緒論：寫作既是個人情感的抒發，也是對學術真理的探索，歡迎閱讀由發表云整理的11篇實驗設計能力培養范文，希望它們能為您的寫作提供參考和啟發。

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學生和教師在課堂中始終是處于互動的狀態中，教師在培養學生實驗設計能力時要考慮學生實際年齡特點及認知規律，讓學生通過觀察、思考、分類、總結發現實驗合理性、可操作性以及實驗的效果。

如《校園中的植物》一課，學生往往在教師的陪同下了解校園中的各種植物，教師會適時要求學生觀察植物的根、莖、葉、花、果實的形態、大小、顏色等，學生始終處于被動，能力無法提高，教師不如就讓學生觀察，反問學生你要觀察什么？在這樣的問題下，學生會下意識地觀察植物各個器官，同樣也達成了觀察的效果，而且進一步促成學生實驗設計能力的養成，潛意識中形成實驗設計的意識。

教師在課堂中要以引導為主，讓學生多動手操作，在實驗中學會用自己的假設，設計實驗驗證結論。如《摩擦力》這一課，摩擦力的大小和什么有關？學生通過自己的生活經驗可以脫口而出，跟接觸面的粗糙程度有關，但是這只是一個方面，還有什么因素也會影響摩擦力呢？教師只要提供一個情景：推動講臺和課桌那個用的力氣大？學生自然會聯想猜測摩擦力的大小和物體的質量有關，通過設計實驗、模擬實驗來佐證自己的猜測。這其實就是實驗設計能力的養成以及科學素養的培養。學生在不知不覺中已經擁有了實驗設計的能力。

二、實驗環節意識缺失影響學生實驗設計能力

實驗的目的并不是完全為了得出所謂“正確的”結論，而是在實驗過程中養成科學習慣，了解科學研究的步驟。對實驗每一環節充分地認識其實就能有效提高學生實驗設計的能力。在教學活動中教師有時忽略了讓學生設計實驗這一環節，而是直接讓學生上手進行實驗，課堂看似非常熱鬧，但是細細推敲這樣的活動就缺少了目的性。學生對于活動的任務不明確，計劃不充分，實驗過程就會流于形式或者活動雜亂無章。

如《水和冰》一課，水在凝固成冰的過程中溫度是會逐漸下降、保持、繼續下降，并且每個階段溫度下降的速率也是不一樣的。為了能記錄這些溫度變化的過程，必須要確定記錄的時間間隔，教師直接出示了實驗的要求，盡管學生在整個實驗中執行力很強，實驗效果也不錯，但是學生在活動中并沒有提升自己的實驗設計能力。這樣的實驗課學生的設計能力、科學意識和科學素養并沒有提高。

所以在指導學生設計實驗時教師更應該注意自己在課堂中引導者的身份，把生本主義放在心間，以學生的發展、能力的養成為主要目的。除了注重實驗的環節外，更應該創設較為開放的課堂環境，不要害怕課堂會因為學生實驗設計的討論影響了整節課原有的設置和安排，其實正相反，學生對于實驗的自主設計正是本堂課的亮點。

三、課堂師生本質交流加速學生實驗設計意識

實驗課的實驗要求是完成實驗的前提，但是實驗要求的讓學生明確的方法有很多，可以是教師直接出示，學生按照實驗的要求進行實驗，從實驗的過程來看，學生主動參與了實驗，但是從本質來看，學生的思考能力并沒有因此得到提高。在師生的本質交流中得出實驗方案更能增強學生實驗設計的意識，對于實驗操作更能領會，實驗設計的目的更為了解。

如2013年全國小學自然優質課展評活動中來自廣西南寧的鄧超老師執教的《在星空中》一課，學生對于北斗七星知之甚少，僅限于七顆星組成的形狀，那么就利用學生對于北斗七星僅有的這些前概念來建構水平方向上七星的模型。再進一步，這七顆星離地球的距離是不同的，如何構建這七顆星的方位，是需要學生通過計算，測量大概距離，構建準確七星模型，進行擺放的，這個過程教師并沒有過多的要求，而是適時點撥，和學生有效交流，學生通過與教師交流得出建模實驗的方案，在小組內有效實施方案，實驗成功，而且在此過程中學生的實驗設計意識得到提高，部分學生也擁有了實驗設計的能力。

四、有效實驗材料的選擇促進學生實驗設計能力的養成

實驗課必然需要實驗材料來支撐，而實驗課的效果很大程度上也是由使用的材料決定的。在材料的選擇上，教師需要花足夠多的心思，有效的實驗材料是可以給予學生在思維上引導和提示作用，這比教師講述復雜的實驗要求有效很多，也能較好地激發學生對于實驗的理解，即實驗設計能力。

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如《水和冰》一課，水在凝固成冰的過程中溫度是會逐漸下降、保持、繼續下降，并且每個階段溫度下降的速率也是不一樣的。為了能記錄這些溫度變化的過程，必須要確定記錄的時間間隔，教師直接出示了實驗的要求，盡管學生在整個實驗中執行力很強，實驗效果也不錯，但是學生在活動中并沒有提升自己的實驗設計能力。這樣的實驗課學生的設計能力、科學意識和科學素養并沒有提高。所以在指導學生設計實驗時教師更應該注意自己在課堂中引導者的身份，把生本主義放在心間，以學生的發展、能力的養成為主要目的。除了注重實驗的環節外，更應該創設較為開放的課堂環境，不要害怕課堂會因為學生實驗設計的討論影響了整節課原有的設置和安排，其實正相反，學生對于實驗的自主設計正是本堂課的亮點。

二、課堂師生本質交流加速學生實驗設計意識

實驗課的實驗要求是完成實驗的前提，但是實驗要求的讓學生明確的方法有很多，可以是教師直接出示，學生按照實驗的要求進行實驗，從實驗的過程來看，學生主動參與了實驗，但是從本質來看，學生的思考能力并沒有因此得到提高。在師生的本質交流中得出實驗方案更能增強學生實驗設計的意識，對于實驗操作更能領會，實驗設計的目的更為了解。

