導(dǎo)語(yǔ)：如何才能寫好一篇學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

實(shí)驗(yàn)的目的并不是完全為了得出所謂“正確的”結(jié)論，而是在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中養(yǎng)成科學(xué)習(xí)慣，了解科學(xué)研究的步驟。對(duì)實(shí)驗(yàn)每一環(huán)節(jié)充分地認(rèn)識(shí)其實(shí)就能有效提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的能力。在教學(xué)活動(dòng)中教師有時(shí)忽略了讓學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)這一環(huán)節(jié)，而是直接讓學(xué)生上手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，課堂看似非常熱鬧，但是細(xì)細(xì)推敲這樣的活動(dòng)就缺少了目的性。學(xué)生對(duì)于活動(dòng)的任務(wù)不明確，計(jì)劃不充分，實(shí)驗(yàn)過(guò)程就會(huì)流于形式或者活動(dòng)雜亂無(wú)章。

如《水和冰》一課，水在凝固成冰的過(guò)程中溫度是會(huì)逐漸下降、保持、繼續(xù)下降，并且每個(gè)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(guò)程，必須要確定記錄的時(shí)間間隔，教師直接出示了實(shí)驗(yàn)的要求，盡管學(xué)生在整個(gè)實(shí)驗(yàn)中執(zhí)行力很強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)效果也不錯(cuò)，但是學(xué)生在活動(dòng)中并沒(méi)有提升自己的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。這樣的實(shí)驗(yàn)課學(xué)生的設(shè)計(jì)能力、科學(xué)意識(shí)和科學(xué)素養(yǎng)并沒(méi)有提高。所以在指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)教師更應(yīng)該注意自己在課堂中引導(dǎo)者的身份，把生本主義放在心間，以學(xué)生的發(fā)展、能力的養(yǎng)成為主要目的。除了注重實(shí)驗(yàn)的環(huán)節(jié)外，更應(yīng)該創(chuàng)設(shè)較為開放的課堂環(huán)境，不要害怕課堂會(huì)因?yàn)閷W(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的討論影響了整節(jié)課原有的設(shè)置和安排，其實(shí)正相反，學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)的自主設(shè)計(jì)正是本堂課的亮點(diǎn)。

二、課堂師生本質(zhì)交流加速學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)意識(shí)

實(shí)驗(yàn)課的實(shí)驗(yàn)要求是完成實(shí)驗(yàn)的前提，但是實(shí)驗(yàn)要求的讓學(xué)生明確的方法有很多，可以是教師直接出示，學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)的要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，從實(shí)驗(yàn)的過(guò)程來(lái)看，學(xué)生主動(dòng)參與了實(shí)驗(yàn)，但是從本質(zhì)來(lái)看，學(xué)生的思考能力并沒(méi)有因此得到提高。在師生的本質(zhì)交流中得出實(shí)驗(yàn)方案更能增強(qiáng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的意識(shí)，對(duì)于實(shí)驗(yàn)操作更能領(lǐng)會(huì)，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的目的更為了解。

如2013年全國(guó)小學(xué)自然優(yōu)質(zhì)課展評(píng)活動(dòng)中來(lái)自廣西南寧的鄧超老師執(zhí)教的《在星空中》一課，學(xué)生對(duì)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(xué)生對(duì)于北斗七星僅有的這些前概念來(lái)建構(gòu)水平方向上七星的模型。再進(jìn)一步，這七顆星離地球的距離是不同的，如何構(gòu)建這七顆星的方位，是需要學(xué)生通過(guò)計(jì)算，測(cè)量大概距離，構(gòu)建準(zhǔn)確七星模型，進(jìn)行擺放的，這個(gè)過(guò)程教師并沒(méi)有過(guò)多的要求，而是適時(shí)點(diǎn)撥，和學(xué)生有效交流，學(xué)生通過(guò)與教師交流得出建模實(shí)驗(yàn)的方案，在小組內(nèi)有效實(shí)施方案，實(shí)驗(yàn)成功，而且在此過(guò)程中學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)意識(shí)得到提高，部分學(xué)生也擁有了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的能力。

三、有效實(shí)驗(yàn)材料的選擇促進(jìn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的養(yǎng)成

實(shí)驗(yàn)課必然需要實(shí)驗(yàn)材料來(lái)支撐，而實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)材料是可以給予學(xué)生在思維上引導(dǎo)和提示作用，這比教師講述復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)要求有效很多，也能較好地激發(fā)學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)的理解，即實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。

很多時(shí)候我們?cè)趫?zhí)教的課堂中實(shí)驗(yàn)材料比較單一，就是一種材料用到底，這也無(wú)可厚非，在有些實(shí)驗(yàn)課的確是只需要一種主要的實(shí)驗(yàn)材料，如《磁》這一課，學(xué)生對(duì)于磁鐵的有效研究，發(fā)現(xiàn)磁鐵兩端的磁性較強(qiáng)，能夠吸引較多磁性材料，以及在磁鐵周圍存在著特殊形態(tài)的磁場(chǎng)。這樣的實(shí)驗(yàn)課是對(duì)這種具有特性的材料進(jìn)行研究，使用這種材料足矣，但是有不排除使用其他形態(tài)的磁鐵，多塊磁鐵共同使用的情況，這樣的設(shè)計(jì)思路其實(shí)又開拓了思維的瓶頸，學(xué)生的學(xué)習(xí)探究興趣會(huì)更加濃厚，自然會(huì)促成其研究還有怎樣的實(shí)驗(yàn)方法。

篇2

關(guān)鍵詞：微型實(shí)驗(yàn)；電解；學(xué)生探究

文章編號(hào)：1008-0546（2015）06-0094-01 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

針對(duì)教科書介紹的相關(guān)電解實(shí)驗(yàn)方案存在試劑用量較多、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不易被所有學(xué)生看到、不太適合學(xué)生進(jìn)行自主探究等不足，筆者借助于天然指示劑紫甘藍(lán)汁，利用西林瓶（一種膠塞封口的小瓶子）、飲料瓶蓋、注射針針頭、電池、鉛筆芯等物質(zhì)設(shè)計(jì)了適合學(xué)生探究的微型電解實(shí)驗(yàn)[1]，經(jīng)常態(tài)課堂和綜合實(shí)踐活動(dòng)課中應(yīng)用，效果良好。

該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)參加了無(wú)錫市中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)大賽和江蘇省理化生實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)比賽，均獲得一等獎(jiǎng)的好成績(jī)。比賽后不少現(xiàn)場(chǎng)觀摩的老師和筆者探討微型實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，認(rèn)為該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)巧妙、現(xiàn)象明顯、表征手段獨(dú)特、低成本、綠色化；但也有一些老師認(rèn)為該設(shè)計(jì)如果作為學(xué)生實(shí)驗(yàn)，學(xué)生將西林瓶?jī)A倒于瓶蓋中時(shí)，容易導(dǎo)致電解液泄漏。為了開發(fā)更適合學(xué)生探究的微型電解實(shí)驗(yàn)，筆者對(duì)其進(jìn)行了再次研究，現(xiàn)將開發(fā)的的一些微型電解實(shí)驗(yàn)方案介紹如下。

一、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1. 以“濾紙”作為“微型鹽橋”

如圖2所示將兩個(gè)西林瓶正放于桌面上，此時(shí)需要解決的是尋找一個(gè)“微型鹽橋”來(lái)確保整個(gè)裝置回路。經(jīng)過(guò)多次嘗試發(fā)現(xiàn)用潤(rùn)濕的濾紙連接在兩個(gè)西林瓶的電解液中效果較好，連接電源后實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象同圖1介紹的實(shí)驗(yàn)方案一樣，操作比較簡(jiǎn)便，同時(shí)也解決了電解液泄漏的問(wèn)題。

2. 以塑料滴管作為電解液的“載體”

與膠頭滴管相比，塑料滴管由于其質(zhì)地柔軟，易彎曲等特點(diǎn)，不僅具有滴加試劑的功能，還能作為電解液的載體。在進(jìn)行本實(shí)驗(yàn)時(shí)，先將指示劑紫甘藍(lán)汁和電解液硫酸鈉溶液吸入滴管中（注意量不要超過(guò)滴管體積的一半），然后橫放，將注射針針頭插入滴管中（如圖3所示），連接電池，可以發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象非常明顯，短時(shí)間內(nèi)陰陽(yáng)極呈現(xiàn)鮮明的顏色差別，而且在電解飽和食鹽水時(shí)，產(chǎn)生的氯氣并不會(huì)逸散到空氣中，此外該實(shí)驗(yàn)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是反應(yīng)結(jié)束后可以將陰陽(yáng)極反應(yīng)產(chǎn)物混合，對(duì)比前后溶液顏色變化，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)電解前后反應(yīng)體系pH的變化，能夠有效地突破這個(gè)教學(xué)難點(diǎn)。

3. 以寬口徑試管為電解液的“載體”

由于這樣的試管具有寬口徑和管身較短這樣的特點(diǎn)，適合作為電解液的載體。在電解的過(guò)程中陰陽(yáng)極區(qū)域并沒(méi)有分開，為了便于觀察陰陽(yáng)兩極的現(xiàn)象，可以將一塊紙板放入其中（如圖4所示），將陰陽(yáng)極分開。電極可以選擇注射針針頭或回形針，也可以選擇鉛筆筆芯。

