中學生實驗設計論文

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學生實驗設計能力是指學生能夠綜合、靈活地運用所學的知識和實驗技能設計出實驗新方案，去驗證知識、獲得知識和進行探索性研究的能力［1］，表現出較強的綜合性、創造性和靈活性［2］。實驗設計能力是科學探究能力在實驗教學中的具體化，是學生創造能力、創新思維和綜合素質發展程度的重要體現和標志［3］，對培養適應新形勢的高素質人才具有非常重要的意義。近年來，盡管教育研究者們不斷致力于實驗教學的改革，學生的整體實驗設計能力仍較為匱乏，在實驗過程中太依賴教材和教師的教學，習慣性地“接受學習”，依葫蘆畫瓢，非常不利于學生綜合素質的提高及創造能力的發展［4－5］。高分子精細化工實驗課程是高分子材料與工程及相關專業學生的專業課，主要研究高性能高分子及功能高分子的合成、結構與性能，是一門與日常生活、工農業生產聯系非常緊密的實驗課程。本文以高分子精細化工實驗為背景，探討培養學生整體實驗設計能力的策略。

1優化驗證性實驗項目，全面激發學生實驗興趣，滲透實驗設計思想

高分子精細化工實驗課程相關實驗教材極少且不完善，實驗時間較長且內容多為驗證性實驗，學生在實驗教學過程中不重視對實驗現象及過程的描述和分析，依葫蘆畫瓢，缺乏實驗的目的性和能動性，不利于學生實驗設計能力的培養。為此，一方面可從實驗選材入手，將一些形象、有趣的與日常生活密切相關的元素融入到實驗項目中，緊密聯系實際，做到知識性、趣味性與實用性相結合，充分調動學生的積極性，激發學生的學習熱情。如在“高分子材料阻燃性的測定”、“高分子材料導電性的測定”等實驗中，可由學生自由選擇生活中常見的一些材料如塑料瓶、快餐盒、塑料袋等作為樣品進行測試，讓學生在較高的實驗熱情和興趣下輕松地掌握阻燃高分子材料及導電高分子材料的表征方法。另一方面，精心設計實驗教學，優化驗證性實驗，通過提問、討論等方式，發散學生思維，激發學生實驗設計意識和動機。如在講解“聚芳酰胺的溶液縮聚”實驗項目的實驗原理時，可從單體二酰氯非常活潑在常溫下就能與二胺單體反應，但酰氯遇水很不穩定等這些性質來啟發學生對反應條件的思考，從被動的“接受學習”轉向“發現學習”、“探究學習”。聯系生活實際挖掘實驗素材，激發學生學習熱情;結合多元化的教學方式，發散學生思維，滲透實驗設計思想，是培養學生實驗設計能力的一條有效途徑。

2開展綜合、設計性實驗，提高實驗設計思維品質

高分子精細化工實驗設計能力，主要體現在學生能否正確理解實驗原理并在不同情境下靈活遷移，運用高分子化學與高分子物理等專業基礎知識和實驗技能，設計出實驗新方案的能力。綜合、設計性實驗著眼于學生掌握一定的實驗理論原理和操作技能的基礎上，學生自己設計完成實驗項目。該實驗教學模式可充分激發學生形成實驗設計的觀念和意識，能夠有效增強學生對知識的掌握，培養學生較強的實際動手能力、分析解決問題的能力。例如，在講到高分子精細化工課程中高吸水性樹脂章節內容時，可提供不同的實驗原料和條件，要求學生通過所學的影響吸水性性能的結構因素知識，設計合成不同的高吸水性樹脂。學生通過設計性實驗的過程加深了對吸水性樹脂的合成方法及影響因素的理解和認識，同時也促進了學生對實驗設計的過程的進一步了解。

