实验设计能力培养大全11篇

绪论：写作既是个人情感的抒发，也是对学术真理的探索，欢迎阅读由发表云整理的11篇实验设计能力培养范文，希望它们能为您的写作提供参考和启发。

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学生和教师在课堂中始终是处于互动的状态中，教师在培养学生实验设计能力时要考虑学生实际年龄特点及认知规律，让学生通过观察、思考、分类、总结发现实验合理性、可操作性以及实验的效果。

如《校园中的植物》一课，学生往往在教师的陪同下了解校园中的各种植物，教师会适时要求学生观察植物的根、茎、叶、花、果实的形态、大小、颜色等，学生始终处于被动，能力无法提高，教师不如就让学生观察，反问学生你要观察什么？在这样的问题下，学生会下意识地观察植物各个器官，同样也达成了观察的效果，而且进一步促成学生实验设计能力的养成，潜意识中形成实验设计的意识。

教师在课堂中要以引导为主，让学生多动手操作，在实验中学会用自己的假设，设计实验验证结论。如《摩擦力》这一课，摩擦力的大小和什么有关？学生通过自己的生活经验可以脱口而出，跟接触面的粗糙程度有关，但是这只是一个方面，还有什么因素也会影响摩擦力呢？教师只要提供一个情景：推动讲台和课桌那个用的力气大？学生自然会联想猜测摩擦力的大小和物体的质量有关，通过设计实验、模拟实验来佐证自己的猜测。这其实就是实验设计能力的养成以及科学素养的培养。学生在不知不觉中已经拥有了实验设计的能力。

二、实验环节意识缺失影响学生实验设计能力

实验的目的并不是完全为了得出所谓“正确的”结论，而是在实验过程中养成科学习惯，了解科学研究的步骤。对实验每一环节充分地认识其实就能有效提高学生实验设计的能力。在教学活动中教师有时忽略了让学生设计实验这一环节，而是直接让学生上手进行实验，课堂看似非常热闹，但是细细推敲这样的活动就缺少了目的性。学生对于活动的任务不明确，计划不充分，实验过程就会流于形式或者活动杂乱无章。

如《水和冰》一课，水在凝固成冰的过程中温度是会逐渐下降、保持、继续下降，并且每个阶段温度下降的速率也是不一样的。为了能记录这些温度变化的过程，必须要确定记录的时间间隔，教师直接出示了实验的要求，尽管学生在整个实验中执行力很强，实验效果也不错，但是学生在活动中并没有提升自己的实验设计能力。这样的实验课学生的设计能力、科学意识和科学素养并没有提高。

所以在指导学生设计实验时教师更应该注意自己在课堂中引导者的身份，把生本主义放在心间，以学生的发展、能力的养成为主要目的。除了注重实验的环节外，更应该创设较为开放的课堂环境，不要害怕课堂会因为学生实验设计的讨论影响了整节课原有的设置和安排，其实正相反，学生对于实验的自主设计正是本堂课的亮点。

三、课堂师生本质交流加速学生实验设计意识

实验课的实验要求是完成实验的前提，但是实验要求的让学生明确的方法有很多，可以是教师直接出示，学生按照实验的要求进行实验，从实验的过程来看，学生主动参与了实验，但是从本质来看，学生的思考能力并没有因此得到提高。在师生的本质交流中得出实验方案更能增强学生实验设计的意识，对于实验操作更能领会，实验设计的目的更为了解。

如2013年全国小学自然优质课展评活动中来自广西南宁的邓超老师执教的《在星空中》一课，学生对于北斗七星知之甚少，仅限于七颗星组成的形状，那么就利用学生对于北斗七星仅有的这些前概念来建构水平方向上七星的模型。再进一步，这七颗星离地球的距离是不同的，如何构建这七颗星的方位，是需要学生通过计算，测量大概距离，构建准确七星模型，进行摆放的，这个过程教师并没有过多的要求，而是适时点拨，和学生有效交流，学生通过与教师交流得出建模实验的方案，在小组内有效实施方案，实验成功，而且在此过程中学生的实验设计意识得到提高，部分学生也拥有了实验设计的能力。

四、有效实验材料的选择促进学生实验设计能力的养成

实验课必然需要实验材料来支撑，而实验课的效果很大程度上也是由使用的材料决定的。在材料的选择上，教师需要花足够多的心思，有效的实验材料是可以给予学生在思维上引导和提示作用，这比教师讲述复杂的实验要求有效很多，也能较好地激发学生对于实验的理解，即实验设计能力。

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如《水和冰》一课，水在凝固成冰的过程中温度是会逐渐下降、保持、继续下降，并且每个阶段温度下降的速率也是不一样的。为了能记录这些温度变化的过程，必须要确定记录的时间间隔，教师直接出示了实验的要求，尽管学生在整个实验中执行力很强，实验效果也不错，但是学生在活动中并没有提升自己的实验设计能力。这样的实验课学生的设计能力、科学意识和科学素养并没有提高。所以在指导学生设计实验时教师更应该注意自己在课堂中引导者的身份，把生本主义放在心间，以学生的发展、能力的养成为主要目的。除了注重实验的环节外，更应该创设较为开放的课堂环境，不要害怕课堂会因为学生实验设计的讨论影响了整节课原有的设置和安排，其实正相反，学生对于实验的自主设计正是本堂课的亮点。

二、课堂师生本质交流加速学生实验设计意识

实验课的实验要求是完成实验的前提，但是实验要求的让学生明确的方法有很多，可以是教师直接出示，学生按照实验的要求进行实验，从实验的过程来看，学生主动参与了实验，但是从本质来看，学生的思考能力并没有因此得到提高。在师生的本质交流中得出实验方案更能增强学生实验设计的意识，对于实验操作更能领会，实验设计的目的更为了解。