（需要說(shuō)明的是圖2、3、4在繪制時(shí)均省略了電源和導(dǎo)線）

二、實(shí)驗(yàn)反思

在對(duì)于微型實(shí)驗(yàn)的研究過(guò)程中，筆者感覺(jué)到微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)在中學(xué)推廣艱難的原因之一就是化學(xué)反應(yīng)有時(shí)在微量和常量時(shí)給予觀察者的感受并不一樣。因此將化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)成“微型化”的同時(shí)也應(yīng)該使得實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象盡可能的“可視化”、“擴(kuò)大化”。

此外任何一種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)都不是完美的，表1分析了筆者在進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)感受到這些設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，教師應(yīng)該根據(jù)不同的教學(xué)需求選擇不同的實(shí)驗(yàn)方案。如利用塑料滴管作為電解液的載體，操作方便，現(xiàn)象明顯，但電解過(guò)程中產(chǎn)生的氣體容易使電解液被排出，因此電解的時(shí)間并不能太長(zhǎng)，教師如果讓學(xué)生感受電解硫酸鈉溶液時(shí)陰陽(yáng)極的產(chǎn)物和某些溶液電解前后反應(yīng)體系的pH變化，則可以選擇該方案。

篇3

翻開近幾年的高考試題，我們不難發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的題目都占有一定的份量。所以教師在平時(shí)的課堂教學(xué)中必須加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案的指導(dǎo)，將一些簡(jiǎn)便易行、富有趣味性、啟發(fā)性、思考性的實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)。還可以利用學(xué)生對(duì)某些問(wèn)題的爭(zhēng)議和不同看法，創(chuàng)設(shè)化學(xué)問(wèn)題情境，激化學(xué)生認(rèn)識(shí)中的矛盾，促使他們利用已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，提出各種可能的假說(shuō)；在教師的指導(dǎo)下查閱資料或進(jìn)行實(shí)驗(yàn)論證，最終獲得合理的結(jié)論，從而強(qiáng)化學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

例如，在講解食鹽中加碘時(shí)，可以讓學(xué)生思考如何用實(shí)驗(yàn)方法來(lái)驗(yàn)證一包食鹽中是否加碘酸鉀。通過(guò)討論大部分學(xué)生都可以得到比較正確的實(shí)驗(yàn)方案，這時(shí)再由學(xué)生動(dòng)手操作驗(yàn)證，鞏固所學(xué)知識(shí)，并提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)的積極性。當(dāng)然，在實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們教師本身應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：①問(wèn)題提出要具有針對(duì)性，范圍不應(yīng)該太大，否則會(huì)使學(xué)生失去探究興趣、挫傷學(xué)習(xí)積極性，要緊扣同學(xué)們身邊可以感受到的問(wèn)題展開。

如：設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)證明鋁表面的氧化物的確對(duì)鋁能起到保護(hù)作用；②給學(xué)生充分的思考時(shí)間和討論機(jī)會(huì)。教師只能做引導(dǎo)者,千萬(wàn)不要包辦學(xué)生的活動(dòng),更不要只是告訴學(xué)生問(wèn)題的答案，要設(shè)計(jì)就需要時(shí)間，需要同學(xué)們?cè)谥橇鸹ǖ呐鲎仓腥ド罨季S和加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)探究；③采用“鼓勵(lì)教學(xué)法”多鼓勵(lì)少批評(píng)，合理而又有新意的實(shí)驗(yàn)方案要及時(shí)表?yè)P(yáng)，不足之處應(yīng)引導(dǎo)其自己質(zhì)疑或提供必要幫助。

利用課堂實(shí)驗(yàn)“意外”來(lái)培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度

在課堂實(shí)驗(yàn)時(shí)，盡管我們嚴(yán)格按操作規(guī)程進(jìn)行，但有時(shí)也會(huì)因?yàn)閷?shí)驗(yàn)條件、實(shí)驗(yàn)藥品等因素產(chǎn)生“意外”?！耙馔狻鼻闆r的處理的好壞能反映一個(gè)教師和學(xué)生心理素質(zhì)的穩(wěn)定性。演示實(shí)驗(yàn)的“意外”如果處理得好，不僅不會(huì)影響教學(xué)實(shí)驗(yàn)效果，反而是驗(yàn)證正確結(jié)論的好教材。例如，在檢驗(yàn)乙烯和乙炔的演示實(shí)驗(yàn)中，一位同學(xué)將實(shí)驗(yàn)室得到的這兩種氣體分別通入溴水中，發(fā)現(xiàn)乙炔褪色快，為什么會(huì)出現(xiàn)這種情況呢？該同學(xué)又用KMnO4來(lái)驗(yàn)證，結(jié)果還是乙炔使之褪色更快。

為什么出現(xiàn)了與理論知識(shí)不相符合的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象呢？同學(xué)們討論分析，有的同學(xué)從對(duì)比實(shí)驗(yàn)的外部條件出發(fā)，看兩種氣體的流速和流量是否相同，同時(shí)溴水或KMnO4溶液的濃度是否相同，只有都相同的情況下才有可比性；有的學(xué)生從乙烯、乙炔氣體的純度方面討論考慮雜質(zhì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，如乙烯中的二氧化硫、乙炔中的硫化氫對(duì)結(jié)果的影響。針對(duì)學(xué)生討論的不同原因讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)方案來(lái)驗(yàn)證，如何才能得到正確的結(jié)論。這樣既培養(yǎng)了學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維能力，同時(shí)也鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)傳統(tǒng)的結(jié)論的質(zhì)疑，從而培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的能力。因而當(dāng)實(shí)驗(yàn)操作出現(xiàn)與基本理論不相符合的情況時(shí)，教師不可以慌亂，要做出榜樣，要給學(xué)生一個(gè)穩(wěn)定的心態(tài)，碰到困難要敢于去接受分析和解決。實(shí)驗(yàn)中的“意外”可使學(xué)生的記憶更深刻、更牢固。

篇4

要進(jìn)行探究性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，必須要清楚實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)遵循的原則：

首先，科學(xué)性原則。科學(xué)性是指實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊鞔_，實(shí)驗(yàn)原理要正確，實(shí)驗(yàn)材料和實(shí)驗(yàn)手段的選擇要恰當(dāng)，整個(gè)設(shè)計(jì)思路和實(shí)驗(yàn)方法的確定都不能偏離所學(xué)基本知識(shí)和基本原理以及其他學(xué)科領(lǐng)域的基本原則。

其次，可操作性原則。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，要考慮到實(shí)驗(yàn)材料容易獲得，實(shí)驗(yàn)裝置比較簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)藥品比較便宜，實(shí)驗(yàn)操作比較簡(jiǎn)便，實(shí)驗(yàn)步驟比較少，實(shí)驗(yàn)時(shí)間比較短。

第三，單一變量原則。單一變量原則是實(shí)驗(yàn)步驟設(shè)計(jì)中非常重要的原則。確保”單一變量”的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)，即不論一個(gè)實(shí)驗(yàn)有幾個(gè)實(shí)驗(yàn)變量，都應(yīng)做到一個(gè)實(shí)驗(yàn)變量對(duì)應(yīng)一個(gè)反應(yīng)變量；即控制其他因素不變，只改變其中某一變量，觀察其對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。除了整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中欲處理的實(shí)驗(yàn)因素外，其他實(shí)驗(yàn)條件要求做到前后一致。

第四，嚴(yán)謹(jǐn)性原則。這里包含兩層意思，一是對(duì)比實(shí)驗(yàn)，通過(guò)設(shè)置實(shí)驗(yàn)對(duì)照對(duì)比，即可排除無(wú)關(guān)變量的影響，又可增加實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可信度和說(shuō)服力。通常，一個(gè)實(shí)驗(yàn)總分為實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組。實(shí)驗(yàn)組，是接受實(shí)驗(yàn)變量處理的對(duì)象組；對(duì)照組，對(duì)實(shí)驗(yàn)假設(shè)而言，是不接受實(shí)驗(yàn)變量處理的對(duì)象組，至于哪個(gè)作為實(shí)驗(yàn)組，哪個(gè)作為對(duì)照組，一般是隨機(jī)決定的，這樣，從理論上說(shuō)，由于實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組的無(wú)關(guān)變量的影響是相等的，被平衡了的，故實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組兩者之差異，則可認(rèn)定為是來(lái)自實(shí)驗(yàn)變量的效果，這樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是可信的。二是平行重復(fù)同一實(shí)驗(yàn)，即控制某種因素的變化幅度，在同樣條件下重復(fù)實(shí)驗(yàn)，觀察其對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響的程度。任何實(shí)驗(yàn)都必須能夠重復(fù)，這是具有科學(xué)性的標(biāo)志。上述隨機(jī)性原則雖然要求隨機(jī)抽取樣本，這能夠在相當(dāng)大的程度上抵消非處理因素所造成的偏差，但不能消除它的全部影響。平行重復(fù)的原則就是為解決這個(gè)問(wèn)題而提出的。

