時(shí)間：2022-07-25 17:28:34
開(kāi)篇：寫(xiě)作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過(guò)程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)；市場(chǎng)研究；統(tǒng)計(jì)分析
中圖分類(lèi)號(hào)：F713.50 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1000-8772（2013）05-0102-02
按照美國(guó)管理協(xié)會(huì)的定義，市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)是“創(chuàng)造、傳播、傳遞和交換對(duì)顧客、客戶(hù)、合作伙伴乃至整個(gè)社會(huì)有價(jià)值的產(chǎn)品和服務(wù)的一系列活動(dòng)、機(jī)制和過(guò)程”。市場(chǎng)活動(dòng)面對(duì)著多樣性的顧客、客戶(hù)，產(chǎn)品和服務(wù)必須適應(yīng)這種需求的多樣性。企業(yè)不僅要適應(yīng)已經(jīng)存在市場(chǎng)需求，還要?jiǎng)?chuàng)造新的產(chǎn)品和服務(wù)以適應(yīng)潛在的市場(chǎng)需求。因此，企業(yè)應(yīng)該主動(dòng)尋求獲得市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)的途徑。市場(chǎng)實(shí)驗(yàn)是企業(yè)主動(dòng)探索市場(chǎng)的有效方法，實(shí)驗(yàn)中獲得的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析可以顯示出很多有價(jià)值的信息。
一、市場(chǎng)數(shù)據(jù)的類(lèi)型與作用
市場(chǎng)調(diào)查是獲得市場(chǎng)需求數(shù)據(jù)的必要手段，獲得的數(shù)據(jù)主要有三類(lèi)：宏觀統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、觀測(cè)調(diào)查數(shù)據(jù)和專(zhuān)項(xiàng)調(diào)查數(shù)據(jù)。宏觀統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)是統(tǒng)計(jì)部門(mén)經(jīng)調(diào)查和記錄獲得的關(guān)于人口、經(jīng)濟(jì)、行業(yè)信息等宏觀統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)。觀測(cè)數(shù)據(jù)是對(duì)某種頻繁發(fā)生的行為觀測(cè)的結(jié)果，不能預(yù)示未來(lái)情況。專(zhuān)項(xiàng)調(diào)查數(shù)據(jù)是面向人的態(tài)度、價(jià)值觀獲得的數(shù)據(jù)，可以對(duì)原因行為進(jìn)行描述、對(duì)未來(lái)行為進(jìn)行預(yù)測(cè)的調(diào)查。
宏觀統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)是一種歷史數(shù)據(jù)，歷史數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)是搜集數(shù)據(jù)的成本小。但可能存在以下一些缺點(diǎn)：（1）一些重要過(guò)程數(shù)據(jù)缺失；（2）數(shù)據(jù)的可信度和有效性不足；（3）數(shù)據(jù)不適應(yīng)當(dāng)前問(wèn)題的需要；（4）一些可能產(chǎn)生影響的因素沒(méi)有被記錄。觀測(cè)調(diào)查數(shù)據(jù)和大部分專(zhuān)項(xiàng)調(diào)查數(shù)據(jù)本質(zhì)上都是通過(guò)觀察或調(diào)查得到的，其缺點(diǎn)是只能提供有限的關(guān)于系統(tǒng)變量的具體信息。歷史數(shù)據(jù)和觀察數(shù)據(jù)都是研究者被動(dòng)接受的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)能夠反映的規(guī)律性可能要打折扣。
在專(zhuān)項(xiàng)調(diào)查中也可以設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，有目的地改變控制變量（或稱(chēng)為輸入因素、因素），觀察系統(tǒng)輸出結(jié)果得到的數(shù)據(jù)（或稱(chēng)為輸出相應(yīng)）。“實(shí)驗(yàn)”（experiment）同“觀察”（observa-tion）有所區(qū)別。實(shí)驗(yàn)是積極地作用于對(duì)象，考察在人為的條件下會(huì)產(chǎn)生什么樣的輸出，是能動(dòng)地對(duì)環(huán)境提出問(wèn)題，并積極地尋求答案。觀察不像實(shí)驗(yàn)?zāi)菢訉?duì)對(duì)象做人為干預(yù)，而是原原本本地確認(rèn)關(guān)于對(duì)象的狀況的事實(shí)，因此說(shuō)，觀察是被動(dòng)的認(rèn)識(shí)。
二、市場(chǎng)實(shí)驗(yàn)與市場(chǎng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
