[关键词]设计性实验教学体系成绩评价
物理实验课程是理工科院校的一门重要基础课，在培养具有创新精神和实践能力的专门人才上具有举足轻重的作用。大学物理实验中开设设计性实验是近年来我国高等院校教改的方向之一，研究设计性实验教学体系是物理实验课程改革重要的基本问题。
一、设计性实验的特点及目的
设计性实验，是在明确实验目的的基础上，根据实验原理和要求，自己选择适当的器材，制定实验方案，求出实验结果。实验过程是围绕着一个需要解决的问题展开，强调学生通过自主参与一些类似于科学家从事科研的学习活动，获得亲身体验产生积极情感，逐步形成一种在日常学习与生活中喜爱质疑，乐于探究，努力求知的心理倾向。学生在实验研究过程中激活自己各科学习中的知识储存，通过解决实际问题的探索性活动，提高自己综合应用能力。
设计性实验的目的是：加强学生已学的理论知识和基础性实验知识相结合，并将这些知识灵活应用，使学生体会并掌握实验设计的思维方法和分析方法，实验设计的基本过程和方法，培养学生的科学实验能力及创新能力。
二、设计性实验教学体系构建的思路
构建设计性实验教学体系应该把学生的能力和素质培养作为构建的指导思想，以便学生在实验研究的过程中，通过自己的努力获取相应的物理知识和练就一定的操作技能，又能逐步学会一套获取新知识和解决新问题的科学方法。设计性实验教学体系构建的基本思路是：(1)将能力和素质培养贯彻始终，为物理实验教学目标服务；(2)循序渐进；(3)要选择或设计内容新颖、难易适度的实验；(4)要立足大学物理，辐射其它学科；(5)要把科学研究能力的培养和物理知识的建构统一起来；(6)要把科学研究与实验教学有机结合起来；充分发挥设计性实验的教育功能。
三、设计性物理实验教学体系
以培养创新精神和提高综合素质为主线，遵循由易到难、由浅入深、由低到高、循序渐进的教学规律，按照物理实验的实施过程和目的要求以及学生自身个性发展将研究性物理实验划分为以下三个层次。
1.基本设计性实验。给定实验题目与要求，在限定仪器的条件下，拟定实验方案完成实验。基本设计性实验特别注意科学性和趣味性的结合，充分调动学生的学习积极性和创新精神，培养学生设计实验的基本能力、科学的思维方式、探究意识和动手能力。采用指定“单任务教学”模式，教师起到“指导、帮助”的作用。
(1)基本目的。激发学生学习物理知识、研究与探索物理规律的热情，加深对物理规律的切身感受，提高动手动脑能力，激励创新精神。
(2)基本要求。在教师的指导下或自己的独立研究完成实验课题，按学术论文的形式撰写设计性实验报告，使学生掌握基本的实验研究方法。
2.提高型设计性实验。给定题目与要求，在给定仪器条件的范围内选择仪器、拟定二种以上的实验方案进行比较，以较佳的实验方案完成实验。实验原理应是学生在普通物理学习中已掌握或稍加补充即可掌握的。他们要从查找文献资料开始，制定方案，做规划，直至完成实验。
(1)基本目的。培养学生科研综合对比研究能力，查阅文献资料的能力，在实践中提高发现问题、分析问题、解决问题的能力。
(2)基本要求。要求这类实验完成后，进行书面总结和口头报告交流，让他们对自己的实验作介绍，交流在实验研究的过程以及分析问题和解决问题中的宝贵经验和教训。
3.独立型设计性实验。给定实验题目，拟定实验方案、自选仪器完成实验。侧重于综合能力和创新能力的培养，课题涉及的实验内容与方法应具有综合性，学生选定课题后，教师一般只对课题的意义、背景等情况作些介绍，完全由学生自己调研和查阅资料，自己设计、装配、调试实验装置，提出实验方案，完成实验。
(1)基本目的。在培养了学生的基本实验技能和基本的设计能力后，对部分学生提出更高的要求，这一阶段要求学生的自主创新，培养他们的科学研究素质。
(2)基本要求。实验结束时，每个课题都要写出研究论文，并进行学术答辩和交流，部分论文应具有创新的成果，其中优秀的论文应能在正式学术刊物或学术会议论文集上发表。
4.设计性物理实验教学体系及内容方案。根据上面的讨论，由从简单到复杂、从基本到提高的顺序把设计性实验分为三个主要的类型，对于不同的层次有不同的实验项目和具体的实验要求，其中包括学生选做的实验个数、所需的课时数等，提出设计性物理实验教学体系及内容方案如表一。
表一设计性实验教学体系及内容
不同的学校根据自己的具体情况可以对不同的设计性实验类型提出不同的要求，即对基本设计性实验、提高型设计性实验、独立型设计性实验开设的个数和每个实验所需的学时给出符合自身实际情况的规定。根据我们学院的情况，选取基本设计性实验、提高型设计性实验、独立型设计性实验的课题数目分别为2、2、1个，总学时为40学时。
四、设计性实验教学成绩评价
客观、科学评价设计性实验教学成绩，有利于促进设计性实验教学的发展。评价应体现在实验教学中以学生为主，教师为辅，显示学生个性，相互协作，有利于学生科学素质的培养，充分发挥学生的能动性和创造性的宗旨。设计性实验教学成绩评价采用双评模式，把教师的评价和学生自评结合起来，改变以往那种只有教师参与的局面。
1.学生自评。每一个实验学生都进行自我评价，或是以小组为单位进行评价。在评价考核范围里面除了考核实验相关操作技能和实验的掌握外还将实验态度、文献查阅能力、团队合作精神等都纳入考察范围，充分体现设计性实验培养学生科学素质的价值。
2.教师对学生的评价。教师对学生的评价与学生自评同步进行，教师通过对学生的实验设计方案的审核，对实验过程的监督，以及实验结果的分析，给出一个评价。
对于这两部分的权重，不同的学校，不同的专业可以进行不同的调整，一般可以采用教师评价占60％，学生自评占40％的比例来进行，对于不同的给分点可以根据各自情况进行界定。
参考文献：
[1]朱慧群，丁瑞钦.大学物理实验教学方法探讨[J].中山大学学报论丛，2006年第26卷第5期.
