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新课程标准指出：“高中物理课程应促进学生自主学习，让学生积极参与、乐于探究、勇于实验、勤于思考。通过多样化的教学方式，帮助学生学习物理知识与技能，培养其科学探究能力，使其逐步形成科学态度与科学精神。探究能力就是学生的实验能力，不仅要求能独立完成《物理考试说明》要求的12个学生实验，明确实验目的、理解实验原理和方法，能控制实验条件，会使用仪器，会观察、分析实验现象，会记录、处理实验数据，会写实验报告……。而且还要求能对实验结论进行分析和评价，能发现问题、提出问题并制定解决方案，能运用已学过的物理理论、实验方法和实验仪器去处理问题，包括简单的设计性实验。”
实验设计能力是指学生能综合、灵活地运用所学的知识、方法，独立地研究问题，通过创造性的实验设计去验证知识、获得知识和进行探索性研究的能力。实验设计的内容包括根据要求确定实验原理，设计实验方案，选择实验仪器，编拟实验步骤，设计实验表格等。可见，实验设计能力的培养是新课程标准的要求。这种能力的培养过程实质也就是科学素质、创新精神的形成过程，同时它也是中学生将来在社会生产实践中必须具备的能力。其实，实验本身就是一种实践活动，实验能力的培养过程就是实践能力的培养过程，这对激发学生的创新热情，弘扬创新精神，提高创新能力，实施素质教育起着重要的作用。
一、观察能力的培养
观察是一种有目的、有计划、较持久的知觉。观察应具备全面性、准确性、快速性和深刻性。实践表明：学生的观察能力是通过教师的引导，在物理实验活动中逐步培养和发展起来的。
首先教师在教学中，要鼓励学生善于观察，勤于思考，培养他们的观察兴趣和良好的观察习惯。第二，教师应充分利用一切机会，为学生创造观察条件，引导学生进行有主次、有步骤、有层次的观察。第三，要交给学生正确的观察方法。
1、仪器观察。
采取直接观察法，先从整体入眼，以获得一个大体轮廓印象。对于常用的仪器仪表，如电流表、电压表、欧姆表、刻度尺等，应该从该仪器仪表测量什么量、用什么单位、最小分度、量程、零刻度以及精度等几个方面进行综合观察，以便准确掌握该仪器在实验中的使用。
2、过程观察。
许多物理实验，不仅使用的仪器仪表多，操作步骤也多。因此，教师必须注意交待清楚实验的步骤和方法，引导学生有目的地严格按照程序进行观察。如观察水的沸腾实验，教师可引导学生围绕下列问题进行观察：气泡产生的位置、气泡的数量、上升的速度、体积的变化和气泡到水面时温度计读数的变化等。这样可缩小观察范围，明确观察目标，提高观察质量。
3、重点观察。
要想通过实验让学生建立正确的物理概念和揭示物理规律，在实验中必须引导学生围绕实验目的，对某些特定的物理现象进行重点观察；对实验过程中，稍纵即逝和不引人注目的现象，以及由量变到质变时刻显示出来的现象进行重点观察，以此提高学生观察的敏锐性。
4、质疑观察。
观察能力的提高，要求学生善于在观察中提出问题，并加以认真分析和反复推敲，给予正确的解释。如在“用毛皮摩擦过的橡胶棒吸引碎纸屑”的实验中，多数学生只注意到纸屑被吸引过来，而少数学生则仔细认真地注意到纸屑接触到橡胶棒后跳开。教师可趁机引导更多学生观察，帮助他们进行分析，找出原因，消除疑问，得出结论。
二、操作能力的培养
操作能力，主要是指基本仪器的使用和测量数据的读取，仪器、设备的组装或连接和故障排除等方面的能力。
1、基本仪器的使用和读数。
在使用仪器之前，必须先认识仪器。要培养学生通过阅读实验教材或仪器说明书，对照实验认识仪器的能力，并使其养成了解仪器的用途、结构、规格以及注意事项，再动手实验的习惯。要使学生能根据仪器的精密度读取物理量的有效数字。如用千分尺测量可读到毫米作单位小数点以后三位。实验中还要在正确读数的基础上认真做好记录，并注意标明单位。多组数据记录最好以表格的形式，便于进行数据处理。
2、仪器、设备的组装及连接。