如2013年全國小學自然優質課展評活動中來自廣西南寧的鄧超老師執教的《在星空中》一課，學生對于北斗七星知之甚少，僅限于七顆星組成的形狀，那么就利用學生對于北斗七星僅有的這些前概念來建構水平方向上七星的模型。再進一步，這七顆星離地球的距離是不同的，如何構建這七顆星的方位，是需要學生通過計算，測量大概距離，構建準確七星模型，進行擺放的，這個過程教師并沒有過多的要求，而是適時點撥，和學生有效交流，學生通過與教師交流得出建模實驗的方案，在小組內有效實施方案，實驗成功，而且在此過程中學生的實驗設計意識得到提高，部分學生也擁有了實驗設計的能力。

三、有效實驗材料的選擇促進學生實驗設計能力的養成

實驗課必然需要實驗材料來支撐，而實驗課的效果很大程度上也是由使用的材料決定的。在材料的選擇上，教師需要花足夠多的心思，有效的實驗材料是可以給予學生在思維上引導和提示作用，這比教師講述復雜的實驗要求有效很多，也能較好地激發學生對于實驗的理解，即實驗設計能力。

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學生的實驗設計能力需要很長的時間和多次的訓練才能培養出來，因此教師應對設計過程加以引導，以學生的接受能力和認知度來確定具體的培養方案，在進行一項實驗設計之前，先要了解即將完成的實驗的目的，以免實驗沒有側重點．由于一項實驗會涉及許多的數據變量且可能取得多個實驗結果，所以確保實驗結果與所學知識相關是首先要做到的事．其次，在了解變量過程中，必然要求了解實驗原理及相關知識，生物與化學有知識交叉環節，在用一些實驗元素、現象的形成知識方面應進行掌握，如二氧化碳、水的形成等原理，只有了解原理才能決定實驗是否能夠按照正確的軌道走，也是科學的實驗操作的依據．在實驗中選取自己所需，了解實驗最終目的，對實驗流程透徹且懂得實驗的原理，是實驗設計進行的基本前提．

2．選擇實驗材料，注重變量分析

生物實驗的設計不能盲目，在材料的選取方面有一定的規律，以證明原理、發現實驗現象為目的的實驗一般所選實驗材料都應便于觀察、易取材、易于操作以及符合實驗原理和目的，避開危險的材料，必要的話轉而用安全的材料進行代替．材料的正確選取能夠有效地防止實驗錯誤，提高效率．在材料或實驗過程中總會有各種變量出現，實驗中的變量一般為自變量及因變量，為保證實驗效果明顯且數據真實，應將變量進行嚴格控制并做好記錄，使實驗結果更加準確，確保可信度．

3．對實驗器具和步驟進行安排

學生的生物實驗設計需要學生自主考慮到實驗可能發生的方方面面，因此對實驗步驟進行安排是十分必要的．實驗前后要緊密結合，每一步驟都要講求科學合理和原則性，同時要體現生物知識內容．在頭腦中對實驗概況有一個清晰的準備之后，要求學生對實驗器具裝置進行設置，嚴格按照先前制定的實驗步驟，對實驗裝置進行必要調整、了解器材的用途，防止發生技術錯誤．如研究植物細胞質壁分離與復原的實驗，一定階梯濃度蔗糖溶液的配制即為實驗前提的必要材料準備，準確的為實驗做好相關準備，排除實驗的危險性和錯誤隱患．

二、學生實驗設計的原則

首先選取實驗主題是要遵循實驗的可行性原則，盡管“實踐是檢驗真理的唯一標準”，但是對于一些原材料不易獲取或抽象的實驗題目，如探究甲狀腺激素的促進發育實驗，沒有能夠實驗的材料或實驗不易達成，就應避免實驗設計．第二，實驗設計過程要嚴格遵守原理，以理論作為實驗進行的向導，不能盲目實驗，講求實驗依據．第三，對于一些實驗藥品、材料應確保其安全性，若排除不了發生爆炸等危險后果的可能，應不采取此類研究課題．第四，以簡單易行作為實驗的首選，從實驗材料到實驗步驟，盡量選取費力少、效果明顯的實驗器具和操作流程．

三、對高中學生生物實驗設計能力的培養方法

培養實驗設計能力之初，師生應共同樹立正確的思想觀念．應意識到失敗是成功之母，學生的生物實驗設計能力的培養不可能一蹴而就，教師應做好循序漸進的準備．實驗是證明和證實原理的重要手段，但是首先要將課業知識融會貫通，理論與實際相結合是最好的方法．在進行一項實驗設計之前，對所學內容的部分應講通講細，使實驗有據可憑．其次，教師應激發學生對實驗設計的濃厚興趣，“興趣是學生最好的老師”，培養學生的實驗設計能力十分重要，屬于高中生物教學大綱重視的一部分，因此要培養學生的探索和求知欲望，鼓勵其主動發現和尋找問題．教師在起初實驗教學演示階段也應對學生思想進行側重引導，拋磚引玉，使學生效仿實驗設計的流程，逐漸培養能力，同時學生應積極參與實驗教學中．再次，培養學生的主觀思維能力，對一項實驗課題進行自主設計需要學生動腦思考，對實驗流程進行周密安排，因此鍛煉思維能力、激發學生創造力具有十分重要的現實意義．完全依靠課本不是開發學生能力的正確方法，對課本實驗內容進行借鑒，舉一反三進行創新，是培養的最終目的．

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1 進行化學實驗設計的基礎

首先，讓學生掌握一定的化學基礎知識和化學實驗的基本操作。這就要求學生熟悉常見元素化合物的性質以及常見物質的制備原理與方法，掌握中學化學常見儀器的規格、用途及使用注意事項。同時在平時的課堂教學中，教師還要盡量引導學生積極參與課堂演示實驗和分組實驗，使每個學生都有動手操作的機會，從而不斷提升他們的動手能力。只有具備了以上條件，才能更好地進行化學實驗的設計和探究。