如2013年全国小学自然优质课展评活动中来自广西南宁的邓超老师执教的《在星空中》一课，学生对于北斗七星知之甚少，仅限于七颗星组成的形状，那么就利用学生对于北斗七星仅有的这些前概念来建构水平方向上七星的模型。再进一步，这七颗星离地球的距离是不同的，如何构建这七颗星的方位，是需要学生通过计算，测量大概距离，构建准确七星模型，进行摆放的，这个过程教师并没有过多的要求，而是适时点拨，和学生有效交流，学生通过与教师交流得出建模实验的方案，在小组内有效实施方案，实验成功，而且在此过程中学生的实验设计意识得到提高，部分学生也拥有了实验设计的能力。

三、有效实验材料的选择促进学生实验设计能力的养成

实验课必然需要实验材料来支撑，而实验课的效果很大程度上也是由使用的材料决定的。在材料的选择上，教师需要花足够多的心思，有效的实验材料是可以给予学生在思维上引导和提示作用，这比教师讲述复杂的实验要求有效很多，也能较好地激发学生对于实验的理解，即实验设计能力。

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学生的实验设计能力需要很长的时间和多次的训练才能培养出来，因此教师应对设计过程加以引导，以学生的接受能力和认知度来确定具体的培养方案，在进行一项实验设计之前，先要了解即将完成的实验的目的，以免实验没有侧重点．由于一项实验会涉及许多的数据变量且可能取得多个实验结果，所以确保实验结果与所学知识相关是首先要做到的事．其次，在了解变量过程中，必然要求了解实验原理及相关知识，生物与化学有知识交叉环节，在用一些实验元素、现象的形成知识方面应进行掌握，如二氧化碳、水的形成等原理，只有了解原理才能决定实验是否能够按照正确的轨道走，也是科学的实验操作的依据．在实验中选取自己所需，了解实验最终目的，对实验流程透彻且懂得实验的原理，是实验设计进行的基本前提．

2．选择实验材料，注重变量分析

生物实验的设计不能盲目，在材料的选取方面有一定的规律，以证明原理、发现实验现象为目的的实验一般所选实验材料都应便于观察、易取材、易于操作以及符合实验原理和目的，避开危险的材料，必要的话转而用安全的材料进行代替．材料的正确选取能够有效地防止实验错误，提高效率．在材料或实验过程中总会有各种变量出现，实验中的变量一般为自变量及因变量，为保证实验效果明显且数据真实，应将变量进行严格控制并做好记录，使实验结果更加准确，确保可信度．

3．对实验器具和步骤进行安排

学生的生物实验设计需要学生自主考虑到实验可能发生的方方面面，因此对实验步骤进行安排是十分必要的．实验前后要紧密结合，每一步骤都要讲求科学合理和原则性，同时要体现生物知识内容．在头脑中对实验概况有一个清晰的准备之后，要求学生对实验器具装置进行设置，严格按照先前制定的实验步骤，对实验装置进行必要调整、了解器材的用途，防止发生技术错误．如研究植物细胞质壁分离与复原的实验，一定阶梯浓度蔗糖溶液的配制即为实验前提的必要材料准备，准确的为实验做好相关准备，排除实验的危险性和错误隐患．

二、学生实验设计的原则

首先选取实验主题是要遵循实验的可行性原则，尽管“实践是检验真理的唯一标准”，但是对于一些原材料不易获取或抽象的实验题目，如探究甲状腺激素的促进发育实验，没有能够实验的材料或实验不易达成，就应避免实验设计．第二，实验设计过程要严格遵守原理，以理论作为实验进行的向导，不能盲目实验，讲求实验依据．第三，对于一些实验药品、材料应确保其安全性，若排除不了发生爆炸等危险后果的可能，应不采取此类研究课题．第四，以简单易行作为实验的首选，从实验材料到实验步骤，尽量选取费力少、效果明显的实验器具和操作流程．

三、对高中学生生物实验设计能力的培养方法

培养实验设计能力之初，师生应共同树立正确的思想观念．应意识到失败是成功之母，学生的生物实验设计能力的培养不可能一蹴而就，教师应做好循序渐进的准备．实验是证明和证实原理的重要手段，但是首先要将课业知识融会贯通，理论与实际相结合是最好的方法．在进行一项实验设计之前，对所学内容的部分应讲通讲细，使实验有据可凭．其次，教师应激发学生对实验设计的浓厚兴趣，“兴趣是学生最好的老师”，培养学生的实验设计能力十分重要，属于高中生物教学大纲重视的一部分，因此要培养学生的探索和求知欲望，鼓励其主动发现和寻找问题．教师在起初实验教学演示阶段也应对学生思想进行侧重引导，抛砖引玉，使学生效仿实验设计的流程，逐渐培养能力，同时学生应积极参与实验教学中．再次，培养学生的主观思维能力，对一项实验课题进行自主设计需要学生动脑思考，对实验流程进行周密安排，因此锻炼思维能力、激发学生创造力具有十分重要的现实意义．完全依靠课本不是开发学生能力的正确方法，对课本实验内容进行借鉴，举一反三进行创新，是培养的最终目的．

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1 进行化学实验设计的基础

首先，让学生掌握一定的化学基础知识和化学实验的基本操作。这就要求学生熟悉常见元素化合物的性质以及常见物质的制备原理与方法，掌握中学化学常见仪器的规格、用途及使用注意事项。同时在平时的课堂教学中，教师还要尽量引导学生积极参与课堂演示实验和分组实验，使每个学生都有动手操作的机会，从而不断提升他们的动手能力。只有具备了以上条件，才能更好地进行化学实验的设计和探究。

