序論：好文章的創(chuàng)作是一個不斷探索和完善的過程，我們?yōu)槟扑]十篇實(shí)驗設(shè)計論文范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質(zhì)，帶來更深刻的閱讀感受。

篇（1）

在教學(xué)實(shí)踐中我利用傳感技術(shù)儀器進(jìn)行實(shí)驗?zāi)軌虻玫胶芎玫膶?shí)驗效果。分析教材、根據(jù)教學(xué)目標(biāo)及學(xué)生的年齡特點(diǎn)合理選擇利用數(shù)字化傳感器材能夠有效提高課堂實(shí)驗效果。課堂實(shí)驗探究的高效，傳感技術(shù)儀器的有效使用，不僅需要分析教材，合理選材，還需要精心設(shè)計實(shí)驗方案。只有通過有效的實(shí)驗設(shè)計和規(guī)范的實(shí)驗操作，以學(xué)生為主體性，讓學(xué)生配合教師來完成實(shí)驗，學(xué)生便于理解，又可增加學(xué)習(xí)興趣，才能使實(shí)驗變得簡單易行，達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。以下是四上年級《運(yùn)動起來會怎樣》一個有關(guān)于心率傳感器的實(shí)驗。首先，連接手握心率傳感器、界面和計算機(jī)。其次，啟動LoggerPro或LoggerLite軟件，最后，程序?qū)⒆詣幼R別手握心率傳感器，這樣就可以準(zhǔn)備采集數(shù)據(jù)了。測量一個人在激烈活動，例如做跳躍運(yùn)動前、之間和之后的心率；測量一個人在運(yùn)動后的心率返回平常心率要多久。讓學(xué)生在探究實(shí)踐的過程中，注重體驗和感悟，又便于學(xué)生對知識的接受和理解，從而也激發(fā)學(xué)生的興趣。

二、傳感技術(shù)探究實(shí)驗室的組建

為了提高實(shí)驗探究效率，保證實(shí)驗教學(xué)的有效開展，創(chuàng)建探究實(shí)驗室，合理利用“數(shù)字化”儀器設(shè)備是非常重要的。數(shù)據(jù)采集器和傳感器的配備，主要用于采集并儲存實(shí)驗數(shù)據(jù)并根據(jù)探究需測定的參數(shù)。通過政府采購，我們采購到探究實(shí)驗室套材，主要有濕度、音高、音量、光強(qiáng)、pH值、溶解氧濃度、電流、電壓、氧氣含量、二氧化碳含量等傳感器，還可以根據(jù)需求來自行選擇；同時，這些儀器的輕巧與便攜還為學(xué)生進(jìn)行戶外探究提供了可能。計算機(jī)軟件的安裝將傳感器插入計算機(jī)時，傳感器可以精確地測量實(shí)驗中獲取的各種數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)采集器傳到計算機(jī)中，計算機(jī)經(jīng)由配套軟件將數(shù)據(jù)以表格和圖像的形式呈現(xiàn)，并進(jìn)行分析處理。

篇（2）

2結(jié)果與議論

2.1差熱分析試樣經(jīng)升溫熔化后均勻性更好，故本實(shí)驗以DSC降溫曲線結(jié)果為準(zhǔn)。從DSC降溫曲線中得到試樣的相變溫度見表2。從表中可看出：1—4號試樣在600℃左右開始熔化產(chǎn)生相轉(zhuǎn)變，原因是1—4號試樣中FeO含量較低，有放熱峰出現(xiàn)所致；隨著試樣中FeO含量增加，試樣的熔點(diǎn)升高，600℃左右不易發(fā)生熔化而產(chǎn)生相轉(zhuǎn)變；1—7號試樣在接近800℃左右均發(fā)生相變，原因是V2O5發(fā)生了分解反應(yīng)：V2O5V2O3＋O2；3—10試樣在970℃、1300℃、1450℃左右均發(fā)生了相變或反應(yīng)。

2.2XRD分析試樣高溫淬火后用RigakuD／MAX2500衍射儀進(jìn)行分析。試樣在970℃保溫2h后迅速取出用水淬冷，部分試樣的分析結(jié)果見表3。圖1和圖2分別是試樣10在1450℃和1300℃保溫后得到的X衍射圖譜。分析X衍射結(jié)果發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)eO－V2O5體系在高溫下發(fā)生了反應(yīng)，970℃時主要生成釩酸鐵FeVO4，1300℃和1450℃時主要生成反式釩鐵尖晶石Fe2VO4；隨著FeO含量的增加，體系中的物相減少，只有Fe2O3由此可以看出，F(xiàn)eO和V2O5之間發(fā)生了一系列氧化還原反應(yīng)，其反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是V2O5在反應(yīng)開始時發(fā)生分解得到V2O3和O2，F(xiàn)eO被氧化成Fe2O3，V2O3與FeO和Fe2O3同時發(fā)生反應(yīng)生成Fe2VO4，未分解完的V2O5與Fe2O3發(fā)生反應(yīng)生成FeVO4。

2.3SEM分析通過掃描電鏡可以更直觀形象地觀察鐵釩體系中的物相結(jié)構(gòu)。圖3為試樣分別在1450℃、1300℃保溫30min的SEM。從圖中可以看出，鐵釩體系主要組成為釩鐵尖晶石相和鐵氧化物相，圖中灰白色物相為尖晶石相，黑灰色物相為鐵氧化物相。由1300℃保溫得到的釩渣礦相中尖晶石的粒徑明顯比1450℃保溫得到的尖晶石粒徑大，其尺寸分布范圍也較寬，主要分布在10～30μm之間。在1450℃保溫時，尖晶石粒徑主要分布在10～25μm之間，尺寸相對較小。這是由于高溫下形核率大于晶體長大速率，所以形核較多，晶體尺寸較??；當(dāng)溫度降低時，形核率增大，但其增長率小于晶體長大速度，所以隨著保溫溫度的降低，尖晶石平均晶粒尺寸增加。

3實(shí)驗內(nèi)容拓展

本文所設(shè)計的綜合實(shí)驗是研究型實(shí)驗。學(xué)生可以在教師指導(dǎo)下完成系列實(shí)驗，包括熟悉實(shí)驗內(nèi)容、設(shè)計實(shí)驗方案、準(zhǔn)備實(shí)驗材料、完成實(shí)驗操作、分析實(shí)驗結(jié)果和撰寫實(shí)驗報告。通過該研究型實(shí)驗，激發(fā)學(xué)生獲取新知識的欲望，催化學(xué)生創(chuàng)新的熱情，使學(xué)生更加注重知識體系的系統(tǒng)性和整體性，從而完成理論—實(shí)踐—理論的循環(huán)過程。應(yīng)用TRIZ理論的動態(tài)化原理［11－12］，還可以對實(shí)驗內(nèi)容進(jìn)行拓展，不斷擴(kuò)充和更新實(shí)驗內(nèi)容：（1）進(jìn)行鐵釩體系平衡的熱力學(xué)計算。學(xué)生可根據(jù)最小吉布斯自由能原理進(jìn)行計算，驗證實(shí)驗結(jié)果和理論計算的一致性。（2）探索釩鐵尖晶石結(jié)晶規(guī)律。學(xué)生可在前期研究的基礎(chǔ)上，自主設(shè)計實(shí)驗方案，探索影響釩鐵尖晶石結(jié)晶規(guī)律的因素。（3）從FeO－SiO2－V2O5系著手，探索釩氧化物的行為，為改進(jìn)造渣制度提供理論依據(jù)。（4）探索焙燒浸出方式制取釩氧化物時工藝參數(shù)對釩鐵尖晶石的影響。