其次，讓學生掌握化學實驗設計的一般步驟，才能保證實驗設計有條不紊的進行。化學實驗設計一般包括以下幾個步驟：①確定研究內容；②根據內容，設計實驗方案；③研究討論實驗方案是否可行；④依據方案進行實驗；⑤分析和評價實驗方案；⑥確定最佳實驗方案。

第三，在平時的教學中，注重培養學生的思維和創新能力。多數情況下，對于我們要探究的內容都可以設計出多種不同的實驗方案。這就要求我們學生必須具備一定的思維能力，同時要敢于創新，通過獨立思考、探索展現自己個性的實驗方案。

第四，在實驗方案設計的過程中進行適時指導。

2 實驗方案設計的環節

實驗方案的設計對學生各方面能力要求都較高，這就需要教師在熟悉學生的實驗知識水平和設計能力的情況下，具體指導學生實驗方案設計的每一個環節。

2.1 創設問題情景，引導學生發現問題

“實驗設計方案”的題材越新穎，越易引起學生探索的興趣和欲望。所以，在教學中教師要善于為學生創設問題情景。如在學氧化碳的性質時，教師可以向學生演示“一個游客帶著一只小狗進入某個久未有人進入的山洞后，小狗倒地暈倒，而游客卻沒有問題”的視頻片斷，學生在觀看后，產生了問題：“洞內有什么氣體？這些氣體有什么性質？”同時也就確定了研究內容――二氧化碳的性質。

2.2 指導學生分析研究內容，設計實驗方案

確定研究內容后，教師要適當引導學生分析所研究的內容，從實驗的目的、原理、實驗藥品、儀器、裝置、實驗操作、實驗結果的處理等方面進行指導，以幫助學生設計出合理的實驗方案。如：在二氧化碳的實驗室制法的實驗設計中，教師可以提供一些備選的實驗藥品和儀器，并引導學生分析原有氫氣和氧氣的制法以及3種氣體性質的異同，通過對比分析來設計實驗室制取二氧化碳的實驗方案。學生通過對比分析，不但設計出了實驗室制取二氧化碳的方案，同時也對同類氣體的實驗方案設計有了更深的理解。

2.3 分析討論，研究方案的可行性

形成初步的實驗方案后，教師可與學生一起從理論方面、實驗操作方面等進行討論，反復修改，確認最終實驗方案并實施。如在驗證質量守恒定律的實驗設計中，學生設計出磷在密閉容器中燃燒、鎂帶在空氣中燃燒、用硫酸銅溶液和氫氧化鈉溶液反應、稀鹽酸和碳酸鈉粉末反應等實驗方案，教師既要引導學生分析各個方案的理論正確性，又要引導學生分析自己的實驗方案是否能完成，是否能達到驗證質量守恒定律的目的。如果達不到目的，應該怎樣改進，以確保學生的實驗方案確實可行。

2.4 依據方案，進行實驗

實驗過程中，教師要留意每一組學生的實驗情況，并根據具體情況作具體指導。要提醒學生在實驗過程中仔細觀察，及時記錄，并對實驗中出現的問題認真思考，分析原因，然后采取相應的措施，進行必要的改進，逐步培養學生科學的實驗態度和探究精神。如在空氣中氧氣含量的測定實驗中，學生的錯誤操作會導致實驗失敗，教師要從紅磷的用量、關閉和打開止水夾的時間、實驗現象的觀察等方面進行指導，以保證實驗順利完成。

2.5 指導學生分析、評價實驗方案

實驗完成后，教師要及時指導學生對實驗方案的優點和不足進行分析和討論。例如，實驗方案設計的步驟和方法是否完善，實驗設計的內容是否全面，實驗內容是否有針對性，實驗操作理論是否正確，實驗操作是否簡單易行安全可靠，實驗成本是否經濟合理等。

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傳統實驗與設計實驗

中學生所做過的絕大多數科學實驗都是教材中預先設計好的實驗。學生只是通過實際操作，觀察一下實驗現象，得出事先已確定的結論。這各實驗，我們稱之為傳統實驗。現行科學教材中安排的實驗對學生形成、理解、鞏固所學的科學知識有一定的作用。但由于實驗安排始終處于概念理論的領隊地位，僅僅作為驗證科學知識的手段，而缺乏對知識信息作縱向和橫向的反饋，因此有可能阻礙學生創造思維的發展，不利于能力的培養。

與傳統實驗相對應的是自己設計實驗，這種實驗只給出實驗目的，由學生自己設計實驗方案、選擇實驗器材、藥品、確定實驗步驟、分析實驗結果。設計性實驗是傳統實驗的延續和發展，是克服學生普遍存在的理論高分，實驗低能的有效手段。實驗設計是一個動手動腦、培養學生多方面能力的過程，是尋方治病的過程。在實驗設計過程中常常會有出人意料的實驗現象和心理感覺，學生興趣盎然。同時也會遇到挫折和失敗，這也是對學生進行挫折教育、發展學生非智力因素的一種有效手段，這也是我們現代教育中所必須的。

實驗設計的定義界定和作用

實驗設計是根據實驗課題所提出實驗目的，讓學生在已有的科學知識和實驗技能技巧的基礎上，選擇恰當的實驗方案來解決問題的過程。實驗設計的課題一旦提出，學生作為認識主體必定要經歷思考步驟（想法）和操作步驟（做法）兩個科學認識過程。即首先需要分析課題所希望得到的科學事實是什么，再依次選取欲得到這些事實應采取的正確方法，所使用的儀器設備，應控制的外界條件，對實驗結果的分析評估等等，這一系列的思考步驟為認識主體指明和制定了正確的認識方向和道路，是主體順利達到科學認識目的的主觀手段和工具。而作為操作步驟則為主體提供具體的行為方法途徑，是主體順利達到科學目的的現實手段和工具。因此，實驗設計這一方法的實施恰恰就是借助于問題情境下，思考步驟和操作步驟兩方面的強化實踐，使學生在科學知識的學習中有效地提高解決問題的能力，從而有效地落實中學科學教學大綱中所提出的“要重視能力培養和科學方法教育”的要求。

