浅谈高中学生物理设计实验能力的培养

浅谈高中学生物理设计实验能力的培养设计实验能力是指学生能综合、灵活地运用所学的知识、方法，独立地研究问题，通过创造性的实验设计去验证知识、获得知识和进行探索性研究的能力。设计实验的内容包括根据要求确定实验原理，设计实验方案，选择实验仪器，编拟实验步骤，设计实验表格等。可见，设计实验能力是一种高水平的实验能力．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、加强实验设计思想的教学，培养设计实验的能力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．如伽利略的斜面实验、杨氏双缝干涉实验，α粒子散射实验等一些著名实验，它们的设计思想都是极为巧妙而又有独到之处的．在教学中教师如能有意识地将这些实验的设计思想对学生进行传授，这对学生设计实验能力的培养具有十分重要的意义．另外，中学物理中常用的一些实验设计思想也应在实验教学中进行渗透，如；观察桌面微小形变等实验中所体现出放大的设计思想；碰撞中动量守恒实验中用小球飞出的水平位移表示小球飞出的速度，用稳恒电流场模拟静电场等实验中所体现出替代的设计思想；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；自感现象的观察等实验中体现出的对比的设计思想等。二、增强学生实验的探索性，形成设计实验的能力 现行教材申的学生实验，大多属于训练类、测量类和验证类实验，探索性实验极少，这种安排有利于培养学生掌握基本的实验技能，但对于培养学生的设计实验能力来说是不利的，因此教师应根据学生的实际情况，本着循序渐进的原则，精心安排学生实验，在学生练好基本技能的基础上，可将某些验证性实验变为探索性实验。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．如；将验证碰撞中动量守恒定律的实验改为探索性实验，首先让学生明确要研究的问题是碰撞前后系统的动量是否相等，为便于物理量的测量，通过分析比较，确定了“一球静止，对心正碰”的实验模型．接着，引导学生研究如何通过·等高平抛”的方法，把较难测量的速度巧妙转化为较易测量的位移，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．三、编拟实验谩计题，强化设计实验能力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：1、从测量物理量来编题如在做完单摆测重力加速度实验后，可提出还可以用其它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．2、改变现有实验条件来编题如做完伏安法测电阻实验后，提出若给一只阻值已知的定值电阻和电压表(或电流表)。如何测待测电阻的阻值?单摆测重力加逮度实验中，若所悬挂球重心的位置未知，如何测重力加速度?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、从实验应用来编题如设计一个测自行车所受阻力的方案，如何利用单摆测地球的半径?这类问题要求较高，只有学生具备了较强的设计实验能力后才可出现．四、通过实际操作，提高设计实验能力 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，用一只电压表，定值电阻测待测电阻阻值实验中；有同学设计出如图的电路图，但在实际操作中会发现闭合S1时电压表指针正偏，闭合S2时，电压表指针是反偏的，用一般的电压表是无法做成这个实验的．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，这样才能使他们韵实验设计更加合理、更切合实际，从而提高他们的设计实验能力．总之，培养学生设计实验的能力是中学物理实验教学中的一个重要方面，也是提高教学质量，培养创造性人才的极好途径．只要教师能认真研究中学物理的实验教学，并根据学生的实际情况，由浅入深，循序渐进，一定能逐步提高学生的设计实验能力．2003年1月8日