篇（3）

1.實(shí)驗原型實(shí)驗裝置如圖1。利用熱得快分別給質(zhì)量相同、初溫相同的水與食用油加熱相同時間（或升高相同溫度）。在相同時間內(nèi)，由于食用油溫度升得高些，如果要升高相同的溫度，加熱水用的時間應(yīng)延長。2.不足之處本實(shí)驗用熱得快做熱源，由于它的功率較大、溫度升高過快，很難把握，有一定的危險性。教材中的實(shí)驗裝置還有兩個嚴(yán)重的缺陷，一是熱得快放置方法不正確，液體沒有蓋住熱得快的發(fā)熱部分，導(dǎo)致熱得快易損壞；二是由于等質(zhì)量的水和油相比，油的體積大于水的體積，在油中的熱得快被浸的體積多些，導(dǎo)致兩種液體受熱不一致，數(shù)據(jù)難以令人信服。而且教材上的實(shí)驗?zāi)芤姸炔桓?，讀取溫度數(shù)據(jù)困難。

二、實(shí)驗創(chuàng)新與改進(jìn)

1.將新型硅膠加熱器固定在容器底部，使得加熱均勻、精度高，實(shí)現(xiàn)量化實(shí)驗，極易控制。如圖2。教學(xué)視點(diǎn)2.使用溫度傳感器及數(shù)顯溫度計，讀取數(shù)據(jù)方便快捷。3.用220V電壓做電源，實(shí)驗隨處可進(jìn)行；內(nèi)部裝有漏電保護(hù)開關(guān)，保證用電安全，便于讓學(xué)生操作。

三、實(shí)驗器材

自制液體加熱器2套，食用油、水各120克，停鐘1個，天平1架，兩份質(zhì)量相等的水。

四、實(shí)驗原理及裝置說明

1.實(shí)驗原理新實(shí)驗使用控制變量法，通過控制使物質(zhì)質(zhì)量相等、吸收熱量相同、升高相同溫度，比較需用的時間。升高相同溫度時，所用時間較長的物質(zhì)吸收的熱量多，則此物質(zhì)吸收熱量的能力更強(qiáng)。2.裝置說明新實(shí)驗采用兩套完全相同的硅膠加熱器，從底部直接給液體加熱，并裝上傳感器及數(shù)顯溫度計，讓測量結(jié)果清晰顯現(xiàn)。當(dāng)達(dá)到所需溫度時，只要將紅色開關(guān)關(guān)掉便可停止加熱。如圖3。

五、實(shí)驗設(shè)計及結(jié)論

實(shí)驗一：用加熱器加熱兩份相同質(zhì)量的水，將結(jié)果記入表1，并得出結(jié)論。結(jié)論：質(zhì)量相等的同種物質(zhì)，吸收相同的熱量時，溫度升高的速度相同。實(shí)驗二：用加熱器加熱相同質(zhì)量的水與食用油。將準(zhǔn)備好的質(zhì)量相等的水和食用油倒進(jìn)兩個加熱器中，幾秒后記錄水與食用油的初始溫度。打開電源，同時按下停鐘開始計時，觀察兩個加熱器中溫度計的變化，用停鐘記下加熱液體每階段所用的時間，讀取相應(yīng)的溫度變化量，并填入表2中。當(dāng)加熱時間達(dá)到80s時，記下最后溫度，關(guān)閉電源，停止加熱，分析數(shù)據(jù)并得出結(jié)論。結(jié)論：質(zhì)量相等的兩種物質(zhì)，吸收相同的熱量時，溫度升得越慢的吸收的熱量較多，吸收熱量的能力較強(qiáng)。

篇（4）

2.在飲料瓶蓋中間部位鉆一個直徑略小于油筆芯的小孔，剪下2cm長的一段油筆芯，將其一端插入瓶蓋的孔中，并用強(qiáng)力膠黏固在瓶蓋上。把輸液管滴壺上端切掉1/4，做成一個盛液漏斗。在滴壺的下端留下30cm長的一段輸液管，其余部分剪掉。再把輸液管的端部套在瓶蓋中的油筆芯上，并用棉線扎緊。這樣,一個演示浮力產(chǎn)生原因的裝置就制作好了。

二、裝置用法

1.把裝置安裝在支架上。在飲料瓶中加入清水，同時在水中滴入數(shù)滴紅墨水振蕩，使水變成紅顏色。

2.滴壺固定不動，使瓶中液面與輸液管中液面相平。把小球放入瓶中，小球因受到水的浮力飄浮在水面上。當(dāng)用推桿將小球推到瓶口并堵在瓶口處時，移開推桿，小球仍上浮到水面上。

3.當(dāng)再次用推桿將小球推到瓶口并堵在瓶口處時，此時下移滴壺，使輸液管中的液面低于瓶中液面，這時再移開推桿，可以看到小球不再上浮，而是繼續(xù)堵在瓶口處。這表明，小球雖然完全浸在水里，但并不受浮力作用（小球重力很小，可以忽略）。通過分析水對小球的作用力可知，這時小球受到水對它向上的壓力小于水對它向下的壓力。因此，浮力等于零。移動滴壺，只要輸液管中的液面低于瓶中液面，小球就能堵在瓶口處，即浮力為零。

4.移動滴壺，只要輸液管中的液面高于瓶中的液面，小球就能上浮，表明小球受到了浮力作用。通過分析水對小球的作用力可知，這時小球受到水對它向上的壓力大于水對它向下的壓力，即產(chǎn)生了浮力。

篇（5）

在教材中，該實(shí)驗安排為學(xué)生分組實(shí)驗，并且要求在九年級上學(xué)期的第一周就要完成．具體步驟是:(1)通過實(shí)驗會讓學(xué)生調(diào)節(jié)桿杠，讓杠桿在水平位置達(dá)到基本平衡，因為這樣便于從杠桿上直接讀出力臂的大小;(2)把一定的鉤碼掛在杠桿左側(cè)，用彈簧測力計在某一位置豎直拉住杠桿，當(dāng)杠桿達(dá)到水平位置平衡時，記錄下測力計數(shù)據(jù);(3)通過變換鉤碼數(shù)量，或調(diào)整塑料卡子改變鉤碼的位置，或調(diào)整塑料卡子改變彈簧測力計的位置，重復(fù)上述步驟;(4)記錄三組數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析．

1．2杠桿平衡條件的定量計算

杠桿平衡的條件是:F1L1=F2L2，只要有3個物理量，就可以通過公式運(yùn)算出來第四個物理量．該階段實(shí)驗的難度在于:(1)杠桿示意圖要準(zhǔn)確;(2)單位需要做到統(tǒng)一;(3)保證測量直尺的密度準(zhǔn)確均勻．核心是討論杠桿的平衡問題，桿杠得以保持平衡的條件是:F1L1=F2L2，如果杠桿達(dá)不到平衡條件，可以將杠桿的支點(diǎn)向乘積較大的一方移動．

