科學探究過程中實驗設計能力的培養

一、培養科學實驗設計能力的重要性

實驗設計是激發學生的學習興趣。學生根據自己所學的科學知識和實驗技能，獨立地或在教師啟發下，設計出各種實驗方案，成功地解決實驗問題，從而產生成功后的喜悅，激起更大的學習熱情，成為進一步學習的強勁動力。實驗設計可以培養學生的創新精神和實踐能力。實驗設計需要學生靈活地創造性地運用所學科學基礎知識和實驗基本技能，并從不同角度、不同層面，采用不同方法設計實驗方案，因而有利于學生創新精神和創新能力的培養和訓練。實驗設計不是憑空想象、主觀臆造的。在進行實驗設計時，要考慮設計方案的可行性和可操作性，在進行實驗設計時，學生除了應具備一定的科學知識和實驗技能外，還需要掌握各種科學方法，同時還必須對設計問題的每一個環節、每一種手段細致地分析研究和綜合比較，進而形成嚴肅認真、一絲不茍和敢于創新的精神。

二、對科學實驗設計能力的認識

科學實驗設計能力是指學生在實施科學實驗之前，根據一定的實驗目的和要求，運用有關科學知識與實驗技能，對實驗的儀器、裝置、步驟和操作方法等實驗因素進行規劃的能力。它具有較強的綜合性、創造性和靈活性等特點。(1)實驗設計的綜合性，是指實驗設計本身就是一個綜合運用所學科學知識與實驗技能，對實驗的儀器、裝置、步驟和操作方法等進行規劃的過程。在這個過程中，學生除了具備一定的科學知識和實驗技能外，還需要掌握各種科學方法，如觀察、測量、記錄、歸納整理資料、分析對比異同、抽象概括結論等。(2)實驗設計的創造性，是指通過實驗設計，可以充分發揮學生的聰明才智，讓學生運用自己所學知識，創造性地構思、設計解決問題的途徑和方法。(3)實驗設計的靈活性，是指學生在進行實驗設計時要具有應變能力，思維要靈活，對于要解決的問題，根據不同的實驗條件，可以設計不同的方案。

三、探究過程中實驗設計能力的培養

1. 重視實驗探究教學，提高科學實驗設計能力

與傳統科學實驗教學不同，在科學實驗探究教學中，學生不再是一味聽教師講、看教師做，而是圍繞教師提出的問題或創設的若干條件，做出假設并進行實驗證明。或者學生在教師指導下，通過觀察、尋找資料、了解科學問題的一些特征，設計科學實驗方案，進行實驗操作，對實驗的事實加以分析并做出結論。因而，學生學習的自主性得到加強，學習科學的興趣也將更濃。只要教師安排合理、引導恰當，必將有利于提高學生的科學實驗設計能力。

（1）創設情景，培養學生主動探究進行實驗設計的能力。在科學實驗教學中，教師應盡可能多地為學生創造進行科學實驗設計的機會，使學生在科學實驗設計的過程中，體會實驗設計的重要性，認識實驗設計應遵循的基本原則，掌握科學實驗設計的基本方法。如在講“大氣壓強”一節時，通過演示“水杯——厚紙片”實驗創設問題情境，使學生提出“厚紙片為什么不會掉下來”“是不是紙片粘住了杯口”“紙片是不是受到一個向上的力的作用”“如果受到向上的力的作用，那么這個力是誰施加給紙片的呢”等疑問。接下來，教師可以引導學生分析、討論，并進行假設，然后繼續引導學生設計以下實驗加以驗證：在塑料杯的底上鉆一個適當大的孔，先用塞子塞住(不能漏水)，再在杯中注滿水，蓋上厚紙片，用手按住厚紙片并倒轉塑料杯，放手后厚紙片不掉下來；然后，拿掉塞子，厚紙片就掉下來。由于學生參與了整個實驗的設計過程，因而不僅激發了學生的思維活動，提高了學生學習科學的興趣，而且培養了學生設計實驗的意識和自信。

（2）鼓勵學生對科學實驗設計方案進行交流、論證、反思和評價。教師應鼓勵學生積極參與科學實驗方案的設計活動，大膽地提出自己的設計思想，并主動與組內同學、與教師進行討論和交流，在討論、交流的基礎上形成組內共識，并與其他小組溝通。同一個科學實驗問題，可以設計出多種解決方案，在討論和交流的過程中，教師要鼓勵學生運用多種證據對自己的實驗方案進行論證，引導學生傾聽別人的設計方案和別人對自己的實驗設計方案的評價意見。通過反思和自評，發現自己與他人的長處以及存在的問題，提出進一步完善和改進的具體建議。

2. 培養實驗設計思路和方法，提高科學實驗設計能力

設計性科學實驗題就是一種對學生進行科學實驗設計訓練的有效方法。設計性科學實驗題一般可分為三種類型：(1)設計實驗方案。根據給定的實驗器材和實驗目的要求，由學生設計(或補全)實驗方案，并按要求完成實驗內容或進行某些測量。如：一只蓄電池的正負極標志已模糊不清，請你設計兩個原理不同的方案來判斷蓄電池的極性，要求畫出簡明的示意圖，簡要說出方法步驟。(2)設計實驗方法。根據給定的實驗目的以及一些附加條件，由學生設計實驗方法，并按要求完成實驗的有關內容或進行某些測量。如：在只有秤這種測量工具的情況下，請設計一個實驗來測出新鮮椰子內部的容積，寫出主要步驟及計算公式。(3)設計處理實驗數據。根據提供的實驗數據，由學生設計處理方法，求出實驗測量值并分析實驗誤差。

3. 運用課外實踐活動，提高實驗設計能力

課外實踐活動作為課堂實驗探究的延伸，對提高學生的科學實驗設計能力具有不可估量的作用。學生在課外小實驗、小制作等實踐活動中，為了達到解決問題的目的，需要查閱有關資料，尋找有關材料，運用學過的科學實驗設計知識和方法，設計出實驗方案，并通過實際操作驗證實驗方案的正確與否。如學習了水的密度、壓強和浮力等知識后，可以讓學生在課外利用身邊的材料，設計出一種測量液體密度的方案，并用該實驗方案測量出某種液體的密度，最后寫成實驗報告并與其他同學交流，評出最佳設計獎。這種做法不僅使學生在設計、制作過程中鍛煉了實驗設計和動手操作的能力，而且使學生在不斷失敗中體驗到設計成功的快樂，增強科學實驗設計的自信心。

科學實驗設計能力的提高需要一個過程，教師應根據科學實驗教學的內容特點、學生知識與技能的基礎和能力發展水平，有目的、分階段地制訂科學實驗設計能力的發展計劃。

（樂清市虹橋鎮一中）