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【摘要】本文着重分析研究了验证性实验、设计性实验、创新性实验各自特点，并提出理工科高校三类实验的设置方案。
【关键词】理工科 实验改革 探索与研究
【中图分类号】G647 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）27-0035-02
本人从事理工科实验教学近十年，对大学生的实验表现和内心感受十分了解。近几年学生的实验积极性不高，主要是应付老师教学，挣得实验学分。通过长期的观察和沟通，得到的结论是：学生不喜欢别人已经设计好的验证性实验;更喜欢自己动手设计实验，亲眼看到自己的设计成果;掌握一定知识和经验后，创新性项目更能激发他们的热情和成就感。本文就这一现象进行探讨和研究。
1.为什么学生不喜欢验证性实验
验证性实验是指对研究对象有了一定了解，并形成了一定认识或提出了某种假说，为验证这种认识或假说是否正确而进行的一种实验。验证性实验强调演示和证明科学内容的活动，科学知识和科学过程分离，与背景无关，注重探究的结果（事实、概念、理论），而不是探究的过程. 它的主要目的是为了培养学生的实验操作、数据处理等技能，检验一个已知的结果是否正确，巩固和加强有关知识内容。下面以电学里的欧姆定律实验举例说明。
首先，它的结论是已知的，也就是灯泡的电阻等于它两端电压除以流过它的电流。用公式表示为r=U/I。其次，实验的电路图已经给定，如下图。
最后，学生要做的就是改变可调电阻，记录电压值和电流值，通过计算看它们的比例关系是否不变或变化很小。由于整个实验结论学生只是重复性操作仪表，记录数据进行验证已知的预期，其枯燥程度可想而知。数据如下表。
这样的验证性实验，通常有以下几个方面内容。①实验名称：是关于一个什么内容的实验;②实验目的：要探究或者验证的某一事实;③实验原理：进行实验依据的科学道理;④实验对象：进行实验的主要对象;⑤实验条件：根据实验原理确定仪器和设备;⑥实验方法与步骤：实验采用的方法及必需（最佳）操作程序，每一步骤都必须是科学的，能及时对仪器、步骤进行有效矫正;⑦实验测量与记录：对实验过程及结果应有科学的测量手段与准确客观的记录;⑧实验结果预测及分析：能够预测可能出现的实验结果并分析导致的原因;⑨实验结论：对实验结果进行准确的描述并给出一个科学的结论。
2.设计性实验的好处
设计性实验一般是指导教师给出题目，由学生运用已掌握的基本知识、基本原理和实验技能，提出实验的具体方案，拟定实验步骤，选定仪器设备，独立完成操作、编程、记录实验数据、绘制图表，分析实验结果等。它主要考查学生是否理解实验原理，是否具有灵活运用实验知识的能力，是否具有在不同情境下迁移知识的能力。通过完成此类实验，可以培养学生的创新意识和创新精神，提高学生分析问题和解决问题的能力，能有效地推动学生科研立项活动的开展，为将来从事科学研究打下良好的基础。下面还以欧姆定律为例来进行设计性实验。首先明确实验任务：根据提供的器材搭建一个普通灯泡的照明电路，怎样调节光线的亮暗;在灯泡由暗及亮的过程中，流过它的电流、它两端的电压以及电压电流比值怎样变化。其次，由学生搭建电路例如下图。
最后记录数据，绘制图表，根据图表的变化规律，总结出实验的结论。
这类实验的特点是：在教师给定任务的条件下，学生利用实验室仪器条件，从书籍、网络获取相关资料，设计出综合性的、探索性的实验思路，在相互讨论、教师点评的基础上，修改实验设计方案，并在若干个方案中选出最适合开展的方案，进行编组完成实验。因此，实验中学生参与了选题、设计实验、实验准备、实施实验和实验论文撰写等全过程。这种“理论-实践-理论-综合实践”的过程能使学生深刻理解实验技术与原理，能熟练运用已经学习的多种技术，学会充分利用实验室已有的实验设备和条件，将自己的设计方案付诸于实践。因此，设计性实验将技术性、综合性、创新性融合在一起，通过学生独立的设计和实践，培养学生的创新思维和独立分析问题、解决问题的能力。
