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佛山市南海实验中学 陈翠莲
摘要：物理作为中学教育的一门主要课程，在日新月异的经济变化推动下，如何实施以培养学生的创新精神和实践能力为核心的素质教育，是摆在我们广大中学物理工作者面前的一项新的课题。本文仅就中学物理教学中，如何培养学生的物理实验设计能力，谈谈我的一些看法。
关键词：物理教学 物理实验 设计能力 创新能力
在知识经济时代、信息社会当中，知识以人们无法想象的速度在加速地增加和更新，我们若不想被淘汰，就必须不断地学习，终身学习。这就是说，具备学习的愿望、兴趣和方法，比机械地记住一些知识更为重要。因此，我国在顺应潮流，为了国家的富强和繁荣的压力下，推行了新一轮的基础教育课程改革，使基础教育理念有了一个质的飞跃。从强调“要学生学”变为“学生要学”，让学生更多地去参与学习与生活、科技联系的活动，让其主动参与、乐于探究，从而彻底地改变旧式的满堂灌现状。
而作为基础教育学科之一的物理实验教学又应怎样适应素质教育的要求呢？本人认为应加强物理实验教学的设计过程。因为，近几年的课程标准中，注重了实验原理，实验步骤乃至整个实验方案（包括原理、装置、器材的选择、实验步骤和数据处理等）的设计，这一点，也可以从近三年佛山的中考物理考试评价中体现出来。如2009年第20题中对“斜面的机械效率与斜面的粗糙程度有何关系”的设计；2010年第19题设计一个“探究电阻上的电流跟两段电压的关系”的实验电路图和第20题的测量新型实心金属材料的密度中的第（3）小题中要求重新设计实验，并写出实验器材和实验过程；2011年第20题第（3）小题中对单表测电功率的设计。
实验设计是指在一些特定的要求和条件下，灵活运用已学过的测量仪器、实验方法以及有关的知识，为了研究物理现象、探索物理规律或测定某一物理量而自行设计的一种实验方案。设计性的实验能全面培养学生综合运用所学知识的能力、搜集信息的能力、分析和解决问题的能力、语言文字表达能力以及协作的能力。因此，以实验设计为载体，培养学生创新能力是一条重要的途径。这给我们物理教师如何进行物理实验教学提出了一个新的课题。
一、重视教材探究性实验的设计
初中学生对事物的理解开始从感性认识走向理性认识，这就要求物理教学对学生实验设计能力的培养不可一蹴而就、拔苗助长，而是需要一个引导的过程。初二物理教材的安排就注意到了这一点，在探究性实验过程中设立了很多引导的标注，从而使学生注意到探究性实验开展的步骤。如人教版初二物理从第一章《声现象》中第一节“探究声音的传播”就标上了探究性实验步骤的标注：提出问题、猜想、进行实验。教材在学生掌握了基本的实验步骤后，在第二章《光现象》探究“光的反射规律”中首次提出了要学生自主设计实验的要求。这样，学生实验设计能力的培养就有了一个良好的开端。
在整个初中阶段的教学中，教材在声、光、热、电、力等五个板块都设计了很多探究性实验，而这些实验中实验设计这一步骤往往是不可或缺的。教师应重视这一板块的教学设计。如在“探究平面镜成像的特点”中，可先用视觉冲突引出疑问：远离镜子时像变小，靠近镜子时像变大，然后引导学生从实验目的出发，选择合适的器材，自己动手设计实验，学生在动手设计的过程中，将会领略到物理学中替代法的奥妙。又如：在探究导体上的电流与导体两端电压、导体电阻的关系时，教材上只是列出了“探究电阻上的电流与两端电压的关系”，并没有给出“探究电阻上的电流与导体电阻的关系”，但是，这一关系在教学目标中又是学生必须掌握的，所以，在教学中，老师可以在学生自己动手设计完成教材的“电流与电压的关系”的基础上，再设计“探究电流与电阻关系”的实验报告，这样，学生有了课本作为参考后，就可以很容易地完成这一实验器材的选择、电路图的设计、实验表格的设计、实验关系图像的描点、实验结论等等一系列的设计。