大学物理实验是面向高等院校理工科专业学生开设的一门必修课程，也是对学生进行科学实验基本训练的一门基础课，旨在使学生获得基本的实验知识、方法和技能方面的训练，激发学生学习物理的兴趣，提高学生分析问题和解决问题的能力，培养学生积极探索、团结合作的精神[1]．随着多媒体技术和互联网技术的发展和普及，传统的教学方式已不再适应时代要求．教育部印发《教育信息化“十三五”规划》，明确提出“以教育信息化引领教育现代化”的要求，各高等院校正在加快教育信息化基础设施和数字教育资源建设，提高教师信息化应用水平，促进信息技术与教育教学深度融合，不断提高大学物理实验教育教学质量[2]．笔者根据学校提供的moodle网络教学平台，设计了符合大学物理实验教学特点的网络课程，并应用于日常教学和管理中，起到较好的教学效果．
2大学物理实验教学存在的问题
大学物理实验的教学对象是大学一、二年级的学生，是物理专业学生进入大学后的第一门实验课程，所以学好大学物理实验对后续其它实验课程的学习至关重要．在多年的传统教学模式下，大学物理实验的教学现状存在以下几方面的问题．（1）教学计划学时数少．受新教学计划和新教学大纲的影响，大学物理实验的学时数减少，实验理论课堂讲授的时间更少，教师与学生的互动很难进行，启发性和探究性教学难以实施[3]．（2）学生物理实验基础水平参差不齐．来自城市优质学校的学生动手能力较强，基本上都能够在规定的时间内完成实验．而来自边远农村地区或城市部分面上中学的学生动手能力相对较差，由于这些学校的实验设备不足，学校无法开展物理实验基本技能的训练，所以这些学生很难在规定的时间内完成实验，有些同学连最基本的测量仪表如电压表、电流表都没见过．（3）实验教学效果差，学生做完实验就忘记．由于受实验时间的限制，教师一般采用传统的教学模式，即先集中简要介绍实验原理、实验步骤、仪器操作规程、原始数据记录及数据处理与分析，再让学生独立完成实验操作和实验记录．教师讲授完这些教学内容后，留给学生独立完成实验的时间少，学生怕无法按时完成，产生紧张情绪，对老师的启发性提问不屑一顾，对一些实验现象缺乏思考．虽然按要求完成了实验数据的记录，也只是对老师的实验演示的重现，对实验理解不透彻，做完实验就把操作忘记．等到期末操作考试时，面对曾经做过的实验束手无策．（4）学生实验报告书写潦草，不规范，提交不及时．近年来，随着高校扩招，学生数多，教师队伍建设跟不上，教师的教学工作量大，实验报告无法及时批改，堆积如山．（5）考核制度落后，有待改革．目前的考核方式是根据不同专业采用纸质笔试或操作考试．有了网络课程的试题库后，就可以采用网上抽题网上笔试和网上抽题现场操作考试相结合的方式．
3基于Moodle网络教学平台的优势
Moodle(ModularObject-OrientedDevelopmentLearningEnvironment)是一套公开源代码的网络课程管理系统，Moodle翻译成中文就是“面向对象的模块化开发动态学习环境”．Moodle是以建构主义为教学依据，采用与我国新课程类似的模块教学，它的基本模块有：站点管理模块、用户管理模块、课程管理模块、作业模块、论坛模块、资源模块、测试模块等．Moodle作为网络教学平台具有以下几点优势[4-5]：（1）界面设计简单、高效、安全，绝大部分教学内容、资源等可即时添加、即时显现．（2）支持多种课程形式和灵活多样的学习活动，例如Booking、ForumNG、Journal、Technical、wiki、协作程序教学等．教师能够随时选择合适的标准进行教学评价，并根据学生的学习情况调整生成新的课程目标．（3）教师可以查看成员日志，统计每个学生的活动细节如最后访问时间、阅读次数，汇编每个学生的详细报告．一般访问次数多的学生，学习比较认真，学习成绩也比较好．（4）教师可以布置作业，平台可以自动记录学生上传作业的时间，教师可以随时查看学生的作业，并在平台上进行评定，了解教学效果．平台即时把评判结果反馈给学生，使学生能及时修改并再次提交．（5）支持教师的混合式教学和学生的个性化学习，帮助教师与学生在协助的在线环境中交流．有多种类型的论坛如聊天室、课程新闻讨论区、教学讨论区等供选择，促进了教师与学员、学员与学员、学员与课程之间的交互．（6）支持多种格式文件资源的上传，如Word、Powerpoint、Flash、视频和声音等电子文档．
4《大学物理实验》网络课程的设计
基于大学物理实验的教学特点和Moodle网络教学平台的优势，设计的大学物理实验网络教学课程，可以弥补传统大学物理实验教学中存在的不足．该网络课程的总体设计如图1所示，网络课程主界面截图如图2所示，各主要功能模块介绍如下：（1）用户管理．用户成员包括管理员、课程创建者、教师、无编辑权教师、学生、访客等．教师可以手动添加学生名单，也可以设置“选课密码”让学生自己选课成为该课程学员．（2）课程设置．教师可以对课程名称、课程简介、课程开始时间和结束时间、课程格式、外观、命名角色进行设置．（3）实验教学资源．包括课程基本信息、实验项目、实验讲义下载、实验教学视频、虚拟仿真实••105验、基于Excel的数据处理系统、实验仪器介绍、优秀学生实验报告展示等．课程基本信息：包括课程介绍、实验教学大纲、实验考试大纲、教师队伍介绍、互联网上的其它教学资源链接．实验项目：根据学校开展的实验项目力热、电磁、光学等实验，分别进行独一介绍，介绍内容包括实验目的、实验原理、实验内容、实验步骤、数据记录及处理．