實驗設計能力的培養目標

對實驗原理、方法、裝置的進一步完善，會提出改進意見；

對于給出的各種方案，能分析和優選出最佳實驗方案； 綜合運用已學過的科學基礎知識和實驗基本技能，根據確定的實驗目的，自行設計科學實驗方案，驗證結論，得出規律，探索新知識，解決新問題。

實驗設計推廣存在的難題

1．由于僅限于現行科學教材實驗進行探討，缺乏對國內外各種有關資料的收集、驗證和篩選工作，因此從培養學生素質的高度來看，尚缺乏整體研究。

2．升學率的牽制，大面積推廣受阻。

3．課時安排，老師的能力及實驗室的配置也存在矛盾。

盡管如此，鑒于實驗設計這一教學方法對提高學生解決問題能力的實際作用，它應該是科學實驗教學方法的改革方向之一。

實驗設計試驗的幾點說明

1．在平行班中進行試驗，結果是試驗班與對照班相比，學生的自學能力、思維能力、觀察能力、動手能力及意志品質等方面均強于對照班。中考中試驗班的同學實驗題失分率明顯降低。

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初中生的初步實驗設計能力指的是在探究學習過程中，學生按照一定的實驗目的，為自己的實驗學習選擇最恰當的探究方式和所需的器材工具，采用適當的物理知識和實驗技巧，對其進行靈活、綜合的運用，并擬定出具備可行性方案的能力。這不僅需要學生具備創新意識，而且還要扎根于厚實的專業基礎之上。

1.物理初步實驗設計能力培養原則與策略

1.1培養原則

初步實驗設計能力培養原則的確立能夠為教學效果的實現奠定基礎。首先是循序漸進，教學工作中必須遵循知識教學邏輯，要充分考慮到學生自身的心理發展順序，讓學生能夠更加有序的、系統完整的接受學科教育，促進身心健康發展。在教學中不可以急于求成，要慢慢的潛移默化，讓學生邊學邊用，體會知識的樂趣，階段性的解決學術中的難題。第二個是因材施教的原則，從學生的實際情況出發，讓教學層面的深廣度以及進度都能夠符合學生的知識能力水平，充分結合學生的個性特點，讓學生的才能品行都能夠充分發展。第三為激勵性原則，作為一種動力因素的存在，教師要爭取能夠利用多種方式去激勵學生獲得前進的動力，逐步形成熱愛學習的習慣，挖掘學生潛能，提高教學的實際質量，加快培養人才的步伐。第四為主體性原則，充分強調教師的主導作用，進而引導主體人員——學生，學會充分結合社會環境以及自然環境的有利因素，放心嘗試，主動進行探索追求，同時尊重學生在學術思想上的無限追求和創造力，教會其如何去獨立思考。最后為反饋內化原則，學生在教師的引導下認識到自身在學習及其它活動中的表現，再通過參與和選擇，不斷將教師的要求轉變為自身的一種自覺行為，獲得持續性的發展。

1.2教學策略

實驗設計環節是物理實驗當中最為高級的層次，同時也是學生探索新知識的最佳途徑。教師可以幫助學生創造更多實驗設計的機會，體會到設計的重要性所在，認識最基本的原則，掌握具體的設計方法。可以從加強開展實驗探究教學開始，充分利用課本中出現的探究性實驗案例，不再是一味的跟從教師的思路走，學生可以適當活用自己所掌握的知識，或者將某些屬于驗證性的實驗轉化為探究性實驗，到處找實驗內容。

例如對于二力平衡的條件探索、阿基米德原理等的實驗。將驗證性變為探究性，不斷擴大學生的實踐空間、提高思維分析能力。教師也可以主動將一些疑難問題，列為探究性實驗的主要內容。在解答某些較難理解的問題時，如果具備探究的條件，可以讓學生嘗試設計方案來動手進行實踐，通過分析歸納最后得到結論，對于學生來說是一種能力上的提高。也可以將生產或者生活的具體素材投放到實驗教學中來，物理學科本來就來源于生活，回到生活也是理所應當，讓學生在生活中走進物理。不斷規范實驗設計的思路，教師要充分挖掘教材資源，教授學生分析設計的方法，有意識的將規范性的設計方案交與學生。把握好實驗設計的基本原則問題，不僅需要科學的思維能力，還要掌握正確的方法步驟，最后還要用精準的語言來描述現象的發生，記錄下所有的一切。

此外也要培養良好的品質思維，此為核心環節。可以通過一些實驗解決新奇現象來激發學生的發散思維，舉一反三、一題多變，要逐步培養學生的邏輯縝密與思維收斂。同時，也要不斷地規范學生的物理用語，教師最初就要使用規范的語言，而學生也要在潛移默化的條件下，提高答題規范的能力。

2.物理初步實驗設計能力培養的實踐分析

案例舉隅：《歐姆定律》

教學目標：掌握電壓電流表測量技術，認識電流、電壓以及電阻三者的關系，學會收集數據并對數據進行有效的分析。

教學器材：開關、電流電壓表各一個、滑動變阻器、不同規格的電阻器各一個、干電池若干、導線若干、多媒體PPT課件、投影儀。

教學設計：從“如何讓燈泡發光或者變暗”的問題入手，引導學生主動進行實驗探索，激發學生進一步學習的欲望。讓學生合理猜想電流、電壓以及電阻三者之間的關系。教師提示：針對物理問題，僅靠猜想是不行的，應該勇敢進行實驗、進行驗證，教會學生采用控制變量法來進行實驗。此后進行實驗設計環節，詢問學生需要準備什么實驗的器具，保持什么要素不變，如何改變電阻兩端的電壓。利用投影顯示出滑動變阻器的作用，畫出起先準備好的電路圖。繼續圍繞該電路的形式，探討能否進行電流與電阻的探究，根據學生各自設計的方案，表格填寫完整，將所有數據如實記錄。接著是交流討論的時間，教師通過投影展示學生們的實驗數據以及圖像，分析實驗結果。實驗應用表格如圖1、圖2所示：