在遵循以上原則的基礎(chǔ)上，就可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

首先要對(duì)實(shí)驗(yàn)原理進(jìn)行探究。原理探究是指對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行理論上的探討，主要解決完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)的理論問(wèn)題。進(jìn)行相關(guān)原理探究時(shí)，要根據(jù)學(xué)生實(shí)際情況，教師通過(guò)一定的情景引發(fā)問(wèn)題，展示實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)任務(wù)，確定整堂課的學(xué)習(xí)方向。由于探究性實(shí)驗(yàn)本身往往有一定難度，問(wèn)題的設(shè)計(jì)就顯得尤為重要。設(shè)計(jì)的問(wèn)題恰當(dāng)，可以引導(dǎo)學(xué)生思考，有助于探究；設(shè)計(jì)的問(wèn)題不恰當(dāng)，則會(huì)使探究式實(shí)驗(yàn)喪失應(yīng)有的作用。適當(dāng)設(shè)置情景問(wèn)題，讓學(xué)生不但知道怎樣做，還要知道為什么這樣做，真正使學(xué)生在做中學(xué)，在學(xué)中思。然后組織同學(xué)們展示討論的成果并對(duì)各原理進(jìn)行評(píng)價(jià)，判斷其合理性和可行性，最后選擇出可行的原理，為下一步的探究做好準(zhǔn)備。

其次是探究出科學(xué)可行的實(shí)驗(yàn)方案。從課本知識(shí)入手，培養(yǎng)學(xué)生大膽質(zhì)疑的能力，養(yǎng)成探究習(xí)慣。人們求知識(shí)的過(guò)程，是一個(gè)不斷破舊立新的過(guò)程。正是懷疑推動(dòng)人們?nèi)ニ伎迹ヌ角笪粗念I(lǐng)域。所以根據(jù)學(xué)生實(shí)際，設(shè)計(jì)富有啟發(fā)性的實(shí)施方案，并給予巧妙的設(shè)“疑”，是啟發(fā)學(xué)生積極思考，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的重要手段，也有利于激發(fā)學(xué)生探究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)造性思維。善于疑，敢于疑，是走向真理的必經(jīng)的階梯。疑是思之始，學(xué)之端，鼓勵(lì)學(xué)生大膽質(zhì)疑是十分重要的。但是，要引導(dǎo)學(xué)生以正確的態(tài)度質(zhì)疑，不可陷入懷疑主義的怪圈中。首先要引導(dǎo)學(xué)生思考實(shí)驗(yàn)步驟設(shè)計(jì)中隱含的科學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)的思維過(guò)程，提出探究性的問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生探究的興趣；然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)可能的各種條件，讓學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，并作認(rèn)真記錄，引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，由結(jié)果推導(dǎo)出結(jié)論，培養(yǎng)科學(xué)探究能力，最終使學(xué)生形成：提出問(wèn)題設(shè)計(jì)探究結(jié)果分析評(píng)價(jià)的探究式學(xué)習(xí)方法。

所以在學(xué)生選擇出可行的實(shí)驗(yàn)原理之后，教師不能直接給出肯定或否定的判斷，也不必提示實(shí)驗(yàn)方案，應(yīng)該由學(xué)生根據(jù)原理進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，將抽象的原理與實(shí)際的實(shí)驗(yàn)任務(wù)結(jié)合起來(lái)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。將學(xué)生進(jìn)行分組，每組選擇上一步中確定的可行原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，完成設(shè)計(jì)之后，每組選派代表將本組的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行展示和講解，其他同學(xué)提出疑問(wèn)和指出缺漏，最后，大家選擇出可行的方案。

第三是根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。前面兩步是理論上的設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)是否合理，還有待實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證，因此，探究性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的教學(xué)必須有實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的階段。在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中，教師要事先估計(jì)到學(xué)生可能出現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)方案，從而準(zhǔn)備好可能需要的儀器、試劑和用品。每組學(xué)生可以自主選擇自己認(rèn)為合理的方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，教師要提醒學(xué)生不僅注意操作，更要做好記錄，獲得足夠的信息，以便對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。最后，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和記錄分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出對(duì)該方案的評(píng)價(jià)并提出解決和改進(jìn)的辦法。

篇5

一、生物教學(xué)中實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的重要意義

新教材的實(shí)驗(yàn)以探究為主，著重培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。培養(yǎng)學(xué)生的生物設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ侵袑W(xué)生物新課標(biāo)明確提出的培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、思維能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰妥詫W(xué)能力等四種能力之一。生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力既是實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ闹匾獌?nèi)容，也是實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ淖罡邔哟?，其本身具有較強(qiáng)的綜合性、創(chuàng)造性和靈活性等特點(diǎn)。

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則

1.科學(xué)性原則

科學(xué)探究的過(guò)程本身就是科學(xué)，并不是說(shuō)研究的結(jié)論才是科學(xué)。因此，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中必須有充分的科學(xué)依據(jù)，把方方面面因素考慮周全再設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，從而保證實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)比較全面、科學(xué)，充分體現(xiàn)了邏輯思維的嚴(yán)密性。

2.單因子變量原則

實(shí)驗(yàn)變量，或稱自變量，指實(shí)驗(yàn)假設(shè)中涉及的給定的研究因素。反應(yīng)變量，或稱因變量，指實(shí)驗(yàn)變量所引起產(chǎn)生的結(jié)果或結(jié)論。遵循單因子原則，既便于對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行科學(xué)的分析，又增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可信度和說(shuō)服力。

3.對(duì)照性原則

實(shí)驗(yàn)中的無(wú)關(guān)變量很多，必須嚴(yán)格控制，要平衡和消除無(wú)關(guān)變量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)是消除無(wú)關(guān)變量影響的有效方法。根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?，凡是涉及確定變化因素之間的因果關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中，一般都需要設(shè)計(jì)對(duì)照組實(shí)驗(yàn)。

篇6

關(guān)鍵詞：新課標(biāo) 生物 探究性實(shí)驗(yàn) 設(shè)計(jì)能力

中圖分類號(hào)：G63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-9082（2015）05-0152-01

在傳統(tǒng)的生物教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)雖然也是重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，但其弊端是很明顯的。比如在實(shí)驗(yàn)課上，教師往往成為了主角。教師會(huì)按照教科書上的指示，精心演示實(shí)驗(yàn)，然后總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。學(xué)生往往成為了觀眾，只是記錄一些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。學(xué)生自己并不敢操作實(shí)驗(yàn)，這就使得實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率大打折扣。

探究性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是指根據(jù)問(wèn)題的需要確立研究目標(biāo)，應(yīng)用所學(xué)原理，選擇適當(dāng)儀器、藥品和材料，設(shè)計(jì)各種實(shí)驗(yàn)去驗(yàn)證或探索某一原理和現(xiàn)象的過(guò)程，目的是把學(xué)生從照抄、照搬、照做的狀態(tài)引導(dǎo)為自主、獨(dú)立、創(chuàng)新的狀態(tài)，需要教師從平常的教學(xué)中不斷貫徹新的教學(xué)理念，新的教學(xué)方式，鼓勵(lì)和肯定學(xué)生的思維火花，不斷放手讓學(xué)生在實(shí)踐中探索研究和“發(fā)現(xiàn)”知識(shí)，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新思維及實(shí)踐能力，全面提高學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)。下面我就淺談一下自己在教學(xué)實(shí)踐中的幾點(diǎn)體會(huì)。

一、教師要引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真分析實(shí)驗(yàn)操作步驟，體會(huì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的科學(xué)性和可操作性

以往的實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程，有著許多不足，比如學(xué)生往往按部就班、機(jī)械地按實(shí)驗(yàn)步驟操作，所有的實(shí)驗(yàn)都成了驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，導(dǎo)致對(duì)實(shí)驗(yàn)材料的選擇、實(shí)驗(yàn)的次序及操作細(xì)節(jié)都忽略了，而只注重實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這就根本達(dá)不到實(shí)驗(yàn)的目的，更不利于學(xué)生能力的提高，盡對(duì)這一現(xiàn)象，教師可從課本中的實(shí)驗(yàn)入手，引導(dǎo)學(xué)生體會(huì)實(shí)驗(yàn)步驟中的選材、實(shí)驗(yàn)的次序及操作細(xì)節(jié)等方面折科學(xué)性和可操作性，多問(wèn)個(gè)為什么？有無(wú)其它解決方法？

如：在觀察酵母菌的形態(tài)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師首先讓學(xué)生討論分析其實(shí)驗(yàn)操作的細(xì)節(jié)，啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生提出一些問(wèn)題：酵母菌為什么要培養(yǎng)在淀粉液中？培養(yǎng)在蘋果中是否可以？淀粉糊為什么煮沸后要冷卻？瓶口為什么要加棉塞？為什么要放在溫暖的環(huán)境中？

經(jīng)過(guò)討論，學(xué)生才真正地體會(huì)到了一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)步驟原來(lái)這么復(fù)雜、這么嚴(yán)密，需要注意很多問(wèn)題，從而使學(xué)生真正地理解了實(shí)驗(yàn)原理，了解了整個(gè)實(shí)驗(yàn)安排的必要性，并進(jìn)一步地懂得了實(shí)驗(yàn)步驟的設(shè)計(jì)需要大膽想象、需要考慮實(shí)驗(yàn)方案的科學(xué)性和可操作性。這樣為下一步有條不紊的實(shí)驗(yàn)操作打下了良好的基礎(chǔ)。

二、鼓勵(lì)學(xué)生大膽想象，初步鍛煉實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力

教師在學(xué)生懂得了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的科學(xué)性的基礎(chǔ)上，適時(shí)創(chuàng)造機(jī)會(huì)，讓學(xué)生扮演發(fā)明家的角色，自己去設(shè)計(jì)各種方案，去探究科學(xué)的奧密，去實(shí)踐一下自己的能力，并在成功中享受到創(chuàng)造的喜悅。

