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设计性实验：新课程实验教学新模式
作者：谢志东 曾小龙
[关键词] 设计性实验 验证性实验 新课程
实验教学是实现新课程目标的基本途径之一。新一轮课程改革极为重视实验教学改革，实验在地位、功能、内容以及方式等方面，都发生了显著变化。关注人的发展是新课程的核心理念，设计性实验是在学生设计实验方案、进行实验操作、观察记录现象、处理实验数据、获得实验结论的过程中，获取知识、技能和方法，培养探究能力，形成良好的情感态度和价值观，是在新课程理念指引下的一种实验教学新模式。
一、传统验证性实验教学模式的回顾与反思
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。验证性实验教学的基本模式为：教师回顾理论知识——教师讲解实验重点及实验步骤——组织学生根据确定的实验步骤进行实验操作——分析实验结果——验证理论知识——教师总结加以肯定。验证性实验强调演示和证明科学内容，科学知识和科学过程分离；强调实验操作和观察等个别智能；强调如何快速经济地获得科学知识；注重探究的结果（事实、概念、理论），而不是探究的过程。
这种实验教学模式在基础教育中已经存在了很长时间，并为广大师生普遍接受。它的优点是：有利于实验教学的组织、顺利进行及节省实验时间；有利于强化基本知识、基本技能的训练等。但是，由于这样的实验教学模式处处以教师为中心，问题和结论都是已知的，只是进行重复验证，导致了学生只是“照方抓药”，在很大程度上束缚了学生智力的开发和创新能力的培养。
二、设计性实验教学模式及其优越性
传统的验证性实验适合训练基本操作，验证基本理论，但不利于充分调动学生学习的主动性和创造性；设计性实验强调学生学习的自主性、探究性，强调学生主体对知识的建构，是对传统实验教学模式的扬弃。
1．设计性实验模式简介。
设计性实验是学生根据一定的实验目的和要求，主动运用有关知识和技能，对实验器材、方法、步骤在头脑中进行构思并付诸实施的实验。设计性实验是以3～5名学生组成的小组为单位，由各组在一定范围内自行选题，自行查阅文献资料，独立设计实验方案，经可行性论证后进行实验操作，独立整理、分析实验结果并按科研论文的格式写出实验报告。设计实验的基本过程可归纳为：师生共同商定实验框架——学生多种途径查阅资料——学生写出实验步骤——教师就实验步骤给予指导和完善——学生进行实验——记录结果并分析——得出结论、形成科研论文——师生评析——学生构建新知识框架。
2. 设计性实验的优越性。
设计性实验教学模式打破了传统的以教师为中心的实验教学模式，把自主权交给了学生，让学生主动去思考、设计、探索、总结。教师由传授型转为指导型，学生由被动接受验证型转为主动参与探索型。设计性实验的过程实质是一个不断发现、解决问题的过程，集中体现了新课程以人为本的核心理念。
第一，设计性实验教学促使学生变被动学习为主动的探索性学习。在验证性实验中，实验原理、步骤、结论等都是已知的，只要按既定的实验步骤做，就能得到“标准化”的结论，完成实验任务。“照方抓药”式实验导致多数学生对实验原理、内容、结论缺乏深入理解，实验兴趣不高，参与愿望不强烈。在设计性实验中，教师给出实验的主题或只给出实验主题的范围，其他一切全都放手让学生自己去做。由于是学生自己设计，为了做好实验，展示自己的能力，学生的学习积极性被充分调动。在实验过程中，学生主动请教老师、独立思考问题、分析问题、解决问题，学习的兴趣、自主创新的积极性和主动性得到了充分的发展。
第二，设计性实验教学克服了学生对知识理解片面化、孤立化的缺点，引导学生关注知识的活学活用和各学科间的相互联系。设计性实验所涉及的实验课题往往都是一些具有较强现实意义的综合性课题，问题的解决需要综合运用多学科知识与技能。在选择课题、设计方案、实施方案、获得结论等过程中，学生需要综合运用各科所学知识分析、解决所遇到的问题；不同的设计方案有着不同的优点，学生需要用比较、分析的方法全面权衡各方案的优缺点，与实验小组其他成员一起，选择出最佳实施方案。这样，一方面巩固了基础知识的学习，燃起了学习新知识的热情；另一方面，也为学生提供了创造性思维的机会，培养训练了学生分析、解决实际问题的能力以及团结协作的精神。
第三，设计性实验教学有利于培养学生严谨的科学态度和初步的科研能力。设计性实验介于基础教学实验和科学研究实验之间，是对科学实验全过程进行初步训练和模拟一种实验类型。完成这类实验需要学生综合运用归纳、分析、判断等思维形式，凭借以往的经验和训练，在头脑中形成直觉和想像，确定实验方案；方案的实施过程则是不断观察、调整、测试、分析和总结的过程。通过设计性实验，学生了解科研的基本程序，创新意识和创新思维能力得到了培养，探索、实践能力也得到了提高。
三、设计性实验教学的实施
设计性实验属于实验课程体系中的较高层次，在具体实施时，需要做好以下几方面工作。
1．实验内容要难易适中。
要尽量选择与实践联系密切、涉及多项基本实验技术、实验方案与操作步骤相对明确简单且实验周期短的小课题型实验。这样实验的方案设计相对容易，方法步骤不很繁琐，且所用到的大多数技术方法学生在此之前已学习并基本掌握，可使学生在短时间内较好地完成实验，产生探索未知有收获的成就感和喜悦感。
2. 加强实验过程的巡视和指导。
在进行设计性实验的过程中，始终不能忽视教师的指导作用。由于学生知识储备有限，实验经验不足及实验操作基本功欠扎实等原因，往往不能完全独立地解决实验过程中遇到的某些问题，指导教师必须加强巡视，及时给予指点和启发，保证实验顺利进行。另外，必要时教师要及时提醒或纠正学生严重错误的实验操作以免实验失败或重做，减少不必要的损失。
3. 创设良好的实验条件。
设计性实验的开设，在客观上还需要一个宽松的实验环境，只有这样，学生才能放开自己的思维空间，进行创造性的思维和实践。由于设计性实验不是一、二天内就能完成，具有较强的连续性，为了使各环节紧凑，避免实验周期过长，应将实验室对学生开放，让学生可根据自己的时间来安排实验进程，做到既不影响其他课程学习又能在较短时间内高质量地完成设计性实验全过程。另外，由于设计性实验所需材料较多，准备工作繁杂，有些实验还必须做预实验，有时又需做重复实验，因而实验成本比一般的小实验高，应适当增加实验经费的投入，充足的实验经费是设计性实验顺利进行的必要保证。
四、结语
现代教学论认为，尊重和发挥学生的主体性，不仅有助于提高学习效率，而且有利于培养学生创新的意识、独立的人格和负责的态度。但是，设计性实验作为一种新的实验教学模式，在其推广实施过程中暴露出一些亟待解决问题。其一，师生的实验教学理念、知识、技能落后于设计性实验的要求；其二，实验仪器设备的更新、管理跟不上。
参考文献：
[1]朱慕菊．走进新课程：与课程实施者对话[M]．北京：北京师范大学出版社，2002．
[2]刘文国，王素．中学物理实验室如何为新课程实验教学服务[J].教学仪器与实验，2005，2.
[3]宋效先，王伟平，王晓燕．开展设计性实验，培养学生创新能力[J]．中国成人教育，2005，5.