市場(chǎng)實(shí)驗(yàn)是對(duì)市場(chǎng)的主動(dòng)測(cè)試。市場(chǎng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)可作如下描述，它是運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的原理、方法，研究市場(chǎng)因素――產(chǎn)品或服務(wù)，及其價(jià)格、廣告、銷(xiāo)售渠道、促銷(xiāo)等的變化對(duì)消費(fèi)者或用戶(hù)的影響及其數(shù)量化因果關(guān)系的變化規(guī)律。實(shí)驗(yàn)者通過(guò)控制一個(gè)或幾個(gè)因素，研究對(duì)其他市場(chǎng)因素的影響。
企業(yè)都追求市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中的優(yōu)勢(shì)地位，為此必須在營(yíng)銷(xiāo)過(guò)程對(duì)產(chǎn)品和市場(chǎng)都有準(zhǔn)確的把握，這需要對(duì)市場(chǎng)進(jìn)行深刻研究。市場(chǎng)實(shí)驗(yàn)是重要的研究手段。市場(chǎng)實(shí)驗(yàn)包括兩個(gè)方面：第一，產(chǎn)品定型前的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)；第二，產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)。產(chǎn)品定型前需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)找到最好的影響產(chǎn)品性能的因素組合，包括消費(fèi)者從產(chǎn)品中獲得的體驗(yàn)和感覺(jué)等因素，是產(chǎn)品具有最好的性能。產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)時(shí)，需要通過(guò)小規(guī)模的市場(chǎng)實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)試市場(chǎng)中的利益相關(guān)者對(duì)產(chǎn)品的反應(yīng)，例如，何種型號(hào)的產(chǎn)品受歡迎，什么產(chǎn)品組合更適合市場(chǎng)需求，應(yīng)該針對(duì)哪些消費(fèi)群體進(jìn)行訴求，何種渠道需要獲得的利益更多，批發(fā)商、零售商等分銷(xiāo)渠道中的成員會(huì)以怎樣的方式對(duì)新產(chǎn)品提供支持和服務(wù)。
常見(jiàn)的錯(cuò)誤實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是將產(chǎn)品開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)與市場(chǎng)實(shí)驗(yàn)分離開(kāi)，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段忽視消費(fèi)者的體驗(yàn)，對(duì)市場(chǎng)的反應(yīng)考慮不充分，只重視產(chǎn)品開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)過(guò)程創(chuàng)造的新產(chǎn)品往往不能獲得市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。產(chǎn)品最終需要獲得市場(chǎng)的認(rèn)可，因此市場(chǎng)實(shí)驗(yàn)是必要的，并且這種實(shí)驗(yàn)可能需要長(zhǎng)期進(jìn)行以適應(yīng)市場(chǎng)的變化。單純進(jìn)行產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)仍然是被動(dòng)認(rèn)識(shí)市場(chǎng)，只有將市場(chǎng)實(shí)驗(yàn)的兩個(gè)方面同時(shí)考慮，才能主動(dòng)認(rèn)識(shí)市場(chǎng)。
三、市場(chǎng)實(shí)驗(yàn)方法的運(yùn)用與優(yōu)化設(shè)計(jì)
通常來(lái)說(shuō)，市場(chǎng)研究人員都重視對(duì)市場(chǎng)數(shù)據(jù)的調(diào)查，但是從這些數(shù)據(jù)中挖掘出有用的市場(chǎng)信息需要有效地運(yùn)用統(tǒng)計(jì)技術(shù)。進(jìn)行市場(chǎng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)該處理好四方面問(wèn)題。
1 產(chǎn)品開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)需要考慮市場(chǎng)因素
通過(guò)初步的市場(chǎng)調(diào)查確定適合市場(chǎng)需求的產(chǎn)品型號(hào)等因素，通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法找到合理的因素組合。減少產(chǎn)品推向市場(chǎng)后造成的使用不便等問(wèn)題。在市場(chǎng)調(diào)查過(guò)程中，對(duì)消費(fèi)者的行為或環(huán)境都不能控制，而實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法是在一個(gè)受到控制的環(huán)境下研究各種因素的效果。
2 市場(chǎng)研究中的非正式實(shí)驗(yàn)