1．3杠桿實(shí)驗中出現(xiàn)的問題

(1)實(shí)驗設(shè)備對平衡的影響．平衡實(shí)驗設(shè)備一般搭配的塑料卡子，但是這會影響到桿杠平衡的精確度．一般來說，塑料卡子約在0．2克，這對平衡造成的影響是不可以小看的，因為這會直接影響到定量計算的精確問題．關(guān)于這一問題的解決方法，可以變換質(zhì)量更輕的棉線圈取代設(shè)備自帶的卡子．這可以大大減少實(shí)驗的誤差問題．(2)杠桿平衡的判斷問題．老版教材采用的是用鉤碼代替作用力F1和作用力F2，沒有使用彈簧測力計．雖然使用鉤碼既方便又便于觀察，但是難以連續(xù)改變作用力F1和作用力F2的大小，力臂測量的不準(zhǔn)確也會直接影響到定量計算的準(zhǔn)確問題．因而，新版教材已改進(jìn)為左端用鉤碼，右端用彈簧測力計向下拉動進(jìn)行實(shí)驗．但是彈簧測力計在右端倒置使用時由于受彈簧測力計彈簧、鋁質(zhì)滑片和外殼的影響會使測得的拉力要小一些．建議教師使用彈簧測力計在左側(cè)(與鉤碼在同一側(cè))施加拉力作用，正置使用，在豎直方向上調(diào)零，學(xué)生也比較熟悉．而且可以嘗試用彈簧測力計斜向上拉杠桿，直至杠桿在水平位置平衡，記下此時的動力、阻力、阻力臂的值，需要借助刻度尺及三角板輔助測量出動力臂的值，體會為什么實(shí)驗中要調(diào)節(jié)杠桿在水平位置平衡．

2杠桿實(shí)驗的教學(xué)反思和后繼實(shí)驗

2．1保證桿杠實(shí)驗的準(zhǔn)確度

杠桿屬于力的研究范疇，但力是一個比較抽象的概念．杠桿平衡實(shí)驗就是為了讓學(xué)生深切的體會力和力的作用，但是力臂也是需要考慮的問題．總結(jié)上面的實(shí)驗問題可以看出，其中核心問題還是在于測量和計算的精確問題．在實(shí)驗前，教師要求學(xué)生調(diào)節(jié)杠桿到水平位置的原因也就是考慮到桿杠自身的重力對平衡造成的影響．傳統(tǒng)的做法是要求學(xué)生實(shí)驗3次，最后來求平均值，以此方法減少誤差．但是很顯然，這樣的做法依然是存在問題的．筆者認(rèn)為實(shí)驗的次數(shù)可以加大到約10次左右，同時也對記錄數(shù)據(jù)的表格進(jìn)行了改變．

2．2教學(xué)過程中的問題意識

杠桿屬于簡單機(jī)械，要求學(xué)生在觀察中發(fā)現(xiàn)問題和尋找解決方式，這是蘇科版初中物理教材獨(dú)特的設(shè)計模式．因此教材設(shè)定了實(shí)驗活動的內(nèi)容，不僅有探究、觀察、實(shí)驗，還有討論、交流和評估等內(nèi)容．因此，在課堂中引導(dǎo)學(xué)生提出問題，并想辦法解決是教師的重要責(zé)任．比如在實(shí)驗中遇到圖1出現(xiàn)的問題:怎么在不改變O點(diǎn)右側(cè)的數(shù)據(jù)，同時保持左側(cè)第幾個鉤碼不變，需要將另外2個鉤碼移到到其下方?這一問題是考察學(xué)生在限定性條件下，如何動腦筋解決問題．根據(jù)杠桿平衡的條件F1L1=F2L2，通過相應(yīng)的計算可以得出答案為第2格．另外，教師也可以根據(jù)具體的教學(xué)情況，詢問學(xué)生一些通過實(shí)驗才能讀出的問題．比如問:(1)平衡螺母的在杠桿平衡實(shí)驗中的作用是什么?(2)為什么需要調(diào)節(jié)杠桿到水平位置?(3)如果掛好鉤碼后，是否可以再次調(diào)整平衡螺母?

2．3杠桿平衡實(shí)驗在生活中的應(yīng)用問題

實(shí)驗的目的就是為了讓學(xué)生在生活中可以靈活地運(yùn)用所學(xué)知識進(jìn)行常識性判斷，杠桿平衡實(shí)驗尤其表現(xiàn)出在生活中的適用性．最簡單的應(yīng)用問題就是，學(xué)生可以依據(jù)杠桿平衡的條件準(zhǔn)確地判斷費(fèi)力桿杠、省力杠桿和等臂杠桿．即當(dāng)F1×L1=F2×L2時，若L1＞L2，那么F1＜F2，該杠桿就是省力杠桿;若L1＜L2，那么F1＞F2，那么該杠桿就是費(fèi)力杠桿;若是若L1=L2，F(xiàn)1=F2，那么就是等臂杠桿．經(jīng)歷過杠桿平衡的實(shí)驗，學(xué)生至少應(yīng)該能夠繪畫出杠桿示意圖，并且能夠通過分析數(shù)據(jù)，得出一定的平衡規(guī)律．同時，學(xué)生還應(yīng)該關(guān)注生產(chǎn)生活，了解杠桿在生活中的作用，比如我國古代的舂和桔槔就是善于運(yùn)用杠桿的結(jié)果．

篇（6）

2教師引導(dǎo)

對問題進(jìn)行科學(xué)猜想如果學(xué)生沒有經(jīng)過科學(xué)猜想就進(jìn)行實(shí)驗設(shè)計，學(xué)生不知道實(shí)驗的目的，實(shí)驗設(shè)計就難以進(jìn)行下去，不能培養(yǎng)學(xué)生的猜想能力，經(jīng)歷的探究過程也不能鍛煉創(chuàng)新思維。所以教師必須引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)已掌握的物理知識、隨堂實(shí)驗和生活經(jīng)驗，把學(xué)生引入科學(xué)猜想的情景，有理有據(jù)地對問題進(jìn)行猜想，明確探究的方向。在探究“影響導(dǎo)體電阻的因素”的教學(xué)中，筆者通過下面3個現(xiàn)象引導(dǎo)學(xué)生猜想：①滑動變阻器的滑片移動，電阻變化；②使用的是220V的燈泡，燈絲越粗越亮；③電線常用銅絲制造而不用鐵絲。這樣的設(shè)計給學(xué)生的探究指明了方向，學(xué)生一步一步地得出自己的科學(xué)猜想。

3教師引導(dǎo)

選用實(shí)驗器材如果教師直接給學(xué)生提供實(shí)驗器材，并介紹各種實(shí)驗器材的功能，代替了學(xué)生的探究和猜想，學(xué)生沒有學(xué)會遇到困難如何解決問題的方法。所以可以給學(xué)生預(yù)備多種器材，包括一部分無用器材，讓學(xué)生在問題的引導(dǎo)下思考實(shí)驗的原理，選用器材，思考有沒有更好的替代器材，有沒有創(chuàng)新，體現(xiàn)探究的開放性。在“測定電池的電動勢和內(nèi)阻”的實(shí)驗中，筆者陳列一些實(shí)驗器材：干電池、安培表、伏特表、滑動變阻器、電阻箱、電鍵和導(dǎo)線若干根等，讓學(xué)生選擇器材，自行設(shè)計電路圖來完成實(shí)驗。筆者用下面的問題來引導(dǎo)學(xué)生選擇實(shí)驗器材：①需要什么儀器，采用什么樣的電路圖，原理是什么；②選擇什么規(guī)格的器材，被測干電池選內(nèi)阻較大的還是較小的，伏特表選什么量程，安培表選什么量程，滑動變阻器選阻值較小的還是較大的。通過這樣的設(shè)計引導(dǎo)學(xué)生重視分析實(shí)驗器材與實(shí)驗?zāi)康暮驮淼穆?lián)系，分析為什么要選用這些器材，這些器材有什么用途，把本實(shí)驗的知識融合在一起，在分析問題的過程中培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的能力。