（圖1：探究電流與電壓的關系）（圖2：探究電流與電阻的關系）

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[中圖分類號]G623.8[文獻標識碼]A[文章編號]10079068（2017）12008301

小學科學是以探究為基礎的學科，主張兒童要像科學家一樣研究科學。而科學家在研究科學時一般是先假設，再設計實驗驗證，最后形成結論。也就是說學生要具有實驗設計能力和操作能力。其中設計能力的培養，是讓W生學會設計的方法，培養學生提出問題、分析問題、解決問題的能力以及創新意識。但是，在教學中學生對要研究的問題有了猜測之后，設計實驗時都比較急躁，不能深入思考，設計出來的方案創新性和操作性都不高。還有些學生根本不參與設計，完全靠別人的方案進行實驗。在此情形下，我們教師應如何組織教學呢？

一、創造探究氛圍，激發設計興趣

在實驗設計教學中，我們教師首先要創設一種和諧的氛圍，讓學生善于思考、勇于發言。小學生有自己的年齡特點和思維特點，在引導時教師要從學生身邊常見的、熟悉的現象入手。只有學生對即將探究的實驗內容心生疑惑，才會去自發思考、自主設計，對問題的思考才會深入。

如在教學《螞蟻》時，教師可以在探究活動前布置任務讓學生思考如何觀察螞蟻（主要解決螞蟻亂爬的問題）。質疑是最佳的學習動力，這一任務的設置可以幫助學生更好地明確實驗目的，更快地設計實驗方案，觀察更加地仔細。像這樣明確實驗目的后自發的實驗設計，擺脫了傳統實驗教學中學生實驗設計模式僵化的局面，使學生能全方位地參與實驗設計，制訂出自己的實驗方案，提高了學生的創新思維和探究能力，也為后續的探究實驗提供了保障。

二、立足課堂實驗，培養設計能力

小學科學教材中對學生實驗設計的基本原則和教學方法等沒有專門的系統闡述，但是教材把它們隱含在了課堂實驗和科學發展史中。作為教師我們應善于發現這些隱含信息，幫助學生了解和掌握實驗設計的理論知識和實際運用，開發學生的設計能力，挖掘學生的創新思想。

在教學時，可以讓學生利用課本實驗進行簡單的實驗設計，在初步的“模仿式”設計中訓練學生的思維方式，為實驗設計的可操作性、可成功性奠定良好的心理基礎。比如在 “綠豆的發芽實驗”中，可以讓學生自己選擇變量因素：水分、溫度、陽光等，這樣學生的選擇面廣，實驗的難易程度可調，符合“優秀學生有挑戰、普通學生有信心”的要求。通過這種課堂實驗的“模仿式”設計，可以讓學生更多地體驗實驗設計的過程，提高其設計能力，還可以促使學生主動參與科學探究。

三、貼近生活實際，設計課外實驗

在小學科學教材中，出現了許多探究實驗，由于課堂的局限性（時間、空間等）只能研究某一方面，學生不能系統地理解科學。這時，我們教師可以利用網上作業、科技活動等平臺，讓學生繼續探究。這些課外實驗既改變了原有教學的封閉狀態，又改變了原有教學的互動方式。

如在學習 “溶解” 這一單元知識時，我們可以通過網絡平臺布置課外實驗。比如“白糖和食鹽在水中溶解能力的比較”這一問題，可以由學生先提出猜測，再自主設計不同的方案來驗證之前的猜測。教師對學生的實驗設計等過程不做干涉和限制，可以讓學生從不同的角度去思考問題，找出解決問題的多種方案。除此之外，只要是學生熟悉的、感興趣的問題，我們都可以放手讓學生去設計、探究，引導學生采用不同的設計方案，從而切實提高學生的實驗設計能力。

四、綜合多元評價，提高設計能力

為了切實提高小學生的實驗設計能力，我們教師要及時對學生的實驗設計進行評價，而且學生的實驗設計活動中應該一直貫穿著評價。我們要清楚評價的目的在于診斷學生已有的能力水平及存在的問題，改善教學質量和提高學生相關能力，要擯棄以往過分重視成績的評價系統。

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一、高中生物的實驗設計前提過程

1.了解實驗目的、內容及原理

學生的實驗設計能力需要很長的時間和多次的訓練才能培養出來，因此教師應對設計過程加以引導，以學生的接受能力和認知度來確定具體的培養方案，在進行一項實驗設計之前，先要了解即將完成的實驗的目的，以免實驗沒有側重點。由于一項實驗會涉及許多的數據變量且可能取得多個實驗結果，所以確保實驗結果與所學知識相關是首先要做到的事。其次，在了解變量過程中，必然要求了解實驗原理及相關知識，生物與化學有知識交叉環節，在用一些實驗元素、現象的形成知識方面應進行掌握，如二氧化碳、水的形成等原理，只有了解原理才能決定實驗是否能夠按照正確的軌道走，也是科學的實驗操作的依據。在實驗中選取自己所需，了解實驗最終目的，對實驗流程透徹且懂得實驗的原理，是實驗設計進行的基本前提。

2.選擇實驗材料，注重變量分析

生物實驗的設計不能盲目，在材料的選取方面有一定的規律，以證明原理、發現實驗現象為目的的實驗一般所選實驗材料都應便于觀察、易取材、易于操作以及符合實驗原理和目的，避開危險的材料，必要的話轉而用安全的材料進行代替。材料的正確選取能夠有效地防止實驗錯誤，提高效率。在材料或實驗過程中總會有各種變量出現，實驗中的變量一般為自變量及因變量，為保證實驗效果明顯且數據真實，應將變量進行嚴格控制并做好記錄，使實驗結果更加準確，確保可信度。