在市場(chǎng)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該適當(dāng)使用非正式實(shí)驗(yàn)。非正式實(shí)驗(yàn)包括四種：事后設(shè)計(jì)、有控制組的事后設(shè)計(jì)、事前設(shè)計(jì)和有控制組的事前設(shè)計(jì)。事后設(shè)計(jì)是在變動(dòng)實(shí)驗(yàn)處理之后才測(cè)量對(duì)其他變量的影響，例如改變了包裝設(shè)計(jì)后研究對(duì)銷(xiāo)售量的影響。有控制組的事后設(shè)計(jì)，即在實(shí)驗(yàn)組之外再設(shè)一個(gè)控制組進(jìn)行比較。事前事后設(shè)計(jì)是實(shí)驗(yàn)者在一個(gè)實(shí)驗(yàn)組內(nèi)實(shí)驗(yàn)前測(cè)量變量，實(shí)驗(yàn)后再進(jìn)行測(cè)量以考察實(shí)驗(yàn)變量的效果。有控制組的事前事后設(shè)計(jì)是在實(shí)驗(yàn)組內(nèi)考察變量實(shí)驗(yàn)前后變動(dòng)受到組內(nèi)和外來(lái)變量?jī)煞N因素影響。
非正式實(shí)驗(yàn)是簡(jiǎn)單方便的實(shí)驗(yàn)方法，試驗(yàn)費(fèi)用少，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，計(jì)算簡(jiǎn)單，可以在處理一些簡(jiǎn)單市場(chǎng)問(wèn)題時(shí)使用，例如對(duì)市場(chǎng)的某些因素進(jìn)行探測(cè)性研究，為進(jìn)一步安排復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備。進(jìn)行非正式實(shí)驗(yàn)不適合研究復(fù)雜的因素組合問(wèn)題。
本文以廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目課題－磷酸酰肌醇－3激酶（PI3K）對(duì)小鼠氣道炎癥影響的實(shí)驗(yàn)研究為案例，介紹公式法、PASS軟件Simple法和Stata軟件計(jì)算法這3種樣本含量估算方法的實(shí)際應(yīng)用，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)驗(yàn)證其檢驗(yàn)效能，判斷3種方法確定的樣本含量是否合理有效，為醫(yī)學(xué)工作者實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)估算樣本含量提供一定實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)借鑒。
1材料與方法
1．1材料1．1．1材料Balb／c小鼠：由廣州醫(yī)學(xué)院動(dòng)物中心提供，4～6周齡，雄性，清潔級(jí)，體質(zhì)量20～25g，無(wú)卵清蛋白（OVA）飲食。致敏液：由0．08％OVA0．1mL（美國(guó)Sigma公司）和等體積液態(tài)鋁（美國(guó)Pierce公司）混合。LY294002（PI3K抑制劑）：美國(guó)Sigma公司提供。1．1．2動(dòng)物分組分組方法：隨機(jī)數(shù)字表法。組別：OVA組、LY294002組和對(duì)照組。1．1．3實(shí)驗(yàn)方法OVA組：本組小鼠于第0、7、14天腹腔注射致敏液0．2mL，第15天將小鼠置于透明密閉容器中以1％OVA溶液10mL霧化吸入，每次20min，隔日一次，連續(xù)5周。LY294002組：同期同時(shí)給予注射致敏液和吸入OVA，第13天開(kāi)始經(jīng)尾靜脈給予LY294002，用量為7．5mg／kg，連續(xù)3d每天1次，第15天于吸入OVA前30min給藥。對(duì)照組：同期同時(shí)給予相同體積生理鹽水腹腔注射及霧化吸入。觀察指標(biāo)：支氣管肺泡灌洗液（BALF）中細(xì)胞分類(lèi)計(jì)數(shù)、骨髓懸液和肺組織學(xué)檢查。通過(guò)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)LY294002對(duì)OVA致敏哮喘小鼠肺組織病理、BALF和骨髓中細(xì)胞分類(lèi)的影響，計(jì)數(shù)細(xì)胞總數(shù)和嗜酸性粒細(xì)胞（Eos）并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析［3］。1．1．4實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪\(yùn)用公式法、PASS軟件Simple法和Stata軟件計(jì)算法求得本實(shí)驗(yàn)的樣本含量，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)驗(yàn)證其檢驗(yàn)效能，判斷3種方法確定的樣本含量的有效性。1．2方法1．2．1公式法介紹n＝［（Zα／2＋Zβ）＊σ／δ］2，n為所需要的樣本含量，δ為總體差值，σ為總體標(biāo)準(zhǔn)差，Zα／2為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的雙側(cè)臨界值；Zβ為正態(tài)分布的單側(cè)臨界值。1．2．2PASS軟件介紹PASS是樣本含量估計(jì)和效能分析中常用的一款優(yōu)秀的統(tǒng)計(jì)分析軟件［4］。它界面良好、功能齊全，可以進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)、相關(guān)及回歸分析、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、生存及可靠性分析、統(tǒng)計(jì)圖表繪制等操作，只需要輸入相應(yīng)的參數(shù)，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)樣本含量或檢驗(yàn)效能的預(yù)測(cè)。常用方法有Com－poundSymmetry法、AR法、Banded法和Simple法。