其次，让学生掌握化学实验设计的一般步骤，才能保证实验设计有条不紊的进行。化学实验设计一般包括以下几个步骤：①确定研究内容；②根据内容，设计实验方案；③研究讨论实验方案是否可行；④依据方案进行实验；⑤分析和评价实验方案；⑥确定最佳实验方案。

第三，在平时的教学中，注重培养学生的思维和创新能力。多数情况下，对于我们要探究的内容都可以设计出多种不同的实验方案。这就要求我们学生必须具备一定的思维能力，同时要敢于创新，通过独立思考、探索展现自己个性的实验方案。

第四，在实验方案设计的过程中进行适时指导。

2 实验方案设计的环节

实验方案的设计对学生各方面能力要求都较高，这就需要教师在熟悉学生的实验知识水平和设计能力的情况下，具体指导学生实验方案设计的每一个环节。

2.1 创设问题情景，引导学生发现问题

“实验设计方案”的题材越新颖，越易引起学生探索的兴趣和欲望。所以，在教学中教师要善于为学生创设问题情景。如在学氧化碳的性质时，教师可以向学生演示“一个游客带着一只小狗进入某个久未有人进入的山洞后，小狗倒地晕倒，而游客却没有问题”的视频片断，学生在观看后，产生了问题：“洞内有什么气体？这些气体有什么性质？”同时也就确定了研究内容――二氧化碳的性质。

2.2 指导学生分析研究内容，设计实验方案

确定研究内容后，教师要适当引导学生分析所研究的内容，从实验的目的、原理、实验药品、仪器、装置、实验操作、实验结果的处理等方面进行指导，以帮助学生设计出合理的实验方案。如：在二氧化碳的实验室制法的实验设计中，教师可以提供一些备选的实验药品和仪器，并引导学生分析原有氢气和氧气的制法以及3种气体性质的异同，通过对比分析来设计实验室制取二氧化碳的实验方案。学生通过对比分析，不但设计出了实验室制取二氧化碳的方案，同时也对同类气体的实验方案设计有了更深的理解。

2.3 分析讨论，研究方案的可行性

形成初步的实验方案后，教师可与学生一起从理论方面、实验操作方面等进行讨论，反复修改，确认最终实验方案并实施。如在验证质量守恒定律的实验设计中，学生设计出磷在密闭容器中燃烧、镁带在空气中燃烧、用硫酸铜溶液和氢氧化钠溶液反应、稀盐酸和碳酸钠粉末反应等实验方案，教师既要引导学生分析各个方案的理论正确性，又要引导学生分析自己的实验方案是否能完成，是否能达到验证质量守恒定律的目的。如果达不到目的，应该怎样改进，以确保学生的实验方案确实可行。

2.4 依据方案，进行实验

实验过程中，教师要留意每一组学生的实验情况，并根据具体情况作具体指导。要提醒学生在实验过程中仔细观察，及时记录，并对实验中出现的问题认真思考，分析原因，然后采取相应的措施，进行必要的改进，逐步培养学生科学的实验态度和探究精神。如在空气中氧气含量的测定实验中，学生的错误操作会导致实验失败，教师要从红磷的用量、关闭和打开止水夹的时间、实验现象的观察等方面进行指导，以保证实验顺利完成。

2.5 指导学生分析、评价实验方案

实验完成后，教师要及时指导学生对实验方案的优点和不足进行分析和讨论。例如，实验方案设计的步骤和方法是否完善，实验设计的内容是否全面，实验内容是否有针对性，实验操作理论是否正确，实验操作是否简单易行安全可靠，实验成本是否经济合理等。

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传统实验与设计实验

中学生所做过的绝大多数科学实验都是教材中预先设计好的实验。学生只是通过实际操作，观察一下实验现象，得出事先已确定的结论。这各实验，我们称之为传统实验。现行科学教材中安排的实验对学生形成、理解、巩固所学的科学知识有一定的作用。但由于实验安排始终处于概念理论的领队地位，仅仅作为验证科学知识的手段，而缺乏对知识信息作纵向和横向的反馈，因此有可能阻碍学生创造思维的发展，不利于能力的培养。

与传统实验相对应的是自己设计实验，这种实验只给出实验目的，由学生自己设计实验方案、选择实验器材、药品、确定实验步骤、分析实验结果。设计性实验是传统实验的延续和发展，是克服学生普遍存在的理论高分，实验低能的有效手段。实验设计是一个动手动脑、培养学生多方面能力的过程，是寻方治病的过程。在实验设计过程中常常会有出人意料的实验现象和心理感觉，学生兴趣盎然。同时也会遇到挫折和失败，这也是对学生进行挫折教育、发展学生非智力因素的一种有效手段，这也是我们现代教育中所必须的。

实验设计的定义界定和作用

实验设计是根据实验课题所提出实验目的，让学生在已有的科学知识和实验技能技巧的基础上，选择恰当的实验方案来解决问题的过程。实验设计的课题一旦提出，学生作为认识主体必定要经历思考步骤（想法）和操作步骤（做法）两个科学认识过程。即首先需要分析课题所希望得到的科学事实是什么，再依次选取欲得到这些事实应采取的正确方法，所使用的仪器设备，应控制的外界条件，对实验结果的分析评估等等，这一系列的思考步骤为认识主体指明和制定了正确的认识方向和道路，是主体顺利达到科学认识目的的主观手段和工具。而作为操作步骤则为主体提供具体的行为方法途径，是主体顺利达到科学目的的现实手段和工具。因此，实验设计这一方法的实施恰恰就是借助于问题情境下，思考步骤和操作步骤两方面的强化实践，使学生在科学知识的学习中有效地提高解决问题的能力，从而有效地落实中学科学教学大纲中所提出的“要重视能力培养和科学方法教育”的要求。

