設計性實驗對中職學生綜合技能的培養

阮仁長

摘 要：近年來，設計性實驗教學越來越受到中職學校的重視，很多教師在教學實踐中的體會也更加深刻。對較傳統物理實驗而言，設計性實驗對中職學生綜合技能的培養更加有利。本文首先闡述設計性實驗的特點以及中職學校開展物理設計性實驗教學的意義，接著提出培養學生綜合技能的設計性實驗教學策略。

關鍵詞：中職；設計性實驗；物理教學；綜合技能；學生培養

1 設計性實驗的特點及意義

顧名思義，設計性實驗就是讓學生依據自己設計的實驗方案去完成實驗。中職物理設計性實驗具備不同的要求和形式，站在知識要求的角度，它包括中職學生利用常用的儀器及已經掌握的知識來設計實驗、開拓知識并利用新科技設計實驗、開拓常用實驗儀器的新用法等；站在形式的角度，它包括原理性設計實驗、制作性設計實驗、操作性設計實驗等 [1 ]。設計性實驗介乎于實際科學實驗和基本教學實驗之間，是獨具初步科學實驗的教學實驗，通常是由實驗室把課題提出來，所以具備一定的綜合性、應用性，要求中職學生在充分理解基本的物理原理的基礎上綜合運用已學知識、技能及各種實驗方法、手段等自行設計出實驗方案，選擇實驗儀器，確定實驗方法，并完成實驗測試，最后寫出實驗報告。因此，設計性實驗具備較強的典型性、探索性、綜合性、應用性，要求學生具備實事求是的態度，為學生提供較寬闊的選擇余地與思考空間，能促使學生充分發揮出想象力，鍛煉學生的創新意識、合作意識，使學生能在物理實驗課題中獨當一面，是培養學生綜合技能的重要途徑之一。

2 設計性實驗培養中職學生綜合技能的教學策略

2.1 注重銜接，在設計性實驗中滲透元認知教學策略

在中職物理基礎性實驗中，學生們通常都是完全按照教材給出的詳細的物理實驗方法、步驟等來進行實驗的，而物理設計性實驗并不具備固定的實驗模式，實驗方法也是多變的，這導致學生很容易產生不適應之感。為更好地培養學生的綜合技能，教師需注重設計性實驗跟基礎性實驗之間的銜接，想辦法及時消除學生對設計性實驗的不適應 [2 ]。第一，中職物理教師在基礎性實驗教學的課堂上需有計劃、有意識地把實驗內容拓展開來，適當要求學生對一些簡單的實驗進行方案設計和創新，如測量密度的實驗是中職物理的基礎性實驗之一，教師可要求學生獨立設計出各種不同的實驗方案，或對實驗進行改進，努力提高測量密度的精度等。第二，教師應盡量避免對特定的物理實驗項目進行獨立授課，要充分重視實驗項目中理論知識跟原理的內在聯系，幫助中職學生找到物理量之間的相關性，從而完成實驗知識的遷移。第三，在基礎性物理實驗中，學生通常只會分析數據的測量誤差，導致學生在設計性實驗中忽視實驗精度的影響因素及重要性，需要教師鼓勵學生全方位分析誤差，為開展設計性實驗打下堅實基礎。當然，元認知對于中職學生綜合技能的培養也很重要，教師可在設計性實驗中加強對元認知教學策略的滲透，通過一些問題促進學生自主思考，促進學生轉變自己的元認知，想辦法去解決問題。

例如，在測量密度的設計性實驗教學的初始階段，教師向學生提問：你選擇該實驗方法的依據是什么？你選用該實驗方法要達到什么樣的預期測量精度？你是否充分考慮了全部的相關量？你選擇的實驗儀器是否充足？你是否已經把該實驗要用到的數據表格設計好了？對于分析實驗數據的方法你是否已經選定？在設計性實驗的實施階段，教師又向學生提問：實驗的結果跟理論是否符合？測量密度中產生的誤差是多少？產生密度測量誤差的原因你認為有哪些？哪些地方是密度測量實驗中能繼續改進的？通過對這些問題進行獨立思考，中職學生監控自己的元認知，從而能及時調節自己在實驗中的行為。根據學生給出的答案，教師能對學生的一些細節想法有一個更加細致的了解，能為設計性實驗的后續指導提供一些可靠的依據，從而促進培養學生的綜合技能。