本實(shí)驗(yàn)研究選用Simple法。1．2．3Stata軟件介紹Stata是一個(gè)功能強(qiáng)大的統(tǒng)計(jì)分析軟件，它可以進(jìn)行t檢驗(yàn)、參數(shù)估計(jì)、協(xié)方差分析、單因素和多因素的方差分析、方差齊性檢驗(yàn)、缺項(xiàng)數(shù)據(jù)的處理、正態(tài)性檢驗(yàn)等一般分析。它采用具親和力的窗口接口，操作靈活簡(jiǎn)便、學(xué)習(xí)方便，使用者可以通過(guò)Stata官方網(wǎng)站學(xué)習(xí)使用方法。該軟件用于樣本含量和檢驗(yàn)效能估計(jì)的主要命令是sampsi（samplesizeandpower），命令格式為：．sampsi＃1＃2［，一般選擇項(xiàng)］［重復(fù)測(cè)量選擇項(xiàng)］。＃1表示處理前測(cè)量的均數(shù)，＃2表示處理后測(cè)量的均數(shù)。一般選擇項(xiàng)包括：檢驗(yàn)效能、檢驗(yàn)水平、n1與n2樣本量的比值、sd1／sd2（sd為標(biāo)準(zhǔn)差）、單側(cè)／雙側(cè)檢驗(yàn)、單樣本（缺省時(shí)為兩樣本比較）。常用方法有change法、post法和ancova法，本試驗(yàn)研究選用ancova法。
2結(jié)果
2．1參數(shù)設(shè)置Ⅰ類(lèi)錯(cuò)誤概率大小α越小，所需要的樣本含量越大，通常情況下α取0．05，可取單側(cè)或雙側(cè)用統(tǒng)計(jì)學(xué)檢驗(yàn)。選擇雙側(cè)檢驗(yàn)的條件是研究結(jié)果高和低于效應(yīng)指標(biāo)的界限均有意義，所需樣本量就大；選擇單側(cè)檢驗(yàn)條件是研究結(jié)果僅高或低于效應(yīng)指標(biāo)的界限有意義，所需樣本量就小。Ⅱ類(lèi)錯(cuò)誤概率大小β越小，檢驗(yàn)效能1－β越大，所需樣本量也越大，一般要求檢驗(yàn)效能不低于0．80，一般只取單側(cè)，本實(shí)驗(yàn)取β＝0．1。n1與n2樣本量的比值常用的為4∶1、2∶1、1∶1，考慮成本最低取1∶1。總體標(biāo)準(zhǔn)差σ或總
體率π，常根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)及前人的研究結(jié)果或統(tǒng)計(jì)理論進(jìn)行估計(jì)，根據(jù)何勝東等［5］的研究結(jié)果和其他資料，取π＝0．7，σ＝7．87。容許誤差δ是指研究者要求的或客觀實(shí)際存在的樣本統(tǒng)計(jì)量與總體參數(shù)間或樣本統(tǒng)計(jì)量間的差值，本實(shí)驗(yàn)認(rèn)為Eos百分比降低80％以上為有效，取δ＝0．8σ。2．2計(jì)算結(jié)果公式計(jì)算值為12只，PASS軟件Simple法計(jì)算值為8只（見(jiàn)圖1），Stata軟件計(jì)算值為10只（由于軟件界面圖較復(fù)雜，本文不截取界面圖）。2．3實(shí)驗(yàn)結(jié)果本實(shí)驗(yàn)研究向廣州醫(yī)學(xué)院病理教研室咨詢(xún)了實(shí)驗(yàn)材料的費(fèi)用，根據(jù)以往的文獻(xiàn)研究經(jīng)驗(yàn)并考慮統(tǒng)計(jì)方便，最終確定樣本含量為10只。但考慮樣本的非正常失效（如取樣失敗、死亡等），筆者增加2只作為備份，將樣本編號(hào)為1～12號(hào)。本實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中未出現(xiàn)樣本的非正常失效，12只小鼠都取到了真實(shí)有效的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)研究結(jié)束后，筆者驗(yàn)證了LY294002組對(duì)OVA組的檢驗(yàn)效能，樣本數(shù)為8只取樣本編號(hào)為1～8號(hào)的數(shù)據(jù)，定為A組；樣本數(shù)為10只，取樣本編號(hào)為1～10號(hào)的數(shù)據(jù)，定為B組；樣本數(shù)為12只，取樣本編號(hào)為1～12號(hào)的數(shù)據(jù)，定為C組。其計(jì)算結(jié)果：所有組別1－β＞0．90（數(shù)據(jù)見(jiàn)表1），說(shuō)明這3種方法計(jì)算的樣本數(shù)都是合適有效的。
3討論
醫(yī)學(xué)試驗(yàn)研究設(shè)計(jì)包含專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)和統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)兩部分內(nèi)容，統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)對(duì)于保證研究結(jié)果的可靠性、科學(xué)性、重現(xiàn)性，具有非常重要的意義［6］。樣本含量估計(jì)與檢驗(yàn)效能估算是統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)中最重要的環(huán)節(jié)之一。只有科學(xué)地確定樣本含量才能確保研究的可靠性和研究結(jié)果的可信性。樣本含量的估計(jì)原則：在保證試驗(yàn)研究結(jié)果具有一定可信度（1－α），又具有一定檢驗(yàn)效能（1－β）的前提下，估算出能夠達(dá)到主要研究目標(biāo)所需要的研究對(duì)象最小例數(shù)，以便通過(guò)樣本研究結(jié)果來(lái)推斷總體特征。其中α和β的取值大小是由試驗(yàn)設(shè)計(jì)人員希望達(dá)到的可信性和檢驗(yàn)效能而確定。