实验讲义下载：教师每学期都会对教学内容做适当的修改，提供最新电子版的实验讲义和其它网络上的优秀教材供学生参考．实验教学视频：将教师的课堂教学视频、实验操作视频等通过采集录制、剪辑、字幕后期处理，或针对具体某一实验操作流程、实验现象的观察等制作成微视频、微课上传到该模块，供学生课前预习，课后复习．支持多种视频格式如MP4、FLV等，但为了保证视频能兼容各类终端（如PC、安卓、苹果）系统的各种浏览器，实现视频的在线播放，教师在上传视频之前，应先将视频转换成MP4格式（采用AVC720p或者AVC480p），视频上传后将视频文件名称改为英文名称．虚拟仿真实验：该模块添加了由中国科学技术大学基础物理中心研发的霍尔效应、双臂电桥测电阻、热敏电阻温度特性等部分物理仿真实验和由学校师生自行开发的基于LabVIEW的虚拟示波器、虚拟信号发生器等虚拟仪器．利用虚拟实验或仿真实验辅助实验教学，可以打破传统实验教学的束缚，有利于学生能动性的发挥，让学生有更多的时间讨论和解释实验结果、反思实验过程，同时也能促进同学之间的合作与互动，减少实验设备与空间，节约资金，改善实验条件[6]．实验数据处理系统：利用Excel、Origin等软件制作实验数据处理模板，输入原始数据后，便能直接计算出实验结果．该功能应用于实验室，提供给学生检查实验数据是否正确，能减少实验数据处理的时间．实验仪器介绍：该部分包含实验仪器图片和仪器使用说明及注意事项．让学生在做实验之前，先了解和熟悉实验仪器的使用方法，减少实验时间，提高实验质量．优秀学生实验报告展示：教师可以挑选一些优秀的学生实验报告进行展示、表扬，起到示范作用．一些典型错误的学生实验报告，也可以经教师批改指正后展示，防止学生重复错误．教学课件下载：提供教师的课件及教学资料，方便学生自学．基础较差的学生能重新学习掌握基本知识，而优等生则能发现更深层次的问题[7]．（4）实验室开放预约：该功能有利于开放实验室的科学管理和方便想补做实验或提高实验的同学预约实验时间．（5）网上考试系统：教师可以对每个实验项目直接添加小测验，也可以利用MQE试题编辑软件制作试题库后，再添加到该模块中．小测验用于课程的正式考试、每一实验项目的测验、使用以往旧题目做练习性测验、提供学生表现立即反馈、让学生自我评价．学生期末考试方式，采用网上随机抽题，网上笔试和实验室现场操作考试，省去了人工纸质抽题的麻烦．（6）实验教学活动．该模块包括实验报告提交、教学讨论区和教学信息．实验报告提交模块：对于部分实验项目，鼓励学生利用计算机软件进行数据处理，并完成一份完整的实验报告，通过作业提交功能提交，教师可以随时随地利用移动终端网络设备进行批改和评价．教学讨论区模块：该讨论区的类型有博客形式的标准讨论区、单个简单话题、单个人发表一个话题、问题及解答讨论区和一般问题的标准讨论区．教师提出一些实验中出现的问题，供学生进行讨论、探究．随着学生应用手机微信的普及，教师可以利用微信的群聊功能，在微信中建立群聊，将“群二维码名片”到网络课程中，学生通过微信“扫一扫”就能加入群聊，进而开展基于微信的教学互动．教学信息模块：利用新闻讨论区普通新闻与通告，把学生实验安排表、实验分组情况表，考勤统计表、成绩统计表等到网络课程上，方便学生及时掌握课程教学信息．还可以本学科学术讲座、学术交流活动、学科最新研究动态、物理实验设计大赛和学生获奖新闻等信息．（7）实验教学评价．评价的类型有反馈、互动评价和投票．反馈可建立自定义的问卷调查；互动评价允许收集、查看以及评价学生的工作；在投票模块中，教师提出一个问题，并给出多个应答选项，由学生在线投票．
5结束语
利用基于Moodle网络教学平台进行物理实验教学，能够有效弥补传统实验教学之不足，能够充分运用以教师为主导和学生为主体的教学活动，有利于加强教师与学生之间的交流和互动，也有利于加快推进学校教育信息化管理和提高实验室信息化管理水平．
作者:黄贤群 石燕飞 刘秋武 单位:韩山师范学院
参考文献：
[1]文亚芹．大学物理实验[M]．西安：西安电子科技大学出版社，2010：1-5．
[2]教育部科技司．2016年12月教育信息化工作日报[EB/OL]．[2017-02-06]．/xxh/focus/201702/t20170206_1486426.shtml
[3]肖立娟．大学物理实验教学的现状与教学改革的探究[J]．大学物理实验，2015，6（28）：114-116．
[4]谢幼如，柯清超．网络课程的开发与应用[M]．北京：电子工业出版社，2005：208-211．
[5]张豪峰，葛晨光．信息技术及其教育应用[M]．北京：科学出版社，2008：130-161．
研究“真空不能传声”的“真空闹铃”实验，明知道无法抽成真空，那实验是怎么设计的呢？哦，原来只要设计成观察到“空气越少，声音越小”的现象就可以了，下面就可以进行思维的推理了，假如“抽成真空”，那么“声音消失”，自然得到结论。类似的还有探究“阻力对物体运动的影响”，这个实验又是怎么设计的呢？原来只要设计成观察到“阻力越小，物体运动越远，速度减小越慢”就可以了，剩下的还是交给思维！“实验加推理”的方法，恰恰是对思维推理的能力培养。
二、培养考虑问题的严谨性
