如何培养学生的实验设计能力

如何培养学生的实验设计能力

化学是一门以实验为基础的学科，化学实验是化学科学的灵魂，是学生认识化学世界的窗口，是学习化学的重要手段。化学实验对培养学生的“观察能力、思维能力、实验能力、自学能力”具有不可替代的作用。在《新课程标准》中重点强调科学探究是一种重要而有效的学习方式，要进行科学探究必须要进行化学实验，而进行化学实验首先要求学生进行实验设计，进行实验设计就要求学生熟悉实验原理，突破教材的框框，大胆设想，寻找完成实验的最佳途径，抓住优化实验原理的设计、试剂和仪器的选择、反应条件的控制、操作过程等环节，有计划、有目的地引导学生进行自主探究，培养学生的科学探究能力和创新能力。[2]实验设计是学生学习化学、实现科学探究的重要途径，本文就怎样培养学生的实验设计能力发表一下自己的浅见，不妥之处敬请同行们批评指正。

一  培养学生的实验设计能力要加强学生对基础知识的学习

化学学科中，任何理论（或假设）的提出、发展和完善，都有一定的实验事实作根据，而化学实验发挥着验证事实、解释结论的功能，如：原子结构理论中核外电子分层排布的实验根据是电离能的测定；原电池原理的实验根据是铜-锌原电池实验；某些有机物之间反应机理的确定是在实验中利用了示踪原子等。许多类似的实例道出了以下规律：实验事实→理论的建立（或假设的提出）→再实验→理论的发展和完善，这是人类在自然科学中发现真理、认识真理的过程。要让学生深刻的理解：化学家就是这样去认识化学世界的，要让学生明白：要进行实验设计必须要有坚实的基础知识。因而要求学生熟练掌握常见元素及其化合物的物理性质、化学性质的实验事实以及单质、化合物的制备原理和方法。中学阶段的大部分化学实验都是定性实验，这些实验虽然简单，但确实可以培养学生透过实验现象（或实验数据）看清反应实质，进而推断物质的微观组成、结构与实验结果的相互关系。物质的制备原理是以物质的性质为基础的，某一物质的制备方法不止一种，但教材上采用的方法则是实验室中最常见的最好方法，熟悉了这些实验，在设计实验时就能够灵活选择实验原理。另外还要求学生能独立的查阅、运用有关图表、数据和其它资料或文献，并能提炼出相关有用的信息加以利用，使学生具有各种信息的加工和处理能力。[3]只有学好了坚实的化学基础知识，为形成初步的实验设计能力奠定必要的基础，才能灵活有序的设计好化学实验。

二  培养学生的实验设计能力要加强对学生动手动脑能力的培养

培养学生的实验设计能力必须要求学生掌握中学化学常规实验手段，熟悉常见仪器的规格、用途及使用注意事项。常规实验手段是化学实验的基础，综合实验是常规实验的综合运用，即使那些高、精、尖的实验也离不开常规实验，因而教材中所有实验（包括教师的演示实验）都要尽可能地让学生在课内或课外一丝不苟地完成。通过动手，一方面达到对常规实验操作（加热、蒸发、过滤、分液、称量、滴定、仪器的组装、气密性的检查等）的熟练掌握，同时熟悉常见仪器的应用范围和使用注意事项，能优化和调控实验条件，要培养学生的观察、测量、记录、处理实验数据、分析表达实验结果的能力。只有有了良好的动手动脑能力，才能很好的进行化学实验设计，培养了学生不断实践的科学探究精神、持之以恒的意志品质，让学生深刻体会科学实验和动手动脑能力的价值。

三、培养学生的实验设计能力要加强学生化学实验总体观的培养

任何一个化学实验都包含以下内容：①实验目的，②实验原理，③实验设计，④实验药品、仪器、装置，⑤实验操作及操作规程，⑥实验结果的处理，这六个方面的内容可称为化学实验的六要素。实验目的是核心；实验原理是达到实验目的的理论根据；实验程序是能否完成实验的关键，它的设计以实验原理为基础；药品、仪器、装置是物质保证，这些物质条件的选择是由实验原理和实验程序决定的，同时对实验程序也起着制约作用；实验操作及注意事项是实验得以顺利、安全进行的保证，它的制定要由实验程序和实验用品来决定；实验结果的处理是对实验是否达到预期目的所进行的检验，在解释实验现象、处理所测得的数据、分析实验误差等项工作中必须对各要素进行综合分析，最后得出具体合理的结论。[4]