如：在探究種子萌發(fā)條件實(shí)驗(yàn)中，提出假設(shè)后，讓學(xué)生以小組為單位，自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟。結(jié)果學(xué)生紛紛發(fā)揮自己的想象力和創(chuàng)造力，設(shè)計(jì)了各種實(shí)驗(yàn)方案，其中雖然有些顯得幼稚和不成熟，甚至有很多錯(cuò)誤，但學(xué)生是在走自己的路，自己探索，自己運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)創(chuàng)造性地解決 問(wèn)題。因此我對(duì)他們的積極性仍然給予了高度評(píng)價(jià)，并與學(xué)生一起討論、分析、篩選了幾個(gè)可行性較強(qiáng)的方案，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作和驗(yàn)證。下面是一組學(xué)生設(shè)計(jì)的比較好的一個(gè)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)來(lái)證明“陽(yáng)光是不是種子萌發(fā)必需的外界條件”。學(xué)生準(zhǔn)備了兩組種子萌發(fā)實(shí)驗(yàn)的裝置，在其他條件都相同的情況下，一組裝置放在陽(yáng)光下，另一組放在暗室中，用有、無(wú)陽(yáng)光照射作對(duì)照，實(shí)驗(yàn)結(jié)果就可以說(shuō)明陽(yáng)光對(duì)種子萌發(fā)是否有作用。如果我們只在陽(yáng)光下做了種子萌發(fā)實(shí)驗(yàn)，沒(méi)有做對(duì)照實(shí)驗(yàn)，就不能說(shuō)明陽(yáng)光是不是種子萌發(fā)必需的外界條件。經(jīng)過(guò)實(shí)際操作后，學(xué)生又在教師的指導(dǎo)下對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟和結(jié)果進(jìn)行逐個(gè)分析，發(fā)現(xiàn)其中 的問(wèn)題給予及時(shí)地糾正，從而使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加科學(xué)可靠。

三、激發(fā)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的熱情，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立探索的習(xí)慣

如果學(xué)生總是擔(dān)心操作失敗，缺乏自信心，慢慢地就失去生物實(shí)驗(yàn)的興趣，更談不上實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的熱情了，盡對(duì)這一情況，我就鼓勵(lì)學(xué)生說(shuō)：“任何一項(xiàng)重大發(fā)明和發(fā)現(xiàn)，都 是科學(xué)家經(jīng)過(guò)多次的實(shí)驗(yàn)失敗后產(chǎn)生的，失敗不可怕，可怕的是因擔(dān)心失敗而不敢去探索，將會(huì)一事無(wú)成。”通過(guò)講解并結(jié)合平時(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不斷地激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)熱情，引導(dǎo)學(xué)生自覺(jué)主動(dòng)地發(fā)現(xiàn)探索空間，使學(xué)生逐步養(yǎng)成獨(dú)立探索的習(xí)慣，教師要及時(shí)地發(fā)現(xiàn)和肯定學(xué)生的點(diǎn)滴進(jìn)步，以增強(qiáng)其自信心，提高實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。

篇7

關(guān)鍵詞： 化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 類型和內(nèi)容 教學(xué)策略

一、化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)發(fā)展學(xué)生科學(xué)探究能力的意義

所謂化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，是指學(xué)生在實(shí)施化學(xué)實(shí)驗(yàn)之前，根據(jù)一定的化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅\(yùn)用有關(guān)的化學(xué)知識(shí)與技能、科學(xué)過(guò)程與方法，對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的儀器、裝置、步驟和操作方法進(jìn)行規(guī)范的一種規(guī)則?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)于發(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究能力、提高他們的科學(xué)素養(yǎng)具有重要的意義。首先，它可以激發(fā)學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生根據(jù)自己所學(xué)的化學(xué)知識(shí)，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，成功地解決化學(xué)實(shí)驗(yàn)問(wèn)題，從而產(chǎn)生成功后的喜悅，激發(fā)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。其次，設(shè)計(jì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案需要學(xué)生靈活地和創(chuàng)造性地運(yùn)用所學(xué)的化學(xué)基本能力和創(chuàng)造能力。最后，進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)還需要學(xué)生掌握各種科學(xué)方法（如實(shí)驗(yàn)、測(cè)定、實(shí)驗(yàn)條件的控制、假說(shuō)等），具有嚴(yán)肅認(rèn)真、一絲不茍和敢于創(chuàng)新的精神，有利于學(xué)生認(rèn)識(shí)和掌握科學(xué)過(guò)程與科學(xué)方法，形成正確的化學(xué)實(shí)驗(yàn)態(tài)度、情感與價(jià)值。

二、化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的類型和內(nèi)容

根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)，我們可以將高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)劃成不同的類型。根據(jù)實(shí)驗(yàn)在化學(xué)教學(xué)認(rèn)識(shí)過(guò)程中的作用，它可以分為：

1.啟發(fā)性（或探索性）實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)。

這類實(shí)驗(yàn)是在課堂教學(xué)中配合其他化學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)進(jìn)行的，多采取隨堂實(shí)驗(yàn)的形式。在引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，我們要注意效果明顯、容易操作、時(shí)間短和安全可靠。

2.驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)。

這類實(shí)驗(yàn)?zāi)康闹饕球?yàn)證化學(xué)假說(shuō)和理論，多采取學(xué)生實(shí)驗(yàn)課或邊講邊實(shí)驗(yàn)的形式。在引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，除了上述要求外，我們還要注意其作為證據(jù)對(duì)猜想與假設(shè)是否具有較強(qiáng)的說(shuō)服力。

3.運(yùn)用性實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)。

這類實(shí)驗(yàn)的目的是綜合運(yùn)用所學(xué)的化學(xué)知識(shí)和技能，通過(guò)化學(xué)實(shí)驗(yàn)解決一些與化學(xué)有關(guān)的實(shí)際問(wèn)題。在引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，我們要注意靈活性和綜合性，盡可能設(shè)計(jì)多種方案，并加以比較，進(jìn)而進(jìn)行優(yōu)選。

根據(jù)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的工具，它可劃分為以下兩種類型：

（1）化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器、裝置和藥品的改進(jìn)或代替。

（2）化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法的改進(jìn)。一方面，這主要是由于高中化學(xué)教課書中，有的實(shí)驗(yàn)因裝置過(guò)于繁雜、操作不太方便、方法不合適、可見(jiàn)度較低而影響化學(xué)教學(xué)效果，因此需要改進(jìn)方案，重新設(shè)計(jì)。另一方面，由于高中生受到種種條件的限制，常會(huì)發(fā)生缺少某些儀器、藥品的情況，因而需要自制一些儀器和代用品，采用微型實(shí)驗(yàn)，所以也需要對(duì)實(shí)驗(yàn)重新進(jìn)行設(shè)計(jì)。

三、化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原則

1.科學(xué)性原則。

科學(xué)性是指實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)程序和操作方法必須與化學(xué)理論知識(shí)和化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法論相一致，這是化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的首要原則。例如Na2S和Na2SO3的鑒別，在試劑的選擇上就不宜選用硝酸等具有氧化性的酸；在操作程序的設(shè)計(jì)上，應(yīng)先溶解，取少量溶液，然后加試劑，而不能溶解后就加入試劑。

2.可行性原則。

可行性是指設(shè)計(jì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)所運(yùn)用的實(shí)驗(yàn)原理在實(shí)施時(shí)切實(shí)可行，所選用的化學(xué)實(shí)驗(yàn)藥品、儀器、設(shè)備和方法在中學(xué)的條件下能夠得到滿足。例如NaCl、Na2SO4的鑒別，有的學(xué)生常選用AgNO3做試劑，認(rèn)為AgCl難溶、Ag2SO4微溶，從而把兩者加以區(qū)分。事實(shí)上，這種方法所依據(jù)的原理在實(shí)施時(shí)是不可行的。因?yàn)榱蛩徙y不穩(wěn)定，很容易分解成難溶的氧化銀。

3.綠色化原則。

綠色化學(xué)是21世紀(jì)化學(xué)科學(xué)的一個(gè)重要發(fā)展方向，也是中學(xué)化學(xué)教學(xué)中，學(xué)生應(yīng)樹立的基本化學(xué)觀念之一。綠色化學(xué)倡導(dǎo)從源頭上就盡可能地消除或減少有毒、有害化學(xué)物質(zhì)對(duì)環(huán)境的影響，要想實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，必須首先從化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)做起。在化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中體現(xiàn)綠色化學(xué)思想，就要遵循化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的綠色化原則，即在化學(xué)反應(yīng)原料的選擇、化學(xué)反應(yīng)的條件的選擇、化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物、化學(xué)實(shí)驗(yàn)的操作等環(huán)節(jié)都要貫徹綠色化學(xué)思想。

四、發(fā)展學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的教學(xué)策略

1.盡可能為學(xué)生提供進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)。

化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，是實(shí)驗(yàn)探究能力的重要組成部分。進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的過(guò)程，也就是學(xué)生經(jīng)歷制定實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)計(jì)劃，發(fā)展實(shí)驗(yàn)探究能力的過(guò)程。因此，我們?cè)诨瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，要盡可能多地為學(xué)生創(chuàng)造進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)，使學(xué)生在化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的過(guò)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，初步掌握化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本方法。

