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［摘要］设计性物理实验是一种较高层次的综合实验训练，它有助于提高设计性物理实验教学的水平。文章讨论了在新课改条件下，设计性物理实验教学的教学模式、教学设计等内容。
［关键词］设计性实验 教学模式 教学设计 物理实验
［作者简介］文军（1962- ），男，陕西铜川人，渭南师范学院物理系副教授，研究方向为实验教学理论。（陕西 渭南 714000）
［中图分类号］G424.1［文献标识码］A［文章编号］1004-3985（2008）14-0107-02
一、引言
当前科学技术的高速发展对人的创新能力的要求越来越高，加强学生创新能力的培养，已成为高校教育教学改革的重要任务，也是师范院校适应新基础教育课程改革的需要（以下简称“新课改”）。为了培养具有创新能力且适应新课改要求的高素质人才，必须使学生具备综合运用知识去发现问题、解决问题的能力。物理学是以实验为基础的学科，它的发展和创新与物理实验密切相关，因此，物理实验教学成为培养学生创新能力、学习探索新知、养成实验素养的重要环节，是学生毕业后能够胜任新课改的重要的职前训练。
设计性物理实验是一种较高层次的综合实验训练，设计性实验教学是一项创造性的教学工作。它不同于一般的实验教学，它要求学生自己查找和阅读各种资料，并根据实验要求，自行选择实验仪器、设计实验方案、观察记录实验现象和数据，学会探究与解决实验过程中的突现问题，完成实验并形成实验素养。如何进行适应新课改的设计性实验的教学设计，笔者总结教学实践，对这个问题进行了探讨。
二、设计性物理实验的教学模式
设计性物理实验不同于已往的实验教学，要很好地完成这一层次的教学，教师必须建立适合设计性物理实验要求的教学模式。设计性物理实验的教学模式，就是教师在实验教学中，应用模式方法，分析设计性物理实验教学中的诸因素，排开次要的、非本质性的部分，抽取主要的、有特色的部分进行研究，凸现设计物理实验中重要的关系、状态和过程，以获得对设计物理实验教学规律的深刻认识，实现设计性物理实验教学的高效、优化。笔者在物理实验教学实践中总结出以下两种教学模式：
1.协同合作教学模式。协同合作教学模式是基于问题的一种探索式设计性物理实验教学模式，即在设计性物理实验教学中围绕实验选题，发挥学生各自的认知特点，相互帮助，分工合作，共享集体智慧，逐步形成对“设计”内容的深刻理解和领悟，最终掌握技能形成探索能力。教师在“设计”中始终以“导演”的身份出现，通过建立反馈体系，及时了解和掌握学生的实验情况，评价和修正实验教学。
协同合作教学模式分为四个阶段，即确定设计性物理实验题目、检索资料、实验探索、反馈。确定设计性物理实验题目，教师根据设计性物理实验教学的要求，提出具有一定探索性的实验选题。检索资料，教师提供完成该实验课题所需的资料清单，学生自己查阅资料。实验探索，学生根据相关资料相互讨论，提出并独立完成实验。反馈，发生在设计性实验教学过程的始终，一是教师要及时了解学生占有资料的信息，教会学生利用资料；二是了解学生实验探索阶段存在的问题，给学生指出解决的方法，修正自己的教学策略。四个阶段加以科学、合理地组织，便能达到良好的实验效果。
2.交互式物理实验教学模式。交互式物理实验教学模式是基于物理实验资源的一种教学模式，它通过实验仪器的中介作用，使教师和学生直接进行交流与沟通，其特点是以物理实验资源为媒介，以问题探索为中心，以问题讨论为手段的物理实验教学。该模式从提供背景、发现问题、讨论交流、延伸启迪等几个方面组织和实施设计性物理实验教学，发挥学生自主学习的能动作用，通过发现问题来诱发学生“学会”设计性物理实验过程中的思考，体验知识、技能的形成，从而由“学会”到“会学”。
物理实验教学的交互式模式分三个过程：一是教师准备过程，教师确定适合学生实际的物理实验选题，准备与该实验相关的资料和有关仪器等；二是学生操作与发现问题（学生学习实验的过程），学生通过这个过程完成设计性物理实验训练，掌握该实验的知识；三是交流讨论过程，这个过程中，教师要引导学生总结实验，使学生由“学会”到“会学”。
