据。其次要明确，选择实验原理必须从实验目的出发，寻找与实验目的相关的化学规律。总之，在原理分析中所涉及的许多情况、因素和信息要靠自己去寻找、探究，原理必须正确，否则实验不会成功。
3.实验用品的选择。依据实验原理选择实验用品，即实验所需的药品和仪器及实验装置。实验用品的选择还要考虑实验室的条件。所选择的药品、仪器、实验装置要经济、可靠，装置要简单方便，操作要安全可靠。
4.实验步骤的编写。实验步骤就是实验操作步骤，编写它要以实验原理为依据，根据所选的器材确定实施的过程。必须向学生明确，实验步骤是实验实施的过程，不能随意确定。每一步骤操作都要能说出其道理，要知道它的作用，以及它所产生的后果。让学生知道每一步操作是由一个或几个动作组成的。每个动作都有一定的要求，都要到位、都要符合一定的规范。同时，向学生说明实验的核心步骤是：实验与事实、解释与结论。即操作、现象、结论。实验步骤的编写必须做到操作要领清楚、前后J恻芋合理，且不重复、无遗漏。
5.设计实验表格。
实验表格是记录实验操作步骤、实验现象、得出实验结论的一种方式。设计实验表格的依据是实验原理和实验步骤。(见下表)
二、培养化学实验设计能力的步骤
1.学生自主设计实验方案。教师把实验课题及要求展示给学生，并要求学生在一定时间内完成设计方案。刚开始接触设计性实验，学生不习惯这样做，感觉比较困难，用的时间也较长。教师可根据课时安排情况，做些调整，可让学生在课前做这项工作。课前做2--3个后，学生对这种实验设计的方法也熟悉了，教师可在课上进行，并限定时间。学生通过自己设计实验方案，逐渐理解并学会如何设计实验方案。
2.教师指导。虽然学生已经知道了做设计性实验的方法，但是，学生在自己动手设计时，还会出现这样或那样的问题。针对不同问题，教师一定要根据实验进行辅导，应该怎样写，为什么这样写。反复强调步骤的编写方法，使学生在实践过程中逐渐体会、内化，逐步学会编写实验步骤。教师要对学生进行指导，个别问题进行个别辅导，对存在问题较多的进行集体讲解。
3.学生动手操作。学生根据自己的设计方案和教师的指点，进行实际操作。由于教师只是引导学生怎样设计方案，并不是把设计方案全盘交给学生。所以，学生在把设计方案落实到他的操作过程中时就会发现他的方案是否存在问题，然后进行修改。教师巡视学生的操作情况，对有问题的给予指导，这时，学生对自己存在的问题会更明确，会更理解为什么错了，错在哪儿。这样就起到了培养学生实验能力的目的，同时也起到了以实验为教学手段，巩固和加深对知识的理解、掌握的目的。
实验设计能力培养范文第4篇
从微型化学实验的基本特点及常用的器材、初中化学微型实验创新设计案例、微型化学实验的优点三方面探究，以激发学生的学习兴趣，提高学生的创新能力。
关键词：
初中化学；微型实验；能力培养；探究性
化学是一门以实验为基础的科学，通过实验不仅能验证知识的科学性、可行性，更重要的是能提高学生对知识的实际运用能力和知识的再创造能力。因此，教师在教学中可以根据教学需要和和学生的接受能力来改进一些实验，以提高学生的兴趣，培养创新精神。在目前全球倡导绿色化学、节约资源的情况下，将常规实验微型化是一种很好的选择。
一、微型化学实验的基本特点及常用的器材
（1）基本特点。微型化学实验的两个基本特征：操作简便、安全和取材广泛，制作方便。但是微型实验不是常规实验的简易缩微或减量，也不是对常规实验的补充，更不是与常规实验的对立，它是在绿色化学思想下用预防化学污染的新实验思想、新方法和新技术对常规实验进行改革和发展的必然结果。（2）用于微型实验的器材。最常用的代用品是青霉素瓶子，它可以做反应容器，也可以用于储存药品；其次是注射器，它可以取液、做反应容器等，它的最大优势在于较准确计量和控制反应量，因为注射器上都有精确的刻度。在我们的实验实践中，发现的其他常用的代用品还有：1）酒精灯：可用青霉素药瓶做灯体，在胶盖上打一个小孔，插上一段小瓷管，用棉线做成灯芯，灯帽用日光灯的旧启起辉器外壳即可。2）烧杯：可用塑料瓶盖、透明的照相胶卷盒代替。3）试管：可用无色小药瓶代替（如葡萄糖注射液小瓶）。4）水槽：可用大小合适的塑料盆或其他玻璃容器。5）集气瓶：可用大小合适的塑料瓶，也可用青霉素瓶代替，收集气体后，用原来的橡胶塞塞住。6）量筒：可用不同容积的注射器制成。7）导管：可用废弃的输液管、饮料吸管或医用橡胶管代替。8）胶管的胶头：可自制，也可用眼药瓶做成。9）试剂瓶：在青霉素药瓶里放入各种固体或液体试剂，贴好标签即可。10）药匙：可用硬塑料片或吃冰激凌的小勺经过加工制成。11）漏斗：用输液器截下其圆锥部分即可。