2.增強(qiáng)發(fā)展學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的計(jì)劃性。

增強(qiáng)發(fā)展化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的計(jì)劃性是發(fā)展學(xué)生的化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力很重要的一個(gè)方面。我們應(yīng)根據(jù)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的特點(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、分階段地制定化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的發(fā)展計(jì)劃。

篇8

【關(guān)鍵詞】小學(xué)科學(xué)；實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)；能力；培養(yǎng)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是小學(xué)科學(xué)課堂教學(xué)的核心，學(xué)生在老師的引導(dǎo)下，自己動(dòng)腦、動(dòng)手完成實(shí)驗(yàn)，得出實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，培養(yǎng)簡(jiǎn)單的探索科學(xué)的方法和基本的科學(xué)觀念。要做好這些并不容易，這就要求學(xué)生有一定的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。小學(xué)生的科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力不是僅僅指小學(xué)生操作實(shí)驗(yàn)的能力，而是一種綜合的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，是指小學(xué)生在科學(xué)學(xué)習(xí)中理解實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?，按照教材提供的?shí)驗(yàn)方案或者自己設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行有步驟地操作實(shí)驗(yàn)、采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、歸納總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論的綜合能力。

培養(yǎng)小學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，也是培養(yǎng)學(xué)生自主探究性學(xué)習(xí)的能力，不但能提高學(xué)生自主探究學(xué)習(xí)的興趣，還能提高學(xué)生進(jìn)行自主探究學(xué)習(xí)的自信心，綜合發(fā)展小學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，打造小學(xué)科學(xué)高效課堂。那么，怎樣培養(yǎng)小學(xué)生的科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力呢？我結(jié)合幾年的科學(xué)教學(xué)實(shí)踐，從以下幾個(gè)方面來(lái)談?wù)勎覍?duì)小學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ε囵B(yǎng)的做法。

一、明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，按照?shí)驗(yàn)方案有序進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

愛(ài)動(dòng)手是小學(xué)生的特點(diǎn)，所以科學(xué)課在動(dòng)手操作這一項(xiàng)比其他學(xué)科占優(yōu)勢(shì)，學(xué)生積極性高，興趣濃?？墒?，在具體的教學(xué)過(guò)程中，我們不難發(fā)現(xiàn)學(xué)生們很想做實(shí)驗(yàn)，但是卻不知道怎樣才能把實(shí)驗(yàn)做好。課堂上常常出現(xiàn)這種情況，當(dāng)老師讓學(xué)生動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)時(shí)，人人都要爭(zhēng)著做實(shí)驗(yàn)，可是卻沒(méi)有幾個(gè)人是按照實(shí)驗(yàn)要求去做的，實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景怎一個(gè)“亂”字了得，實(shí)驗(yàn)的結(jié)果也是百花齊放，各有千秋。學(xué)生做實(shí)驗(yàn)更多的是滿足自己一時(shí)的好奇心，而缺乏有目的、有秩序地去完成探究實(shí)驗(yàn)任務(wù)。不知道實(shí)驗(yàn)的目的是什么，沒(méi)有對(duì)實(shí)驗(yàn)中會(huì)發(fā)生的情況進(jìn)行預(yù)設(shè)和猜想，沒(méi)有把觀察到的現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及時(shí)記錄下來(lái)，也就無(wú)法得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，這是我們所不愿意看到的，不是我們想要的結(jié)局。

如何克服學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的盲目性，提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)的效果呢？我在教學(xué)實(shí)踐中感覺(jué)到：第一，在學(xué)生做實(shí)驗(yàn)之前，老師應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成認(rèn)真細(xì)讀實(shí)驗(yàn)?zāi)恳蟮牧?xí)慣，使學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)的目的要求。第二，了解實(shí)驗(yàn)的方法，有些實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)方案教材中已經(jīng)有了，有些實(shí)驗(yàn)方案則需要自己根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求設(shè)計(jì)。只有讓學(xué)生讀懂實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊螅ㄒ鍪裁矗浚?，了解?shí)驗(yàn)方案（怎么做？），學(xué)生才能對(duì)實(shí)驗(yàn)做到心中有數(shù)，才能較好地完成實(shí)驗(yàn)，提高實(shí)驗(yàn)效果。

二、激發(fā)興趣，及時(shí)督查，自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

根據(jù)新課程標(biāo)準(zhǔn)要求，小學(xué)科學(xué)教材中安排了許多探究性科學(xué)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，老師在每節(jié)課上都要安排學(xué)生做較多的實(shí)驗(yàn)，要想讓學(xué)生做好實(shí)驗(yàn)，就必需要準(zhǔn)備較多的實(shí)驗(yàn)器材。許多老師為了讓學(xué)生做好實(shí)驗(yàn)，都會(huì)親自動(dòng)手準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材，樣樣親力親為，而不需要學(xué)生動(dòng)手參與準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材，擔(dān)心學(xué)生準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材有困難，擔(dān)心學(xué)生找不到所需的實(shí)驗(yàn)材料，無(wú)法完成課堂上的實(shí)驗(yàn)。其實(shí)，老師完全沒(méi)有必要這樣擔(dān)心，只要你做好宣傳工作，宣傳到位，檢查到位，學(xué)生基本上都會(huì)按照實(shí)驗(yàn)要求準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材的。

要求學(xué)生課前準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材，有很多好處，一方面可以讓學(xué)生切身感受到老師準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材不容易，懂得尊重老師的勞動(dòng)；更重要的一方面是，學(xué)生在準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材的過(guò)程中必然要細(xì)讀實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊蟆?shí)驗(yàn)方法，必定細(xì)看教材，對(duì)課本有提前預(yù)習(xí)的準(zhǔn)備，進(jìn)而對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊蟆?shí)驗(yàn)方法有深刻地認(rèn)識(shí)，為上課做好實(shí)驗(yàn)做了心理上和思想上的準(zhǔn)備，為做好實(shí)驗(yàn)做了鋪墊。學(xué)生在自主做實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中不斷地理解、消化實(shí)驗(yàn)的目的要求，無(wú)形之中養(yǎng)成了實(shí)驗(yàn)之前仔細(xì)研讀實(shí)驗(yàn)要求與實(shí)驗(yàn)方法的習(xí)慣，提高了學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)的能力。

三、面向全體學(xué)生，明確分工，主動(dòng)參與實(shí)驗(yàn)

學(xué)生參與課堂科學(xué)實(shí)驗(yàn)，經(jīng)歷整個(gè)探究實(shí)驗(yàn)過(guò)程，是培養(yǎng)小學(xué)生探究性學(xué)習(xí)能力的最佳途徑，也是培養(yǎng)小學(xué)生科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的最佳途徑。參與做實(shí)驗(yàn)，參與到整個(gè)探究實(shí)驗(yàn)過(guò)程中去，使所有學(xué)生都能在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)揮作用，都能有機(jī)會(huì)動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，都能細(xì)致觀察實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的現(xiàn)象，都能學(xué)會(huì)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，都能參與討論，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析實(shí)驗(yàn)過(guò)程中觀察到的現(xiàn)象，都能學(xué)習(xí)歸納總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論，都能學(xué)結(jié)實(shí)驗(yàn)成功的經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)失敗的教訓(xùn)，等等。但是，現(xiàn)實(shí)的教學(xué)活動(dòng)中學(xué)生參與探究實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的情況并不令人滿意，雖然說(shuō)小學(xué)生喜歡做科學(xué)實(shí)驗(yàn)，但是實(shí)際現(xiàn)象是有些學(xué)生還是不愿意動(dòng)手做的，特別是一部分女生，她們常常不愿意動(dòng)手做，經(jīng)我了解她們不愿動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)的原因有三種，一種是就是不想動(dòng)手做；一種是不敢做，擔(dān)心做失敗，被別的同學(xué)笑話；一種是沒(méi)有機(jī)會(huì)做，每次實(shí)驗(yàn)都被男生搶去做了，或者被動(dòng)手能力強(qiáng)的女同學(xué)搶去做了，自己沒(méi)有做的機(jī)會(huì)，久而久之就再也沒(méi)有機(jī)會(huì)做實(shí)驗(yàn)了。這樣下去，不動(dòng)手參與做實(shí)驗(yàn)的這部分同學(xué)動(dòng)手能力必然被弱化，不做實(shí)驗(yàn)，她們的興趣必然減弱，他們的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Ρ厝坏貌坏脚囵B(yǎng)。

如何解決部分學(xué)生不參與實(shí)驗(yàn)活動(dòng)呢？首先，老師安排學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí)要給學(xué)生充足的時(shí)間，其次，要求實(shí)驗(yàn)小組的成員明確分工，細(xì)化職責(zé)，小組內(nèi)的同學(xué)輪流動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，輪流觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，輪流記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，保證每個(gè)人都有機(jī)會(huì)動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)。這樣小組成員就會(huì)主動(dòng)參與實(shí)驗(yàn)。