3.對實驗器具和步驟進行安排

學生的生物實驗設計需要學生自主考慮到實驗可能發生的方方面面，因此對實驗步驟進行安排是十分必要的。實驗前后要緊密結合，每一步驟都要講求科學合理和原則性，同時要體現生物知識內容。在頭腦中對實驗概況有一個清晰的準備之后，要求學生對實驗器具裝置進行設置，嚴格按照先前制定的實驗步驟，對實驗裝置進行必要調整、了解器材的用途，防止發生技術錯誤。如研究植物細胞質壁分離與復原的實驗，一定階梯濃度蔗糖溶液的配制即為實驗前提的必要材料準備，準確的為實驗做好相關準備，排除實驗的危險性和錯誤隱患。

二、學生實驗設計的原則

首先選取實驗主題是要遵循實驗的可行性原則，盡管“實踐是檢驗真理的唯一標準”，但是對于一些原材料不易獲取或抽象的實驗題目，如探究甲狀腺激素的促進發育實驗，沒有能夠實驗的材料或實驗不易達成，就應避免實驗設計。第二，實驗設計過程要嚴格遵守原理，以理論作為實驗進行的向導，不能盲目實驗，講求實驗依據。第三，對于一些實驗藥品、材料應確保其安全性，若排除不了發生爆炸等危險后果的可能，應不采取此類研究課題。第四，以簡單易行作為實驗的首選，從實驗材料到實驗步驟，盡量選取費力少、效果明顯的實驗器具和操作流程。

三、對高中學生生物實驗設計能力的培養方法

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近年來，大家開始側重讓學生進行實驗設計，考查學生的實驗能力、思維能力和創新能力，以及進行科學實驗的思想和方法。在日常科學課堂教學中，部分的實驗教學雖然重視培養學生的實驗能力，但一部分教師把實驗能力的培養等同于單一的實驗操作技能的培養，很少讓學生獨立進行實驗設計，或者說實驗設計能力的培養缺乏系統性。培養學生實驗設計能力是減輕學生負擔、提高教學質量、培養創新能力、提升科學素養的重要途徑。

一、現狀分析

在小學科學課堂中，學生普遍存在實驗設計能力不強的問題，究其原因，主要存在于以下幾個方面。

1.科學教師師資問題制約著實驗教學

在小學，首先要保證語數外三門主課的師資；其次要保證音體美三門專業性較強的副課的師資；而科學、思想品德這幾門被認為專業性不強的“副課”，50%～70%由主課教師兼職，部分學校專職科學的教師偏少。兼職教師精力有限，在科學知識、科學技能等方面并不是很專業，因此在教學中，這部分教師更關注結果，而不注重探究的過程，更不會去培養學生的實驗設計能力。

2.科學教師課程理念沒有完全轉變

對教師而言，課堂教學就必須給學生自由的空間，依據學生的志趣、才能、資質和特長，尊重學生個體的差異性、獨特性、創造性，鼓勵學生自由探索，大膽猜測，大膽質疑，敢于發表不同意見，甚至是異想天開。但很大一部分教師還沒有完全擺脫“以知識為中心”的課程觀念的束縛，還沒有完全建立以全面提高學生的科學素養為宗旨的教學觀念。因此，在課堂中，實驗教學往往匆匆而過，實驗設計等不到關注。

3.學生實驗訓練時間得不到保證

實驗設計包括提出問題、作出假設、制定計劃、實施計劃、得出結論、表達與交流等方面，過程長環節多。科學學科在小學階段每周只有2～3課時，一節課留給實驗探究環節的時間并不是很多，老師在上課時要求學生在較短時間內完成，有時教師為了得到正確結論，不愿花費很多時間讓學生自己去設計，大多時候是模仿做一下算了，得到結論就可以了。這樣一來，實驗教學經常匆匆而過，學生的實驗設計能力自然難以提高。

4.學生缺少實驗成功的體驗

良好的學習環境要為學生創造成功的機會，培養成功心理，讓學生多點成功的體驗，減少失敗的負面影響，鼓勵進步，增強信心。但目前的教學環境下，部分老師有一種誤解，經常要求實驗設計面面俱到，學生很難取得成功、很難獲得老師的表揚。長此以往，在多次失敗的打擊下，學生就會對實驗設計產生厭倦、害怕甚至對抗的心理。在這種消極情緒的支配下，又怎能提高學生設計科學實驗的能力呢？

二、培養策略

學生實驗設計能力的培養是一個長期的過程，教師要轉變自己的課程觀念，明確培養學生實驗設計能力的重要性，把新的課程觀念轉化成教學行為。筆者經過多年的實踐，總結了一些經驗，認為培養學生實驗設計能力可以從以下幾個方面進行。

策略一：學會提出問題和確立目標

1.問題意識

要培養學生的自主設計實驗方案，教師首先要學會如何通過適當的情景、矛盾的沖突、知識的遷移等形式，啟發學生敢于質疑，引導學生學會質疑，培養學生提出科學問題的習慣，讓學生敢問、愿問、會問，提出的問題有科學性、研究性。

如，教學“空氣中有什么”，上課時教師點燃蠟燭，并用空杯子倒扣使它慢慢地熄滅，讓學生認真觀察這一過程，并思考：“對剛才的現象有問題嗎？”學生紛紛舉手：“蠟燭為什么會熄滅？蠟燭為什么是慢慢熄滅，而不是一下子熄滅？”他們七嘴八舌，很想通過實驗來解決問題。這樣一來，有了問題就有了解決問題的欲望，就想設計一個實驗來做給大家看。在實驗過程中，學生又會產生新的問題：“水為什么會上升？燃燒用去了多少氣體？”