三、设计性物理实验的教学设计
1.设计性物理实验教学目标设计。设计性物理实验教学目标是指设计性物理实验教学活动所要达到的预期结果，它规定了通过设计性物理实验教学过程，学生应该掌握什么操作、学会什么设计方法、如何形成实验素养，它是设计性物理实验教学活动的出发点和归宿。一旦确定了设计性物理实验教学目标，教师就可以选用适当的教学方法指导学生进行设计性物理实验学习。学生完成设计物理实验之后，教师根据设计性物理实验教学目标是否达到，对设计性物理实验教学进行评价。设计性物理实验教学目标设计通过两个步骤完成。
第一，列写设计性物理实验内容和学生行为二维表（见108页表1）。该表中将所期望的学生行为和设计性物理实验内容整合起来，明确学生通过设计性物理实验要达到的具体目标。表的第一个维度是学生的行为，如获得物理实验知识、实验操作技能、实验数据记录与处理、实验误差分析等；第二个维度是设计性物理实验内容，即覆盖该设计性物理实验的所有方面。
表中某个特定的行为和某个特定的内容范围相交叉于一个方格，在这一方格中，我们可以表述为一个设计性物理实验的教学目标。
“理论——知识”设置2个目标，一是与设计性物理实验相联系的物理学理论知识；二是完成设计性物理实验的专门知识。“理论——操作”设置1个目标，完成设计性物理实验所需要的操作技能理论。“理论——数据处理”设置1个目标，实验数据处理的理论与方法。“理论——误差分析”设置2个目标，一是误差传递的理论；二是实验误差知识。“理论——评价”设置1个目标，是否掌握了与该物理实验相关的理论。
“方法——知识”设置1个目标，即关于物理实验方法（方案）设计的知识。“方法——数据记录”设置1个目标，正确记录数据的方法。“方法——数据处理”设置1个目标，数据处理的正确方法。“方法——误差分析”设置2个目标，一是操作方法引入的误差；二是仪器误差以及理论（公式）误差。“方法——评价”设置一个目标，评价设计性实验操作的优劣。
“步骤——知识”设置1个目标，正确的实验步骤。“步骤——操作”没有设置目标。“步骤——数据记录”设置1个目标，正确读取与记录数据的步骤。“步骤——数据处理”设置1个目标，正确处理数据的方法。“步骤——评价”设置1个目标，评价实验结果的优劣。
“总结报告——知识”设置2个目标，一是实验总结报告所反映实验的质量，二是实验总结报告的规范性。“总结报告——数据记录”设置1个目标，总结报告中原始数据记录及规范性。“总结报告——数据处理”设置1个目标，总结报告中数据处理的规范。“总结报告——误差分析”设置1个目标，有无详细的误差分析。“总结报告——评价”设置1个目标，能够正确评价实验。
设计性物理实验教学目标（行为——内容）是动态的，要根据学生的实际情况进行调整，以更合逻辑的顺序去组织设计性物理实验教学，以确保设计性物理实验教学的质量，使之真正起到指导设计性物理实验教学的目的。
第二，任务分析。一旦列写了设计性物理实验教学目标表，就要对设计性物理实验教学目标进行任务分析。所谓任务分析，就是将设计性物理实验目标分解成各级任务、再将各级任务逐级划分为各个亚目标的过程。任务分析使教师在设计性物理实验教学过程中明确了该做什么，怎样做，何时做，采用何种最优化的方法等问题，有利于实现设计性物理实验教学目标（行为——内容）表中的每个实验教学目标，有利于搞清实现最终目标的各个步骤的逻辑顺序。
２.设计性物理实验教学的内容设计。设计性物理实验教学内容是设计性物理实验教学目标的具体化，是实现设计性物理实验教学目标的保证。设计性物理实验教学内容设计，主要是选择符合学生实际、切实可行的实验选题。（1）确定实验方法或实验思想的设计性物理实验题目。实现这类物理实验课题的实验方法有很多种，应要求学生从经济可行的原则出发，保证实验精度要求，确定最佳实验方案。（2）操作性设计实验题目。这主要针对只能用特定仪器或特定的方法完成的实验。如迈克尔逊干涉仪的实验研究、望远镜与显微镜的组装等题目。（3）数据处理方法与误差分析为目的的设计性物理实验题目。数据处理和误差分析是实验训练的重要内容，随着科技的发展，许多成套仪器应用以及实验数据的实时采集，就需要学生掌握一定的数据处理方法，学会判断实验中误差的来源，把实验控制在误差许可的范围内。