要做物理实验，总是先把关仪器和部件设备组装起来，并要求装配、连接正确无误。具体要求是：布局合理，便于观察和操作；连接正确、简单；实验前要检查，必要时进行预备性调节。如电路实验的操作要求是：①按照实验原理图安排好仪器和元件的布局，使之便于连线，便于检查，便于操作和读数。②正确连接电路，注意安培表和伏特表接法是否正确；滑动变阻器接线是否合理；连接线路是否符合先支路，再并接，后干路，最后接电源的程序；电键能否控制电路。③实验前先检查电路，发现问题及时纠正。
3、故障的排除。
实验中的故障排除是实验操作中最强的一种能力，实验发生故障时，应根据各部件的工作状态及各部件连接处的特点，分析可能产生故障的因素，逐个检查，直至最后排除故障。
学生实验操作能力的高低对学生创造力的形成有很大的影响。学生分组实验中，让每个学生都能动手操作；在演示实验中学生可以模仿老师的操作技术，还可以让部分学生配合老师一起完成实验。在条件许可下，可将演示实验改成学生实验或布置一些课外小实验、小制作，尽量给学生一些亲自动手的机会，这对培养学生的操作能力是很有帮助的。
在实验操作中，培养学生的操作能力，应有计划、分阶段进行：①操作的认识阶段，要求学生对操作有个直观认识，在头脑中形成操作的映象，并能按照规定的程序做一些目的单一的定向训练。②操作协调阶段，要求学生反复操作，提高操作的准确性和协调性。
三、数据处理能力的培养
为了得到正确的实验结果，必须具备一定的数据处理能力。在中学阶段，要求学生能根据对一个量的多次直接测量求出它的算术平均值，能进行间接测量的计算；能运用解析法和图像法来处理实验结果。一般说来常用处理方法有三种：一是计算。如《匀变速直线运动规律研究》，就是依据实验数据利用ΔS= aT2进行计算，得出结论。二是列表比较。如《验证机械能守恒定律》实验中，就可以设计记录表格，将动能增加和势能减少加以比较，以此验证机械能守恒定律。三是作图像。如《伏安法测电源电动势和内阻》实验中，就是利用多组U、I对应值作图像，求出电源的电动势和内阻。分析和处理实验数据是一项很重要的实验能力，也是一项艰苦过程，只有坚持不懈地指导学生独立完成每个实验，才能使此项能力得到提高。
四、设计实验能力的培养
1、在筛选猜想中设计实验。
根据生活经验或创设物理情景引发学生提出问题后，再引导学生会从不同角度、不同认知、不同经历，提出种种猜想，这是一个发散思维过程。我们可对所有猜想设计实验进行验证。如探究电阻大小与什么因素有关时，学生猜想有长度、密度、体积、横截面积、质量、材料等有关。教师可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；考虑体积、密度，实际上考虑了质量。经过分析，学生自然明白为何只考虑材料、长度、横截面积以及温度，收到了很好的效果。
2、在明确实验原理中设计实验。
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。根据所測物理量设计电路图，依据电路需要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，读取数据。这样不仅设计思路清晰，而且实验程序性强，学生设计实验能力自然在潜移默化中提高。
3、在明确实验方法中设计实验。
常用中学物理研究方法有：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，再单独研究物理量与这个因素的关系，得出结论，最后逐一研究、进行综合得出规律。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。
五、实验报告能力的培养
实验研究的过程和结果，最终将通过实验报告表达出来。让学生正确书写实验报告是逐步培养学生分析问题、总结规律和文字表达能力的重要措施。
实验报告的内容一般包括实验名称、目的、原理、装置、步骤、数据、结果、讨论等八个部分。在书写实验报告时，要求字迹清楚、图表正确、文理通顺、表达简捷。“原理”应尽量借助示意图并用数学式来表达，“步骤”应写成提纲式，“数据”应直接用表格反映出来，“讨论”是反映学生对实验原理的理解和思考能力的重要部分，应指导学生认真填写。