物理是一门需要思维严谨的科目，初中物理，定性的结论多，与生活联系紧密，学生总凭感觉、直觉下结论，下一些“好像”、“差不多”的结论，这是物理的大忌，我们要培养学生每一结论的得出必须有明确理论依据的习惯，养成一环扣一环的严谨思维习惯。在物理实验教学中，设计实验环节可以很好地培养学生思考问题的严谨性。探究“滑动摩擦力的影响因素”实验，学生知道要控制压力或者接触面粗糙程度，但是题目改变一下，“物理课本和数学课本的表面光滑程度不同，小明把物理课本放在水平桌面上拖动时用力较小，把数学课本放在水平桌面上拖动时用力较大，是否说明物理课本的表面较光滑？”很多学生会得到肯定的答案。但仔细思考会发现，该实验并没有控制对水平桌面的压力相同，所以该结论实际是错误的。那这个实验在现有的器材下又该怎么设计呢？很简单，我们只需要先把数学课本叠放在物理课本上，再把物理课本叠放在数学课本上就能保证两者对水平面的压力相同了。很简单的实验设计，但却很好地锻炼了学生考虑问题的严谨程度。
三、培养学生思维的发散性
新时期物理实验的设计能很好地锻炼学生思维的发散性。在“探究凸透镜成像规律”的实验中，如果已经在光屏上成了一个倒立缩小的实像，现在请学生设计“你要怎么操作才能在光屏上成一个倒立放大的实像呢？仔细想想有哪些方法。”学生首先会想到：蜡烛靠近透镜，同时光屏远离透镜。别的方法呢，如果学生从不同角度思考，整合光路可逆性的知识，还会想到：把蜡烛和光屏的位置对调。当然学生能想到这一步，自然也就会明白，蜡烛和光屏不动，只是把透镜向蜡烛方向移动也是可以的。
四、培养学生的分析归纳能力
很多知识点之间既有联系又有区别，学生如果能对各个知识点进行分析归纳整理，对牢固掌握知识大有益处。新时期物理实验的不同设计环节也能培养学生的分析归纳能力。物理实验设计中经常要多次实验，而多次实验的目的有所不同，有的是多次测量取平均值以减小实验误差，而有的是多次实验避免实验的偶然性。这里教师要让学生学会自行整理归纳：如果是测量某一个确定的物理量，多次实验的目的是取平均值以减小实验误差，如“测量定值电阻的阻值”“测量某物体的长度”；而如果是为了得到某个规律，则多次实验是为了避免实验的偶然性，找到更加普遍的规律，如“探究电流、电压、电阻的关系”“探究压力的作用效果与什么因素有关”等。学生学会分析归纳知识点的异同，对整个物理学习甚至整个学习生涯都是大有裨益的。
五、总结
大学物理设计性实验的内容一般由以下几个方面组成:学习态度、合作精神、探究能力、社会实践和交往能力、收集和处理信息的能力、实验态度与习惯、实验设计与操作技能等。这些评价项目是在学生从事具体的设计性实验过程中表现出来的,可以将这些内容与具体的实验课题要求进行整合,确定具体的、可供操作的指标体系。第一个维度是知识与技能,主要涉及学生在设计性实验开展前对大学物理基本概念、原理和方法的掌握程度,对大学物理实验常用仪器设备的操控能力和对大学物理实验常用实验方法的运用能力。第二个维度是实验过程要素,主要涉及行为素质和基本的发展状况。a.实验题目或实验目的的选择和确定情况。要使大学物理实验项目或实验目的的有意义。b.实验方案的制定状况。学生制定具体设计性实验方案的能力、实验方案本身的合理性程度、实验方案的具体化程度等。c.实验过程中的具体行为方式。学生在实验过程中的具体行为包括：操作的合理性、思维方式的多样性、参与实验情境的深度、文献资料和具体背景材料的搜集情况等。d.实验结果的总结情况。学生要及时的评价的实验报告、论文、成果或研发产品的质量等。第三个维度是实验过程中学生的态度和情感发展。主要涉及行为所反映的情感、态度和价值观的发展状况,包括:学生参与活动的主动性、积极性和创造性状况；学生在活动中的合作精神；学生各种良好思想意识的发展状况,如环境保护意识、社会责任感、服务意识、安全意识、效率意识等。
2大学物理设计性实验体系设计与实践研究的内容的实施方案
大学物理设计性实验体系设计与实践研究的内容评价的方案制定包括确立目标,科学选择内容、设计工具、灵活运用实验方法等环节。这些环节相互之间既紧密联系又相互制约。明确目标和内容是选择实验方法的基础。笼统或琐碎的实验标准将不利于数据和资料的收集,而没有准确、有效的数据,就不可能达成正确的实验结论,从而影响实验的反馈以及最终合理改进建议的提出。必须针对不同的实验项目选取恰当的实验方式方法,并利用反馈意见改进实验设计,促进学生综合实验素质的发展。其最终目标是学生在进行实验活动过程中逐步生成的。必须针对不同的实验项目选取恰当的评价方式方法,并利用评价反馈改进实验设计,促进学生综合实验素质的发展。根据大学物理设计性实验课程的价值追求和课程特点,大学物理设计性实验多维度评价的目标包括知识与技能,过程与方法,情感、态度和价值观3个维度。2.1收集、分析和处理信息。学会收集信息的各种基本方法,尝试运用调查、考察等方法及利用图书馆、网络等基本信息工具；能够对收集的信息或资料进行初步分析和处理；能够在团队中进行信息交流。2.2问题解决。学会自主提出问题、制定解决方案,并通过实验过程验证方案的合理性；开展问题探究,尝试探究活动,体验探究过程；提出问题解决的策略。2.3动手操作。计划和组织一个实验项目的实施；尝试运用已有的仪器设备或通过改造或自制设备完成实验项目；具有基本的信息操控技术和素质。2.4表达与交流。能够自主地与指导教师或专家进行联系,并学会在实验中自我管理；能够以书面和口头等不同的表达方式,表述实验的结果、体会或思想情感；学会结果分享。2.5情感、态度与价值观。养成参与意识、服务意识、合作意识、环保意识、效率意识、安全意识、科学精神、创新意识；形成社会责任感和义务感,形成负责任的工作态度和生活习惯。
3大学物理设计性实验体系设计与实践研究的内容的启示