有時(shí)試驗(yàn)者會(huì)考慮到樣本意外丟失（如動(dòng)物的非正常生病或死亡，人員的失訪等），會(huì)在估算出的最少樣本例數(shù)上比例不能太大，增加10％～20％即可，因?yàn)槊つ孔非蟠髽颖玖靠赡軐?dǎo)致更多混雜因素的產(chǎn)生（如動(dòng)物個(gè)體體質(zhì)相差太大等），導(dǎo)致更大或更多的偏倚發(fā)生。醫(yī)學(xué)工作者習(xí)慣用公式計(jì)算法、查表法、文獻(xiàn)法和專(zhuān)家咨詢(xún)法等方法估算樣本含量，這些方法主觀因素對(duì)估算結(jié)果影響大，而統(tǒng)計(jì)軟件由于操作簡(jiǎn)單，考慮的客觀因素多，計(jì)算結(jié)果相對(duì)合理。統(tǒng)計(jì)軟件除了本文介紹的PASS軟件和Stata軟件外，還有nQueryAdvisor軟件、SamplePower軟件（SPSS公司研發(fā)）、SASA軟件和SAS軟件等，使用方法都大同小異。本文采取的3種方法計(jì)算結(jié)果不相同但卻都是合理有效的，因?yàn)獒t(yī)學(xué)試驗(yàn)研究中樣本含量不是唯一的，不同的研究方法、研究目的，研究要求和研究資料決定了不同的樣本含量，從表1中可看出樣本含量也并不是越大越精確。這些樣本含量估算方法參考了研究個(gè)體的變異度、研究結(jié)果的精確度（抽樣誤差），但未考慮研究成本、可行性與倫理學(xué)要求對(duì)樣本含量的影響。
總之，估算樣本含量的方法有許多，統(tǒng)計(jì)軟件具有更客觀、更全面和簡(jiǎn)單方便的優(yōu)勢(shì)，在參數(shù)選擇正確的情況下其計(jì)算結(jié)果都是合理有效的，試驗(yàn)研究人員要熟練掌握和運(yùn)用，并以其計(jì)算結(jié)果為依據(jù)，正確分析試驗(yàn)研究性質(zhì)，再綜合考慮研究成本、可行性與倫理學(xué)要求對(duì)樣本含量的影響，最終確定合適的樣本數(shù)。
作者:喻寧芳喻寧芬單位:廣州市第一人民醫(yī)院南沙醫(yī)院檢驗(yàn)科
一、化學(xué)探究性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則
不依規(guī)矩，無(wú)以成方圓。探究性實(shí)驗(yàn)也不是天馬行空的想象，它要遵循一定的原則。在設(shè)計(jì)探究性實(shí)驗(yàn)時(shí)主要遵循以下原則：（1）目的性原則。（2）科學(xué)性原則。（3）創(chuàng)新性原則。（4）啟發(fā)性原則（5）簡(jiǎn)約性原則。（6）安全性原則。（7）趣味性原則。（8）可行性原則。以上各原則是滲透在整個(gè)探究性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程中的，我們可以在設(shè)計(jì)的時(shí)候不斷地修正，使我們的設(shè)計(jì)方案達(dá)到最佳效果。
二、化學(xué)探究性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本方法
探究性實(shí)驗(yàn)的基本內(nèi)容是：課題、假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、預(yù)期、完成實(shí)驗(yàn)、觀察并記錄結(jié)果、分析結(jié)果、得出結(jié)論。針對(duì)這些內(nèi)容，在教學(xué)實(shí)踐中，我們進(jìn)行了探索，總結(jié)了一些基本的方法。
（一）認(rèn)真研讀教材，充分挖掘探究性實(shí)驗(yàn)課題
我們的教材是化學(xué)知識(shí)的集合體，多數(shù)教材中的實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，這對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的探究能力就比較不利，因此，需要教師進(jìn)行研究改進(jìn)，把能夠改成探究性的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，或者自己設(shè)計(jì)新的探究性的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行教學(xué)，從而提高學(xué)生的探究能力。
《化學(xué)反應(yīng)原理》是高中化學(xué)階段的重難點(diǎn)內(nèi)容，抽象且枯燥，實(shí)驗(yàn)多為驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)。因此，《化學(xué)反應(yīng)原理》中的實(shí)驗(yàn)就需要教師進(jìn)行改進(jìn)，力求充分利用好化學(xué)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生參與進(jìn)來(lái)，用探究性的實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生加深理論知識(shí)的理解。例如，魯科版《化學(xué)反應(yīng)原理》第三章第四節(jié)講解酸堿中和滴定實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，書(shū)本上是直接給出反應(yīng)原理和實(shí)驗(yàn)步驟。雖然是定量實(shí)驗(yàn)，我們也可以增加其探究性，可以先給出測(cè)定NaOH溶液濃度的多種方案，如用滴定管實(shí)驗(yàn)、燒杯實(shí)驗(yàn)、試管實(shí)驗(yàn)，然后讓學(xué)生討論各種方案的準(zhǔn)確性、可行性、最終確定實(shí)驗(yàn)方案。
（二）積極總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，建立一套探究性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的“套路”