实验设计能力的培养目标

对实验原理、方法、装置的进一步完善，会提出改进意见；

对于给出的各种方案，能分析和优选出最佳实验方案； 综合运用已学过的科学基础知识和实验基本技能，根据确定的实验目的，自行设计科学实验方案，验证结论，得出规律，探索新知识，解决新问题。

实验设计推广存在的难题

1．由于仅限于现行科学教材实验进行探讨，缺乏对国内外各种有关资料的收集、验证和筛选工作，因此从培养学生素质的高度来看，尚缺乏整体研究。

2．升学率的牵制，大面积推广受阻。

3．课时安排，老师的能力及实验室的配置也存在矛盾。

尽管如此，鉴于实验设计这一教学方法对提高学生解决问题能力的实际作用，它应该是科学实验教学方法的改革方向之一。

实验设计试验的几点说明

1．在平行班中进行试验，结果是试验班与对照班相比，学生的自学能力、思维能力、观察能力、动手能力及意志品质等方面均强于对照班。中考中试验班的同学实验题失分率明显降低。

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初中生的初步实验设计能力指的是在探究学习过程中，学生按照一定的实验目的，为自己的实验学习选择最恰当的探究方式和所需的器材工具，采用适当的物理知识和实验技巧，对其进行灵活、综合的运用，并拟定出具备可行性方案的能力。这不仅需要学生具备创新意识，而且还要扎根于厚实的专业基础之上。

1.物理初步实验设计能力培养原则与策略

1.1培养原则

初步实验设计能力培养原则的确立能够为教学效果的实现奠定基础。首先是循序渐进，教学工作中必须遵循知识教学逻辑，要充分考虑到学生自身的心理发展顺序，让学生能够更加有序的、系统完整的接受学科教育，促进身心健康发展。在教学中不可以急于求成，要慢慢的潜移默化，让学生边学边用，体会知识的乐趣，阶段性的解决学术中的难题。第二个是因材施教的原则，从学生的实际情况出发，让教学层面的深广度以及进度都能够符合学生的知识能力水平，充分结合学生的个性特点，让学生的才能品行都能够充分发展。第三为激励性原则，作为一种动力因素的存在，教师要争取能够利用多种方式去激励学生获得前进的动力，逐步形成热爱学习的习惯，挖掘学生潜能，提高教学的实际质量，加快培养人才的步伐。第四为主体性原则，充分强调教师的主导作用，进而引导主体人员——学生，学会充分结合社会环境以及自然环境的有利因素，放心尝试，主动进行探索追求，同时尊重学生在学术思想上的无限追求和创造力，教会其如何去独立思考。最后为反馈内化原则，学生在教师的引导下认识到自身在学习及其它活动中的表现，再通过参与和选择，不断将教师的要求转变为自身的一种自觉行为，获得持续性的发展。

1.2教学策略

实验设计环节是物理实验当中最为高级的层次，同时也是学生探索新知识的最佳途径。教师可以帮助学生创造更多实验设计的机会，体会到设计的重要性所在，认识最基本的原则，掌握具体的设计方法。可以从加强开展实验探究教学开始，充分利用课本中出现的探究性实验案例，不再是一味的跟从教师的思路走，学生可以适当活用自己所掌握的知识，或者将某些属于验证性的实验转化为探究性实验，到处找实验内容。

例如对于二力平衡的条件探索、阿基米德原理等的实验。将验证性变为探究性，不断扩大学生的实践空间、提高思维分析能力。教师也可以主动将一些疑难问题，列为探究性实验的主要内容。在解答某些较难理解的问题时，如果具备探究的条件，可以让学生尝试设计方案来动手进行实践，通过分析归纳最后得到结论，对于学生来说是一种能力上的提高。也可以将生产或者生活的具体素材投放到实验教学中来，物理学科本来就来源于生活，回到生活也是理所应当，让学生在生活中走进物理。不断规范实验设计的思路，教师要充分挖掘教材资源，教授学生分析设计的方法，有意识的将规范性的设计方案交与学生。把握好实验设计的基本原则问题，不仅需要科学的思维能力，还要掌握正确的方法步骤，最后还要用精准的语言来描述现象的发生，记录下所有的一切。

此外也要培养良好的品质思维，此为核心环节。可以通过一些实验解决新奇现象来激发学生的发散思维，举一反三、一题多变，要逐步培养学生的逻辑缜密与思维收敛。同时，也要不断地规范学生的物理用语，教师最初就要使用规范的语言，而学生也要在潜移默化的条件下，提高答题规范的能力。

2.物理初步实验设计能力培养的实践分析

案例举隅：《欧姆定律》

教学目标：掌握电压电流表测量技术，认识电流、电压以及电阻三者的关系，学会收集数据并对数据进行有效的分析。

教学器材：开关、电流电压表各一个、滑动变阻器、不同规格的电阻器各一个、干电池若干、导线若干、多媒体PPT课件、投影仪。

教学设计：从“如何让灯泡发光或者变暗”的问题入手，引导学生主动进行实验探索，激发学生进一步学习的欲望。让学生合理猜想电流、电压以及电阻三者之间的关系。教师提示：针对物理问题，仅靠猜想是不行的，应该勇敢进行实验、进行验证，教会学生采用控制变量法来进行实验。此后进行实验设计环节，询问学生需要准备什么实验的器具，保持什么要素不变，如何改变电阻两端的电压。利用投影显示出滑动变阻器的作用，画出起先准备好的电路图。继续围绕该电路的形式，探讨能否进行电流与电阻的探究，根据学生各自设计的方案，表格填写完整，将所有数据如实记录。接着是交流讨论的时间，教师通过投影展示学生们的实验数据以及图像，分析实验结果。实验应用表格如图1、图2所示：