这类实验的基本过程是：①了解题目要求。选题首先要明确题意，只有明确题意才能方向明确，少走弯路。看清题意是要求设计实验方案、步骤还是分析实验结果。②明确实验目的、原理。明确实验到底要解决什么问题，要用到哪些原理。③确定实验思路。根据原理对实验做出假设，并对可能产生的现象做出预期估计，并充分利用实验材料设计实验思路。④设计实验步骤。根据上述实验目的、原理和思路，设计出合理的实验操作步骤。要思考所给出的实验仪器仪表分别起什么作用？怎样运用？由于实验设计是一种开放性层面，可能存在多种实验步骤，但一般应遵循以下几个要求：简便性、可行性、安全性和精确性。⑤记录实验现象和数据。在实验中将观察到的现象如实准确地记录下來。除了用文字进行记录外，还可以用数据、符号或影像进行记录。⑥分析得出结论。根据实验观察的现象和记录的数据，通过分析、计算、图表、推理等处理，归纳出一般概括性判断，并用文字、图表、绘图等方法作一个简明的总结。
3.什么是创新性实验
创新性实验的研究以提高素质为目的，要求学生结合所学的知识自行提出实验课题，改变老师出题、学生解题的实验模式。在创新性实验的阶段，首先要实现师生互动，让学生主动参与设计和准备实验，培养和提高学生的创新能力和科研能力。同时，对于必要的实验，要促进虚拟、仿真实验与实际实验相结合，从而激发学生的学习兴趣，增强其探索科学的精神。创新性实验着重强调自主性、探索性、实践性和协作性，遵循“兴趣驱动、自主试验、重在过程”的原则。注重实验项目的实施过程，讲究长远效益，强调项目实施过程中在创新思维和创新实践方面的收获，重点培养学生的创新意识和创新能力，不急功近利，不为成果而设计，重在实施过程中得到的锻炼和培养。
创新性实验与普通实验课是完全不一样的体验。第一个方面就是学生的心态不同。因为平时做实验都是书上设计好的，一般来说只是去动手体验一下实验的各种基础操作而已。对创新性的实验来说，课题是学生自己选的，一般来都会有很大的兴趣，应该是自己想了解的东西，所以才去研究。这就使能够他们更好地去查阅一些资料，去深刻了解它。而当他们彻底地投入到这个实验中的时候，心里会产生一种微妙的变化。那就是只有当自己了解实验的原理，实验的特性，实验的目的时，会感觉到这才是在做实验，在设计实验，而不仅仅是在完成一个任务。
通过上述比较可以发现，创新性实验最能激发学生的钻研兴趣，变被动学习为主动学习。但是它需要一定的专业知识和基本的仪器操作能力，因此，验证性实验不能全盘否定，保留适当的项目放在一年级开设。二、三年级应以设计性实验为主体，大量展开训练学生科学素养。四年级以创新性实验为主，配合毕业设计、国家级省级专业竞赛进行，让学生感受到自身的价值，也是对大学学习的总结。这应是理工科高等院校合适的实验设置方案。
【关键词】理工科 实验改革 探索与研究
【中图分类号】G647 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）27-0035-02
本人从事理工科实验教学近十年，对大学生的实验表现和内心感受十分了解。近几年学生的实验积极性不高，主要是应付老师教学，挣得实验学分。通过长期的观察和沟通，得到的结论是：学生不喜欢别人已经设计好的验证性实验;更喜欢自己动手设计实验，亲眼看到自己的设计成果;掌握一定知识和经验后，创新性项目更能激发他们的热情和成就感。本文就这一现象进行探讨和研究。
1.为什么学生不喜欢验证性实验
验证性实验是指对研究对象有了一定了解，并形成了一定认识或提出了某种假说，为验证这种认识或假说是否正确而进行的一种实验。验证性实验强调演示和证明科学内容的活动，科学知识和科学过程分离，与背景无关，注重探究的结果（事实、概念、理论），而不是探究的过程. 它的主要目的是为了培养学生的实验操作、数据处理等技能，检验一个已知的结果是否正确，巩固和加强有关知识内容。下面以电学里的欧姆定律实验举例说明。
首先，它的结论是已知的，也就是灯泡的电阻等于它两端电压除以流过它的电流。用公式表示为r=U/I。其次，实验的电路图已经给定，如下图。
最后，学生要做的就是改变可调电阻，记录电压值和电流值，通过计算看它们的比例关系是否不变或变化很小。由于整个实验结论学生只是重复性操作仪表，记录数据进行验证已知的预期，其枯燥程度可想而知。数据如下表。
这样的验证性实验，通常有以下几个方面内容。①实验名称：是关于一个什么内容的实验;②实验目的：要探究或者验证的某一事实;③实验原理：进行实验依据的科学道理;④实验对象：进行实验的主要对象;⑤实验条件：根据实验原理确定仪器和设备;⑥实验方法与步骤：实验采用的方法及必需（最佳）操作程序，每一步骤都必须是科学的，能及时对仪器、步骤进行有效矫正;⑦实验测量与记录：对实验过程及结果应有科学的测量手段与准确客观的记录;⑧实验结果预测及分析：能够预测可能出现的实验结果并分析导致的原因;⑨实验结论：对实验结果进行准确的描述并给出一个科学的结论。