進(jìn)行探究性實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)不是說(shuō)什么都要從頭開(kāi)始，什么都要從四面八方思考，這樣的話效率很低，而且可能會(huì)偏離教材的主題。我們?cè)诮虒W(xué)實(shí)踐中既要懂得思考、探究、創(chuàng)新，也要懂得積累經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)秀的經(jīng)驗(yàn)會(huì)讓我們事半功倍。經(jīng)過(guò)一輪高中教學(xué)實(shí)踐，我們總結(jié)了一些常用的“套路”。
1.加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器的探究設(shè)計(jì)
把基本實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行組裝、改進(jìn)、優(yōu)化，這是培養(yǎng)學(xué)生思維和動(dòng)手能力的重要方法。比如，講解啟普發(fā)生器時(shí)，先讓學(xué)生思考討論原理，并總結(jié)其優(yōu)缺點(diǎn)，等學(xué)生掌握理解后，就可以開(kāi)始讓學(xué)生探究：如何用實(shí)驗(yàn)室的其他儀器組裝成類(lèi)似啟普發(fā)生器原理的裝置？教師可以先給出一些基本儀器，然后讓學(xué)生組裝。
讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)是探究性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容，教師應(yīng)設(shè)計(jì)更多的這種類(lèi)型的探究性實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生不斷嘗試，以提高運(yùn)用的能力。
2.豐富對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的探究設(shè)計(jì)
對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的探究很多樣化，為了豐富學(xué)生的思維，提高運(yùn)用和創(chuàng)新能力，教師應(yīng)該進(jìn)一步豐富對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的探究設(shè)計(jì)。例如，魯科版高中化學(xué)選修《化學(xué)反應(yīng)原理》第二章第3節(jié)中，在探究濃度、溫度、催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響時(shí)，書(shū)本的確是設(shè)計(jì)了探究性的實(shí)驗(yàn)，但是書(shū)上的探究實(shí)驗(yàn)都是針對(duì)一個(gè)因素的單獨(dú)對(duì)比探究，然后分別進(jìn)行分析討論，得出獨(dú)立的結(jié)論，這就為學(xué)生減輕了探究的難度。如果我們能夠在該實(shí)驗(yàn)探究完后，將三個(gè)因素綜合起來(lái)，設(shè)計(jì)新的內(nèi)容讓學(xué)生進(jìn)一步探究，那就可以大大提高學(xué)生綜合運(yùn)用的能力。
3.重視對(duì)實(shí)驗(yàn)異常現(xiàn)象的探究設(shè)計(jì)
對(duì)于化學(xué)實(shí)驗(yàn)，經(jīng)常因?yàn)樗幤凡患儯磻?yīng)條件的不同而出現(xiàn)不同的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。當(dāng)出現(xiàn)這種狀況時(shí)，要及時(shí)啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行思考，并找出原因，還可以讓學(xué)生思考是否有改進(jìn)的方法，從而提高思考能力和創(chuàng)新能力。比如，魯科版高中化學(xué)選修《化學(xué)反應(yīng)原理》第一章第3節(jié)，做銅鋅原電池演示實(shí)驗(yàn)時(shí)，以鋅和銅為電極，稀硫酸為電解液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，理想的現(xiàn)象是銅電極表面有氣泡產(chǎn)生，而鋅電極沒(méi)有。但是實(shí)際演示會(huì)遇到的情況是：兩電極都有氣泡產(chǎn)生，甚至有的出現(xiàn)鋅極產(chǎn)生的氣泡遠(yuǎn)多于銅極。這時(shí)就要引導(dǎo)學(xué)生思考：為什么鋅極也有氣泡產(chǎn)生？進(jìn)而分析出是因?yàn)殇\中含有碳等雜質(zhì)，鋅本身和雜質(zhì)形成許多微小的原電池，所以有氣泡冒出，從而加深對(duì)原電池原理的認(rèn)識(shí)，也增強(qiáng)學(xué)生積極思考的意識(shí)。
4.擴(kuò)展對(duì)生活應(yīng)用實(shí)驗(yàn)的探究設(shè)計(jì)