（图1：探究电流与电压的关系）（图2：探究电流与电阻的关系）

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[中图分类号]G623.8[文献标识码]A[文章编号]10079068（2017）12008301

小学科学是以探究为基础的学科，主张儿童要像科学家一样研究科学。而科学家在研究科学时一般是先假设，再设计实验验证，最后形成结论。也就是说学生要具有实验设计能力和操作能力。其中设计能力的培养，是让W生学会设计的方法，培养学生提出问题、分析问题、解决问题的能力以及创新意识。但是，在教学中学生对要研究的问题有了猜测之后，设计实验时都比较急躁，不能深入思考，设计出来的方案创新性和操作性都不高。还有些学生根本不参与设计，完全靠别人的方案进行实验。在此情形下，我们教师应如何组织教学呢？

一、创造探究氛围，激发设计兴趣

在实验设计教学中，我们教师首先要创设一种和谐的氛围，让学生善于思考、勇于发言。小学生有自己的年龄特点和思维特点，在引导时教师要从学生身边常见的、熟悉的现象入手。只有学生对即将探究的实验内容心生疑惑，才会去自发思考、自主设计，对问题的思考才会深入。

如在教学《蚂蚁》时，教师可以在探究活动前布置任务让学生思考如何观察蚂蚁（主要解决蚂蚁乱爬的问题）。质疑是最佳的学习动力，这一任务的设置可以帮助学生更好地明确实验目的，更快地设计实验方案，观察更加地仔细。像这样明确实验目的后自发的实验设计，摆脱了传统实验教学中学生实验设计模式僵化的局面，使学生能全方位地参与实验设计，制订出自己的实验方案，提高了学生的创新思维和探究能力，也为后续的探究实验提供了保障。

二、立足课堂实验，培养设计能力

小学科学教材中对学生实验设计的基本原则和教学方法等没有专门的系统阐述，但是教材把它们隐含在了课堂实验和科学发展史中。作为教师我们应善于发现这些隐含信息，帮助学生了解和掌握实验设计的理论知识和实际运用，开发学生的设计能力，挖掘学生的创新思想。

在教学时，可以让学生利用课本实验进行简单的实验设计，在初步的“模仿式”设计中训练学生的思维方式，为实验设计的可操作性、可成功性奠定良好的心理基础。比如在 “绿豆的发芽实验”中，可以让学生自己选择变量因素：水分、温度、阳光等，这样学生的选择面广，实验的难易程度可调，符合“优秀学生有挑战、普通学生有信心”的要求。通过这种课堂实验的“模仿式”设计，可以让学生更多地体验实验设计的过程，提高其设计能力，还可以促使学生主动参与科学探究。

三、贴近生活实际，设计课外实验

在小学科学教材中，出现了许多探究实验，由于课堂的局限性（时间、空间等）只能研究某一方面，学生不能系统地理解科学。这时，我们教师可以利用网上作业、科技活动等平台，让学生继续探究。这些课外实验既改变了原有教学的封闭状态，又改变了原有教学的互动方式。

如在学习 “溶解” 这一单元知识时，我们可以通过网络平台布置课外实验。比如“白糖和食盐在水中溶解能力的比较”这一问题，可以由学生先提出猜测，再自主设计不同的方案来验证之前的猜测。教师对学生的实验设计等过程不做干涉和限制，可以让学生从不同的角度去思考问题，找出解决问题的多种方案。除此之外，只要是学生熟悉的、感兴趣的问题，我们都可以放手让学生去设计、探究，引导学生采用不同的设计方案，从而切实提高学生的实验设计能力。

四、综合多元评价，提高设计能力

为了切实提高小学生的实验设计能力，我们教师要及时对学生的实验设计进行评价，而且学生的实验设计活动中应该一直贯穿着评价。我们要清楚评价的目的在于诊断学生已有的能力水平及存在的问题，改善教学质量和提高学生相关能力，要摈弃以往过分重视成绩的评价系统。

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一、高中生物的实验设计前提过程

1.了解实验目的、内容及原理

学生的实验设计能力需要很长的时间和多次的训练才能培养出来，因此教师应对设计过程加以引导，以学生的接受能力和认知度来确定具体的培养方案，在进行一项实验设计之前，先要了解即将完成的实验的目的，以免实验没有侧重点。由于一项实验会涉及许多的数据变量且可能取得多个实验结果，所以确保实验结果与所学知识相关是首先要做到的事。其次，在了解变量过程中，必然要求了解实验原理及相关知识，生物与化学有知识交叉环节，在用一些实验元素、现象的形成知识方面应进行掌握，如二氧化碳、水的形成等原理，只有了解原理才能决定实验是否能够按照正确的轨道走，也是科学的实验操作的依据。在实验中选取自己所需，了解实验最终目的，对实验流程透彻且懂得实验的原理，是实验设计进行的基本前提。

2.选择实验材料，注重变量分析

生物实验的设计不能盲目，在材料的选取方面有一定的规律，以证明原理、发现实验现象为目的的实验一般所选实验材料都应便于观察、易取材、易于操作以及符合实验原理和目的，避开危险的材料，必要的话转而用安全的材料进行代替。材料的正确选取能够有效地防止实验错误，提高效率。在材料或实验过程中总会有各种变量出现，实验中的变量一般为自变量及因变量，为保证实验效果明显且数据真实，应将变量进行严格控制并做好记录，使实验结果更加准确，确保可信度。