四、記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，綜合歸納結(jié)論

學(xué)生喜歡做實(shí)驗(yàn)，但往往不愿意去仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的現(xiàn)象，不愿意去主動(dòng)用筆記錄觀察到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，忙著做實(shí)驗(yàn)，甚至搶著去做實(shí)驗(yàn)，等到要使用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，卻沒(méi)有完整的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可用，也就無(wú)法通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析來(lái)歸納總結(jié)實(shí)驗(yàn)的結(jié)論，那做實(shí)驗(yàn)也就沒(méi)有達(dá)到做實(shí)驗(yàn)的目的，實(shí)驗(yàn)幾乎沒(méi)有發(fā)揮應(yīng)有的作用。為了避免這種事情的發(fā)生，在做實(shí)驗(yàn)前，教師就要給每個(gè)實(shí)驗(yàn)小組的成員明確地分好工，安排好實(shí)驗(yàn)小組各個(gè)成員的任務(wù)，實(shí)驗(yàn)時(shí)要求實(shí)驗(yàn)小組成員各行其事，有條不紊地做好自己的工作，觀察實(shí)驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的現(xiàn)象，獲取有效的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，保證實(shí)驗(yàn)順利有效地完成。

篇9

【關(guān)鍵詞】高中數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)；操作性數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)；思維性數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)；計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)

【中圖分類號(hào)】G633.6 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1005-6009（2017）27-0009-03

【作者簡(jiǎn)介】徐彩娥，江蘇省太倉(cāng)高級(jí)中學(xué)（江蘇太倉(cāng)，215400）教師，高級(jí)教師，蘇州市名教師，江蘇省優(yōu)秀教育工作者。

高中數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)是根據(jù)國(guó)家課程標(biāo)準(zhǔn)、學(xué)生認(rèn)知水平及數(shù)學(xué)教學(xué)思想發(fā)展的脈絡(luò)，創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，充分利用實(shí)踐手段、設(shè)計(jì)系列問(wèn)題、增加輔助環(huán)節(jié)，在教學(xué)思維活動(dòng)的參與下引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)、積極、批判地思考，給出驗(yàn)證和理論的證明，從而使學(xué)生親歷數(shù)學(xué)建構(gòu)，逐步把握認(rèn)識(shí)事物與真理的方式方法，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造能力和科學(xué)研究意識(shí)，提高數(shù)學(xué)素養(yǎng)的一種探索活動(dòng)。江蘇省太倉(cāng)高級(jí)中學(xué)數(shù)學(xué)團(tuán)隊(duì)根據(jù)高中的教學(xué)內(nèi)容精心設(shè)計(jì)高中數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)，有計(jì)劃、有步驟、有目的地開設(shè)高中數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程。我們將高中數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)依據(jù)開展形式，分為操作性數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)、思維性數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)和圖形計(jì)算器模擬實(shí)驗(yàn)三類。下文就對(duì)這三種數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)分析。

一、操作性數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)

操作性數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是根據(jù)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)的目的和要求，教師指導(dǎo)學(xué)生通過(guò)動(dòng)手操作，制作或使用一些簡(jiǎn)單的工具，驗(yàn)證數(shù)學(xué)結(jié)論或假設(shè)、進(jìn)行探究數(shù)學(xué)知識(shí)的教學(xué)活動(dòng)。操作性數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)按照實(shí)驗(yàn)?zāi)康姆譃轵?yàn)證式的數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)和理解式的數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)。

1.驗(yàn)證式的數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

驗(yàn)證式實(shí)驗(yàn)的目的并不是讓學(xué)生探索數(shù)學(xué)知識(shí)，而是讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證數(shù)學(xué)結(jié)論或了解公式的用。

【案例1】橢圓定義的應(yīng)用。

（1）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：在圓形紙片內(nèi)部設(shè)置一個(gè)不同于圓心的一點(diǎn)，折疊紙片，使圓周的邊界上有一點(diǎn)與該點(diǎn)重合，重復(fù)這個(gè)過(guò)程數(shù)次，形成一系列折疊，它們整體地勾畫出一條曲線的輪廓。

（2）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簳?huì)用橢圓定義來(lái)解釋實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象，加深對(duì)橢圓定義的深刻理解，激發(fā)學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)的興趣，培養(yǎng)數(shù)學(xué)應(yīng)用能力和論證能力。

（3）現(xiàn)象與解釋：

經(jīng)過(guò)觀察，可以猜想眾多折痕圍出的圖形是橢圓。

證明：如圖1所示，M，O關(guān)于直線AB對(duì)稱，PO=PM，

PC+PO=PC+PM=r，即橢圓上的點(diǎn)到圓心C與另一個(gè)定點(diǎn)O的距離和等于圓的半徑。

2.理解式的數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

理解式實(shí)驗(yàn)主要針對(duì)一些很難直觀想象的數(shù)學(xué)公式、定理和結(jié)論，通過(guò)制作實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ突虿僮髌渥兓^(guò)程，達(dá)到直觀、便于理解的目的。

【案例2】圓錐曲線的探索。

（1）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：從手電筒打出的光束是呈圓錐形，當(dāng)光束打到墻面上時(shí)，光斑的邊緣就形成了一條曲線，畫出手電筒光束形成的圓錐曲線，并寫出對(duì)應(yīng)的方程。

（2）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^(guò)觀察平面截圓錐面的情境，獲得自身體會(huì)，使得學(xué)生對(duì)圓錐曲線的概念有一個(gè)感性的認(rèn)識(shí)，由此引出圓錐曲線的概念。

（3）實(shí)驗(yàn)工具：手電筒、一張紙。

（4）實(shí)驗(yàn)過(guò)程：

①在一張紙上畫出直角坐標(biāo)系，并把它貼到墻上；

②手電筒垂直照向紙，使光束在紙上形成一個(gè)圓，并使光束的中心在原點(diǎn)，然后保持手電筒不動(dòng)，描出光斑的邊緣，測(cè)量出半徑，寫出圓方程；

③改變手電筒與墻面的夾角，使得光斑形成一個(gè)橢圓，并使得對(duì)稱軸位于豎直方向，中心在原點(diǎn)，然后保持手電筒不動(dòng)，描出橢圓的形狀，測(cè)量出長(zhǎng)軸、短軸的長(zhǎng)，寫出它的方程。

④用類似上述的方法，探索還能得到其他哪些曲線。

（5）現(xiàn)象和解釋：

手電筒發(fā)出的光束形狀可以近似看成一個(gè)圓錐，設(shè)圓錐的母線與軸線的夾角為α，紙面與軸線的夾角為β。（如圖2）

當(dāng)β=90°時(shí)（即手電筒垂直與紙面時(shí)），光束在紙上形成一個(gè)圓。

改變紙面與圓錐軸線的夾角，當(dāng)β=α?xí)r（即手電筒與圓錐的母線紙面平行時(shí)），光斑形成的圖形形狀是拋物線。

當(dāng)手電筒既不與紙面垂直，紙面又不與圓錐的母線平行時(shí)，需要分兩種情況討論：

當(dāng)β>α?xí)r，光斑形成的圖形是橢圓；

當(dāng)β

二、思維性數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)

思維性數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)又稱為“探索建構(gòu)式”實(shí)驗(yàn)，它是通過(guò)對(duì)數(shù)學(xué)對(duì)象的不同變化形態(tài)下的展示，創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用思維方式探究數(shù)學(xué)知識(shí)、檢驗(yàn)數(shù)學(xué)結(jié)論（或假設(shè)）的教學(xué)活動(dòng)。思維性的數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)重在思維訓(xùn)練，實(shí)驗(yàn)分四個(gè)階段進(jìn)行：探究情境的創(chuàng)設(shè)，學(xué)生形成問(wèn)題，確認(rèn)研究中的問(wèn)題，對(duì)問(wèn)題做出解釋。

【案例3】蘇教版高中數(shù)學(xué)必修4中“實(shí)習(xí)作業(yè)”：制作煙囪彎頭（如圖3，單位：cm），不考慮焊接處的需要，選用的矩形鐵片應(yīng)滿足怎樣的尺寸？請(qǐng)你設(shè)計(jì)一個(gè)最合理的裁剪方案。（在矩形鐵片上畫出的裁剪線應(yīng)是什么圖形？）

1.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

（1）安排制作直角煙道模型的課前實(shí)踐活動(dòng)，在利用火腿腸制作煙道模型的過(guò)程中，通過(guò)斜切火腿腸、觀察截面橢圓的展開圖，增加感性認(rèn)識(shí)，為進(jìn)一步的理性分析打下基礎(chǔ)；

（2）利用TI計(jì)算器進(jìn)行函數(shù)模型擬合分析，讓學(xué)生應(yīng)用信息技術(shù)驗(yàn)證猜想，為推理證明埋下必要的線索；

（3）加強(qiáng)自主探究、合作交流活動(dòng)，將每個(gè)學(xué)生的作業(yè)即時(shí)投射到大屏幕上，為課堂中的師生、生生互動(dòng)提供材料，并引導(dǎo)學(xué)生觀察、比較、分析。

2.實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹Ｍㄟ^(guò)煙囪彎頭的設(shè)計(jì)，不僅讓學(xué)生感受“數(shù)學(xué)源于生活又服務(wù)于生活”，而且促使學(xué)生將所學(xué)的圓柱的側(cè)面展開圖、二面角、直線與平面的關(guān)系等立體幾何知識(shí)和y=Asin（ωx+φ）+B的圖象與性質(zhì)方面的知識(shí)聯(lián)系起來(lái)，培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。