4問題引導(dǎo)

自主設(shè)計初始實(shí)驗方案學(xué)生根據(jù)自己的預(yù)備物理知識，在教師的問題引導(dǎo)下自主設(shè)計檢驗猜想的實(shí)驗方案，包括根據(jù)實(shí)驗要求理解實(shí)驗原理、先后測量哪些物理量、具體如何操作、編寫實(shí)驗步驟、設(shè)計實(shí)驗表格等。在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗中，筆者用下面的問題來引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行初始方案的設(shè)計。①物體的加速度與它受的力、質(zhì)量這兩個因素均有關(guān)，應(yīng)采用什么實(shí)驗方法得出加速度與力、質(zhì)量三者間的定量關(guān)系？②這個實(shí)驗需要測量的物理量有哪些？③怎樣測量小車的加速度？需要什么器材？請同學(xué)們設(shè)計一個可行的實(shí)驗方案。④我們要讓細(xì)線對小車的拉力等于小車受到的合力，怎樣平衡掉阻力？阻力來自哪些方面？怎樣才算平衡掉了阻力？通過以上問題的引導(dǎo)，學(xué)生知道了實(shí)驗的方法，解決了實(shí)驗設(shè)計中的困難，最后大多數(shù)同學(xué)都能設(shè)計出自己的實(shí)驗方案。

篇（7）

2創(chuàng)意設(shè)計活動的類型與組織形式

生物科學(xué)實(shí)驗設(shè)計創(chuàng)意活動組織形式為筆試(閉卷和開卷的書面表達(dá))，這樣操作方便簡便，不受實(shí)驗設(shè)備、材料等條件的限制。關(guān)鍵是注重看是否設(shè)計出新意來，設(shè)計出效果來。

2．1閉卷比賽部分

通過設(shè)計的比賽試卷，讓學(xué)生在有限的時間內(nèi)完成設(shè)計。通過批改以后，數(shù)量多、質(zhì)量高者勝出。如在60min內(nèi)，若能正確設(shè)計出20個以上的實(shí)驗，還可以獲“實(shí)驗設(shè)計能手”的稱號。該類型重點(diǎn)考查和培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗設(shè)計和發(fā)散思維能力。

2．2開卷比賽部分

通過布置實(shí)驗設(shè)計活動，利用課余時間進(jìn)行設(shè)計。要求根據(jù)教材實(shí)驗、借助書刊和網(wǎng)絡(luò)等工具，對教材或某一實(shí)驗的材料、方法過程進(jìn)行創(chuàng)新改進(jìn);甚至是發(fā)現(xiàn)問題、提出問題和解決問題的實(shí)驗設(shè)計，該類型重點(diǎn)是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計能力、發(fā)現(xiàn)和解決問題的能力。要求學(xué)生在實(shí)驗設(shè)計時盡可能具有創(chuàng)新性和可操作性。

3設(shè)計創(chuàng)意活動的實(shí)施

3．1活動方案設(shè)計和要求

為節(jié)省時間，要求學(xué)生用圖表(簡圖或簡筆畫)的形式科學(xué)合理地表達(dá)，有針對性地訓(xùn)練圖表、文字表達(dá)能力。當(dāng)然最好能先給予一個范例，讓學(xué)生先模仿，這樣更具可操作性。

3．2活動方案具體設(shè)計

分三個層次，根據(jù)不同學(xué)校的學(xué)生學(xué)習(xí)能力層次設(shè)計，可通過初、復(fù)賽逐步推進(jìn)。

3．2．1自由式實(shí)驗設(shè)計

僅出現(xiàn)表達(dá)形式，自由設(shè)計，合理、科學(xué)即可，但不能相似。或半命題設(shè)計，如探究生物(自選)對環(huán)境(自選)的影響，探究環(huán)境(自選)對生物(自選)的影響。

3．2．2某主題實(shí)驗設(shè)計

指定某一主題或某一實(shí)驗材料，如基于蚯蚓的科學(xué)實(shí)驗設(shè)計;或基于“某一實(shí)驗方法”的科學(xué)實(shí)驗設(shè)計，如模擬實(shí)驗法，要設(shè)計出20個模擬實(shí)驗，難度也是較大的。

3．2．3創(chuàng)新實(shí)驗的設(shè)計

閉卷自由選題設(shè)計，學(xué)生有較開放的設(shè)計空間，但因時間限制，往往較難出高質(zhì)量的設(shè)計。或者根據(jù)某一問題或某一材料，進(jìn)行綜合實(shí)驗設(shè)計，要求實(shí)驗過程或方法有具體的創(chuàng)新。通常采用開卷形式，給予一定的時間完成。

3．3活動實(shí)施的年級

一般借助每年一屆的校園科技節(jié)，通過比賽推動，這樣就較有執(zhí)行力。學(xué)生要選擇初二年級以上的，才有一定生物科學(xué)實(shí)驗設(shè)計基礎(chǔ)和能力積累;且一般以小組為單位，2人一組，體現(xiàn)合作學(xué)習(xí)，這樣可較易實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。

3．4活動實(shí)施的組織

根據(jù)預(yù)期需要，可以組織全級或每班推薦若干代表，集中于一個階梯課室進(jìn)行限時紙筆測試，組織簡單易行，有效且高效。

3．5活動評價和表彰

活動實(shí)施最難的環(huán)節(jié)是評價。如何評定實(shí)驗設(shè)計的質(zhì)量等級，需要提前準(zhǔn)備一個評價量規(guī)，主要從科學(xué)性、嚴(yán)謹(jǐn)性、表達(dá)力、創(chuàng)新性來評定。創(chuàng)新性視要求而定，如初賽時為幫助學(xué)生梳理實(shí)驗，對原創(chuàng)性無要求;復(fù)賽時已規(guī)定回避教材實(shí)驗，要求對材料、方法或過程創(chuàng)新，進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)。此外，注意類似實(shí)驗的把關(guān)，如原理相似，第一個實(shí)驗科學(xué)合理給5分;第二個至第N個均只給1分，其他類似得分類推。

篇（8）

2.化學(xué)實(shí)驗方案的內(nèi)容實(shí)驗設(shè)計的成果就是實(shí)驗方案。雖然具體的實(shí)驗設(shè)計的目的、內(nèi)容和形式不盡相同，但就一個相對完整的實(shí)驗方案來說，一般包括：實(shí)驗名稱（課題）；實(shí)驗?zāi)康?；?shí)驗原理；實(shí)驗用品（試劑、儀器、裝置設(shè)備）及規(guī)格；實(shí)驗裝置圖、實(shí)驗步驟和操作方法；注意事項；實(shí)驗現(xiàn)象及結(jié)果處理；問題和討論等。

3.實(shí)驗方案選擇的基本標(biāo)準(zhǔn)同一個實(shí)驗課題，每個人的設(shè)計和操作過程可能不一樣，結(jié)果自然也不會完全相同。根據(jù)初中化學(xué)實(shí)驗設(shè)計原則和教學(xué)實(shí)際，實(shí)驗方案選擇的基本標(biāo)準(zhǔn)是：原理正確有科學(xué)依據(jù)；裝置簡單，在實(shí)際中具有可操作性且操作方便；實(shí)驗步驟少，需要時間短；藥品用量少、無毒且廉價易得；實(shí)驗現(xiàn)象要明顯；反應(yīng)條件要簡單（最好在常溫下進(jìn)行）；盡量不用也不產(chǎn)生污染環(huán)境的物質(zhì)，即符合“綠色化學(xué)”的要求；制備實(shí)驗產(chǎn)率高；性質(zhì)實(shí)驗誤差小；實(shí)驗安全無危險；設(shè)計要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)取?/p>