3.1在实验过程中进一步认识实验设计体系的重要性。在实验过程中发现了许多大学物理设计性实验课程实施中的问题,比如指导教师学科分工的问题、实验过程中教师的指导问题、实验过程中资料的规范性问题、指导教师的培训问题等,这些问题都要在今后的教学中进行整体规划设计和落实。3.2实验指导教师在测评过程中得到培训。在实验教学中,教师的指导往往过于宽泛,针对性不强,缺乏具体的指导行为和指导规范,部分教师不明确自己在指导实验过程中的具体指导任务有哪些方面,因此指导方式、指导行为存在着一系列问题。实验指导教师在评价过程中进一步了解了实验教学的目标和要求,对指导学生实验有了更深刻的认识。3.3学生实验素质得到了全面发展。大学物理设计性实验体系设计与实践研究提高了学生合作意识。在大学物理设计性实验实施过程中,增多了学生之间的交往合作机会，实验时，学生分工合作,在团队中学会与人相处,发展协作素质；增强了学生的自信心，大学物理设计性实验开放的教学方式；培养了发现问题、解决问题的素质,激发了学生的创新潜能；同时也激发了学生关注生活的热情设计性实验的开展密切了学生与指导老师的联系,激发了学生关注生活的热情。
4结论
一、实验设计教学的必要性
1996年上海高考第四（5）题要求测定陶瓷管上均匀电阻膜的厚度，就属于设计型实验．但由于题目给出了全部实验器材和所有相关量，使实验定位在电阻或电阻率的测定上，又大大降低了实验难度，只属于局部设计型实验．无论命题者出于何种考虑，设计型实验毕竟半遮半掩地出现了，这多少给教学工作者提了个醒．
1．从小处着眼，加强实验设计教学
上海作为高考改革的试点城市，其成功的改革将为全国高考提供可能的改革方向，甚至一些新颖的题型和情境，都可能为全国高考所借鉴．如1996年全国高考第21题就是从1995年上海高考第一（5）题脱胎而来的．无疑上海高考关于实验设计的考查是又一个成功的改革举措，极有在全国推广的价值．而物理《考试说明》中要求“会用在这些实验中学过的实验方法”，也为实验设计的考查在全国的推广提供了可能．
2．从大处着眼，加强实验设计教学
著名核物理学家钱三强先生在为郭奕玲、沈慧君编著的《物理学史》所作的序中，曾严厉指出：“今天我们科学界有一个弱点，这就是思想不很活泼，这也许跟大家过去受的教育有一定关系……”我们常常教育学生“应该……”“必须……”；我们的考试题目常常不惜笔墨描述背景、附加条件，最后只有一个小小的空格“是……”．这样培养选的人才在学校是好学生，步入社会是好职员，大脑中只是机械地跳动着两个问题：“你要我做什么？你要我怎么做？”工作常常：“完成”的相当漂亮，但思想僵化，毫无创见．这正是我们的悲哀！长期以来的这种教育选拔模式，致使我们现在仍只能在很羞涩地提到几个美籍华人时才有一种借来的荣光与自豪！
思想不活跃，是因为我们给了学生太多的“必须”的限制；思想僵化，是因为我们留给学生太少的“可能”的余地．实验设计的教学，正是活跃思想，培养能力的一种好方法，授以实验的基本方法，让学生自己去考虑有哪些可能的做法，自己会怎么做．
二、实验设计的基本方法
1．明确目的，广泛联系
题目或课题要求测定什么物理量，或要求验证、探索什么规律，这是实验的目的，是实验设计的出发点．实验目的明确后，应用所学知识，广泛联系，看看该物理量或物理规律在哪些内容中出现过，与哪些物理现象有关，与哪些物理量有直接的联系．对于测量型实验，被测量通过什么规律需用哪些物理量来定量地表示；对于验证型实验，在相应的物理现象中，怎样的定量关系成立，才能达到验证规律的目的；对于探索型实验，在相应的物理现象中，涉及哪些物理量……这些都是应首先分析的．
举例来说，要测定地球表面附近的重力加速度，我们就应检索：在所学知识范围内，哪些内容涉及到重力加速度，它与其他物理量有何定量关系，并一一罗列出来：
（1）在静力学中，静止物体对竖直悬绳的拉力或对水平支持物的压力大小就等于重力，即T＝N＝mg．若T（或N）和m能测出，则重力加速度g可测定．
（2）在超重或失重（但不完全失重）系统中，F－mg＝±ma．若F、a和m可测出，则重力加速度g可测定．
（3）在运动学中，物体从光滑斜面上由静止下滑，s＝12gsinθt2．若s、θ和t可测定，则重力加速度g也可测定．
（4）在运动学中，物体从粗糙斜面上由静止下滑，s＝12（gsinθ－μgcosθ）t2．若s、θ、μ和t可测，则重力加速度g也可测定．
（5）自由落体运动中，h＝12gt2．若h和t可测出，则重力加速度g也可测定．
（6）用重力加速度测定仪测定．
（7）在平抛运动中，竖直方向在连续相等的时间内位移之差Δy＝gt2．若Δy和t可测，重力加速度g同样可以测出．
（8）在斜抛运动中，水平射程可以表示为x＝v02sin2θ／g．若x、v0和θ可测出，则重力加速度g也可测出．
（9）单摆做简谐振动时，其周期可以表示为T＝2πl／g．若T和l可测，则g可测．
（10）在焦耳测定热功当量的实验中，若能测出水的质量和升高的温度，算出水增加的内能，再测出重物的质量和下落的高度，同样可测定重力加速度．
（11）带电粒子在的匀强电场平行板电容器中平衡时，mg＝qU／d．若U、d和带电粒子的荷质比（q／m）可测定，则g可测出．
（12）假设一物体在地球表面附近绕地球做圆周运动，mg＝GMm／R2，g＝GM／R2．
…………
2．选择方案，简便精确
对于每一个实验目标，都可能存在多条思路、多种方案．教材中关于某个实验目标的实验方案，也只是众多方案中的一种，而且不一定是最好的一种，而只是较可行的一种．那么在众多实验方案中，我们应如何选择呢？一般来说，选择实验方案主要有三条原则：