3開發開放型研究性實驗，形成實驗設計能力

開放型研究性實驗通常是以科研實踐為主題，讓學生自由支配時間進行新實驗的創新設計或是傳統實驗的更新和改造。教師可結合自己的科研工作，開發開放型研究性實驗項目，以課題組為組織形式，讓學生查閱資料確定實驗方案，自行地進行實驗設計。這徹底打破了學生實驗“照方抓藥”的傳統模式，激發了學生的學習興趣，使學生從被動學習變為主動學習，進一步掌握進行科學研究的方法，充分鍛煉學生的創新思維、創造能力和獨立科研能力，從而促進學生實驗設計能力的自主發展，使教學質量不斷提高。例如，聚酰亞胺類材料具有高強、高膜及本質阻燃等特性，是本課程中的一類非常重要的高性能材料，讓學生掌握該材料的制備方法是非常有必要的。然而該材料的制備周期長，從聚酰亞胺的預聚體聚酰胺酸的合成、鋪膜到膜的熱環化需近3天的時間。為此可充分利用實驗室資源，開發“聚酰亞胺類高性能材料的制備及性能研究”開放型研究性實驗項目，讓學生自己查資料確定實驗方案和實驗計劃安排，進行相關實驗。這種研究性實驗項目不僅能充分鍛煉學生自行設計實驗的能力，還可激發學生的學習興趣和熱情。

4將現代仿真技術引入實驗教學，開拓實驗設計思路

一方面高分子精細化工實驗中功能高分子的合成實驗耗時長，而實驗教學課時有限;另一方面由于實驗條件以及學生實驗能力的限制，對設備及技術要求較高的實驗項目無法開展。針對這一現象，可將現代仿真技術引入高分子精細化工實驗教學中。學生可以在仿真機上模擬高分子精細化工產品的生產狀態，感受實驗室操作與工業化大生產的差異，拓寬學生視野，培養和提高其分析問題的能力和創新思維。例如高強高模纖維產品的制備，首先要通過聚合反應合成相應的聚合物，再經過紡絲及一系列的后成型階段才能制成，整個過程對設備和技術都有很高的要求，實驗室很難重現整個加工過程。可用仿真技術展現高強高模纖維的合成及紡絲技術，可使學生親身感受高分子精細化工實驗技術和實用價值，能強烈激發學生的創造動機。

5構建科學的能力評價體系，促進實驗設計能力的培養

建立科學完整的實驗成績評價體系，直接影響學生的學業成績和實驗能力的培養和提高，是促進學生實驗設計能力的培養的行之有效的手段之一。目前，高分子精細化工實驗成績的考核主要以實驗報告為主，這種考核辦法重實驗報告，輕實驗過程、操作技能及創新能力等，缺乏全面、客觀的考察。為此，我們建立了一套符合高分子精細化工實驗特點的評價體系，采用平時考查和期末考查相結合的方式來綜合評定學生的實驗成績和能力。其中平時考查又分為課堂實驗和開放型實驗兩部分，分別占總分的50%和30%。課堂實驗的考查主要是通過預習報告(占總成績的10%)、實驗過程(占總成績的30%)、實驗報告(占總成績的10%)等形式對學生的實驗態度、實驗觀察能力、操作能力、合作能力、分析實驗現象和數據處理等能力進行考查。開放性探究實驗主要考查學生的分析能力、設計能力、創作能力以及實驗效果等。期末成績占總成績的20%，主要分為實驗操作和筆試兩部分。這種考核體系側重于實驗過程和學生綜合能力的培養，較為公正、客觀地反映了學生的實驗能力和成績，可有效地促進學生實驗設計能力的培養。

6結語

實驗設計能力的培養并非一蹴而就的，需遵循學生的認知規律，循序漸進，在實踐中逐步培養而成。本文通過優化驗證性實驗項目，激發學生實驗興趣，滲透實驗設計思想;繼而通過開發綜合、研究性實驗及開放性探究性實驗逐步形成學生的整體實驗設計能力，再通過引入仿真實驗及構建合理的實驗能力評價體系來促進實驗設計能力的培養。這徹底打破了傳統的“照方抓藥”式的實驗教學模式，充分調動了學生的學習熱情和發揮其主觀能動性，培養了學生的實驗知識技能，啟發了其創造性思維和創新意識，提高其自主設計、探究能力及分析解決問題的能力等綜合能力。培養學生實驗整體設計能力，為學生以后的畢業設計和就業創造條件，為社會培養更多的知識型、創新型、復合型人才。

作者:吳丹肖谷清賀國文單位:湖南城市學院化學與環境工程學院