2.2 分析因素，鼓勵學生們在設計性實驗中提出假設

當教師把物理設計性實驗題目確定出來后，就可要求中職學生利用課余時間查閱資料，并針對實驗要求提出各種假設。假設具體是指按照已有的參考資料、客觀存在的事實等對問題進行設想，并探討提出一種、多種可能出現的結論 [3 ]。假設需要學生在設計性實驗的條件和結果之間進行設想，是科學探究活動的重要特征之一。所以，教師要鼓勵中職學生大膽提出各種不同的、可能存在的假設。這一步驟對中職學生而言很具有挑戰性，因為它是一個很大的話題，能促使每一個學生都勇于去實現。根據假設，學生能初步擬定出設計性實驗的反應條件、裝置、操作步驟等，并列出實驗儀器清單，預測實驗將會出現哪些現象，哪些失誤是容易發生的，應當特別關注哪些安全性問題等，最后整理出一份相對完整的物理設計性實驗報告。當然，建立假設的前提通常都是一些理想的條件，只要沒有超出誤差允許的范圍，中職學生就能選擇出一個最佳的設計性實驗方案來提高物理實驗的精度，確保在充分利用既有的物理實驗條件的基礎上把設計性實驗變得更加簡易可行。

例如，在電容測量的中職物理設計性實驗中，教師鼓勵中職學生提出假設：

（1）選用我們常用的交流電橋測量法能否測量出電容？

（2）選用萬用表能否把準確的電容值測量出來？

（3）選用示波器能否測量出電容值？具體可分為幾種測量方法？能否通過對電壓峰值的測量來測量電容值？能否通過對LC振蕩回路的諧振頻率的測量來測量出電容值？是否可以選用測電壓、電路中電流的相位差來測量電容值？

通過小組討論，學生在設計性實驗中對各種假設的科學性、合理性進行驗證。

2.3 合作學習，讓學生在設計性實驗中相互觀察啟迪

在設計性實驗中，學生需親自動手實踐，此時教師要加強引導，努力為學生營造一個有序的、和諧的氛圍，通過合作學習和探究加強滲透合作意識，讓學生在設計性實驗中相互觀察和啟迪。在合作學習中，學生通過相互的討論與補充，不僅能體會相互學習的樂趣，還能更加完善地匯報實驗，能調動學生的參與意識、表現欲望等，從而激發出學生的合作意識，這對學生綜合技能的培養很有幫助。

例如，在牛頓第二定律的設計性研究實驗中，一些學生負責把氣墊導軌調平，一些學生選擇游標卡尺對墊片的厚度進行測量，一些學生分別負責讀數、計數，一些學生對測得的數量進行處理。學生們分工合作，以前對物理實驗袖手旁觀的學生也積極參與實驗。一些小組開展設計性實驗的進度不理想、不順利，此時教師也不必逐個講解，應給予學生充分的尊重和信任，只要把小組合作的作用充分發揮出來，各種問題都能迎刃而解。一些學生對于調平氣墊導軌的方法并不理解，導致調平失敗，于是組內其他學生親自演示，讓不理解的學生明白究竟錯在哪里，并及時得到糾正。所以，當學生在物理設計性實驗中遇到困難，通過小組相互協作不僅能成功完成實驗，還能充分體現出互幫互助、團隊協作對于創造和發明是多么重要。

設計性實驗結束后，教師、學生都應開展評價工作，以便更準確、更全面地體現出學生具備的個性特征及潛在的學習能力，并及時得到肯定[4]。學生們僅評價自己是遠遠不夠的，還應合理評價小組學生之間的合作，把學生真正變成參與評價的能動者。通過綜合評價，學生的主體性得到充分的發揮，學習動力被大大增強。在物理設計性實驗的教學中，教師要求學生對于他人的見解要注意傾聽，關注學生之間的相互評價，并根據學生在實驗中的具體表現來打分，表現突出的要及時給予鼓勵、表揚。如此一來，學習能力較強的學生會感到自己還能繼續提升，學習能力較差的學生會感受到來自小組的壓力，能促進合作，提高學習效率，從而對全體學生的綜合技能進行全面的培養和提高。

3 結語

設計性實驗是對中職學生綜合運用理論知識與實驗技能的一次檢驗，是訓練學生查閱資料、擬定方案、選擇儀器、測試數據、寫出實驗報告的一次良好的鍛煉機會。設計性實驗更注重調動學生的積極性、主動性，從而發揮學生的創造能力。在實際的教學過程中，中職物理教師應牢牢把握這一機會，找尋更多有效的設計性實驗教學策略，有效培養中職學生的綜合技能。

參考文獻：

[1] 汪良棟. 中職物理實驗教學的意義及開展方式[J]. 學子（理論版），2015（7）：81.

[2] 黃阿洋. 中職物理實驗分層次教學方法探究與實踐[J]. 經營管理者，2013（31）：338-339.

[3] 吳肖，熊建文. 物理設計性實驗中的學生實驗行為[J]. 實驗室研究與探索，2013（1）：108-110.

[4] 曾育鋒，李豐果. 以賽促改，物理設計性實驗教學探討與實踐[J]. 實驗技術與管理，2012（2）：165-169.