二、中學(xué)化學(xué)實(shí)驗設(shè)計與創(chuàng)新的一般原則

無論哪一類中學(xué)化學(xué)實(shí)驗設(shè)計與創(chuàng)新，一般都應(yīng)遵循以下原則：

1.科學(xué)性原則科學(xué)性是指實(shí)驗原理、實(shí)驗程序和操作方法必須與科學(xué)理論和實(shí)驗方法論相一致。科學(xué)性是化學(xué)實(shí)驗設(shè)計與創(chuàng)新的首要原則。例如：實(shí)驗室制取氫氣，就不能選用硝酸與金屬鋅反應(yīng)，因為這個反應(yīng)很難制得純凈的氫氣。

2.目標(biāo)性原則目標(biāo)性是指實(shí)驗設(shè)計或創(chuàng)新要根據(jù)一定的教學(xué)目標(biāo)有所側(cè)重與突破。同一個實(shí)驗，教學(xué)目標(biāo)（如教師演示與學(xué)生操作，為了突出環(huán)?；蛉の缎裕┎煌O(shè)計所用的原理、用品、方法、裝置、步驟等是有一定區(qū)別的。

3.安全性原則安全性是指化學(xué)實(shí)驗設(shè)計時盡量避免使用有毒、有害的化學(xué)試劑，以及反應(yīng)產(chǎn)生有毒害的物質(zhì)，或者具有一定危險性的實(shí)驗裝置與操作?！叭绻仨毷褂玫?，應(yīng)該在所設(shè)計的實(shí)驗方案中詳細(xì)寫明注意事項，以防止造成環(huán)境污染和人身傷害。”［4］安全是中學(xué)化學(xué)實(shí)驗教學(xué)的第一要務(wù)，設(shè)計時必須要特別引起重視！

4.新穎性原則新穎性是指實(shí)驗設(shè)計時在思路、操作方法、器材用品、裝置等方面要有新的突破，使新設(shè)計的實(shí)驗對教學(xué)與研究更加適用或具有指導(dǎo)的意義。

5.可行性原則可行性是指設(shè)計實(shí)驗時所運(yùn)用的實(shí)驗原理在實(shí)施時切實(shí)可行，所選用的化學(xué)試劑、實(shí)驗儀器、設(shè)備和方法在現(xiàn)有的條件下能夠得到滿足。例如：實(shí)驗室大量制取二氧化碳，不能為了創(chuàng)新而選用碳酸鈉代替碳酸鈣（或石灰石）與鹽酸反應(yīng)，或者用硫酸替代鹽酸與碳酸鈣（或石灰石）反應(yīng)。因為前者反應(yīng)太劇烈，后者反應(yīng)不完全，很快就停止了。

6.簡約性原則簡約性是指盡量采用簡單的實(shí)驗裝置、較少的實(shí)驗步驟和試劑，在較短的時間內(nèi)完成實(shí)驗。復(fù)雜的裝置與步驟以及時間太長的實(shí)驗都會轉(zhuǎn)移中學(xué)生的注意力，容易導(dǎo)致他們產(chǎn)生畏難情緒和疲勞感，影響對實(shí)驗過程的觀察、分析與思考。

7.綠色化原則綠色化是指從化學(xué)反應(yīng)的原料、反應(yīng)的條件、反應(yīng)的產(chǎn)物和實(shí)驗的操作等化學(xué)實(shí)驗的全過程上進(jìn)行控制，盡可能地減少甚至消除有毒、有害的化學(xué)物質(zhì)對環(huán)境的影響。綠色化學(xué)是21世紀(jì)化學(xué)科學(xué)的一個重要發(fā)展方向。

8.啟迪性原則啟迪性是指實(shí)驗設(shè)計與創(chuàng)新對學(xué)生的學(xué)習(xí)起開導(dǎo)作用，能夠啟發(fā)學(xué)生的思維，促進(jìn)學(xué)生對化學(xué)原理及知識的探討和認(rèn)識，優(yōu)化學(xué)習(xí)過程，從而提高教學(xué)效益。這是中學(xué)化學(xué)實(shí)驗設(shè)計與創(chuàng)新的出發(fā)點(diǎn)和歸宿。

三、實(shí)驗創(chuàng)新設(shè)計的視角

初中化學(xué)實(shí)驗創(chuàng)新設(shè)計是在義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)下，對現(xiàn)行教材中所涉及的實(shí)驗進(jìn)行改進(jìn)、優(yōu)化、增設(shè)或創(chuàng)新等，以提高化學(xué)實(shí)驗在初中化學(xué)教學(xué)中的效益。在初中化學(xué)教學(xué)中進(jìn)行實(shí)驗創(chuàng)新設(shè)計是提高化學(xué)教學(xué)有效性的需要，也是義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求?；瘜W(xué)實(shí)驗創(chuàng)新設(shè)計要與時俱進(jìn)，必須符合現(xiàn)代化學(xué)教育發(fā)展的理念，在滿足探究性的條件下，可以從以下視角進(jìn)行：

1.實(shí)驗過程綠色化“綠色化學(xué)的理念是在化學(xué)反應(yīng)過程以及化工生產(chǎn)中，不再使用有毒有害物質(zhì)，不再產(chǎn)生廢物，不再處理廢物，它是一門從源頭上阻止污染的化學(xué)?！保?］化學(xué)實(shí)驗在設(shè)計上要體現(xiàn)綠色化，盡可能做到原料（反應(yīng)物）的綠色化，化學(xué)反應(yīng)的綠色化（采用原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng)），生成物的綠色化以及催化劑、溶劑的綠色化。例如：在涉及氧氣的制取實(shí)驗時采用雙氧水分解來制取，二氧化錳要回收等。

2.實(shí)驗裝置微型化“所謂微型化學(xué)實(shí)驗，就是以盡可能少的化學(xué)試劑來獲取所需化學(xué)信息的實(shí)驗方法與技術(shù)。”［6］雖然它的化學(xué)試劑用量一般只為常規(guī)實(shí)驗用量的幾十分之一乃至幾千分之一，卻可以達(dá)到準(zhǔn)確、明顯、安全、方便和防止環(huán)境污染等目的。例如：在“探究微粒的運(yùn)動實(shí)驗”中，可以用試管代替燒杯進(jìn)行微型化實(shí)驗。在一個單孔橡皮塞上插入一根玻璃導(dǎo)管接近試管底，試管內(nèi)壁貼一張滴加無色酚酞試液的濾紙，從導(dǎo)管口滴上兩滴濃氨水到試管底部，用透明膠封導(dǎo)管口，可以看到，試管里滴有無色酚酞試液的濾紙由下往上慢慢變紅了。

3.實(shí)驗設(shè)計環(huán)?；白罴训沫h(huán)境保護(hù)方法是在源頭上防止污染的產(chǎn)生，而不是污染產(chǎn)生后再去處理?！保?］實(shí)驗設(shè)計中我們應(yīng)該采取一些有效措施使化學(xué)實(shí)驗對實(shí)驗場所和環(huán)境的污染降低到最低限度。這些措施主要是：實(shí)驗裝置密閉化，避免敞口操作，防止有關(guān)物質(zhì)散佚到周圍環(huán)境中；采取收集辦法，回收有關(guān)物質(zhì)；對有毒物質(zhì)進(jìn)行無毒害處理；加強(qiáng)實(shí)驗場所的通風(fēng)或采取其他的防護(hù)措施等。例如：一氧化碳還原性實(shí)驗，對多余的一氧化碳可以回收，也可以燃燒進(jìn)行無毒害處理等。