3.对实验器具和步骤进行安排

学生的生物实验设计需要学生自主考虑到实验可能发生的方方面面，因此对实验步骤进行安排是十分必要的。实验前后要紧密结合，每一步骤都要讲求科学合理和原则性，同时要体现生物知识内容。在头脑中对实验概况有一个清晰的准备之后，要求学生对实验器具装置进行设置，严格按照先前制定的实验步骤，对实验装置进行必要调整、了解器材的用途，防止发生技术错误。如研究植物细胞质壁分离与复原的实验，一定阶梯浓度蔗糖溶液的配制即为实验前提的必要材料准备，准确的为实验做好相关准备，排除实验的危险性和错误隐患。

二、学生实验设计的原则

首先选取实验主题是要遵循实验的可行性原则，尽管“实践是检验真理的唯一标准”，但是对于一些原材料不易获取或抽象的实验题目，如探究甲状腺激素的促进发育实验，没有能够实验的材料或实验不易达成，就应避免实验设计。第二，实验设计过程要严格遵守原理，以理论作为实验进行的向导，不能盲目实验，讲求实验依据。第三，对于一些实验药品、材料应确保其安全性，若排除不了发生爆炸等危险后果的可能，应不采取此类研究课题。第四，以简单易行作为实验的首选，从实验材料到实验步骤，尽量选取费力少、效果明显的实验器具和操作流程。

三、对高中学生生物实验设计能力的培养方法

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近年来，大家开始侧重让学生进行实验设计，考查学生的实验能力、思维能力和创新能力，以及进行科学实验的思想和方法。在日常科学课堂教学中，部分的实验教学虽然重视培养学生的实验能力，但一部分教师把实验能力的培养等同于单一的实验操作技能的培养，很少让学生独立进行实验设计，或者说实验设计能力的培养缺乏系统性。培养学生实验设计能力是减轻学生负担、提高教学质量、培养创新能力、提升科学素养的重要途径。

一、现状分析

在小学科学课堂中，学生普遍存在实验设计能力不强的问题，究其原因，主要存在于以下几个方面。

1.科学教师师资问题制约着实验教学

在小学，首先要保证语数外三门主课的师资；其次要保证音体美三门专业性较强的副课的师资；而科学、思想品德这几门被认为专业性不强的“副课”，50%～70%由主课教师兼职，部分学校专职科学的教师偏少。兼职教师精力有限，在科学知识、科学技能等方面并不是很专业，因此在教学中，这部分教师更关注结果，而不注重探究的过程，更不会去培养学生的实验设计能力。

2.科学教师课程理念没有完全转变

对教师而言，课堂教学就必须给学生自由的空间，依据学生的志趣、才能、资质和特长，尊重学生个体的差异性、独特性、创造性，鼓励学生自由探索，大胆猜测，大胆质疑，敢于发表不同意见，甚至是异想天开。但很大一部分教师还没有完全摆脱“以知识为中心”的课程观念的束缚，还没有完全建立以全面提高学生的科学素养为宗旨的教学观念。因此，在课堂中，实验教学往往匆匆而过，实验设计等不到关注。

3.学生实验训练时间得不到保证

实验设计包括提出问题、作出假设、制定计划、实施计划、得出结论、表达与交流等方面，过程长环节多。科学学科在小学阶段每周只有2～3课时，一节课留给实验探究环节的时间并不是很多，老师在上课时要求学生在较短时间内完成，有时教师为了得到正确结论，不愿花费很多时间让学生自己去设计，大多时候是模仿做一下算了，得到结论就可以了。这样一来，实验教学经常匆匆而过，学生的实验设计能力自然难以提高。

4.学生缺少实验成功的体验

良好的学习环境要为学生创造成功的机会，培养成功心理，让学生多点成功的体验，减少失败的负面影响，鼓励进步，增强信心。但目前的教学环境下，部分老师有一种误解，经常要求实验设计面面俱到，学生很难取得成功、很难获得老师的表扬。长此以往，在多次失败的打击下，学生就会对实验设计产生厌倦、害怕甚至对抗的心理。在这种消极情绪的支配下，又怎能提高学生设计科学实验的能力呢？

二、培养策略

学生实验设计能力的培养是一个长期的过程，教师要转变自己的课程观念，明确培养学生实验设计能力的重要性，把新的课程观念转化成教学行为。笔者经过多年的实践，总结了一些经验，认为培养学生实验设计能力可以从以下几个方面进行。

策略一：学会提出问题和确立目标

1.问题意识

要培养学生的自主设计实验方案，教师首先要学会如何通过适当的情景、矛盾的冲突、知识的迁移等形式，启发学生敢于质疑，引导学生学会质疑，培养学生提出科学问题的习惯，让学生敢问、愿问、会问，提出的问题有科学性、研究性。

如，教学“空气中有什么”，上课时教师点燃蜡烛，并用空杯子倒扣使它慢慢地熄灭，让学生认真观察这一过程，并思考：“对刚才的现象有问题吗？”学生纷纷举手：“蜡烛为什么会熄灭？蜡烛为什么是慢慢熄灭，而不是一下子熄灭？”他们七嘴八舌，很想通过实验来解决问题。这样一来，有了问题就有了解决问题的欲望，就想设计一个实验来做给大家看。在实验过程中，学生又会产生新的问题：“水为什么会上升？燃烧用去了多少气体？”