例如：在学习化学反应质量守衡时，学生设计实验验证在化学反应过程中质量守衡定律：

实验目的：在一定条件下，反应物之间发生化学变化生成新的物质，验证在化学反应过程中质量守衡。

实验原理：回忆已有知识，在化学变化中，元素和原子的种类不变，数目不变，原子的质量不变；查阅资料，从波义耳的失误到拉瓦锡质量守恒定律的发现。

《如何培养学生的实验设计能力》全文内容当前网页未完全显示，剩余内容请访问下一页查看。

实验设计及操作过程：

设计实验一：取一小截蜡烛粘在一小块木板上，将小木板和蜡烛一起放在托盘天平上，调节砝码，使天平达到平衡，点燃蜡烛，观察天平的平衡情况。

设计实验二：在小烧杯中加入20ml稀硫酸铜溶液，取一根铁钉用砂纸擦去铁锈，将盛有硫酸铜溶液的烧杯和铁钉一起放在托盘天平上称量，记录所称的质量w1。将铁钉浸到硫酸铜溶液中，观察实验现象，将盛有硫酸铜溶液和铁钉的烧杯放在托盘天平上称量，记录所称的质量w2，比较反应前后质量的变化。

实验结果的处理：学生对上述实验，可能产生如下的想法：

“蜡烛燃烧后质量减少，是由于生成的气体没有被称量所造成的”；

“铁与硫酸铜的反应质量不变，因为反应中既没有气体参加反应，又没有气体生成”；

“研究蜡烛燃烧反应的质量变化，应将参加反应的氧气和生成的二氧化碳、水一起称量”；

“如果把蜡烛放在一个集气瓶中点燃，塞上塞子再称，质量可能就不变了”；

“在密闭容器中进行实验，反应前后物质质量肯定不会发生变化”；……

在学生充分讨论和分析的基础上，重新设计并完成有关实验，学生得出了“化学反应前后各物质的质量总和保持不变”的结论。

实验设计方案可能有对有错，只要在老师的指导下，在学生的多次实验验证下，就会逐步的完善，就可以培养学生的善于质疑、勤于思考、严谨求实的科学精神、严肃认真的科学态度和克服困难的意志等优良品质，促进学生的全面发展。

四、激励学生进行实验设计，培养学生的思维能力

学生的一切学习活动都离不开思维。化学实验的设计过程实质上是一个探索、创造的过程，对学生思维能力的要求层次较高，因而我们要充分的激励学生敢于冲破旧的条条框框，应积极引导学生多方位、多角度、多途径去思考问题，从引导学生对思维发散过程中所获取的各种信息进行分析、评价，集中主攻方向，从中找到最佳的设计方案，再通过实验去验证，并形成科学的概念或规律，如果碰到问题及时分析、及时更正，充分发挥实验的认识功能，启迪学生的思维，让学生掌握科学的实验设计方法，培养学生的思维能力。

例如：烧杯中的溶液为什么会变红？

实验情景：教师在课堂上演示了一个有趣的实验：

在烧杯a中装入20ml蒸馏水，滴入2～3滴酚酞试剂。让每个同学都看到，得到的溶液是无色的。在烧杯b中装入10ml浓氨水。用一只大烧杯把a、b两烧杯溶液罩在一起。过几分钟，同学们看到了小烧杯a中装的溶液变成红色。