新課程改革要求：加強(qiáng)課程內(nèi)容與學(xué)生生活以及現(xiàn)代社會(huì)和科技發(fā)展的聯(lián)系，關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和經(jīng)驗(yàn)，精選終身學(xué)習(xí)必備的基礎(chǔ)知識(shí)和技能。如果我們能很好地引導(dǎo)學(xué)生將實(shí)驗(yàn)與生產(chǎn)生活聯(lián)系起來(lái)，一方面，可以使學(xué)生感到化學(xué)就在身邊，從而提高學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣；另一方面，可以使學(xué)生清楚所學(xué)的知識(shí)能用來(lái)做什么和怎么做，從而對(duì)化學(xué)的本質(zhì)和價(jià)值有一個(gè)正確的認(rèn)識(shí)，體現(xiàn)高中化學(xué)探究性實(shí)驗(yàn)的時(shí)代性。比如，魯科版高中化學(xué)選修《化學(xué)反應(yīng)原理》第一章第3節(jié)中探究原電池反應(yīng)原理時(shí)，可以在講完原電池的組成條件后，讓學(xué)生用家里面的材料自己組一個(gè)原電池，讓學(xué)生動(dòng)腦、動(dòng)手，提高理論運(yùn)用于生活的探究能力，激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣。
“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”是促進(jìn)我國(guó)由工程教育大國(guó)邁向工程教育強(qiáng)國(guó)的重大舉措。該計(jì)劃的實(shí)施目標(biāo)是培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量各類(lèi)型工程技術(shù)人才，為國(guó)家走新型工業(yè)化發(fā)展道路、建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家和人才強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略服務(wù)。“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”具有三個(gè)特點(diǎn)：一是行業(yè)企業(yè)深度參與培養(yǎng)過(guò)程；二是學(xué)校按通用標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)工程人才；三是強(qiáng)化培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力。教育部將在五個(gè)方面采取措施推進(jìn)該計(jì)劃的實(shí)施：一是創(chuàng)立高校與行業(yè)企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)人才的新機(jī)制；二是以強(qiáng)化工程能力與創(chuàng)新能力為重點(diǎn)改革人才培養(yǎng)模式；三是改革完善工程教師職務(wù)聘任、考核制度；四是擴(kuò)大工程教育的對(duì)外開(kāi)放；五是教育界與工業(yè)界聯(lián)合制訂人才培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)。
2010年7月，華南理工大學(xué)成為全國(guó)第一批“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”實(shí)施高校。土木工程“卓越全英班”是該計(jì)劃的重要組成部分，是為探索個(gè)性化創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式而開(kāi)辦的。注重培養(yǎng)學(xué)生掌握力學(xué)、結(jié)構(gòu)基本理論和設(shè)計(jì)方法、先進(jìn)施工技術(shù)及工程管理知識(shí)，突出外語(yǔ)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力。大部分課程采用全英教學(xué)，注重和加強(qiáng)實(shí)踐和創(chuàng)新教學(xué)環(huán)節(jié)，配備高水平教師擔(dān)任導(dǎo)師進(jìn)行專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)和科研實(shí)踐指導(dǎo)。開(kāi)設(shè)科技前沿專(zhuān)題講座，參與國(guó)際工程實(shí)踐。培養(yǎng)具有良好的人文、科學(xué)與工程的綜合素質(zhì)，具有國(guó)際視野和國(guó)際交往能力的土木工程優(yōu)秀創(chuàng)新人才，力爭(zhēng)與國(guó)際土木工程領(lǐng)域的培養(yǎng)模式接軌。
研究性教學(xué)是一種符合工程能力培養(yǎng)規(guī)律和綜合素質(zhì)形成邏輯的教學(xué)組織形式和教學(xué)方式，得到“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的大力提倡和著力推廣。該文著重介紹采用研究性教學(xué)方法進(jìn)行土木工程專(zhuān)業(yè)道路工程方向的一項(xiàng)探索性試驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程及其效果。
1 典型的研究性教學(xué)方法
研究性教學(xué)是以探究為基礎(chǔ)的教學(xué)，它以學(xué)生的發(fā)展為本，把學(xué)習(xí)與研究相統(tǒng)一，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、思考問(wèn)題和解決問(wèn)題，使學(xué)生成為教學(xué)活動(dòng)的中心，成為自我反思和自我發(fā)展的主體[1]。作為一種教學(xué)方法體系，研究性教學(xué)主要有案例教學(xué)、基于問(wèn)題解決的學(xué)習(xí)和基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)等三種典型的教學(xué)方法。
1.1 案例教學(xué)法
案例教學(xué)法是一種使得學(xué)生處在面臨問(wèn)題的決策者角色的教學(xué)方法。在案例教學(xué)法課堂，無(wú)論是教師和學(xué)生必須以不同的方式被激活。教師和學(xué)生相互依賴(lài)、互相學(xué)習(xí)。教師一般都是專(zhuān)家，但他們很少直接告知學(xué)生專(zhuān)業(yè)知識(shí)。