2.目艘馐

实验目标是实验的出发点，也是实验的最终归宿。没有明确的实验目标，实验教学成了无本之木，难以达到预期的效果。在教学中，引导学生对所提出的问题进行比较和评价，从而筛选出有价值的问题，使后续的猜想与假设有明确的对象和目标。

如，在教学“空气中有什么”时，当学生看到教师的演示实验，把空杯子倒扣在蜡烛上，蜡烛慢慢熄灭，学生提出了很多问题，其中很多问题和今天上课的内容一下子联系不起来，教师可以接着启发学生：“有办法使蜡烛不熄灭吗？”有学生说：“把杯子稍微抬高一点，让空气流进去？”还有学生说：“在杯子顶部钻个小孔。”教师可以引导：“你们认为蜡烛燃烧和空气有关吗？空气能帮助蜡烛燃烧吗？空气中到底有什么呢？”这样一来，大家目标就很一致了，学生探究欲望也被激发了。

策略二：学会文本的“学习”和“模仿”

1.解读文本

现行的小学科学教材有着大量的文本信息，同时还有各种插图。如何有效地处理这些文本信息直接关系到学生对科学知识的接收、吸收、消化与运用。文本信息处理得当，科学课堂如虎添翼。

篇（10）

新教材的实验以探究为主，着重培养学生的自主学习能力。培养学生的生物设计实验能力，是中学生物新课标明确提出的培养学生的观察能力、思维能力、实验能力和自学能力等四种能力之一。生物实验设计能力既是实验能力的重要内容，也是实验能力的最高层次，其本身具有较强的综合性、创造性和灵活性等特点。

二、实验设计的基本原则

1.科学性原则

科学探究的过程本身就是科学，并不是说研究的结论才是科学。因此，在实验设计中必须有充分的科学依据，把方方面面因素考虑周全再设计实验，从而保证实验设计比较全面、科学，充分体现了逻辑思维的严密性。

2.单因子变量原则

实验变量，或称自变量，指实验假设中涉及的给定的研究因素。反应变量，或称因变量，指实验变量所引起产生的结果或结论。遵循单因子原则，既便于对实验结果进行科学的分析，又增强实验结果的可信度和说服力。

3.对照性原则

篇（11）

在素质教育的全面推进的背景下，大力倡导中学生学生创新精神与实践能力培养的“研究性学习”正日益受到人们的关注，成为当今教育理论研究和教育改革的一大亮点[1]。“研究性学习”课程首次成为我国基础教育课程体系的有机构成，作为新生事物，其理论研究与实践还远远不够[2]。通过查阅大量的相关文献资料发现，对于“研究性学习”的研究，宏观理论阐述较多，而涉及某一具体内容的实验研究相对较少，致使在“研究性学习”的具体操作中还存在着许多困惑。

本文在查阅相关文献资料的基础上，结合校本研究性学习课程实践活动，对“高中生物研究性学习”和“学生实验设计能力培养”的关系进行实验研究，初步探讨“研究性学习”和生物学科整合培养高中学生创新能力方面的一般规律，为广大普通高中实施新课程，推进以创新精神和实践能力为重点的素质教育提供科学的理论指导。

一、研究对象

陕西渭南高级中学是陕西省示范标准化重点高中，生源主要是全市各县区的初中毕业生，在校学生的整体基本素质水平为优良。研究以渭南高级中学2011级 （18）、（20）二个平行理科班共120名学生作为本课题的研究对象。由于学生入学是随机分班，各教学班没有学生学习基础的差异，因此，以教学班为单位，基本上能保证研究对象的起点在总体上的一致性。

二、研究方法

通过借鉴国内外已有的关于“研究性学习”课程的研究成果，采用实验研究的方法。在所选定的二个理科班中，确定（20）班为控制班，在常规教学模式下进行生物学科的学习；（18）班为实验班，在联系教材内容知识体系的基础上，一学期安排学生选择一个课题进行自主探究式学习。教学实验中，控制班和实验班的生物学由同一名生物教师任教。

三、教学实验实施过程及结果

（一）实施过程

1.实验前测试学生实验能力

本实验研究之初，对所选定的两个教学班的学生进行了高一阶段生物实验设计能力的测试，测试以书面习题的形式进行，满分50分，时间30分钟，测题如下：

已知2H2O2=2H2O+O2，可以通过观察反应过程中O2的生成速度（即气泡从溶液中释放的速度）来判断H2O2分解反应的速度。请用所给的实验材料和用具设计实验，使其能同时验证过氧化氢酶具有催化作用和高效性。要求写出实验步骤，预测实验结果，得出结论，并回答问题。

实验材料与用具：适宜浓度的H2O2溶液，蒸馏水，3.5%FeCl3溶液，0.01%过氧化氢酶溶液，37℃恒温水浴锅，试管。

（1）实验步骤：① ；② ；③ 。

（2）实验结果预测及结论：

整个实验中，不同处理的试管中O2的释放速度从快到慢依次是 。由此得出的结论是 。

（3）如果仅将实验中的恒温水浴改为80℃，重做上述实验，O2释放的速度最快的是 ，原因是 。

测试成绩一方面用于实验结果的分析，另一方面也证实了二个待研究班学生的生物实验水平基本相同。

（二）两种模式下的教学过程

控制班在常规教学模式下进行生物实验理论知识的学习，包括实验的基本原理、实验设计的基本原则，实验数据的处理等；实验班在研究性学习融入学科课程的教学模式下进行生物研究性学习，学生每六人组成一个合作学习小组，从老师提供的备选课题中选择其中的一个课题进行自主探究学习，也可选择自己感兴趣的课题进行探究。