4.實(shí)驗操作安全化保證實(shí)驗安全，是化學(xué)實(shí)驗教學(xué)的原則要求。有一些實(shí)驗，由于物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的特殊性，給實(shí)驗增加了難度甚至危險性。在點(diǎn)燃?xì)錃獾膶?dǎo)管和氫氣發(fā)生器之間，用一個小塑料瓶裝上大約四分之三的水制成一個“安全裝置”連接起來，這樣，即使點(diǎn)燃不純凈的氫氣，爆炸也只是在“安全裝置”中發(fā)生，氫氣很少威力小，氫氣發(fā)生裝置不會發(fā)生爆炸，因此不會發(fā)生安全事故。

5.實(shí)驗趣味化化學(xué)實(shí)驗具有動機(jī)功能，增加化學(xué)實(shí)驗的趣味性，可以激發(fā)學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)興趣。例如：在研究燃燒與滅火的條件時，增加演示“燒不壞的手帕”［8］實(shí)驗，可以激發(fā)學(xué)生的興趣。在此基礎(chǔ)上讓學(xué)生繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗，探討手帕燒壞的條件，則能夠使學(xué)生深化對有關(guān)知識的認(rèn)識。

6.利用儀器功能轉(zhuǎn)化儀器本身沒有限定它只能用于什么而不能用于什么，只是主要適用于什么。“反思儀器的別樣用途，可以幫助我們加深對實(shí)驗儀器和實(shí)驗原理的認(rèn)識，進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗的創(chuàng)新。”［9］例如：漏斗可以充當(dāng)集氣與尾氣吸收裝置，在鈉與水反應(yīng)氣體產(chǎn)物的驗證實(shí)驗中，將漏斗置于水中，倒扣在鈉塊上，產(chǎn)生的少量氣體可順利地富集到試管中。

7.利用學(xué)科知識遷移我們往往習(xí)慣于使用教材的實(shí)驗儀器和裝置，很少重視儀器的笨拙和實(shí)驗時的效率，這種視經(jīng)典為權(quán)威的思想往往就是教師缺乏創(chuàng)新的癥結(jié)所在。實(shí)際上，科學(xué)的實(shí)驗方法就是應(yīng)該不斷地發(fā)現(xiàn)問題，傳統(tǒng)裝置的不當(dāng)之處無疑給我們提供了實(shí)驗創(chuàng)新的課題。例如：學(xué)習(xí)“質(zhì)量守恒定律”內(nèi)容時，在使用托盤天平稱量氫氧化鈉與硫酸銅溶液反應(yīng)前后的質(zhì)量時，在18×200的中型試管里裝入大約1mL稀鹽酸與酚酞的混合溶液，球形滴管吸入NaOH溶液后，將球形滴管放在試管口，把上述帶有球形滴管的試管放入盛水的100mL量筒中，讓學(xué)生通過觀察比較反應(yīng)前后試管浸在液面中的高度即可（試管作上標(biāo)記）。改進(jìn)后的實(shí)驗操作起來方便有趣，不用天平而是利用物理上的浮力知識，體現(xiàn)了學(xué)科之間的聯(lián)系，有利于學(xué)生知識的遷移。

8.實(shí)驗裝置簡單化教材所選用的實(shí)驗方案未必都是最好的，有時候會產(chǎn)生現(xiàn)象不明顯、實(shí)驗不容易成功、結(jié)果不準(zhǔn)確等問題，影響了實(shí)驗教學(xué)的效果。例如：測定“空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)”實(shí)驗，由于教材提供的實(shí)驗裝置密封性和燃燒匙放入不易控制，加上導(dǎo)氣管內(nèi)尚留有空氣導(dǎo)致誤差因素較多，有時氧氣顯示超過五分之一，讓教師無法自圓其說。可做如下改進(jìn)：將小顆白磷放在1.5cm×2.5cm的薄銅片上，置于硬質(zhì)大試管中部，塞緊橡皮塞，用酒精燈對準(zhǔn)銅片加熱使白磷充分燃燒，待試管冷卻后浸入水中，在水面下拿掉橡皮塞，待液面上升穩(wěn)定后再塞上橡皮塞，拿出水面觀察。改進(jìn)后的實(shí)驗所用儀器少，誤差因素少，結(jié)果比較準(zhǔn)確。

篇（9）

實(shí)驗的目標(biāo)是學(xué)生在經(jīng)過網(wǎng)狀拓?fù)涫秸n堂培養(yǎng)后，在語文閱讀能力上能夠體現(xiàn)出批判性思維的相關(guān)特征，提升批判性思維品質(zhì)。實(shí)驗假設(shè)涉及了三方面的內(nèi)容，分為三個假設(shè)：1.教學(xué)模式與批判性思維意識培養(yǎng)的關(guān)系。批判性思維意識應(yīng)包括“尋找真理、開放思想、分析能力、系統(tǒng)化能力、批判性思維的自信心、求知欲、認(rèn)知成熟七種意識傾向“，在此設(shè)置假設(shè)一：網(wǎng)狀拓?fù)涫秸n堂可以顯著增強(qiáng)學(xué)生批判性思維意識；2.教學(xué)模式與批判性思維普遍性的關(guān)系。設(shè)置假設(shè)二：網(wǎng)狀拓?fù)涫秸n堂對培養(yǎng)學(xué)生批判性思維具有普遍性。3.教學(xué)模式與批判性思維能力的培養(yǎng)的關(guān)系。批判性思維包括三個緊密聯(lián)系、互相影響的階段：“分析思維方式階段、評估思維方式階段和提高思維方式階段”，具有公正性、普查性、挑戰(zhàn)性、嚴(yán)謹(jǐn)性、獨(dú)立性五種品質(zhì)特點(diǎn)，以及思維目標(biāo)、問題意識、觀點(diǎn)分析、概念理論表達(dá)、建立假設(shè)、推理結(jié)論等六種能力。在此設(shè)置了假設(shè)三：網(wǎng)狀拓?fù)涫秸n堂可以顯著提升學(xué)生批判性思維能力以及語文綜合閱讀能力。

