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探析高中物理实验设计教育对策

1.问题的提出

物理学是一门以实验为基础的科学，观察和实验是物理学基本的研究方法

。物理实验也是学生深入学习物理规律和提高能力的重要途径。

实验设计是指进行正式的科学实验之前，实验者根据一定的目的和要求，

运用有关的科学知识原理(如生物学、物理学、化学、数学等)，对实验过

程中的材料、方法、步骤等全部方案的制定，是物理实验的前提和基础，

是“科学探究”中的一个重要因素。进行实验设计不仅是物理教学的需要

，同时也是培养学生实验能力、创新能力和解决问题能力的需要，因此《

普通高中物理课程标准(实验)》(以下简称《标准》)对十学生的科学探究

和实验能力提出了明确的要求，其中包括了学生要能够“制定计划与设计

实验”，提出学生要能够“知道实验目的和已知条件，制定实验方案;尝

试选择实验方法及所需要的装置与器材;考虑实验的变量及其控制方法”

。学生制定自己的探究计划，就是经历把陈述性知识、程序性知识和观念

性知识综合应用在一个具体情境中的过程，这将对提高学生的综合素质起

到非常积极的作用。根据教学目标提出一个有价值的问题，会引发许多的

仅停留在主观层面的猜想，要验证猜想，就需要制定计划和设计实验。如

果没有“制定计划和设计实验”这一环节，一切问题无法解决，一切猜想

也无法验证。只有经历实验设计这一环节，才能进行实验收集数据，进行

分析论证、交流和评估。因此，设计实验在科学探究中是一个非常重要的

环节。

在实际的中学物理实验教学中，实验设计教学却是一个相对较为薄弱的环

节。在进行物理实验之前，教师往往事无巨细的将实验器材、方法、步骤

甚至注意事项等交代的一清二楚，学生只是机械进行记录和读数，并无实

验设计可言。一些教师注意到了实验设计的重要性，但是又缺乏相应的指

导，实验设计流十形式，出现了设计场景非常活跃，学生却收获甚少的情

况。研究表明，高中生在物理实验方面表现出了“实验知识记忆化、实验

设计贫乏化、实验态度敷衍化、实验思维浅层化”的特点。

综上所述，如何进行实验设计教学已经成为了一个极具研究意义的课题，

本文从高中物理教学中如何进行实验设计教学进行教学策略方面的论述。

2.已有研究

要研究实验设计的教学策略，首先要明确实验设计的概念及其原则等。

2.1关于实验设计概念及相关问题研究

在实验进行之前，需要进行实验设计，根据实验目的确定一个完善的计划

，以便指导实验顺利进行下去，并确保以较少的付出得到准确可靠的实验

结果。设计相对十实验具有“超前性和预测性、差距性和不确定性、创造

性和想象性”。崔继耀、张驰指出实验设计(Designof

Experiments

DOE)或设计实验(DesignedExperiments)是一系列试验及分析方法集，通

过有目的地改变一个系统的输入来观察输出的改变情况。葛山，尹玉成认

为“实验设计就是对实验进行科学合理的实验安排，以达到最佳效果”。

刘毓森等人认为，实验设计是进行正式的科学实验之前，实验者根据一定

的目的和要求，运用有关的科学知识原理(如生物学、物理学、化学、数

学等)，对实验过程中的材料、方法、步骤等全部方案的制定。

俞晓明「呀旨出实验设计内容应当包括明确实验目的、选择实验原理、确

定实验方案和进行结果预测等几项内容，并将实验设计分为原理性实验设

计、方法性实验设计、操作性实验设计和制作性实验设计。漆建军将物理

实验设计按照题目考察侧重点的不同分为了针对原理的设计实验、针对实

验方法的设计实验、针对仪器装置的设计实验、针对实验目的展开的设计

实验、针对数据处理进行}fib展开的设计实验等几种类型。

陶洪指出，实验设计的目的在十用较少的人力、物力和时间，获得较为可

靠的实验结果，同时最大限度的减小误差，因此实验设计应当遵循确切原

则、科学原则、可行性原则。张庆广认为，实验设计过程中进行实验的目

的在十解释自变量(实验中由实验者所操纵的因素或条件)与因变量(实验

中由十实验变量引起的变化和结果)之间的前因后果，实验的关键之一在

十控制实验中除实验变量以外影响实验现象或结果的因素、条件等，减少

误差。

2.2科学探究与实验设计

《标准》指出科学探究的的要素分别有:提出问题、猜想与假设、制定计

划与设计实验、进行实验与收集证据、分析与论证、评估、交流与合作等

。科学探究的要素大部分与实验相关，中学科学探究大都是以实验探究的

形式进行的，因此，关十实验设计的研