3.设计性物理实验教学的环境设计。（1）设计性物理实验教学的物理环境设计。实验室被划分成一个个相对分离的小区域，每个区域属于学生个体从事实验的活动范围，这就形成了实验教学的物理环境。实验台一般都根据实验室空间大小放置，实验台之间保持一定的距离，以形成有利于学生独立进行实验操作的空间，不受其他因素的干扰，如相邻实验仪器产生的背景干扰，相邻实验之间的干扰等。同时，有利于教师的巡察指导。实验仪器是完成实验的必备物质基础，其在实验台上的摆放必须整齐划一，易于操作，易于读数。对于有危险性的实验（如高电压方面的实验），要有明确的警示标志。（2）设计性物理实验教学的心理环境设计。设计性物理实验教学心理环境是通过一定的教学组织形式、教学方法而形成的教师“指导”与学生接受“指导”的心理状态。设计性物理实验教学进行中形成的师生的心理状态，表现出设计性物理实验教学中人的因素以及个体占有操作空间的大小等，这是物理实验教学中的心理环境。设计性物理实验教学的组织形式是以个别化教学方式进行的，个别化教学是指每个学生都以按照自己的设计完成物理实验的教学方法。学生不受教师思想的禁锢，独立地进行实验操作，这完全是一种由探索需要驱动的自主学习，同化物理实验知识并形成实验技能，获得的经验是直接的。但是，独立实验操作不是意味着学生不再需要教师，而是需要教师宏观调控实验，在学生出现疑难时，采用恰当的方法对学生进行个别辅导，也可以针对实验组存在的普遍问题有的放矢地进行讲解。这样，不但师生之间的心理距离缩小了，而且也增强了学生自由思考的氛围，并愿意主动接受教师的指导。
4.设计性物理实验教学评价设计。设计性物理实验教学评价分为质的评价和量的评价。质的评价是教师对学生设计性物理实验学习情况做出鉴定，肯定学生的优点，指出存在的不足以及努力的方向；量的评价是通过分数来反映学生设计性物理实验的学习情况。
［参考文献］
［1］文军.论实验教学中常用的教学模式［J］.廊坊师范学院学报，2002，18（4）.
［2］李伯黍，燕国材.教育心理学［M］.上海：华东师范大学出版社，2001：267-299.
［关键词］设计性实验 教学模式 教学设计 物理实验
［作者简介］文军（1962- ），男，陕西铜川人，渭南师范学院物理系副教授，研究方向为实验教学理论。（陕西 渭南 714000）
［中图分类号］G424.1［文献标识码］A［文章编号］1004-3985（2008）14-0107-02
一、引言
当前科学技术的高速发展对人的创新能力的要求越来越高，加强学生创新能力的培养，已成为高校教育教学改革的重要任务，也是师范院校适应新基础教育课程改革的需要（以下简称“新课改”）。为了培养具有创新能力且适应新课改要求的高素质人才，必须使学生具备综合运用知识去发现问题、解决问题的能力。物理学是以实验为基础的学科，它的发展和创新与物理实验密切相关，因此，物理实验教学成为培养学生创新能力、学习探索新知、养成实验素养的重要环节，是学生毕业后能够胜任新课改的重要的职前训练。
设计性物理实验是一种较高层次的综合实验训练，设计性实验教学是一项创造性的教学工作。它不同于一般的实验教学，它要求学生自己查找和阅读各种资料，并根据实验要求，自行选择实验仪器、设计实验方案、观察记录实验现象和数据，学会探究与解决实验过程中的突现问题，完成实验并形成实验素养。如何进行适应新课改的设计性实验的教学设计，笔者总结教学实践，对这个问题进行了探讨。
二、设计性物理实验的教学模式
设计性物理实验不同于已往的实验教学，要很好地完成这一层次的教学，教师必须建立适合设计性物理实验要求的教学模式。设计性物理实验的教学模式，就是教师在实验教学中，应用模式方法，分析设计性物理实验教学中的诸因素，排开次要的、非本质性的部分，抽取主要的、有特色的部分进行研究，凸现设计物理实验中重要的关系、状态和过程，以获得对设计物理实验教学规律的深刻认识，实现设计性物理实验教学的高效、优化。笔者在物理实验教学实践中总结出以下两种教学模式：