二、實(shí)驗變量的確定及控制措施

1.自變量與因變量的確定。自變量是研究者出于某種研究目的進(jìn)行操縱以引起因變量發(fā)生變化的因素或條件。自變量是因變量的原因，因變量是由于自變量的變化而產(chǎn)生的現(xiàn)象變化或結(jié)果，彼此相互依存。依據(jù)假設(shè)，實(shí)驗操作變量是參與網(wǎng)狀拓?fù)涫秸n堂研究的學(xué)生：實(shí)驗組學(xué)生的語文閱讀教學(xué)采取網(wǎng)狀拓?fù)涫?，對照組學(xué)生的語文閱讀教學(xué)采取傳統(tǒng)閱讀教學(xué)方式。因變量包括：（1）學(xué)生批判性思維能力的總體改變和各個分量（思維目標(biāo)、問題意識、觀點(diǎn)分析、概念理論表達(dá)、建立假設(shè)、推理結(jié)論）的變化；（2）學(xué)生批判性思維意識的總體改變和原則分量的變化。（3）學(xué)生語文綜合閱讀測試能力的總體改變。2.無關(guān)變量的控制。無關(guān)變量，即為實(shí)驗中除實(shí)驗變量以外的影響實(shí)驗現(xiàn)象或結(jié)果的因素或條件。實(shí)驗者不能根據(jù)它對所得的結(jié)果做出正確的判斷和解釋。如果不能控制或消除無關(guān)變量的影響，因變量變化的根本原因就無法判定。所以在選擇研究變量的同時，必須辨明無關(guān)變量，需要在研究過程中加以控制那些可能對實(shí)驗結(jié)果產(chǎn)生影響的無關(guān)變量。本次實(shí)驗設(shè)計中，因為是按自然班級進(jìn)行試驗，因而能對一部分無關(guān)變量進(jìn)行控制。無關(guān)變量包括下面五個方面：學(xué)生自身方面的因素、家庭背景、社會因素、學(xué)習(xí)環(huán)境和教師因素。從高中二年級和三年級的學(xué)生中抽取樣本。他們在校已有至少一年的學(xué)習(xí)生活經(jīng)歷，接觸的學(xué)習(xí)環(huán)境和社會環(huán)境基本一致。學(xué)生自身的特點(diǎn)，在進(jìn)入新年級分班時，皆由學(xué)校從學(xué)習(xí)成績、綜合素質(zhì)、班級人員組成等方面綜合平衡控制，在所屬的班級層級中，隨機(jī)分配，具有一定同質(zhì)性。實(shí)驗中涉及的教師具有高中循環(huán)教學(xué)經(jīng)歷，年齡接近，教學(xué)能力相當(dāng)。

三、抽樣及分組的設(shè)計

實(shí)驗學(xué)校江蘇省海安高級中學(xué)為獨(dú)立設(shè)置的高中，規(guī)模符合要求。學(xué)校各類設(shè)備設(shè)施齊全，配置先進(jìn)。學(xué)生對絕大多數(shù)對教師的教學(xué)比較滿意。學(xué)校教研組和課題組具備開發(fā)課程的能力。語文教研組承擔(dān)了省級“十二五”規(guī)劃課題，初步形成了較為可行的課程評價、學(xué)生評價、教師評價等體系，基本滿足實(shí)驗開設(shè)的需要。為了保證實(shí)驗的真實(shí)與嚴(yán)謹(jǐn)，盡量減少前測與實(shí)驗處理帶來的交互作用，便于作對照比較，采用了隨機(jī)后測控制組設(shè)計。學(xué)校按學(xué)習(xí)成績綜評、綜合素質(zhì)測評、班級人員性別比例、選科傾向等因素在進(jìn)入新學(xué)年時隨機(jī)分成若干個班級，采取等組實(shí)驗法分層整群隨機(jī)抽樣。分別從高二年級理科普通班、高三年級理科強(qiáng)化班、高三年級文科普通班三個不同組合中隨機(jī)抽取兩個，共386名學(xué)生參與實(shí)驗。在每個年級的不同類型班級組合中，隨機(jī)指派一個班為實(shí)驗班，語文閱讀教學(xué)中使用網(wǎng)狀拓?fù)涫浇虒W(xué)模式；對照班則采取常規(guī)教學(xué)模式。一個學(xué)期之后采用相關(guān)測量量表及常規(guī)語文閱讀綜合測試進(jìn)行后測。

四、測量量表的選取

1.批判性思維意識傾向測量量表的選取《加利福尼亞批判性思維傾向測試》是一種比較成熟且使用較為廣泛的思維能力測試量具，有較好的信度與效度。2.批判性思維能力測量量表的選取《批判性思維能力檢測指南》將思維元素與思維標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合，從八個方面進(jìn)行測量，比較適合人文學(xué)科檢測，因而選取《批判性思維能力檢測指南》作為能力檢測量表。主要在實(shí)驗過程中提供給學(xué)生和教師針對書面閱讀報告進(jìn)行分析和檢測。

篇（10）

1996年上海高考第四（5）題要求測定陶瓷管上均勻電阻膜的厚度，就屬于設(shè)計型實(shí)驗．但由于題目給出了全部實(shí)驗器材和所有相關(guān)量，使實(shí)驗定位在電阻或電阻率的測定上，又大大降低了實(shí)驗難度，只屬于局部設(shè)計型實(shí)驗．無論命題者出于何種考慮，設(shè)計型實(shí)驗畢竟半遮半掩地出現(xiàn)了，這多少給教學(xué)工作者提了個醒．

1．從小處著眼，加強(qiáng)實(shí)驗設(shè)計教學(xué)

上海作為高考改革的試點(diǎn)城市，其成功的改革將為全國高考提供可能的改革方向，甚至一些新穎的題型和情境，都可能為全國高考所借鑒．如1996年全國高考第21題就是從1995年上海高考第一（5）題脫胎而來的．無疑上海高考關(guān)于實(shí)驗設(shè)計的考查是又一個成功的改革舉措，極有在全國推廣的價值．而物理《考試說明》中要求“會用在這些實(shí)驗中學(xué)過的實(shí)驗方法”，也為實(shí)驗設(shè)計的考查在全國的推廣提供了可能．

2．從大處著眼，加強(qiáng)實(shí)驗設(shè)計教學(xué)

著名核物理學(xué)家錢三強(qiáng)先生在為郭奕玲、沈慧君編著的《物理學(xué)史》所作的序中，曾嚴(yán)厲指出：“今天我們科學(xué)界有一個弱點(diǎn)，這就是思想不很活潑，這也許跟大家過去受的教育有一定關(guān)系……”我們常常教育學(xué)生“應(yīng)該……”“必須……”；我們的考試題目常常不惜筆墨描述背景、附加條件，最后只有一個小小的空格“是……”．這樣培養(yǎng)選的人才在學(xué)校是好學(xué)生，步入社會是好職員，大腦中只是機(jī)械地跳動著兩個問題：“你要我做什么？你要我怎么做？”工作常常：“完成”的相當(dāng)漂亮，但思想僵化，毫無創(chuàng)見．這正是我們的悲哀！長期以來的這種教育選拔模式，致使我們現(xiàn)在仍只能在很羞澀地提到幾個美籍華人時才有一種借來的榮光與自豪！

思想不活躍，是因為我們給了學(xué)生太多的“必須”的限制；思想僵化，是因為我們留給學(xué)生太少的“可能”的余地．實(shí)驗設(shè)計的教學(xué)，正是活躍思想，培養(yǎng)能力的一種好方法，授以實(shí)驗的基本方法，讓學(xué)生自己去考慮有哪些可能的做法，自己會怎么做．

二、實(shí)驗設(shè)計的基本方法

1．明確目的，廣泛聯(lián)系

題目或課題要求測定什么物理量，或要求驗證、探索什么規(guī)律，這是實(shí)驗的目的，是實(shí)驗設(shè)計的出發(fā)點(diǎn)．實(shí)驗?zāi)康拿鞔_后，應(yīng)用所學(xué)知識，廣泛聯(lián)系，看看該物理量或物理規(guī)律在哪些內(nèi)容中出現(xiàn)過，與哪些物理現(xiàn)象有關(guān)，與哪些物理量有直接的聯(lián)系．對于測量型實(shí)驗，被測量通過什么規(guī)律需用哪些物理量來定量地表示；對于驗證型實(shí)驗，在相應(yīng)的物理現(xiàn)象中，怎樣的定量關(guān)系成立，才能達(dá)到驗證規(guī)律的目的；對于探索型實(shí)驗，在相應(yīng)的物理現(xiàn)象中，涉及哪些物理量……這些都是應(yīng)首先分析的．