二、初中化学微型实验创新设计案例
在新的课程理念下，化学教师应树立全新的实验教学资源观，在实验教学中创造性地开发和利用身边的实验教学资源，进行实验改进，自制微型化、环保型实验教具，这既是对废弃生活用品在化学实验中发挥的替代作用，又是对学生进行的创新教育和可持续发展教育。下面，列举一个初中比较重要的微型实验案例。测定空气中氧气的含量。在装有足量红磷的玻璃管两端各连接有两个针筒，内封闭有10ml空气，加热玻璃管，同时交替推动两个针筒的活塞，至玻璃管内的红磷燃烧变成白烟，且一段时间后无进一步变化时停止。停止加热后，待冷却到室温后将气体全部推至一个针筒内，观察针筒内空气体积的变化。这样既可避免生成的五氧化二磷排放在空气中对空气造成污染，同时还可根据针筒的刻度较准确地测出氧气的含量。
三、微型化学实验的优点
化学实验往往把它与环境污染、有毒、危险等画上等号，加之偏远山村实验器材匮乏，以致不少学校对化学实验几乎没有开展。但是微型化学实验设计巧妙，操作简便安全、实验成功率相对较高。因此，它可以激发学生对化学学习的兴趣，有利于培养学生观察和动手实践能力。微型化学实验具有常规实验没有的以下优势：第一，验污染小，有利于环境保护。实验中化学药品在反应时，会对环境造成一定的污染，污染的程度与药品的用量成正比。而微型实验试剂用量小，产生的实验废物相应减少，减轻了对环境的污染，对学生的身心健康也有好处。第二，实验成本低，有利于实验开展。在微型化学实验中，试剂的用量一般只为常规实验的几十分之一乃至几百分之一，且仪器取材广泛，使实验的成本较常规实验显著降低，对办学条件相对较差、缺少仪器和实验设备的农村学校，可促进对化学实验代用仪器、药品的开发和推广，从而达到预期的教学效果。第三，试剂用量少，增加实验安全性。常规实验中使用试管、试剂瓶等玻璃仪器较多，而微型化学实验用注射器、饮料瓶等代替的比较多，能避免仪器炸裂造成的危险。而且，微型化学实验中使用药品剂量少，能避免试剂飞溅、中毒、爆炸等造成实验事故，减轻了对师生健康的危害，使化学实验变得较为安全。第四，动手设计实验的机会多，加强学生创新能力。由于常规实验忽视了对实验的探究与创新，不少实验者按照实验要求盲目操作，缺乏对实验的探究与创新。一个微型实验的设计本身就是进行创造性学习的体现，因此教师指导学生开展微型实验设计也是创新教育的具体实践。
四、结束语
微型化学实验的不足是在实验中容易忽视基本操作的规范性，实验过程中现象不够直观、难以多人参与等。因此，教师在教学中应根据实验的内容、目的，使常规实验和微型实验相结合，有效利用实验素材组织学生进行科学探究，激发学生的学习兴趣，丰富课堂教学信息，落实新课程标准的实施要求，这有利于培养学生关心自然、关心社会的情感和创新精神，提高学生的创新能力。
作者：张志全 单位：甘肃省通渭县马营镇初级中学
参考文献：
实验设计能力培养范文第5篇
高中生物是一门科学性的实验学科，秉承学以致用的学科理念，高中生物在理论学习之余，更重要的是锻炼学生的动手实践能力。因此就要求重视高中生物的实验操作能力，在教师对细节流程给出具体指导之后，还要求学生对实验项目、实验过程进行自主设计，一方面对生物原理进一步给出证明，另一方面过程设计是在知识原理的熟练掌握前提下进行，对学生知识掌握程度、设计能力是一种有效的试验。然而当前的高中生物教学中，实验设计一直是教师和学生都十分薄弱的区域，从而形成高度重视理论研究而忽视实践操作的教学现状。即使是进行生物实验，也依照固定的模式，固定的实验内容和选取对象进行“按方抓药”，完全以书本、教材、教案为依据，而忽视实验设计的重要性。若要改变当前生物实验设计教学的不正确状态，就应从原来的讲实验圈套中完全解脱出来，转向以做实验和设计实验为基础的实验教学领域中去。对于“实践是检验真理的唯一标准”这一定律，在客观条件允许的情况下生物教学中应完全采纳进来，在加强学习效率、提升知识掌握程度以外，还可以使学生养成动手操作的习惯和讲求科学性、唯物主义的严谨态度。
