科學(xué)探究過程中實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)

一、培養(yǎng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的重要性

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生根據(jù)自己所學(xué)的科學(xué)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能，獨(dú)立地或在教師啟發(fā)下，設(shè)計(jì)出各種實(shí)驗(yàn)方案，成功地解決實(shí)驗(yàn)問題，從而產(chǎn)生成功后的喜悅，激起更大的學(xué)習(xí)熱情，成為進(jìn)一步學(xué)習(xí)的強(qiáng)勁動(dòng)力。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)需要學(xué)生靈活地創(chuàng)造性地運(yùn)用所學(xué)科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)基本技能，并從不同角度、不同層面，采用不同方法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，因而有利于學(xué)生創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不是憑空想象、主觀臆造的。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮設(shè)計(jì)方案的可行性和可操作性，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，學(xué)生除了應(yīng)具備一定的科學(xué)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能外，還需要掌握各種科學(xué)方法，同時(shí)還必須對設(shè)計(jì)問題的每一個(gè)環(huán)節(jié)、每一種手段細(xì)致地分析研究和綜合比較，進(jìn)而形成嚴(yán)肅認(rèn)真、一絲不茍和敢于創(chuàng)新的精神。

二、對科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的認(rèn)識(shí)

科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力是指學(xué)生在實(shí)施科學(xué)實(shí)驗(yàn)之前，根據(jù)一定的實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅\(yùn)用有關(guān)科學(xué)知識(shí)與實(shí)驗(yàn)技能，對實(shí)驗(yàn)的儀器、裝置、步驟和操作方法等實(shí)驗(yàn)因素進(jìn)行規(guī)劃的能力。它具有較強(qiáng)的綜合性、創(chuàng)造性和靈活性等特點(diǎn)。(1)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的綜合性，是指實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)本身就是一個(gè)綜合運(yùn)用所學(xué)科學(xué)知識(shí)與實(shí)驗(yàn)技能，對實(shí)驗(yàn)的儀器、裝置、步驟和操作方法等進(jìn)行規(guī)劃的過程。在這個(gè)過程中，學(xué)生除了具備一定的科學(xué)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能外，還需要掌握各種科學(xué)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(jié)論等。(2)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的創(chuàng)造性，是指通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，可以充分發(fā)揮學(xué)生的聰明才智，讓學(xué)生運(yùn)用自己所學(xué)知識(shí)，創(chuàng)造性地構(gòu)思、設(shè)計(jì)解決問題的途徑和方法。(3)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的靈活性，是指學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)要具有應(yīng)變能力，思維要靈活，對于要解決的問題，根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)條件，可以設(shè)計(jì)不同的方案。

三、探究過程中實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)

1. 重視實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)，提高科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力

與傳統(tǒng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)不同，在科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)中，學(xué)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(chuàng)設(shè)的若干條件，做出假設(shè)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)證明。或者學(xué)生在教師指導(dǎo)下，通過觀察、尋找資料、了解科學(xué)問題的一些特征，設(shè)計(jì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，對實(shí)驗(yàn)的事實(shí)加以分析并做出結(jié)論。因而，學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性得到加強(qiáng)，學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣也將更濃。只要教師安排合理、引導(dǎo)恰當(dāng)，必將有利于提高學(xué)生的科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。

（1）創(chuàng)設(shè)情景，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)探究進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的能力。在科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師應(yīng)盡可能多地為學(xué)生創(chuàng)造進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)，使學(xué)生在科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的過程中，體會(huì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的重要性，認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的基本原則，掌握科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本方法。如在講“大氣壓強(qiáng)”一節(jié)時(shí)，通過演示“水杯——厚紙片”實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)問題情境，使學(xué)生提出“厚紙片為什么不會(huì)掉下來”“是不是紙片粘住了杯口”“紙片是不是受到一個(gè)向上的力的作用”“如果受到向上的力的作用，那么這個(gè)力是誰施加給紙片的呢”等疑問。接下來，教師可以引導(dǎo)學(xué)生分析、討論，并進(jìn)行假設(shè)，然后繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)以下實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證：在塑料杯的底上鉆一個(gè)適當(dāng)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(zhuǎn)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(xué)生參與了整個(gè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)過程，因而不僅激發(fā)了學(xué)生的思維活動(dòng)，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣，而且培養(yǎng)了學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的意識(shí)和自信。