3.實(shí)驗(yàn)工具：火腿腸、美工刀1把、矩形紙片一張、TI計(jì)算器。

4.實(shí)驗(yàn)過(guò)程：

（1）課前探究。

第一步：先切去火腿腸兩頭，將其切成一個(gè)圓柱體，再將圓柱體按約45°斜切成兩段，拼成一個(gè)直角煙道的模型。

第二步：用美工刀將其中一段火腿腸包裝紙切開，然后將其展平在一張紙上，并觀察曲線的形狀特征。

（2）學(xué)生初步確定曲線函數(shù)圖象：截面橢圓的展開曲線可能是正弦型函數(shù)y=Asin（ωx+φ）+k的圖象。

（3）借助TI計(jì)算器操作確認(rèn)。

選取一張學(xué)生的圖片，導(dǎo)入到TI計(jì)算器的坐標(biāo)系中，然后讓學(xué)生完成下面操作：①在曲線上有針對(duì)性地選一些點(diǎn)（至少5個(gè)），測(cè)量各點(diǎn)的坐標(biāo)，并將測(cè)得的坐標(biāo)列成電子表格；②至少選用兩種函數(shù)模型進(jìn)行回歸分析，并比較一下效果。

（4）實(shí)驗(yàn)結(jié)果和解釋。

可將此問(wèn)題數(shù)學(xué)化為一個(gè)數(shù)學(xué)模型，供學(xué)生利用理論進(jìn)行推理論證：水平面α與斜平面β成45°的二面角，α∩β=l，且l與截面圓O相切。設(shè)圓柱底面半徑為1，點(diǎn)Q為截面橢圓上任一點(diǎn)P在水平截面α上的投影，設(shè)AQ=x，PQ=y，試求y關(guān)于x的函數(shù)表達(dá)式。

“實(shí)驗(yàn)操作直覺(jué)猜想直觀驗(yàn)證推理論證”是科學(xué)探究的一般方法。讓學(xué)生參與探究的全過(guò)程，可以培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S習(xí)慣。在學(xué)生利用TI計(jì)算器擬合并得出初步結(jié)論時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)的數(shù)學(xué)知識(shí)進(jìn)行嚴(yán)密論證是不可或缺的一環(huán)。在探究過(guò)程中，通過(guò)層層設(shè)問(wèn)，適時(shí)點(diǎn)撥，使學(xué)生調(diào)動(dòng)、運(yùn)用已有數(shù)學(xué)知識(shí)，最終揭開直觀現(xiàn)象背后的數(shù)學(xué)奧秘。

三、計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)

計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)指借助于計(jì)算機(jī)的快速運(yùn)算功能和圖形處理能力，模擬再現(xiàn)問(wèn)題情境，引導(dǎo)學(xué)生自主探究數(shù)學(xué)知識(shí)、檢驗(yàn)數(shù)學(xué)結(jié)論（或假設(shè)）的教學(xué)活動(dòng)。計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)能為教學(xué)活動(dòng)提供并展示各種所需的圖文資料，創(chuàng)設(shè)、模擬各種與教學(xué)內(nèi)容相適應(yīng)的情境，為學(xué)生的學(xué)習(xí)和發(fā)展提供豐富多彩的學(xué)習(xí)情境和有力的學(xué)習(xí)工具。

【案例4】拋擲硬幣實(shí)驗(yàn)。

1.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。通過(guò)TI計(jì)算器模擬拋擲硬幣的實(shí)驗(yàn)，記錄正面向上的頻率。

2.實(shí)驗(yàn)工具。TI計(jì)算器。

3.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。體驗(yàn)拋擲硬幣的實(shí)驗(yàn)，真正感受出現(xiàn)正面的概率為1/2。

4.實(shí)驗(yàn)過(guò)程。利用TI計(jì)算器，記錄正面向上的次數(shù)，計(jì)算正面向上的頻率p=m/n。

5.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。分別統(tǒng)計(jì)小組和全班學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得到正面向上的概率是1/2。

6.理論解釋。拋擲一枚硬幣出現(xiàn)的結(jié)果只有兩種：正面向上和正面向下，且兩種事件是互斥的，所以拋擲一枚硬幣出現(xiàn)正面向上的概率是1/2。

以往的教學(xué)因?yàn)槿狈?shí)驗(yàn)的環(huán)境，常常將結(jié)論直接提供給學(xué)生，學(xué)生沒(méi)有質(zhì)疑的機(jī)會(huì)，自然也沒(méi)有質(zhì)疑的念頭，這對(duì)科學(xué)探究精神的培養(yǎng)是不利的。這里借助TI計(jì)算器進(jìn)行數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)，有效地驗(yàn)證或探究數(shù)學(xué)問(wèn)題，使得做數(shù)學(xué)、用數(shù)學(xué)成為可能。

可見(jiàn)，數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)不但可以改變傳統(tǒng)的教學(xué)方式，而且使得數(shù)學(xué)探究活動(dòng)變得豐富多彩、方法靈活多樣。通過(guò)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的開設(shè)，不但有利于培養(yǎng)學(xué)生的主體意識(shí)，而且改變了學(xué)生學(xué)習(xí)方式，拓展了問(wèn)題研究的空間，真正做到富有創(chuàng)造性地學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)，真正有利于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和研究能力，真正有效提高了學(xué)生的核心素養(yǎng)。

【參考文獻(xiàn)】

篇10

【關(guān)鍵詞】生物醫(yī)學(xué)工程；生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)；生物電位放大器；電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化

【Abstract】In order to strengthen the electronic engineering technology training for Biomedical Engineering students， the Biomedical Electronics experiment course was designed for the students. The biological potential amplifier was selected as the experiment subject； In the experiment， student will be required to combine the simulation based on the electronic design automation software and practical operation to complete the design work of the biological potential amplifier， verify its function， and measure its important performance； the experiment was arranged in the early stage of the theoretical courses. Practice shows that the students have a more depth understanding of the characteristics of different methods in electronic engineering technology through the training of biomedical electronics experiments. Therefore， the curriculum design of the experiment is successful.

【Key words】Biomedical Engineering； Biomedical Electronics； Biological potential amplifier；Design automation

0 引言

生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)涉及多種學(xué)科和技術(shù)，具有很強(qiáng)的綜合性[1]；但與此同時(shí)，該專業(yè)的本科生培養(yǎng)工作也具有很高的難度，原因就在于學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)容多而不精，在擇業(yè)時(shí)常常無(wú)法體現(xiàn)出能力優(yōu)勢(shì)。因此，從培養(yǎng)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)本科生的角度而言，應(yīng)該在對(duì)學(xué)生進(jìn)行綜合素質(zhì)培養(yǎng)的同時(shí)、加強(qiáng)特定專業(yè)技能的訓(xùn)練，為學(xué)生的就業(yè)和繼續(xù)深造打下良好的專業(yè)基礎(chǔ)[2]。

醫(yī)學(xué)電子儀器方式是上海理工大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的一個(gè)重要方向，在課程設(shè)置上，專注于培養(yǎng)學(xué)生的電子工程技術(shù)[3]。這其中，生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)[4]是生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的重要專業(yè)課程之一，其教學(xué)目的是讓學(xué)生掌握醫(yī)學(xué)電子儀器中帶有共性的電子器件、電子線路及電子學(xué)設(shè)計(jì)方法，因此是引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)將電子工程技術(shù)應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的重要環(huán)節(jié)。生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)實(shí)驗(yàn)是該課程的配套實(shí)驗(yàn)，目的是在于通過(guò)有代表性的實(shí)驗(yàn)課題，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)以致用、將課堂內(nèi)容融會(huì)貫通于實(shí)踐之中。因此，生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)實(shí)驗(yàn)是生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的一門重要實(shí)驗(yàn)，需要進(jìn)行慎重的實(shí)驗(yàn)選題、認(rèn)真的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和細(xì)致的實(shí)驗(yàn)安排。為此，進(jìn)行了相關(guān)的課程設(shè)計(jì)和實(shí)踐工作，詳述如下。

1 課程設(shè)計(jì)思想

上海理工大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)實(shí)驗(yàn)被安排于第五學(xué)期，和生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)理論課平行設(shè)置。此前，學(xué)生已經(jīng)通過(guò)電路原理、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)、數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)和電子技術(shù)技能訓(xùn)練等課程的培養(yǎng)，具備了一定的電子工程技術(shù)基礎(chǔ)。生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)實(shí)驗(yàn)的總課時(shí)為16學(xué)時(shí)，在有限的課時(shí)內(nèi)，讓學(xué)生得到最大程度的專業(yè)訓(xùn)練，具有一定難度。在此背景下，展開生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)實(shí)驗(yàn)的課程設(shè)計(jì)工作。

首先要解決的問(wèn)題是實(shí)驗(yàn)選題。生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)實(shí)驗(yàn)的選題，應(yīng)該能夠突出生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)的特色，具有代表性。經(jīng)過(guò)研究，多個(gè)生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)的相關(guān)教材中，都將生物電位放大器（Biopotential Amplifier），即儀表放大器（instrumentation amplifier），放在了相當(dāng)重要的位置上[5]。生物電位放大器，是用于放大心電、肌電和腦電等信號(hào)的專用放大器；這些信號(hào)具有的特點(diǎn)包括：由生物體內(nèi)的電活動(dòng)產(chǎn)生、屬于微弱的差分信號(hào)、非常容易被更加強(qiáng)烈的共模噪聲淹沒(méi)；而生物電位放大器具有很好的共模抑止特性，最適于放大這些存在于強(qiáng)烈共模噪聲背景下的微弱差分信號(hào)[6]；因此，生物電位放大器在生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)中占有重要地位，以生物電位放大器為主題開展生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)實(shí)驗(yàn)，不僅具有代表性，而且能夠引導(dǎo)學(xué)生在前期的課程基礎(chǔ)上有所提高。