1.协同合作教学模式。协同合作教学模式是基于问题的一种探索式设计性物理实验教学模式，即在设计性物理实验教学中围绕实验选题，发挥学生各自的认知特点，相互帮助，分工合作，共享集体智慧，逐步形成对“设计”内容的深刻理解和领悟，最终掌握技能形成探索能力。教师在“设计”中始终以“导演”的身份出现，通过建立反馈体系，及时了解和掌握学生的实验情况，评价和修正实验教学。
协同合作教学模式分为四个阶段，即确定设计性物理实验题目、检索资料、实验探索、反馈。确定设计性物理实验题目，教师根据设计性物理实验教学的要求，提出具有一定探索性的实验选题。检索资料，教师提供完成该实验课题所需的资料清单，学生自己查阅资料。实验探索，学生根据相关资料相互讨论，提出并独立完成实验。反馈，发生在设计性实验教学过程的始终，一是教师要及时了解学生占有资料的信息，教会学生利用资料；二是了解学生实验探索阶段存在的问题，给学生指出解决的方法，修正自己的教学策略。四个阶段加以科学、合理地组织，便能达到良好的实验效果。
2.交互式物理实验教学模式。交互式物理实验教学模式是基于物理实验资源的一种教学模式，它通过实验仪器的中介作用，使教师和学生直接进行交流与沟通，其特点是以物理实验资源为媒介，以问题探索为中心，以问题讨论为手段的物理实验教学。该模式从提供背景、发现问题、讨论交流、延伸启迪等几个方面组织和实施设计性物理实验教学，发挥学生自主学习的能动作用，通过发现问题来诱发学生“学会”设计性物理实验过程中的思考，体验知识、技能的形成，从而由“学会”到“会学”。
物理实验教学的交互式模式分三个过程：一是教师准备过程，教师确定适合学生实际的物理实验选题，准备与该实验相关的资料和有关仪器等；二是学生操作与发现问题（学生学习实验的过程），学生通过这个过程完成设计性物理实验训练，掌握该实验的知识；三是交流讨论过程，这个过程中，教师要引导学生总结实验，使学生由“学会”到“会学”。
三、设计性物理实验的教学设计
1.设计性物理实验教学目标设计。设计性物理实验教学目标是指设计性物理实验教学活动所要达到的预期结果，它规定了通过设计性物理实验教学过程，学生应该掌握什么操作、学会什么设计方法、如何形成实验素养，它是设计性物理实验教学活动的出发点和归宿。一旦确定了设计性物理实验教学目标，教师就可以选用适当的教学方法指导学生进行设计性物理实验学习。学生完成设计物理实验之后，教师根据设计性物理实验教学目标是否达到，对设计性物理实验教学进行评价。设计性物理实验教学目标设计通过两个步骤完成。
第一，列写设计性物理实验内容和学生行为二维表（见108页表1）。该表中将所期望的学生行为和设计性物理实验内容整合起来，明确学生通过设计性物理实验要达到的具体目标。表的第一个维度是学生的行为，如获得物理实验知识、实验操作技能、实验数据记录与处理、实验误差分析等；第二个维度是设计性物理实验内容，即覆盖该设计性物理实验的所有方面。
表中某个特定的行为和某个特定的内容范围相交叉于一个方格，在这一方格中，我们可以表述为一个设计性物理实验的教学目标。
“理论——知识”设置2个目标，一是与设计性物理实验相联系的物理学理论知识；二是完成设计性物理实验的专门知识。“理论——操作”设置1个目标，完成设计性物理实验所需要的操作技能理论。“理论——数据处理”设置1个目标，实验数据处理的理论与方法。“理论——误差分析”设置2个目标，一是误差传递的理论；二是实验误差知识。“理论——评价”设置1个目标，是否掌握了与该物理实验相关的理论。
“方法——知识”设置1个目标，即关于物理实验方法（方案）设计的知识。“方法——数据记录”设置1个目标，正确记录数据的方法。“方法——数据处理”设置1个目标，数据处理的正确方法。“方法——误差分析”设置2个目标，一是操作方法引入的误差；二是仪器误差以及理论（公式）误差。“方法——评价”设置一个目标，评价设计性实验操作的优劣。
“步骤——知识”设置1个目标，正确的实验步骤。“步骤——操作”没有设置目标。“步骤——数据记录”设置1个目标，正确读取与记录数据的步骤。“步骤——数据处理”设置1个目标，正确处理数据的方法。“步骤——评价”设置1个目标，评价实验结果的优劣。
