探究实验设计能力是一种重要的探究能力。猜想和假设是否正确,只有通过实验才能得到验证;探究活动能否顺利完成与实验设计是否科学合理有直接的关系。研究表明,制定探究实验方案的能力是学生探究能力中较为薄弱的环节。研究学生在实验设计时有哪些思维活动,哪些因素影响着学生的实验设计,对改善实验设计教学,发展学生的实验设计能力,推动以科学探究为核心的科学教育改革有重要作用。本研究以探究学习理论和问题解决理论为基础,通过问卷调查和口语报告的方法,分别考察了学生的探究实验设计状况,以及影响实验方案设计的因素,特别是表征程度和设计策略对实验设计的影响。问卷调查题目的问题情景均来自于学生的日常学习和生活,被试是高二、高三年级的235名学生。调查表明:(1)在问题1的回答中,有占总数31.3%的学生提出了正确的原因,但没有设计出判决性实验。这些学生占提出了正确原因学生数的51.7%。他们中的大部分设计的是控制变量分别检验的实验,表明相当数量的学生缺乏设计判决性实验的能力。(2)学生在实验设计时存在的问题主要有:部分学生只注重实验原理的正确,缺乏对实验步骤、实验方法的精细化设计;学生对影响实验结果的因素考虑较少。(3)在实验设计能力上,男女生差异不明显,男生只是略好于女生。(4)实验设计能力上有显著的年级差异,在问卷调查的范围内,高三的学生均明显优于高二的学生。根据高中学生的思维发展规律,高二应是实验设计能力快速发展的阶段,教师对此应予以注意。口语报告调查以20名高二、高三的学生为被试,通过分析他们解决两个实验设计问题时的思维活动,研究了影响实验设计的因素。结果表明:(1)问题表征的程度决定着实验设计策略的优劣。表征深刻、全面的被试通常能够获得较好的问题解决策略。较好的策略通常意味着较高水平的设计方案,较少的实验设计时间。(2)其他影响实验设计的因素有:知识的应用能力、知识的结构化程度、知识的迁移、设计过程中的自我监控等。根据以上结论,本论文提供了一些教学建议。探究实验设计教学应在真实的问题情景中开展,并尽可能把探究方案付诸实施,让学生亲身参与其中,在与问题和他人的真实互动中学会探究实验设计,掌握科学方法。教师在探究方案设计教学中要注重发展高中学生的思维能力,这种教学方式必将使学生的思维能力、探究实验设计能力得到全面提高。提高探究实验设计能力还要注意优化学生的认知结构,使学生的知识条理化,以利于有计划、有策略地思考。