（1）简便性原则即要求所选方案原理简单、操作简便，各量易测．应尽量避免实施那些原理复杂、操作繁琐和被测量不易直接测量的实验方案．
（2）可行性原则实验方案的实施要安全可靠，不会对人身和器材造成危害；所需装置和器材要易于置备，不能脱离实际，不能超出现有条件．
（3）精确性原则不同的实验方案，其实验原理、所用仪器以及实验重复性等方面所引入的误差是不同的．在选择方案时，应对各种可能的方案进行初步的误差分析，尽可能选用精确度高的实验方案．
以上三原则通常要综合考虑．
在前述方案中，方案（1）中常用的测力计误差较大；（2）中F和a均不易测定；（3）中θ和t不易测定且难以保证斜面足够光滑；（4）中θ、t和μ均不易测定；（5）中若用秒表计时人为因素较大，若用打点计时器计时，纸带受振针阻力与通常小物块所受重力相比不能忽略；（6）中仪器先进但一般中学没有；（7）中若用闪光照像技术则是一种好方案，但设备和技术都达不到要求，若用平抛运动的研究方法误差较大；（8）中θ和v0的测量难度较大；（9）中相对而言较切合中学实际；（10）中需测定的物理量多且很难采取绝热措施；（11）中学阶段不易测定荷质比；（12）只是一个思想实验，无法付诸实践，但可估算，代入数据得g＝9．857m／s2，与标准值9．81m／s2只相差4．8．综上所述，中学阶段通常采用单摆法测定重力加速度．
3．依据方案，选定器材
实验方案选定之后，考虑该方案需要哪些装置，被测量与哪些物理量有直接的定量关系，这些物理量分别需用什么仪器来测定，从而确定整个实验需要哪些器材．
在“用单摆测定重力加速度”的实验中，是利用单摆装置来进行实验的，故需铁架台、细线和摆球等来组装单摆．重力加速度可表示为g＝4π2l／T2，周期需用秒表测定；摆长l是从悬点到摆球中心的距离，因此需用米尺和游标卡尺分别测定摆线长度l和摆球直径d．从实验原理表达式可以看出，实验与摆球质量无关，故毋需使用天平．
当然，从实验方便性和精确性角度考虑，还需对所选器材作进一步要求，以期把系统误差降到最小．如上述器材中，摆线的伸缩性和质量应较小，摆球的质量应较大．摆线伸缩性大，其长度会随拉力变化而变化；摆球与摆线质量相差越小，系统（摆线和摆球）质心偏离摆球中心越远，误差就越大．为了便于观察，摆球振动的路径宜长，但又要确保单摆做简谐振动，故摆线宜长些，常取1米左右．
4．拟定步骤，合理有序
实验之前，要做到心中有数：如何组装器材，哪些量先测，哪些量后测，应从正确操作和提高效率的角度拟定一个合理而有序的实验步骤．对一些可直接测量的物理量，可先行测量；对需通过实验装置才能测定的物理量，须先组装器材，再进行实验、观察和测量．
在“利用单摆测定重力加速度”的实验中．原理表达式g＝4π2l／T2中的l和T分别为单摆的摆长和单摆做简谐振动的周期．因此应先组装单摆，再测定摆长，最后让单摆做简谐振动，测定周期T．根据所测数据计算出重力加速度g的值．至于过程细节不再赘述．
5．数据处理，误差分析
高考对此要求不高，但常用的数据处理和误差分析的方法还是应该掌握，在设计实验时也应予考虑．
三、建议
一、实验设计教学的必要性
1996年上海高考第四（5）题要求测定陶瓷管上均匀电阻膜的厚度，就属于设计型实验．但由于题目给出了全部实验器材和所有相关量，使实验定位在电阻或电阻率的测定上，又大大降低了实验难度，只属于局部设计型实验．无论命题者出于何种考虑，设计型实验毕竟半遮半掩地出现了，这多少给教学工作者提了个醒．
1．从小处着眼，加强实验设计教学
上海作为高考改革的试点城市，其成功的改革将为全国高考提供可能的改革方向，甚至一些新颖的题型和情境，都可能为全国高考所借鉴．如1996年全国高考第21题就是从1995年上海高考第一（5）题脱胎而来的．无疑上海高考关于实验设计的考查是又一个成功的改革举措，极有在全国推广的价值．而物理《考试说明》中要求“会用在这些实验中学过的实验方法”，也为实验设计的考查在全国的推广提供了可能．
2．从大处着眼，加强实验设计教学
著名核物理学家钱三强先生在为郭奕玲、沈慧君编著的《物理学史》所作的序中，曾严厉指出：“今天我们科学界有一个弱点，这就是思想不很活泼，这也许跟大家过去受的教育有一定关系……”我们常常教育学生“应该……”“必须……”；我们的考试题目常常不惜笔墨描述背景、附加条件，最后只有一个小小的空格“是……”．这样培养选的人才在学校是好学生，步入社会是好职员，大脑中只是机械地跳动着两个问题：“你要我做什么？你要我怎么做？”工作常常：“完成”的相当漂亮，但思想僵化，毫无创见．这正是我们的悲哀！长期以来的这种教育选拔模式，致使我们现在仍只能在很羞涩地提到几个美籍华人时才有一种借来的荣光与自豪！
思想不活跃，是因为我们给了学生太多的“必须”的限制；思想僵化，是因为我们留给学生太少的“可能”的余地．实验设计的教学，正是活跃思想，培养能力的一种好方法，授以实验的基本方法，让学生自己去考虑有哪些可能的做法，自己会怎么做．
二、实验设计的基本方法
1．明确目的，广泛联系
题目或课题要求测定什么物理量，或要求验证、探索什么规律，这是实验的目的，是实验设计的出发点．实验目的明确后，应用所学知识，广泛联系，看看该物理量或物理规律在哪些内容中出现过，与哪些物理现象有关，与哪些物理量有直接的联系．对于测量型实验，被测量通过什么规律需用哪些物理量来定量地表示；对于验证型实验，在相应的物理现象中，怎样的定量关系成立，才能达到验证规律的目的；对于探索型实验，在相应的物理现象中，涉及哪些物理量……这些都是应首先分析的．