2.目艘饈

實驗目標是實驗的出發點，也是實驗的最終歸宿。沒有明確的實驗目標，實驗教學成了無本之木，難以達到預期的效果。在教學中，引導學生對所提出的問題進行比較和評價，從而篩選出有價值的問題，使后續的猜想與假設有明確的對象和目標。

如，在教學“空氣中有什么”時，當學生看到教師的演示實驗，把空杯子倒扣在蠟燭上，蠟燭慢慢熄滅，學生提出了很多問題，其中很多問題和今天上課的內容一下子聯系不起來，教師可以接著啟發學生：“有辦法使蠟燭不熄滅嗎？”有學生說：“把杯子稍微抬高一點，讓空氣流進去？”還有學生說：“在杯子頂部鉆個小孔。”教師可以引導：“你們認為蠟燭燃燒和空氣有關嗎？空氣能幫助蠟燭燃燒嗎？空氣中到底有什么呢？”這樣一來，大家目標就很一致了，學生探究欲望也被激發了。

策略二：學會文本的“學習”和“模仿”

1.解讀文本

現行的小學科學教材有著大量的文本信息，同時還有各種插圖。如何有效地處理這些文本信息直接關系到學生對科學知識的接收、吸收、消化與運用。文本信息處理得當，科學課堂如虎添翼。

篇（10）

新教材的實驗以探究為主，著重培養學生的自主學習能力。培養學生的生物設計實驗能力，是中學生物新課標明確提出的培養學生的觀察能力、思維能力、實驗能力和自學能力等四種能力之一。生物實驗設計能力既是實驗能力的重要內容，也是實驗能力的最高層次，其本身具有較強的綜合性、創造性和靈活性等特點。

二、實驗設計的基本原則

1.科學性原則

科學探究的過程本身就是科學，并不是說研究的結論才是科學。因此，在實驗設計中必須有充分的科學依據，把方方面面因素考慮周全再設計實驗，從而保證實驗設計比較全面、科學，充分體現了邏輯思維的嚴密性。

2.單因子變量原則

實驗變量，或稱自變量，指實驗假設中涉及的給定的研究因素。反應變量，或稱因變量，指實驗變量所引起產生的結果或結論。遵循單因子原則，既便于對實驗結果進行科學的分析，又增強實驗結果的可信度和說服力。

3.對照性原則

篇（11）

在素質教育的全面推進的背景下，大力倡導中學生學生創新精神與實踐能力培養的“研究性學習”正日益受到人們的關注，成為當今教育理論研究和教育改革的一大亮點[1]。“研究性學習”課程首次成為我國基礎教育課程體系的有機構成，作為新生事物，其理論研究與實踐還遠遠不夠[2]。通過查閱大量的相關文獻資料發現，對于“研究性學習”的研究，宏觀理論闡述較多，而涉及某一具體內容的實驗研究相對較少，致使在“研究性學習”的具體操作中還存在著許多困惑。

本文在查閱相關文獻資料的基礎上，結合校本研究性學習課程實踐活動，對“高中生物研究性學習”和“學生實驗設計能力培養”的關系進行實驗研究，初步探討“研究性學習”和生物學科整合培養高中學生創新能力方面的一般規律，為廣大普通高中實施新課程，推進以創新精神和實踐能力為重點的素質教育提供科學的理論指導。

一、研究對象

陜西渭南高級中學是陜西省示范標準化重點高中，生源主要是全市各縣區的初中畢業生，在校學生的整體基本素質水平為優良。研究以渭南高級中學2011級 （18）、（20）二個平行理科班共120名學生作為本課題的研究對象。由于學生入學是隨機分班，各教學班沒有學生學習基礎的差異，因此，以教學班為單位，基本上能保證研究對象的起點在總體上的一致性。

二、研究方法

通過借鑒國內外已有的關于“研究性學習”課程的研究成果，采用實驗研究的方法。在所選定的二個理科班中，確定（20）班為控制班，在常規教學模式下進行生物學科的學習；（18）班為實驗班，在聯系教材內容知識體系的基礎上，一學期安排學生選擇一個課題進行自主探究式學習。教學實驗中，控制班和實驗班的生物學由同一名生物教師任教。

三、教學實驗實施過程及結果

（一）實施過程

1.實驗前測試學生實驗能力

本實驗研究之初，對所選定的兩個教學班的學生進行了高一階段生物實驗設計能力的測試，測試以書面習題的形式進行，滿分50分，時間30分鐘，測題如下：

已知2H2O2=2H2O+O2，可以通過觀察反應過程中O2的生成速度（即氣泡從溶液中釋放的速度）來判斷H2O2分解反應的速度。請用所給的實驗材料和用具設計實驗，使其能同時驗證過氧化氫酶具有催化作用和高效性。要求寫出實驗步驟，預測實驗結果，得出結論，并回答問題。

實驗材料與用具：適宜濃度的H2O2溶液，蒸餾水，3.5%FeCl3溶液，0.01%過氧化氫酶溶液，37℃恒溫水浴鍋，試管。

（1）實驗步驟：① ；② ；③ 。

（2）實驗結果預測及結論：

整個實驗中，不同處理的試管中O2的釋放速度從快到慢依次是 。由此得出的結論是 。

（3）如果僅將實驗中的恒溫水浴改為80℃，重做上述實驗，O2釋放的速度最快的是 ，原因是 。

測試成績一方面用于實驗結果的分析，另一方面也證實了二個待研究班學生的生物實驗水平基本相同。

（二）兩種模式下的教學過程

控制班在常規教學模式下進行生物實驗理論知識的學習，包括實驗的基本原理、實驗設計的基本原則，實驗數據的處理等；實驗班在研究性學習融入學科課程的教學模式下進行生物研究性學習，學生每六人組成一個合作學習小組，從老師提供的備選課題中選擇其中的一個課題進行自主探究學習，也可選擇自己感興趣的課題進行探究。