总之，学生实验能力是在实验活动中逐步形成和发展起来的，不可能通过一个实验就达到能力培养的目的。不妨选几个典型实验，按照上述总体目标进行有计划、有重点的培养，强化实验能力训练，只有这样学生的实验能力才能得到明显提高。
实验设计能力是指学生能综合、灵活地运用所学的知识、方法，独立地研究问题，通过创造性的实验设计去验证知识、获得知识和进行探索性研究的能力。实验设计的内容包括根据要求确定实验原理，设计实验方案，选择实验仪器，编拟实验步骤，设计实验表格等。可见，实验设计能力的培养是新课程标准的要求。这种能力的培养过程实质也就是科学素质、创新精神的形成过程，同时它也是中学生将来在社会生产实践中必须具备的能力。其实，实验本身就是一种实践活动，实验能力的培养过程就是实践能力的培养过程，这对激发学生的创新热情，弘扬创新精神，提高创新能力，实施素质教育起着重要的作用。
一、观察能力的培养
观察是一种有目的、有计划、较持久的知觉。观察应具备全面性、准确性、快速性和深刻性。实践表明：学生的观察能力是通过教师的引导，在物理实验活动中逐步培养和发展起来的。
首先教师在教学中，要鼓励学生善于观察，勤于思考，培养他们的观察兴趣和良好的观察习惯。第二，教师应充分利用一切机会，为学生创造观察条件，引导学生进行有主次、有步骤、有层次的观察。第三，要交给学生正确的观察方法。
1、仪器观察。
采取直接观察法，先从整体入眼，以获得一个大体轮廓印象。对于常用的仪器仪表，如电流表、电压表、欧姆表、刻度尺等，应该从该仪器仪表测量什么量、用什么单位、最小分度、量程、零刻度以及精度等几个方面进行综合观察，以便准确掌握该仪器在实验中的使用。
2、过程观察。
许多物理实验，不仅使用的仪器仪表多，操作步骤也多。因此，教师必须注意交待清楚实验的步骤和方法，引导学生有目的地严格按照程序进行观察。如观察水的沸腾实验，教师可引导学生围绕下列问题进行观察：气泡产生的位置、气泡的数量、上升的速度、体积的变化和气泡到水面时温度计读数的变化等。这样可缩小观察范围，明确观察目标，提高观察质量。
3、重点观察。
要想通过实验让学生建立正确的物理概念和揭示物理规律，在实验中必须引导学生围绕实验目的，对某些特定的物理现象进行重点观察；对实验过程中，稍纵即逝和不引人注目的现象，以及由量变到质变时刻显示出来的现象进行重点观察，以此提高学生观察的敏锐性。
4、质疑观察。
观察能力的提高，要求学生善于在观察中提出问题，并加以认真分析和反复推敲，给予正确的解释。如在“用毛皮摩擦过的橡胶棒吸引碎纸屑”的实验中，多数学生只注意到纸屑被吸引过来，而少数学生则仔细认真地注意到纸屑接触到橡胶棒后跳开。教师可趁机引导更多学生观察，帮助他们进行分析，找出原因，消除疑问，得出结论。
二、操作能力的培养
操作能力，主要是指基本仪器的使用和测量数据的读取，仪器、设备的组装或连接和故障排除等方面的能力。
1、基本仪器的使用和读数。
在使用仪器之前，必须先认识仪器。要培养学生通过阅读实验教材或仪器说明书，对照实验认识仪器的能力，并使其养成了解仪器的用途、结构、规格以及注意事项，再动手实验的习惯。要使学生能根据仪器的精密度读取物理量的有效数字。如用千分尺测量可读到毫米作单位小数点以后三位。实验中还要在正确读数的基础上认真做好记录，并注意标明单位。多组数据记录最好以表格的形式，便于进行数据处理。
2、仪器、设备的组装及连接。
要做物理实验，总是先把关仪器和部件设备组装起来，并要求装配、连接正确无误。具体要求是：布局合理，便于观察和操作；连接正确、简单；实验前要检查，必要时进行预备性调节。如电路实验的操作要求是：①按照实验原理图安排好仪器和元件的布局，使之便于连线，便于检查，便于操作和读数。②正确连接电路，注意安培表和伏特表接法是否正确；滑动变阻器接线是否合理；连接线路是否符合先支路，再并接，后干路，最后接电源的程序；电键能否控制电路。③实验前先检查电路，发现问题及时纠正。