因此，我们必须重视教材中基本探究实验的教学，在教学中要特别引导学生认真领会各类实验所采取的物理方法，如替代法、放大法、控制变量法、转换法、类比法、物理模型法等，而且能从各实验的设计思想中认真掌握基本实验技能的应用，为以后的探究打造下良好的基础。
二、重视教材探究性实验的创新设计
如果说“我听了，我会记住”是学生认识设计实验的阶段，那么，“我做了，我会理解”则是学生设计能力真正达到举一反三的效果体现。教师在学生分组实验的实验报告设计中，为了培养学生多方面的能力，可以适当地在报告后面附加一些有难度的题目，从而考验学生是否已经真正学会本节内容，达到灵活运用的境界了。
如在“测量小灯泡的电功率”中，教材中的实验原理是P=UI，利用伏安法测量电功率P，但在实际上，家庭中一般是很少具备电压表和电流表的，但电能表和钟表是每一个家庭不可或缺的测量仪器。所以，教师可在实验报告中由易到难地添加以下一些题目：
1、某电能表上标有“600r/kw•h”，老师给了小辉同学一个钟表，叫他利用该电能表测出家里的一个微波炉的额定电功率，请你能帮他想出一个实验的方案，请写出实验步骤和有关的计算公式。
2、小红想知道家中电风扇的功率，但由于铭牌模糊看不清，于是她想到了利用电能表。
（1）除了电能表，你认为还需要什么器材？__________
（2）当小红察看电能表的铭牌时，由于模糊，没法看到消耗一度电，电能表转盘转数（即***r/kW•h）。正当她懊恼时，爸爸说：“还有办法，你可以利用你书桌上“220V 60W”的台灯”。小红会意地笑了。请你写出实验步骤。
3、现有器材：电源、开关、导线、灯泡（已知额定电压为Ue)、一只电压表、滑动变阻器、并且给你一个定值电阻R0。你能否设计一个实验测出小灯泡的额定功率？画出电路图，写出实验步骤和额定电功率的表达式。
4、现有器材：电源、开关、导线、灯泡（已知额定电压为Ue)、一只电流表，滑动变阻器、并且给你一个定值电阻R0。你能否设计一个实验测出小灯泡的额定功率？画出电路图，写出实验步骤和额定电功率的表达式。
5、现有器材：电源、开关、导线、灯泡（已知额定电流为Ie）、一只电压表，滑动变阻器、并且给你一个定值电阻R0。你能否设计一个实验测出小灯泡的额定功率？画出电路图，写出实验步骤和额定电功率的表达式。
6、现有器材：电源、开关、导线、灯泡（已知额定电流为Ie）、一只电流表，滑动变阻器、并且给你一个定值电阻R0。你能否设计一个实验测出小灯泡的额定功率？画出电路图，写出实验步骤和额定电功率的表达式。
第1题和第2题是课本基础内容在生活中的灵活应用，能很好地培养学生的反应能力和解决问题的能力。
第3、4、5、6四道题是在电功率测量实验中对创新能力的考查，这对学生来讲是一个更深层次的要求。要完成这些设计，需要学生在牢牢把握电功率测量原理P=UI的基础上，认真分析题目，收集信息，创新性地设计出方案，而且，在实验设计中，学生的电路图设计、表达能力、推理能力都得到了一个质的飞跃。
三、重视课后“动手动脑学物理”习题的开发
新课程改革需要教师合理地利用教材，开发教材，一切以学生的全面发展为基础，变“教”为“学”，重视学生在课堂上的参与活动。但是在实际操作中，有些教师会在一定层面上误解了新课程改革的理念，在教学中喜欢脱离教材，丢开课本，天南地北地大吹一通，吹到学到哪，甚至有些人完全忽略了教材课后“动手动脑学物理”的习题开发，几乎都是走着“一节教材一节练习册”的路线。我觉得，编写者既然费了这么大的功夫去编写教材，那么，教材里面的每一句话、每一个词、每一个标点符号都是需要教育工作者们去认真研读和推敲的。自然，这就包括了要研读课后的“动手动脑学物理”。我们只有在研读了教材的基础上才能更好地开发教材，创新教材。