上述现象说明了什么？请用简单的实验证明自己的解释。

提出假设：

学生对上述现象的看法不一，可能提出如下的假设：

1.a烧杯内滴入的酚酞要过一会儿才能变色，与b烧杯无关；

2.大烧杯壁上沾有某种物质，散发出的肉眼看不见的微粒与a烧杯中的溶液接触，使其变红；

3.烧杯b中的浓氨水散发出一种肉眼看不见的微粒，慢慢溶解到烧杯a的溶液中，使a溶液

变成红色。……

实验设计：

1.在洁净烧杯c中加入20ml蒸馏水，滴入2～3滴酚酞试剂。静置，观察现象；将其单独罩在大烧杯里，观察现象。

2.另取两只烧杯替代a和b。一只中的溶液与a相同，另一只蒸馏水代替浓氨水，如上图放好，观察现象。

3.小心闻烧杯b的浓氨水，嗅到刺激性气味。取出少量浓氨水注入试管中，滴入酞试剂，观察现象。

4.把烧杯b中的浓氨水滴入烧杯c中，观察现象。……

获得结论：

学生在讨论、交流基础上获得共识：

1.氨水能使酚酞溶液变红；

2.b烧杯浓氨水中有肉眼见不到的微粒逸出，有些微粒进入了烧杯a中的溶液，使溶液成分

改变，颜色变红。   

学生通过自己思考设计的实验，不但巩固强化了学生的基础知识，而且还要求学生自己去阅读和查找一些实验用的相关资料，自己动手找一些代用药品和仪器，并自己设计组装。正是这些过程，学生们既动了脑，又动了手，开阔了学生的视野，拓展了学生的思维层面，培养了学生分析问题、解决问题的能力和创新能力，同时又激发了学生的创新意识，锻炼了学生的动手能力，培养了学生的科学思维能力。[5]

五、进行实验设计，重点培养学生的创新能力

学生在实验设计时，首先是通过模仿、移植现有的实验方案，然后通过独立思考、探索，逐渐在设计中体现自己的个性，具有一定的创造性。教师在组织学生进行实验设计时，可引导学生阅读、查找一些实验小窍门、实验药品及仪器的代用品、实验装置的改进等有关资料，以开阔学生的视野，启迪学生进行创造性思维。同时也应经常提出一些能激发学生创造欲望和创造兴趣的问题，尽量给学生一些动手的机会，让学生在手脑并用的活动中迸发出创造的火花。

《如何培养学生的实验设计能力》全文内容当前网页未完全显示，剩余内容请访问下一页查看。

例如：证明氢氧化钠和二氧化碳确实发生了反应。

实验设计：学生们共设计出了十几种方案，其中主要的有以下六种：

1、在装有氢氧化钠溶液的试管中，通入二氧化碳，再加入稀盐酸或稀硫酸，若有气泡产生，证明

氢氧化钠和二氧化碳发生了反应。

2、在装有氢氧化钠溶液的试管中，通入二氧化碳，再加入氢氧化钙溶液，若有白色沉淀产生，

证明两者的反应。

3、把充满二氧化碳的试管倒插在装有氢氧化钠溶液的烧杯中，即可看到溶液上升到试管中，证明

两者已发生反应。

4、在一个装饮料的塑料瓶中装满二氧化碳气体，然后，往其中滴入氢氧化钠溶液，盖好瓶塞，

用力震荡，塑料瓶瘪了。

5、拿一个玻璃管，在其一端套上一瘪气球，并将有气球一端插如充满二氧化碳气体的烧瓶上，

然后，往烧瓶中倒入氢氧化钠溶液，盖好瓶塞，用力震荡，烧瓶中的气球膨胀起来。

6、用一根玻璃弯管，一端放入装有水的烧杯中，另一端插在充满二氧化碳气体的锥形瓶的双孔胶

塞上，然后用分液漏斗往锥形瓶中滴入氢氧化钠溶液，看到烧杯中的导管里有水上升。

通过以上学生自己思考设计的实验，不但巩固强化了学生的基础知识，而且还要求学生自己去阅读和查找一些实验用的相关资料，自己动手找一些代用药品和仪器，并自己设计组装，满足了学生的设计欲望，学生的创新动机与兴趣倍增，创新意识得到体现，创新精神得到升华。正是这些过程，学生们既动了脑，又动了手，开阔了学生的视野，同时又激发了学生的创新意识，锻炼了学生的动手能力，培养了学生的创新能力。[6]

总之，通过对化学实验的设计的实践活动既可以促进学生理解化学实验的的科学价值、培养和提高学生的化学实验素养，逐步提高学生运用实验知识、设计化学实验去解决实际问题，养成科学的实验态度和勇于创新的科学精神，充分培养学生的实验设计能力，这些不但是新课程改革的重要出发点，也是化学教学的新要求。

如何培养学生的实验设计能力 [篇2]