“总结报告——知识”设置2个目标，一是实验总结报告所反映实验的质量，二是实验总结报告的规范性。“总结报告——数据记录”设置1个目标，总结报告中原始数据记录及规范性。“总结报告——数据处理”设置1个目标，总结报告中数据处理的规范。“总结报告——误差分析”设置1个目标，有无详细的误差分析。“总结报告——评价”设置1个目标，能够正确评价实验。
设计性物理实验教学目标（行为——内容）是动态的，要根据学生的实际情况进行调整，以更合逻辑的顺序去组织设计性物理实验教学，以确保设计性物理实验教学的质量，使之真正起到指导设计性物理实验教学的目的。
第二，任务分析。一旦列写了设计性物理实验教学目标表，就要对设计性物理实验教学目标进行任务分析。所谓任务分析，就是将设计性物理实验目标分解成各级任务、再将各级任务逐级划分为各个亚目标的过程。任务分析使教师在设计性物理实验教学过程中明确了该做什么，怎样做，何时做，采用何种最优化的方法等问题，有利于实现设计性物理实验教学目标（行为——内容）表中的每个实验教学目标，有利于搞清实现最终目标的各个步骤的逻辑顺序。
２.设计性物理实验教学的内容设计。设计性物理实验教学内容是设计性物理实验教学目标的具体化，是实现设计性物理实验教学目标的保证。设计性物理实验教学内容设计，主要是选择符合学生实际、切实可行的实验选题。（1）确定实验方法或实验思想的设计性物理实验题目。实现这类物理实验课题的实验方法有很多种，应要求学生从经济可行的原则出发，保证实验精度要求，确定最佳实验方案。（2）操作性设计实验题目。这主要针对只能用特定仪器或特定的方法完成的实验。如迈克尔逊干涉仪的实验研究、望远镜与显微镜的组装等题目。（3）数据处理方法与误差分析为目的的设计性物理实验题目。数据处理和误差分析是实验训练的重要内容，随着科技的发展，许多成套仪器应用以及实验数据的实时采集，就需要学生掌握一定的数据处理方法，学会判断实验中误差的来源，把实验控制在误差许可的范围内。
3.设计性物理实验教学的环境设计。（1）设计性物理实验教学的物理环境设计。实验室被划分成一个个相对分离的小区域，每个区域属于学生个体从事实验的活动范围，这就形成了实验教学的物理环境。实验台一般都根据实验室空间大小放置，实验台之间保持一定的距离，以形成有利于学生独立进行实验操作的空间，不受其他因素的干扰，如相邻实验仪器产生的背景干扰，相邻实验之间的干扰等。同时，有利于教师的巡察指导。实验仪器是完成实验的必备物质基础，其在实验台上的摆放必须整齐划一，易于操作，易于读数。对于有危险性的实验（如高电压方面的实验），要有明确的警示标志。（2）设计性物理实验教学的心理环境设计。设计性物理实验教学心理环境是通过一定的教学组织形式、教学方法而形成的教师“指导”与学生接受“指导”的心理状态。设计性物理实验教学进行中形成的师生的心理状态，表现出设计性物理实验教学中人的因素以及个体占有操作空间的大小等，这是物理实验教学中的心理环境。设计性物理实验教学的组织形式是以个别化教学方式进行的，个别化教学是指每个学生都以按照自己的设计完成物理实验的教学方法。学生不受教师思想的禁锢，独立地进行实验操作，这完全是一种由探索需要驱动的自主学习，同化物理实验知识并形成实验技能，获得的经验是直接的。但是，独立实验操作不是意味着学生不再需要教师，而是需要教师宏观调控实验，在学生出现疑难时，采用恰当的方法对学生进行个别辅导，也可以针对实验组存在的普遍问题有的放矢地进行讲解。这样，不但师生之间的心理距离缩小了，而且也增强了学生自由思考的氛围，并愿意主动接受教师的指导。
4.设计性物理实验教学评价设计。设计性物理实验教学评价分为质的评价和量的评价。质的评价是教师对学生设计性物理实验学习情况做出鉴定，肯定学生的优点，指出存在的不足以及努力的方向；量的评价是通过分数来反映学生设计性物理实验的学习情况。
［参考文献］
［1］文军.论实验教学中常用的教学模式［J］.廊坊师范学院学报，2002，18（4）.
［2］李伯黍，燕国材.教育心理学［M］.上海：华东师范大学出版社，2001：267-299.