其次要解決的問(wèn)題是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。圍繞生物電位放大器這個(gè)主題開展實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)工作，需要使實(shí)驗(yàn)具有一定深度，但同時(shí)又要保證大部分同學(xué)有能力在限定的課時(shí)內(nèi)完成任務(wù)。經(jīng)過(guò)反復(fù)論證設(shè)計(jì)，最終決定生物電位放大器相關(guān)實(shí)驗(yàn)由兩部分組成：基于電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（Electronic design automation， EDA）軟件的設(shè)計(jì)仿真實(shí)驗(yàn)和動(dòng)手實(shí)踐實(shí)驗(yàn)。在第一部分實(shí)驗(yàn)中：學(xué)生基于LM324[7]完成生物電位放大器的設(shè)計(jì)工作；仿真驗(yàn)證設(shè)計(jì)結(jié)果；仿真測(cè)試其差模增益幅頻響應(yīng)曲線[8]。在第二部分實(shí)驗(yàn)中：學(xué)生在面包板上動(dòng)手搭建生物電位放大器；并在實(shí)驗(yàn)室中，使用各種設(shè)備測(cè)試差模增益幅頻響應(yīng)曲線。上述實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于：通過(guò)設(shè)計(jì)仿真工作，讓同學(xué)們盡快掌握生物電位放大器的原理，同時(shí)，基于EDA軟件開展電路工作，符合發(fā)展趨勢(shì)[9]；通過(guò)設(shè)計(jì)仿真和動(dòng)手實(shí)踐相結(jié)合，互為驗(yàn)證，比較差異，容易引發(fā)思考，更加深刻的體會(huì)電子工程技術(shù)中不同手段的特點(diǎn)；對(duì)生物電位放大器的重要參數(shù)進(jìn)行仿真、測(cè)量和總結(jié)，有利于學(xué)生們?cè)诟畹爻潭壬险莆丈镫娢环糯笃鳌?/p>

最后要解決的問(wèn)題是實(shí)驗(yàn)安排。由于生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)實(shí)驗(yàn)是生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)理論課程的配套實(shí)驗(yàn)，因此在進(jìn)度安排上必須要統(tǒng)籌考慮；此外，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)決定了生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)實(shí)驗(yàn)適宜集中精力完成，而不是分散到每周進(jìn)行，集中完成實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛉〉酶玫男Ч榇耍谏镝t(yī)學(xué)電子學(xué)理論課程中，生物電位放大器相關(guān)內(nèi)容被安排在課程的早期進(jìn)行講解；緊隨其后，利用課余和周末時(shí)間，在一周內(nèi)完成生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)實(shí)驗(yàn)。這樣安排的好處是：學(xué)生能夠在課程的開始階段，就體會(huì)到了如何將理論應(yīng)用于實(shí)際，引發(fā)學(xué)習(xí)興趣。

2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容展示

下面以一位學(xué)生的實(shí)驗(yàn)情況為例，說(shuō)明課程設(shè)計(jì)效果。

1）生物電位放大器的設(shè)計(jì)和仿真

a）生物電位放大器的設(shè)計(jì)：

基于lm324設(shè)計(jì)一個(gè)基于三運(yùn)放的儀表放大器，用于生物電位測(cè)量，仿真電路原理圖如圖1所示。增益公式如公式（1）所示，其中：R1、R2、R5和R6都選用10KΩ的電阻；R3和R4都選用24KΩ的電阻；Rg為增益電阻，當(dāng)Rg為無(wú)窮大時(shí)，（這里選用600MΩ），增益約為1倍，當(dāng)Rg為5.6kΩ時(shí)，增益約為10倍，當(dāng)Rg為470時(shí)，增益約為100倍，當(dāng)Rg為47時(shí)，增益約為1000倍。

A=（2*R3/Rg+1）*R2/R1（1）

b）對(duì)所設(shè)計(jì)的生物電位放大器進(jìn)行仿真，驗(yàn)證其功能

如圖1所示：使用+Vdm/2和-Vdm/2兩個(gè)信號(hào)源組合成模擬心電信號(hào)的差模輸入信號(hào)Vdm，峰值為10mV，頻率為18Hz；使用Vcm仿真工頻干擾產(chǎn)生的共模信號(hào)，峰值為500mV，頻率為50Hz。取Rg為5.6kΩ，輸入、輸出信號(hào)對(duì)比圖如圖2所示。由圖可見(jiàn)，差模輸入信號(hào)被放大約10倍，但50Hz共模輸入信號(hào)在輸出信號(hào)中全無(wú)蹤跡，因此該生物電位放大器正確的實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目的：放大差模信號(hào)、抑制共模信號(hào)。

c）對(duì)所設(shè)計(jì)的生物電位放大器進(jìn)行仿真，測(cè)量其性能，頻率范圍設(shè)定在0.1Hz-5MHz之間：

對(duì)圖1的生物電位放大器進(jìn)行仿真，測(cè)量其差模增益頻率響應(yīng)，如圖3所示。圖中從上到下的短劃線、虛線、點(diǎn)劃線和實(shí)線分別代表差模增益約為1000倍、100倍、10倍和1倍時(shí)的幅頻響應(yīng)。由圖3可見(jiàn)，放大倍數(shù)越小時(shí)的幅頻響應(yīng)截止頻率約高：差模增益約1000倍時(shí)，幅頻響應(yīng)在1kHz左右就開始截止；差模增益約100倍時(shí)，幅頻響應(yīng)在10kHz左右開始截止；差模增益約10倍時(shí)，幅頻響應(yīng)在100kHz左右開始截止；差模增益約1倍時(shí)，幅頻響應(yīng)在1MHz左右開始截止。

2）生物電位放大器的實(shí)踐實(shí)驗(yàn)

動(dòng)手實(shí)現(xiàn)所設(shè)計(jì)的生物電位放大器。使用的器材包括：面包板、lm324、10KΩ電阻、24KΩ電阻、5.6KΩ電阻、470Ω電阻、47Ω電阻和導(dǎo)線等，電阻均為5%精度；使用的儀器包括SPF05數(shù)字合成函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、DS1000數(shù)字示波器和電源。測(cè)試所得到差模增益頻響曲線如圖4所示。其中，差模增益隨頻率變化的趨勢(shì)與仿真所得的結(jié)果基本類似，除了差模增益為1時(shí)的截止頻率出現(xiàn)在了100kHz左右。

3）實(shí)驗(yàn)分析

相比于實(shí)際實(shí)現(xiàn)的生物電位放大器，仿真實(shí)驗(yàn)而得的結(jié)果具有更好、更理想的特點(diǎn)。其原因在于：仿真時(shí)避免了器件差異造成的影響，需要匹配的電阻和運(yùn)放可以做到完全匹配，同時(shí)也避免了人為測(cè)量失誤造成的影響，因此可以排除隨機(jī)誤差。仿真實(shí)驗(yàn)更容易實(shí)施，對(duì)于理解理論課內(nèi)容大有裨益；但動(dòng)手實(shí)驗(yàn)更加真實(shí)，且可以提高動(dòng)手能力、積累實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于理解真實(shí)情況、解決實(shí)際問(wèn)題非常有好處；兩者可以互為補(bǔ)充。

3 結(jié)論

為了避免生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)本科生培養(yǎng)博而不精的問(wèn)題，在對(duì)學(xué)生進(jìn)行綜合素質(zhì)培養(yǎng)的同時(shí)，應(yīng)該加強(qiáng)特定專業(yè)技能的訓(xùn)練；上海理工大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)醫(yī)學(xué)電子儀器方向在課程設(shè)置上專注于培養(yǎng)學(xué)生的電子工程技術(shù)；生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)實(shí)驗(yàn)作為該專業(yè)的重要課程生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)的配套實(shí)驗(yàn)，在引導(dǎo)學(xué)生“入門”、引發(fā)專業(yè)興趣等方面，具有重要作用；為此，對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了相關(guān)的課程設(shè)計(jì)工作。實(shí)踐表明，通過(guò)生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練，學(xué)生對(duì)專業(yè)的認(rèn)知程度、對(duì)技術(shù)的理解程度和對(duì)知識(shí)的掌握程度，都得到了提升，這些能力的加強(qiáng)有助于學(xué)生對(duì)其它專業(yè)課程的學(xué)習(xí)和掌握。因此，該實(shí)驗(yàn)的課程設(shè)計(jì)是成功的，今后將沿此方向繼續(xù)推進(jìn)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]尤富生.麻省理工學(xué)院教育理念及對(duì)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的啟示[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2016，37（1）.

[2]趙曉明.生物醫(yī)學(xué)電子綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2013，30（7）.

[3]周宇.醫(yī)學(xué)儀器設(shè)計(jì)原理課程構(gòu)建的心電檢測(cè)系統(tǒng)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2012（2）.

[4]馬長(zhǎng)升.生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)的回顧與展望[J].中國(guó)醫(yī)療設(shè)備，2008，23（3）.

[5]Webster， J.G.Medical Instrumentation： Application and Design[M]. 3rd ed. John Wiley & Sons，2009.

[6]Franco， S.基于運(yùn)算放大器和模擬集成電路的電路設(shè)計(jì)[M].2ed.西安交通大學(xué)出版社，2009.

[7]Instruments. T. LM324 Quadruple Operational Amplifier. Available from： http：///product/lm324.