舉例來說，要測定地球表面附近的重力加速度，我們就應(yīng)檢索：在所學(xué)知識范圍內(nèi)，哪些內(nèi)容涉及到重力加速度，它與其他物理量有何定量關(guān)系，并一一羅列出來：

（1）在靜力學(xué)中，靜止物體對豎直懸繩的拉力或?qū)λ街С治锏膲毫Υ笮【偷扔谥亓?，即T＝N＝mg．若T（或N）和m能測出，則重力加速度g可測定．

（2）在超重或失重（但不完全失重）系統(tǒng)中，F(xiàn)－mg＝±m(xù)a．若F、a和m可測出，則重力加速度g可測定．

（3）在運(yùn)動學(xué)中，物體從光滑斜面上由靜止下滑，s＝12gsinθt2．若s、θ和t可測定，則重力加速度g也可測定．

（4）在運(yùn)動學(xué)中，物體從粗糙斜面上由靜止下滑，s＝12（gsinθ－μgcosθ）t2．若s、θ、μ和t可測，則重力加速度g也可測定．

（5）自由落體運(yùn)動中，h＝12gt2．若h和t可測出，則重力加速度g也可測定．

（6）用重力加速度測定儀測定．

（7）在平拋運(yùn)動中，豎直方向在連續(xù)相等的時間內(nèi)位移之差Δy＝gt2．若Δy和t可測，重力加速度g同樣可以測出．

（8）在斜拋運(yùn)動中，水平射程可以表示為x＝v02sin2θ／g．若x、v0和θ可測出，則重力加速度g也可測出．

（9）單擺做簡諧振動時，其周期可以表示為T＝2πl(wèi)／g．若T和l可測，則g可測．

（10）在焦耳測定熱功當(dāng)量的實(shí)驗中，若能測出水的質(zhì)量和升高的溫度，算出水增加的內(nèi)能，再測出重物的質(zhì)量和下落的高度，同樣可測定重力加速度．

（11）帶電粒子在的勻強(qiáng)電場平行板電容器中平衡時，mg＝qU／d．若U、d和帶電粒子的荷質(zhì)比（q／m）可測定，則g可測出．

（12）假設(shè)一物體在地球表面附近繞地球做圓周運(yùn)動，mg＝GMm／R2，g＝GM／R2．

…………

2．選擇方案，簡便精確

對于每一個實(shí)驗?zāi)繕?biāo)，都可能存在多條思路、多種方案．教材中關(guān)于某個實(shí)驗?zāi)繕?biāo)的實(shí)驗方案，也只是眾多方案中的一種，而且不一定是最好的一種，而只是較可行的一種．那么在眾多實(shí)驗方案中，我們應(yīng)如何選擇呢？一般來說，選擇實(shí)驗方案主要有三條原則：

（1）簡便性原則即要求所選方案原理簡單、操作簡便，各量易測．應(yīng)盡量避免實(shí)施那些原理復(fù)雜、操作繁瑣和被測量不易直接測量的實(shí)驗方案．

（2）可行性原則實(shí)驗方案的實(shí)施要安全可靠，不會對人身和器材造成危害；所需裝置和器材要易于置備，不能脫離實(shí)際，不能超出現(xiàn)有條件．

（3）精確性原則不同的實(shí)驗方案，其實(shí)驗原理、所用儀器以及實(shí)驗重復(fù)性等方面所引入的誤差是不同的．在選擇方案時，應(yīng)對各種可能的方案進(jìn)行初步的誤差分析，盡可能選用精確度高的實(shí)驗方案．

以上三原則通常要綜合考慮．

在前述方案中，方案（1）中常用的測力計誤差較大；（2）中F和a均不易測定；（3）中θ和t不易測定且難以保證斜面足夠光滑；（4）中θ、t和μ均不易測定；（5）中若用秒表計時人為因素較大，若用打點(diǎn)計時器計時，紙帶受振針阻力與通常小物塊所受重力相比不能忽略；（6）中儀器先進(jìn)但一般中學(xué)沒有；（7）中若用閃光照像技術(shù)則是一種好方案，但設(shè)備和技術(shù)都達(dá)不到要求，若用平拋運(yùn)動的研究方法誤差較大；（8）中θ和v0的測量難度較大；（9）中相對而言較切合中學(xué)實(shí)際；（10）中需測定的物理量多且很難采取絕熱措施；（11）中學(xué)階段不易測定荷質(zhì)比；（12）只是一個思想實(shí)驗，無法付諸實(shí)踐，但可估算，代入數(shù)據(jù)得g＝9．857m／s2，與標(biāo)準(zhǔn)值9．81m／s2只相差4．8．綜上所述，中學(xué)階段通常采用單擺法測定重力加速度．

3．依據(jù)方案，選定器材

實(shí)驗方案選定之后，考慮該方案需要哪些裝置，被測量與哪些物理量有直接的定量關(guān)系，這些物理量分別需用什么儀器來測定，從而確定整個實(shí)驗需要哪些器材．

在“用單擺測定重力加速度”的實(shí)驗中，是利用單擺裝置來進(jìn)行實(shí)驗的，故需鐵架臺、細(xì)線和擺球等來組裝單擺．重力加速度可表示為g＝4π2l／T2，周期需用秒表測定；擺長l是從懸點(diǎn)到擺球中心的距離，因此需用米尺和游標(biāo)卡尺分別測定擺線長度l和擺球直徑d．從實(shí)驗原理表達(dá)式可以看出，實(shí)驗與擺球質(zhì)量無關(guān)，故毋需使用天平．

當(dāng)然，從實(shí)驗方便性和精確性角度考慮，還需對所選器材作進(jìn)一步要求，以期把系統(tǒng)誤差降到最?。缟鲜銎鞑闹?，擺線的伸縮性和質(zhì)量應(yīng)較小，擺球的質(zhì)量應(yīng)較大．?dāng)[線伸縮性大，其長度會隨拉力變化而變化；擺球與擺線質(zhì)量相差越小，系統(tǒng)（擺線和擺球）質(zhì)心偏離擺球中心越遠(yuǎn)，誤差就越大．為了便于觀察，擺球振動的路徑宜長，但又要確保單擺做簡諧振動，故擺線宜長些，常取1米左右．

4．?dāng)M定步驟，合理有序

實(shí)驗之前，要做到心中有數(shù)：如何組裝器材，哪些量先測，哪些量后測，應(yīng)從正確操作和提高效率的角度擬定一個合理而有序的實(shí)驗步驟．對一些可直接測量的物理量，可先行測量；對需通過實(shí)驗裝置才能測定的物理量，須先組裝器材，再進(jìn)行實(shí)驗、觀察和測量．

在“利用單擺測定重力加速度”的實(shí)驗中．原理表達(dá)式g＝4π2l／T2中的l和T分別為單擺的擺長和單擺做簡諧振動的周期．因此應(yīng)先組裝單擺，再測定擺長，最后讓單擺做簡諧振動，測定周期T．根據(jù)所測數(shù)據(jù)計算出重力加速度g的值．至于過程細(xì)節(jié)不再贅述．

5．?dāng)?shù)據(jù)處理，誤差分析

高考對此要求不高，但常用的數(shù)據(jù)處理和誤差分析的方法還是應(yīng)該掌握，在設(shè)計實(shí)驗時也應(yīng)予考慮．