课后“动手动脑学物理”为学生设置了大量的研究型材料，如人教版教材P24《声现象》中课后练习第4题：小小音乐会。教师可以鼓励学生课后设计一个实验，探究装着不同量的水的玻璃瓶在棒子敲击和用嘴吹的情况下所发出的不同音调。这一实验，可以初步培养学生学会使用控制变量法去解决问题。
在八年级下册P13中，教师也可以引导学生设计“探究水果电池电压的影响因素”实验，从而加深学生对电压的理解，使学生懂得从生活中取材，归纳物理规律，利用物理规律去解释生活现象。
再如八年级下册P51的第6题：在家庭电路中，导线相互连接处往往比别处更容易发热，加速老化，甚至引起火灾，这是为什么？
教师可以根据这一问题引导学生进行以下猜想和设计：
猜想：可能是将两根导线采用缠绕法连接时，与同样长的单根导线相比，电阻更大。
设计：将三段裸（即无外绝缘层）电阻丝AB、CD、EF，其中AB、CD采用缠绕法如图相连（用R1表示）， 电阻丝EF用R2表示。R1在连接电路中时，应将A、B、C、D四个端头中的AD（或BC）与电路相连。
电路图如图所示：在连接电路之前，必须对R1和R2做相关的处理，使 R1和R2的电流相等。
这些习题，都能很好地发挥学生的主观能动性，使他们大胆猜想，大胆实践，提高了知识迁移能力，也很好地开发了学生的创造性思维，
四、重视课外知识的探究
开展课外小实验，小制作，小发明，是培养和提高学生实验设计能力的延续和补充。学生在一节课40分钟内所能掌握的知识有限，为了达到最佳的效果，必须辅之以生动活泼的课外小实验。
如在学了《声音的特性》之后，可增设“音调可变的哨子”；在《平面镜成像》的课后，也可以引导学生亲手制作潜望镜；学了《磁场》后，可以让学生课外制作小指南针······这些小制作，能够充分地解放学生的手脚，更有利于学生潜能的开发，实验技能也在不知不觉中得到充分的提高。
另外，如果找不到合适的课题，教师也可以参照教材上的“我还想知道”一栏，如八年级上册P57“为什么通过光缆能够观看有线电视？”；P73“为什么用放大镜看物体时，物体的形状会改变？”；P95“在寒冷的季节，为什么冰面下的水不结冰？”；P117“打雷时，云层中的电是从哪里来的？”；八年级下册P35“小鸟站在高压线上，为什么不会被电死？”；P59“为什么有的废电池放置一段时间后还能‘生’出电来？”······
这些素材都可以从教材中找到，教师可以适当地选一些给学生去研究。或者，也可以适当地补充一些课外的实验，如只给你一支铅笔，你能完成哪些实验？说明了哪些物理原理？学生通过查阅资料，动脑思考，设计出各种不同的方案，设计到声、光、电、力等许多知识点。这样，就开发了学生的发散思维，使学生养成了了观察、分析、整理、概括等习惯。
综上所述，实验设计作为培养学生创新能力的重要途径之一，应当引起教师们的重视，并为之付出努力，赶走“鱼牛”，彻实做到“授之以鱼不如授之以渔”，坚持实行新课程标准， 为国家的繁荣发展培养出更多具有创新能力的人才。
参考文献：
[1]人教版义务教育课程标准实验教科书《物理》上册2006年3月第3版
[2]人教版义务教育课程标准实验教科书《物理》下册2006年10月第3版
[3]《走进物理新课堂 逐出“鱼牛”》《中学物理》2012年5月第30卷 第10期
[4]马世红.设计性研究性物理实验的实践情况[J].物理实验,2004-11
[5]杨述武.漫谈物理实验教学改革 [J].物理实验,2004.3
[6]钟启泉等.新课程的理念与创新[M].北京:高等教育出版社,2003
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