实验班开展生物研究性学习，遵循研究性学习课题研究的一般程序[3]：

（1）确定研究课题

遵循以下几条原则：创新性原则，开放性原则，可行性原则，实践性原则等。选题时，不仅要考虑学生的认知水平、已掌握的知识基础、实验条件等，而且还要考虑课题的现实价值和理论意义。教师推荐和设计的课题要有利于学生对所学知识的意义建构，有利于培养学生的创新精神与实践能力，也可以广泛从学生中征集课题，并保证学生自主选择，教师不干涉学生选择课题。

遵循高中生物研究性学习课题的选题原则，推荐的备选课题如下：

探究植物组织细胞液的浓度；设计实验，观察生长素或生长素类似物对植物生长发育的影响；验证细胞膜的选择透过；水体富营养化对藻类数量的影响。

（2）搜集资料并制定研究计划

根据研究课题的要求，老师可以对学生进行课题研究计划制定的指导，内容包括：用什么方式、途径搜集哪些方面的资料，掌握哪些相关的知识等。教师旨在帮助学生学会查阅书籍、学会使用搜索引擎和数据库，学会小组内分工协作，掌握与他人交流的技能，能进行实验设计，能客观记录实验现象和结果，能对数据进行简单分析等。

（3）分析资料并实施研究计划

本阶段是资料的理论化和整合化过程。学生对所搜集的资料、信息和数据等进行处理，提取有用的信息，开展小组内分工协作，集中力量学习、理解，并通过分析、综合、演绎、归纳、抽象、概括等逻辑思维过程，获得规律性认识。

（4）撰写研究报告和交流

在课题研究的总结阶段，学生将研究结果以报告的形式展示出来。研究报告的内容包括：问题的提出、研究过程、研究结论、参考资料等几部分。研究报告的基本要求是：思路清晰、语言精练、论据充分，结论鲜明、富有创意，格式规范。最后，研究报告在一定范围内交流。

（三）教学测验及结果的数据统计分析

（1） 教学测验

测试以书面习题的形式进行，满分50分，时间30分钟，教学测验内容如下：

请根据实验原理和提供的材料、用具，设计实验探究“NAA促进不同植物扦插枝条生根的最佳浓度”。

实验原理：NAA能促进植物扦插枝条生根，有利于插条的存活。在最适浓度下，插条容易生根，存活率也最大。

实验材料：浓度为100ppm、200ppm和300ppm的NAA溶液，茉莉花、桅子花、金钱松枝条，其他必要材料。

（2） 教学测验结果的数据统计分析

测验总分值为50分。对实验班和控制班测验学生成绩（表1）统计分析可知，实验班学生的成绩平均分为44.5，控制班学生的成绩平均分为39.0，两班学生的平均得分差异为5.5，显著性差异为P

从上述数据分析可以看出，不同的生物学科学习模式对学生生物学习的影响不同。在研究性学习融入生物学科课程的教学模式下进行生物研究性学习的实验班，生物实验设计能力教学测验成绩高于在常规教学模式下学习的控制班，且实验班与控制班的成绩差异达到显著水平。

四、讨论

本研究初步表明：在一段时间内，高中生物研究性学习与学生实验设计能力提高之间具有相关性。验班和控制班生物实验设计能力的教学测验结果会出现显著性差异的原因可能在于：

（1）在不同的教学模式下，学习主动性方面差异较大

控制班的常规教学模式主要是一种接受式学习，只是按照现成的实验步骤去做就可以了，这种获得知识的途径存在着明显的弊端，在忽视学生的自主探索能力的同时，也冷落了学生亲身参与思考和参与的内在积极性，造成学生创新激情的压抑和实践能力的低下。

实验班学生在启发和帮助下，通过独立、严谨、周密的思考，逐步形成用于质疑、乐于探究、敢于动手的积极学习态度和良好的学习习惯，不但塑造了自信，而且激发了对未知知识的探索欲。

由此可见，良好的自主探究学习对提高高中生物实验设计能力有明显的效果。

（2）学生在两种教学模式下的学习方式的不同

学习活动是一种理论学习和实践操作的统一过程。间接经验学习是一种学习方式，但主动探究学习更是一种重要的学习方式。生物研究性学习，改变了以往学生单纯地接受教师传授知识为主的被动的学习方式，帮助他们掌握和运用现代学习方式，学会主动学习，同时也为学生构建了开放的学习环境，提供了多渠道获取知识、并将学到的知识综合应用于实践的机会。更注重学生对生活的感受和体验，改变了以课堂为中心、以书本为中心、以教师为中心、以传授灌输为基本特征的传统教学模式，强调学生的亲身经历，能让学生积极体验和感受，做到在实践中去发现和探究问题，发展实践能力和创新能力，是体现学习的真正价值、实现有意义学习的一种重要的学习方式。

（3）生物研究性学习对构建合理的知识结构有重要作用

知识结构的合理构建对生物实验操作和分析能力有重要的影响。陈君的研究表明[4]，当学生有了主动提出问题的意识，他们的思维就会围绕待解决的问题而启动，不但原有的知识会被激活，而且会积极调动和重新建构已有知识，来解决问题，这有利于建构合理的知识结构。同时，通过研究性学习可以激发学习兴趣，主动查找收集相关资料，获取更多新的知识，寻求解决问题方法。在这个过程中，他们要运用一定的技术与手段，并将收集到的信息系统化、有序化，加以组织和整合，以便形成更为概括、综合的合理的知识结构，通过这些步骤获得的知识结构是多维的、动态的，也是提高学生学习能力的最良好途径。

[参考文献]

[1]徐红玲.高中生物研究性学习[M].北京：北京龙门书局，2003：77.

[2]彩燕.研究性学习意的义、特点与实施理念[J].教育导刊，2002，（1）：18-20.