一、在筛选猜想中设计实验

根据生活经验或创设物理情景中，引发学生提出问题后；学生会从不同角度、不同认知、不同经历，提出种种猜想；这是一个发散思维过程。我们不可能对所有猜想都一一用实验验证。例如；探究电阻大小与什么因素有关；学生猜想有长度、密度、体积、横截面积、质量、材料等有关。那么，我就与学生一起分析考虑长度、横截面积，实际上考虑了体积；考虑材料实际上考虑了密度；考虑了体积、密度，实际上考虑了质量。经过分析，学生才明白为何只考虑材料、长度、横截面积以及温度。这样也大大节省进行实验时间。但这不能走向极端；有时探究某些物理量难以分析而试验又容易做，还是依猜想设计实验。比如，探究摩擦力大小与什么因素有关？学生猜想除了与压力、接触面粗糙程度有关外；还涉及压力的作用点、运动方向、运动速度、接触面面积等等，可以做实验给学生看，并不占有教学时间。

二、 在明确实验原理中设计实验

物理教材中涉及物理量之间的定量关系常常用公式表示。例如：v=s/t、ρ= 、i=u/r

等等；往往将这些公式作为原理设计实验。测运动物体的平均速度，只要测运动物体的路程以及通过这段路程的时间，围饶测这两个物理量，选用器材和仪器设计实验。有时为了减小误差，还要考虑先测什么，后测什么，选用器材和仪器的规格。在测定电功率实验中，实验

设计思路是：根据实验原理，明确要测物理量是电流和电压；根据所测物理量设计电路图，从电路图中体现选用器材和仪器的规格，然后连接实物电路（提醒注意事项、实验步骤），根据所测物理量设计表格。设计思路清晰，给学生程序性知识，学生设计实验能力就会在

潜移默化中提高。

三、在比较实验方案中设计试验

在探究欧姆定律实验中，我让学生根据实验原理上台板画设计电路图。甲同学画设计电路图没带滑动变阻器元件符号；乙同学画设计电路图带滑动变阻器元件符号。针对这种情况，

让全班同学展开讨论取得共识：甲同学画设计电路图只能测一组电流和电压值，乙同学画设计电路图能测多组电流和电压值，可做到保持r两端的电压不变，且操作方便。比较实验方案虽然费时，但在以后设计测电功率电路费时较少，非常值得。比如在测液体密度时，

是直接测量法还是用剩余法好？让学生进行比较，从而培养学生改进实验的意识，到达提高

设计实验能力。

四、在明确实验方法中设计实验

初中物理研究方法常有：控制变量法、等效替代法、转换法、类比法、图象法、模型法以及逆向思维法等.根据研究对象，结合教学实际恰当选择研究方法，可以帮助学生理清探究思路，增强实验设计能力。比如，研究物理量同影响它的多个因素中的一个因素的关系，可将除了这个因素以外的其它因素人为地控制起来，使其保持不变；单独研究物理量与这个因素的关系，得出结论。然后再逐一研究综合起来得出规律。当我们研究电阻大小与什么因素有关、凸透镜成像规律等问题时，为什么没有实验原理照样可以进行设计实验，其原因就是明确实验方法。

明确实验方法不但可以解决没有实验原理情况下设计实验，而且可以突破器材和仪器及研究者的某些限制。在演示力作用效果时，用手捏紧广口玻璃瓶，广口玻璃瓶形变几乎肉眼看不出。如果我们将红色的水装进广口玻璃瓶，用橡皮塞塞紧瓶口，再用细玻璃管插进橡皮塞中间并伸进广口玻璃瓶里，此时用手捏紧广口玻璃瓶，观察细玻璃管液面变化，就可以看出广口玻璃瓶形变。这个方法就是转换法！可见，实验设计能力强弱与理解、明确实验方法有关。

``````

【如何培养学生的实验设计能力】相关文章：

如何有效培养小学生的科学实验设计能力11-23

初中物理实验中如何培养学生的能力11-23

如何在实验教学中培养学生的创新能力11-23

新课程物理教学如何培养学生的实验创新能力11-23

如何利用实验培养学生的物理学习兴趣11-23

如何培养学生的语感09-19

如何在物理实验教学中培养学生科学素质07-20

在物理实验教学中如何培养学生的思维能力11-23

初中化学实验教学中如何培养学生的观察能力11-23