實驗班開展生物研究性學習，遵循研究性學習課題研究的一般程序[3]：

（1）確定研究課題

遵循以下幾條原則：創新性原則，開放性原則，可行性原則，實踐性原則等。選題時，不僅要考慮學生的認知水平、已掌握的知識基礎、實驗條件等，而且還要考慮課題的現實價值和理論意義。教師推薦和設計的課題要有利于學生對所學知識的意義建構，有利于培養學生的創新精神與實踐能力，也可以廣泛從學生中征集課題，并保證學生自主選擇，教師不干涉學生選擇課題。

遵循高中生物研究性學習課題的選題原則，推薦的備選課題如下：

探究植物組織細胞液的濃度；設計實驗，觀察生長素或生長素類似物對植物生長發育的影響；驗證細胞膜的選擇透過；水體富營養化對藻類數量的影響。

（2）搜集資料并制定研究計劃

根據研究課題的要求，老師可以對學生進行課題研究計劃制定的指導，內容包括：用什么方式、途徑搜集哪些方面的資料，掌握哪些相關的知識等。教師旨在幫助學生學會查閱書籍、學會使用搜索引擎和數據庫，學會小組內分工協作，掌握與他人交流的技能，能進行實驗設計，能客觀記錄實驗現象和結果，能對數據進行簡單分析等。

（3）分析資料并實施研究計劃

本階段是資料的理論化和整合化過程。學生對所搜集的資料、信息和數據等進行處理，提取有用的信息，開展小組內分工協作，集中力量學習、理解，并通過分析、綜合、演繹、歸納、抽象、概括等邏輯思維過程，獲得規律性認識。

（4）撰寫研究報告和交流

在課題研究的總結階段，學生將研究結果以報告的形式展示出來。研究報告的內容包括：問題的提出、研究過程、研究結論、參考資料等幾部分。研究報告的基本要求是：思路清晰、語言精練、論據充分，結論鮮明、富有創意，格式規范。最后，研究報告在一定范圍內交流。

（三）教學測驗及結果的數據統計分析

（1） 教學測驗

測試以書面習題的形式進行，滿分50分，時間30分鐘，教學測驗內容如下：

請根據實驗原理和提供的材料、用具，設計實驗探究“NAA促進不同植物扦插枝條生根的最佳濃度”。

實驗原理：NAA能促進植物扦插枝條生根，有利于插條的存活。在最適濃度下，插條容易生根，存活率也最大。

實驗材料：濃度為100ppm、200ppm和300ppm的NAA溶液，茉莉花、桅子花、金錢松枝條，其他必要材料。

（2） 教學測驗結果的數據統計分析

測驗總分值為50分。對實驗班和控制班測驗學生成績（表1）統計分析可知，實驗班學生的成績平均分為44.5，控制班學生的成績平均分為39.0，兩班學生的平均得分差異為5.5，顯著性差異為P

從上述數據分析可以看出，不同的生物學科學習模式對學生生物學習的影響不同。在研究性學習融入生物學科課程的教學模式下進行生物研究性學習的實驗班，生物實驗設計能力教學測驗成績高于在常規教學模式下學習的控制班，且實驗班與控制班的成績差異達到顯著水平。

四、討論

本研究初步表明：在一段時間內，高中生物研究性學習與學生實驗設計能力提高之間具有相關性。驗班和控制班生物實驗設計能力的教學測驗結果會出現顯著性差異的原因可能在于：

（1）在不同的教學模式下，學習主動性方面差異較大

控制班的常規教學模式主要是一種接受式學習，只是按照現成的實驗步驟去做就可以了，這種獲得知識的途徑存在著明顯的弊端，在忽視學生的自主探索能力的同時，也冷落了學生親身參與思考和參與的內在積極性，造成學生創新激情的壓抑和實踐能力的低下。

實驗班學生在啟發和幫助下，通過獨立、嚴謹、周密的思考，逐步形成用于質疑、樂于探究、敢于動手的積極學習態度和良好的學習習慣，不但塑造了自信，而且激發了對未知知識的探索欲。

由此可見，良好的自主探究學習對提高高中生物實驗設計能力有明顯的效果。

（2）學生在兩種教學模式下的學習方式的不同

學習活動是一種理論學習和實踐操作的統一過程。間接經驗學習是一種學習方式，但主動探究學習更是一種重要的學習方式。生物研究性學習，改變了以往學生單純地接受教師傳授知識為主的被動的學習方式，幫助他們掌握和運用現代學習方式，學會主動學習，同時也為學生構建了開放的學習環境，提供了多渠道獲取知識、并將學到的知識綜合應用于實踐的機會。更注重學生對生活的感受和體驗，改變了以課堂為中心、以書本為中心、以教師為中心、以傳授灌輸為基本特征的傳統教學模式，強調學生的親身經歷，能讓學生積極體驗和感受，做到在實踐中去發現和探究問題，發展實踐能力和創新能力，是體現學習的真正價值、實現有意義學習的一種重要的學習方式。

（3）生物研究性學習對構建合理的知識結構有重要作用

知識結構的合理構建對生物實驗操作和分析能力有重要的影響。陳君的研究表明[4]，當學生有了主動提出問題的意識，他們的思維就會圍繞待解決的問題而啟動，不但原有的知識會被激活，而且會積極調動和重新建構已有知識，來解決問題，這有利于建構合理的知識結構。同時，通過研究性學習可以激發學習興趣，主動查找收集相關資料，獲取更多新的知識，尋求解決問題方法。在這個過程中，他們要運用一定的技術與手段，并將收集到的信息系統化、有序化，加以組織和整合，以便形成更為概括、綜合的合理的知識結構，通過這些步驟獲得的知識結構是多維的、動態的，也是提高學生學習能力的最良好途徑。

[參考文獻]

[1]徐紅玲.高中生物研究性學習[M].北京：北京龍門書局，2003：77.

[2]彩燕.研究性學習意的義、特點與實施理念[J].教育導刊，2002，（1）：18-20.