举例来说，要测定地球表面附近的重力加速度，我们就应检索：在所学知识范围内，哪些内容涉及到重力加速度，它与其他物理量有何定量关系，并一一罗列出来：
（1）在静力学中，静止物体对竖直悬绳的拉力或对水平支持物的压力大小就等于重力，即T＝N＝mg．若T（或N）和m能测出，则重力加速度g可测定．
（2）在超重或失重（但不完全失重）系统中，F－mg＝±ma．若F、a和m可测出，则重力加速度g可测定．
（3）在运动学中，物体从光滑斜面上由静止下滑，s＝12gsinθt2．若s、θ和t可测定，则重力加速度g也可测定．
（4）在运动学中，物体从粗糙斜面上由静止下滑，s＝12（gsinθ－μgcosθ）t2．若s、θ、μ和t可测，则重力加速度g也可测定．
（5）自由落体运动中，h＝12gt2．若h和t可测出，则重力加速度g也可测定．
（6）用重力加速度测定仪测定．
（7）在平抛运动中，竖直方向在连续相等的时间内位移之差Δy＝gt2．若Δy和t可测，重力加速度g同样可以测出．
（8）在斜抛运动中，水平射程可以表示为x＝v02sin2θ／g．若x、v0和θ可测出，则重力加速度g也可测出．
（9）单摆做简谐振动时，其周期可以表示为T＝2πl／g．若T和l可测，则g可测．
（10）在焦耳测定热功当量的实验中，若能测出水的质量和升高的温度，算出水增加的内能，再测出重物的质量和下落的高度，同样可测定重力加速度．
（11）带电粒子在的匀强电场平行板电容器中平衡时，mg＝qU／d．若U、d和带电粒子的荷质比（q／m）可测定，则g可测出．
（12）假设一物体在地球表面附近绕地球做圆周运动，mg＝GMm／R2，g＝GM／R2．
…………
2．选择方案，简便精确
对于每一个实验目标，都可能存在多条思路、多种方案．教材中关于某个实验目标的实验方案，也只是众多方案中的一种，而且不一定是最好的一种，而只是较可行的一种．那么在众多实验方案中，我们应如何选择呢？一般来说，选择实验方案主要有三条原则：
（1）简便性原则即要求所选方案原理简单、操作简便，各量易测．应尽量避免实施那些原理复杂、操作繁琐和被测量不易直接测量的实验方案．
（2）可行性原则实验方案的实施要安全可靠，不会对人身和器材造成危害；所需装置和器材要易于置备，不能脱离实际，不能超出现有条件．
（3）精确性原则不同的实验方案，其实验原理、所用仪器以及实验重复性等方面所引入的误差是不同的．在选择方案时，应对各种可能的方案进行初步的误差分析，尽可能选用精确度高的实验方案．
以上三原则通常要综合考虑．
在前述方案中，方案（1）中常用的测力计误差较大；（2）中F和a均不易测定；（3）中θ和t不易测定且难以保证斜面足够光滑；（4）中θ、t和μ均不易测定；（5）中若用秒表计时人为因素较大，若用打点计时器计时，纸带受振针阻力与通常小物块所受重力相比不能忽略；（6）中仪器先进但一般中学没有；（7）中若用闪光照像技术则是一种好方案，但设备和技术都达不到要求，若用平抛运动的研究方法误差较大；（8）中θ和v0的测量难度较大；（9）中相对而言较切合中学实际；（10）中需测定的物理量多且很难采取绝热措施；（11）中学阶段不易测定荷质比；（12）只是一个思想实验，无法付诸实践，但可估算，代入数据得g＝9．857m／s2，与标准值9．81m／s2只相差4．8．综上所述，中学阶段通常采用单摆法测定重力加速度．
3．依据方案，选定器材
实验方案选定之后，考虑该方案需要哪些装置，被测量与哪些物理量有直接的定量关系，这些物理量分别需用什么仪器来测定，从而确定整个实验需要哪些器材．
在“用单摆测定重力加速度”的实验中，是利用单摆装置来进行实验的，故需铁架台、细线和摆球等来组装单摆．重力加速度可表示为g＝4π2l／T2，周期需用秒表测定；摆长l是从悬点到摆球中心的距离，因此需用米尺和游标卡尺分别测定摆线长度l和摆球直径d．从实验原理表达式可以看出，实验与摆球质量无关，故毋需使用天平．
当然，从实验方便性和精确性角度考虑，还需对所选器材作进一步要求，以期把系统误差降到最小．如上述器材中，摆线的伸缩性和质量应较小，摆球的质量应较大．摆线伸缩性大，其长度会随拉力变化而变化；摆球与摆线质量相差越小，系统（摆线和摆球）质心偏离摆球中心越远，误差就越大．为了便于观察，摆球振动的路径宜长，但又要确保单摆做简谐振动，故摆线宜长些，常取1米左右．
4．拟定步骤，合理有序
实验之前，要做到心中有数：如何组装器材，哪些量先测，哪些量后测，应从正确操作和提高效率的角度拟定一个合理而有序的实验步骤．对一些可直接测量的物理量，可先行测量；对需通过实验装置才能测定的物理量，须先组装器材，再进行实验、观察和测量．
在“利用单摆测定重力加速度”的实验中．原理表达式g＝4π2l／T2中的l和T分别为单摆的摆长和单摆做简谐振动的周期．因此应先组装单摆，再测定摆长，最后让单摆做简谐振动，测定周期T．根据所测数据计算出重力加速度g的值．至于过程细节不再赘述．
5．数据处理，误差分析
高考对此要求不高，但常用的数据处理和误差分析的方法还是应该掌握，在设计实验时也应予考虑．
三、建议
1师生互动，巧妙导入教学内容