（2）鼓勵(lì)學(xué)生對科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行交流、論證、反思和評(píng)價(jià)。教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生積極參與科學(xué)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)活動(dòng)，大膽地提出自己的設(shè)計(jì)思想，并主動(dòng)與組內(nèi)同學(xué)、與教師進(jìn)行討論和交流，在討論、交流的基礎(chǔ)上形成組內(nèi)共識(shí)，并與其他小組溝通。同一個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)問題，可以設(shè)計(jì)出多種解決方案，在討論和交流的過程中，教師要鼓勵(lì)學(xué)生運(yùn)用多種證據(jù)對自己的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行論證，引導(dǎo)學(xué)生傾聽別人的設(shè)計(jì)方案和別人對自己的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案的評(píng)價(jià)意見。通過反思和自評(píng)，發(fā)現(xiàn)自己與他人的長處以及存在的問題，提出進(jìn)一步完善和改進(jìn)的具體建議。

2. 培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路和方法，提高科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力

設(shè)計(jì)性科學(xué)實(shí)驗(yàn)題就是一種對學(xué)生進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)訓(xùn)練的有效方法。設(shè)計(jì)性科學(xué)實(shí)驗(yàn)題一般可分為三種類型：(1)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。根據(jù)給定的實(shí)驗(yàn)器材和實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊螅蓪W(xué)生設(shè)計(jì)(或補(bǔ)全)實(shí)驗(yàn)方案，并按要求完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容或進(jìn)行某些測量。如：一只蓄電池的正負(fù)極標(biāo)志已模糊不清，請你設(shè)計(jì)兩個(gè)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(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方法。根據(jù)給定的實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊约耙恍└郊訔l件，由學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方法，并按要求完成實(shí)驗(yàn)的有關(guān)內(nèi)容或進(jìn)行某些測量。如：在只有秤這種測量工具的情況下，請?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)來測出新鮮椰子內(nèi)部的容積，寫出主要步驟及計(jì)算公式。(3)設(shè)計(jì)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。根據(jù)提供的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，由學(xué)生設(shè)計(jì)處理方法，求出實(shí)驗(yàn)測量值并分析實(shí)驗(yàn)誤差。

3. 運(yùn)用課外實(shí)踐活動(dòng)，提高實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力

課外實(shí)踐活動(dòng)作為課堂實(shí)驗(yàn)探究的延伸，對提高學(xué)生的科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力具有不可估量的作用。學(xué)生在課外小實(shí)驗(yàn)、小制作等實(shí)踐活動(dòng)中，為了達(dá)到解決問題的目的，需要查閱有關(guān)資料，尋找有關(guān)材料，運(yùn)用學(xué)過的科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)知識(shí)和方法，設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)方案，并通過實(shí)際操作驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)方案的正確與否。如學(xué)習(xí)了水的密度、壓強(qiáng)和浮力等知識(shí)后，可以讓學(xué)生在課外利用身邊的材料，設(shè)計(jì)出一種測量液體密度的方案，并用該實(shí)驗(yàn)方案測量出某種液體的密度，最后寫成實(shí)驗(yàn)報(bào)告并與其他同學(xué)交流，評(píng)出最佳設(shè)計(jì)獎(jiǎng)。這種做法不僅使學(xué)生在設(shè)計(jì)、制作過程中鍛煉了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和動(dòng)手操作的能力，而且使學(xué)生在不斷失敗中體驗(yàn)到設(shè)計(jì)成功的快樂，增強(qiáng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的自信心。

科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的提高需要一個(gè)過程，教師應(yīng)根據(jù)科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容特點(diǎn)、學(xué)生知識(shí)與技能的基礎(chǔ)和能力發(fā)展水平，有目的、分階段地制訂科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的發(fā)展計(jì)劃。

（樂清市虹橋鎮(zhèn)一中）