2.设计性实验的好处
设计性实验一般是指导教师给出题目，由学生运用已掌握的基本知识、基本原理和实验技能，提出实验的具体方案，拟定实验步骤，选定仪器设备，独立完成操作、编程、记录实验数据、绘制图表，分析实验结果等。它主要考查学生是否理解实验原理，是否具有灵活运用实验知识的能力，是否具有在不同情境下迁移知识的能力。通过完成此类实验，可以培养学生的创新意识和创新精神，提高学生分析问题和解决问题的能力，能有效地推动学生科研立项活动的开展，为将来从事科学研究打下良好的基础。下面还以欧姆定律为例来进行设计性实验。首先明确实验任务：根据提供的器材搭建一个普通灯泡的照明电路，怎样调节光线的亮暗;在灯泡由暗及亮的过程中，流过它的电流、它两端的电压以及电压电流比值怎样变化。其次，由学生搭建电路例如下图。
最后记录数据，绘制图表，根据图表的变化规律，总结出实验的结论。
这类实验的特点是：在教师给定任务的条件下，学生利用实验室仪器条件，从书籍、网络获取相关资料，设计出综合性的、探索性的实验思路，在相互讨论、教师点评的基础上，修改实验设计方案，并在若干个方案中选出最适合开展的方案，进行编组完成实验。因此，实验中学生参与了选题、设计实验、实验准备、实施实验和实验论文撰写等全过程。这种“理论-实践-理论-综合实践”的过程能使学生深刻理解实验技术与原理，能熟练运用已经学习的多种技术，学会充分利用实验室已有的实验设备和条件，将自己的设计方案付诸于实践。因此，设计性实验将技术性、综合性、创新性融合在一起，通过学生独立的设计和实践，培养学生的创新思维和独立分析问题、解决问题的能力。
这类实验的基本过程是：①了解题目要求。选题首先要明确题意，只有明确题意才能方向明确，少走弯路。看清题意是要求设计实验方案、步骤还是分析实验结果。②明确实验目的、原理。明确实验到底要解决什么问题，要用到哪些原理。③确定实验思路。根据原理对实验做出假设，并对可能产生的现象做出预期估计，并充分利用实验材料设计实验思路。④设计实验步骤。根据上述实验目的、原理和思路，设计出合理的实验操作步骤。要思考所给出的实验仪器仪表分别起什么作用？怎样运用？由于实验设计是一种开放性层面，可能存在多种实验步骤，但一般应遵循以下几个要求：简便性、可行性、安全性和精确性。⑤记录实验现象和数据。在实验中将观察到的现象如实准确地记录下來。除了用文字进行记录外，还可以用数据、符号或影像进行记录。⑥分析得出结论。根据实验观察的现象和记录的数据，通过分析、计算、图表、推理等处理，归纳出一般概括性判断，并用文字、图表、绘图等方法作一个简明的总结。
3.什么是创新性实验
创新性实验的研究以提高素质为目的，要求学生结合所学的知识自行提出实验课题，改变老师出题、学生解题的实验模式。在创新性实验的阶段，首先要实现师生互动，让学生主动参与设计和准备实验，培养和提高学生的创新能力和科研能力。同时，对于必要的实验，要促进虚拟、仿真实验与实际实验相结合，从而激发学生的学习兴趣，增强其探索科学的精神。创新性实验着重强调自主性、探索性、实践性和协作性，遵循“兴趣驱动、自主试验、重在过程”的原则。注重实验项目的实施过程，讲究长远效益，强调项目实施过程中在创新思维和创新实践方面的收获，重点培养学生的创新意识和创新能力，不急功近利，不为成果而设计，重在实施过程中得到的锻炼和培养。
创新性实验与普通实验课是完全不一样的体验。第一个方面就是学生的心态不同。因为平时做实验都是书上设计好的，一般来说只是去动手体验一下实验的各种基础操作而已。对创新性的实验来说，课题是学生自己选的，一般来都会有很大的兴趣，应该是自己想了解的东西，所以才去研究。这就使能够他们更好地去查阅一些资料，去深刻了解它。而当他们彻底地投入到这个实验中的时候，心里会产生一种微妙的变化。那就是只有当自己了解实验的原理，实验的特性，实验的目的时，会感觉到这才是在做实验，在设计实验，而不仅仅是在完成一个任务。
通过上述比较可以发现，创新性实验最能激发学生的钻研兴趣，变被动学习为主动学习。但是它需要一定的专业知识和基本的仪器操作能力，因此，验证性实验不能全盘否定，保留适当的项目放在一年级开设。二、三年级应以设计性实验为主体，大量展开训练学生科学素养。四年级以创新性实验为主，配合毕业设计、国家级省级专业竞赛进行，让学生感受到自身的价值，也是对大学学习的总结。这应是理工科高等院校合适的实验设置方案。