在日常生活中，声音始终存在于我们身边，对学生而言，它虽然是熟悉的事物，但同时也让人感到陌生，我们无论在哪里、什么时间都能听到声音，却不清楚产生声音的原因以及其传播过程．所以，在教授《声音的产生与传播》一节时，教师需要调动学生对物理的学习兴趣，激发其好奇心与求知欲，从而充分发挥主动学习能力，探索未知内容．对于教师而言，需要做的就是精心设计实验教学内容，增强趣味性，吸引学生注意力，使其真正理解有关声音产生和传播的知识理论．在学习和生活中，我们与他人交流、沟通，需要以语言为载体，互相交换信息，而声音则是传递语言的媒介，在教学开始时，教师可以先提问学生关于声音知道什么，想了解哪方面的内容等问题，活跃课堂氛围．学生正处于身心发展的重要阶段，好奇心强烈，自然会提出千奇百怪的问题．比如:“我们在教室里面，可以听到楼道里其他学生打闹的声音，说明声音的传播不会因为墙壁而被阻隔，那还有什么介质可以传播声音呢?”“我们平时通过说话发出声音时，好像只动了嘴唇，那声音究竟是如何发出的呢?”“地球上能够听见声音，但是假如到了火星，还能这么容易地听到声音吗?”通过这些问题，我们可以发现学生是在认真地参与讨论和探究，这也说明其对声音产生及传播的求知欲望很强．教师应当先给予学生肯定和表扬，称赞其课前预习做得好，问题重要或新颖，增强其学习自信心，接着引导其共同开始模拟实验，揭开声音产生及传播的神秘面纱．
2合理设计，组织学生开展实验
该部分教学内容大体上分为两个部分，所以实验也分为两个，即声音的产生与声音的传播．
2．1探讨产生声音的原因
先将学生划分为若干个学习小组，每个小组的所有成员合理分工，共同完成实验．要求每个成员任意选择一样工具，利用其制造声音，认真观察声音产生的过程，分析这些工具在发出声音时的不同点和相同点分别是什么，并且开展组间讨论．同学们听到要求后纷纷表示很有兴趣，很快融入了实验之中，气氛良好．比如，一些学生固定橡皮筋的一端，一只手将其另一端拉住，另一只手在橡皮筋上随意地拨动，这样振动中的橡皮筋就发出了声音;有的学生用鼓槌在鼓面上敲打，振动的鼓面发出了打击的声音;有的学生随意拨动吉他的琴弦，琴弦在振动的同时，发出优美的声音;还有的同学将一只塑料直尺放在桌子边上，使其两边分别在桌外与桌子上，随意用手拨动直尺，在振动的同时，直尺发出了声音．在自主实践的过程中，学生初步了解了声音的产生，此时教师再给予适当引导，要求其用手触摸自己的喉结，发出A、B、C等字母的声音，并认真感受手在喉结处的振动，利用类似的小实验使学生明白物体要通过振动来发出声音，发声的基础就是振动，在无形之中向学生渗透了一切物体发声都需要振动的知识点．
2．2探讨传播声音的条件
在玻璃罩内放置一个闹钟(正在响铃)和抽气机，利用抽气机缓缓抽出玻璃罩内的空气，在抽气的同时要求学生仔细聆听闹钟是否还在发声以及声音的强弱．大多数学生可以描绘出闹钟铃声的具体变化，也就是玻璃罩中的空气越来越少，闹钟的铃声也逐渐变小，最后当抽出所有空气时，闹钟也不再发声，学生纷纷准确描述出闹钟铃声的变化过程．接着，为了证明该描述，教师再将空气缓缓充入玻璃罩中，直到空气充满玻璃罩，同样要求学生认真聆听并描述铃声变化，发现在充入空气后，玻璃罩中的闹钟又发出了声音，充入更多的空气可以增大闹钟铃声，当玻璃罩中空气达到一定浓度时，铃声大小不再变化．实验过程见图1．此时教师询问学生根据闹钟铃声随着抽气和充气操作的变化过程，能够得到什么结论．一些学生说:“声音在真空中不能传播．”有的学生回答:“闹钟铃声会随着玻璃罩中空气密度的增大而变大．”这些回答都和声音传播相关，并且点到了《声音的产生与传播》一课的重点内容，教师需要把握时机，引导学生深入思考和探索，使其知识面拓宽，思维能力提升，比如提问:宇航员在探索月球时，互相之间的距离很近，但为什么在交流时还要采用无线电设备?根据刚才的实验，学生们很快就能回答是因为月球不存在空气，所以声音无法传播，真空之中，无线电波是能传播的，因此宇航员将无线电波当作交流工具．我们在日常生活中就是利用声音在空气中传播的特性来信息交流和沟通的，此外，声音在固体介质与液体介质中也可以传播，教师要引导学生如何通过实验或举例来证明这一特性，给出讨论时间，鼓励其充分交流，自由表达观点．有的学生说:“钓鱼的人都会保持安静，害怕鱼在水中听到人的声音而不上钩，说明液体介质可以传播声音．”还有同学说:“大家在房间外谈话时，房间内的人可以听到，在房间内说话时，房间外的人也可以听到，说明声音不仅可以在空气中传播，也可以通过固体介质传播．”这种引导学生思考并得到答案的教学方法可以培养学生的思维能力和分析能力，进一步理解新学的知识，并且在短时间内加深对物理知识的理解与掌握．
3课堂总结，提高学生把握能力
通过“声音的产生”与“声音的传播”两个实验，学生在亲身实践中对声音产生和传播的原理进行了探究，完成实验后，教师需要趁热打铁，引导学生及时归纳与总结当堂课的知识点，从而进一步理解声音产生和传播的知识，达到巩固已学内容的目的．
3．1通过振动才能产生声音
根据一系列的实验结果，学生已经得出了声音是因为振动而产生的结论，为了有效巩固知识点，达到事半功倍的教学效果，教师应鼓励学生回想自己的生活经验，列举能证明该结论的例子．学生对此产生了浓厚的兴趣，短暂思考后举出了许多例子．有学生说，瀑布的水垂直从高处落下，与石头发生撞击，使周围空气振动，便发出了响亮的声音;有的学生说，表演者在吹口琴时，琴内的弹簧片受到气流作用而振动，发出优美的声音;有的学生说，歌唱家唱歌时，因为声带振动而发出了令人沉醉的歌声．这些例子都能证明振动产生声音的结论，同时也说明学生在一定程度上理解了声音产生的知识．
3．2具备介质才能传播声音