一、高中生物的实验设计前提过程
1.了解实验目的、内容及原理
学生的实验设计能力需要很长的时间和多次的训练才能培养出来，因此教师应对设计过程加以引导，以学生的接受能力和认知度来确定具体的培养方案，在进行一项实验设计之前，先要了解即将完成的实验的目的，以免实验没有侧重点。由于一项实验会涉及许多的数据变量且可能取得多个实验结果，所以确保实验结果与所学知识相关是首先要做到的事。其次，在了解变量过程中，必然要求了解实验原理及相关知识，生物与化学有知识交叉环节，在用一些实验元素、现象的形成知识方面应进行掌握，如二氧化碳、水的形成等原理，只有了解原理才能决定实验是否能够按照正确的轨道走，也是科学的实验操作的依据。在实验中选取自己所需，了解实验最终目的，对实验流程透彻且懂得实验的原理，是实验设计进行的基本前提。
2.选择实验材料，注重变量分析
生物实验的设计不能盲目，在材料的选取方面有一定的规律，以证明原理、发现实验现象为目的的实验一般所选实验材料都应便于观察、易取材、易于操作以及符合实验原理和目的，避开危险的材料，必要的话转而用安全的材料进行代替。材料的正确选取能够有效地防止实验错误，提高效率。在材料或实验过程中总会有各种变量出现，实验中的变量一般为自变量及因变量，为保证实验效果明显且数据真实，应将变量进行严格控制并做好记录，使实验结果更加准确，确保可信度。
3.对实验器具和步骤进行安排
学生的生物实验设计需要学生自主考虑到实验可能发生的方方面面，因此对实验步骤进行安排是十分必要的。实验前后要紧密结合，每一步骤都要讲求科学合理和原则性，同时要体现生物知识内容。在头脑中对实验概况有一个清晰的准备之后，要求学生对实验器具装置进行设置，严格按照先前制定的实验步骤，对实验装置进行必要调整、了解器材的用途，防止发生技术错误。如研究植物细胞质壁分离与复原的实验，一定阶梯浓度蔗糖溶液的配制即为实验前提的必要材料准备，准确的为实验做好相关准备，排除实验的危险性和错误隐患。
二、学生实验设计的原则
首先选取实验主题是要遵循实验的可行性原则，尽管“实践是检验真理的唯一标准”，但是对于一些原材料不易获取或抽象的实验题目，如探究甲状腺激素的促进发育实验，没有能够实验的材料或实验不易达成，就应避免实验设计。第二，实验设计过程要严格遵守原理，以理论作为实验进行的向导，不能盲目实验，讲求实验依据。第三，对于一些实验药品、材料应确保其安全性，若排除不了发生爆炸等危险后果的可能，应不采取此类研究课题。第四，以简单易行作为实验的首选，从实验材料到实验步骤，尽量选取费力少、效果明显的实验器具和操作流程。
三、对高中学生生物实验设计能力的培养方法
培养实验设计能力之初，师生应共同树立正确的思想观念。应意识到失败是成功之母，学生的生物实验设计能力的培养不可能一蹴而就，教师应做好循序渐进的准备。实验是证明和证实原理的重要手段，但是首先要将课业知识融会贯通，理论与实际相结合是最好的方法。在进行一项实验设计之前，对所学内容的部分应讲通讲细，使实验有据可凭。其次，教师应激发学生对实验设计的浓厚兴趣，“兴趣是学生最好的老师”，培养学生的实验设计能力十分重要，属于高中生物教学大纲重视的一部分，因此要培养学生的探索和求知欲望，鼓励其主动发现和寻找问题。教师在起初实验教学演示阶段也应对学生思想进行侧重引导，抛砖引玉，使学生效仿实验设计的流程，逐渐培养能力，同时学生应积极参与实验教学中。再次，培养学生的主观思维能力，对一项实验课题进行自主设计需要学生动脑思考，对实验流程进行周密安排，因此锻炼思维能力、激发学生创造力具有十分重要的现实意义。完全依靠课本不是开发学生能力的正确方法，对课本实验内容进行借鉴，举一反三进行创新，是培养的最终目的。