3、故障的排除。
实验中的故障排除是实验操作中最强的一种能力，实验发生故障时，应根据各部件的工作状态及各部件连接处的特点，分析可能产生故障的因素，逐个检查，直至最后排除故障。
学生实验操作能力的高低对学生创造力的形成有很大的影响。学生分组实验中，让每个学生都能动手操作；在演示实验中学生可以模仿老师的操作技术，还可以让部分学生配合老师一起完成实验。在条件许可下，可将演示实验改成学生实验或布置一些课外小实验、小制作，尽量给学生一些亲自动手的机会，这对培养学生的操作能力是很有帮助的。
在实验操作中，培养学生的操作能力，应有计划、分阶段进行：①操作的认识阶段，要求学生对操作有个直观认识，在头脑中形成操作的映象，并能按照规定的程序做一些目的单一的定向训练。②操作协调阶段，要求学生反复操作，提高操作的准确性和协调性。
三、数据处理能力的培养
为了得到正确的实验结果，必须具备一定的数据处理能力。在中学阶段，要求学生能根据对一个量的多次直接测量求出它的算术平均值，能进行间接测量的计算；能运用解析法和图像法来处理实验结果。一般说来常用处理方法有三种：一是计算。如《匀变速直线运动规律研究》，就是依据实验数据利用ΔS= aT2进行计算，得出结论。二是列表比较。如《验证机械能守恒定律》实验中，就可以设计记录表格，将动能增加和势能减少加以比较，以此验证机械能守恒定律。三是作图像。如《伏安法测电源电动势和内阻》实验中，就是利用多组U、I对应值作图像，求出电源的电动势和内阻。分析和处理实验数据是一项很重要的实验能力，也是一项艰苦过程，只有坚持不懈地指导学生独立完成每个实验，才能使此项能力得到提高。
四、设计实验能力的培养
1、在筛选猜想中设计实验。
根据生活经验或创设物理情景引发学生提出问题后，再引导学生会从不同角度、不同认知、不同经历，提出种种猜想，这是一个发散思维过程。我们可对所有猜想设计实验进行验证。如探究电阻大小与什么因素有关时，学生猜想有长度、密度、体积、横截面积、质量、材料等有关。教师可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；考虑体积、密度，实际上考虑了质量。经过分析，学生自然明白为何只考虑材料、长度、横截面积以及温度，收到了很好的效果。
2、在明确实验原理中设计实验。
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。根据所測物理量设计电路图，依据电路需要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，读取数据。这样不仅设计思路清晰，而且实验程序性强，学生设计实验能力自然在潜移默化中提高。
3、在明确实验方法中设计实验。
常用中学物理研究方法有：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，再单独研究物理量与这个因素的关系，得出结论，最后逐一研究、进行综合得出规律。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。
五、实验报告能力的培养
实验研究的过程和结果，最终将通过实验报告表达出来。让学生正确书写实验报告是逐步培养学生分析问题、总结规律和文字表达能力的重要措施。
实验报告的内容一般包括实验名称、目的、原理、装置、步骤、数据、结果、讨论等八个部分。在书写实验报告时，要求字迹清楚、图表正确、文理通顺、表达简捷。“原理”应尽量借助示意图并用数学式来表达，“步骤”应写成提纲式，“数据”应直接用表格反映出来，“讨论”是反映学生对实验原理的理解和思考能力的重要部分，应指导学生认真填写。
总之，学生实验能力是在实验活动中逐步形成和发展起来的，不可能通过一个实验就达到能力培养的目的。不妨选几个典型实验，按照上述总体目标进行有计划、有重点的培养，强化实验能力训练，只有这样学生的实验能力才能得到明显提高。