案例教學(xué)法主要是用在商業(yè)學(xué)院和公共政策學(xué)院教學(xué)活動(dòng)中。例如，1908年已被用于在哈佛商學(xué)院和公共政策學(xué)院。教學(xué)案例研究是全球頂尖的商學(xué)院進(jìn)行核心功能。他們常常組織比賽確定最佳的新的教學(xué)案例。商業(yè)案例是模仿或模擬真實(shí)情況下的文檔。案例陳述的現(xiàn)實(shí)讓讀者參與其中。案件往往說(shuō)明企業(yè)或政策形勢(shì)需要解決問(wèn)題，還包括課堂討論和研究的其他信息。在沒(méi)有明顯的解決方案的情況下，提供了充分的事實(shí)基礎(chǔ)上激發(fā)學(xué)生獲得一切可能的結(jié)果。作為現(xiàn)實(shí)的模擬，案例必須具有三個(gè)特征：一個(gè)重要的業(yè)務(wù)問(wèn)題或問(wèn)題。沒(méi)有問(wèn)題的情況下，沒(méi)有教育價(jià)值；充分的信息基礎(chǔ)；沒(méi)有明確的結(jié)論。
在案例教學(xué)過(guò)程中，教師的作用是選擇和組織案例，這也是實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的關(guān)鍵。
1.2 基于問(wèn)題解決的學(xué)習(xí)
基于問(wèn)題解決的學(xué)習(xí)方法是1980年美國(guó)數(shù)學(xué)教師協(xié)會(huì)正式提出來(lái)的[2]。它將學(xué)習(xí)內(nèi)容設(shè)計(jì)成問(wèn)題，或由學(xué)生提出問(wèn)題，讓學(xué)習(xí)者通過(guò)解決問(wèn)題來(lái)獲得相應(yīng)的知識(shí)和能力。
讓學(xué)生提出高質(zhì)量的問(wèn)題是這種教學(xué)方法的關(guān)鍵。要求學(xué)生將問(wèn)題具體化和形象化，構(gòu)造成模擬實(shí)際生活的故事情節(jié)。學(xué)生在原有知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)分析解決問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)更加復(fù)雜和深入的問(wèn)題。
因此，學(xué)生提出問(wèn)題的多少、思考問(wèn)題的廣度和深度等是基于問(wèn)題解決的學(xué)習(xí)方法的重要的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。
1.3 基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)
基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)是一種以學(xué)生為中心的教學(xué)方法。學(xué)習(xí)的目的是獲得解決問(wèn)題的經(jīng)驗(yàn)、思考策略和該領(lǐng)域的知識(shí)[3]。基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)的目標(biāo)是幫助學(xué)生形成靈活的知識(shí)、有效解決問(wèn)題的能力、自主學(xué)習(xí)、有效的協(xié)作能力和內(nèi)在動(dòng)機(jī)。
基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)是一個(gè)主動(dòng)的學(xué)習(xí)方式[4]。在工作過(guò)程中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)他們已有的知識(shí)，需要知道什么，以及如何和在哪里獲得新的信息，可能會(huì)有益于該問(wèn)題的解決。教師的作用是為了促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)、支持、指導(dǎo)和監(jiān)控學(xué)習(xí)過(guò)程。導(dǎo)師必須建立學(xué)生對(duì)解決問(wèn)題的信心，并鼓勵(lì)學(xué)生，同時(shí)也拓展他們的理解。
Barrows定義了基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)模型為[5]：
（1）以學(xué)生為中心的學(xué)習(xí)。
（2）學(xué)習(xí)是學(xué)生小團(tuán)體做的，理想的6～10人。
（3）教師指導(dǎo)學(xué)生而不是教學(xué)。
（4）以問(wèn)題為基礎(chǔ)組織和激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)。
（5）問(wèn)題是設(shè)置是提高學(xué)生解決問(wèn)題能力的基礎(chǔ)，是刺激的認(rèn)知過(guò)程。
（6）學(xué)生通過(guò)自我導(dǎo)向?qū)W習(xí)獲得新的知識(shí)。
基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)要求教師的教學(xué)風(fēng)格達(dá)到幾個(gè)主要標(biāo)準(zhǔn)：首先，要有一個(gè)與教師科研相關(guān)的“學(xué)習(xí)中心”，所有的學(xué)生都需要圍繞該中心。第二個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是必須有一個(gè)驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，學(xué)生通過(guò)完成項(xiàng)目獲得問(wèn)題的答案。這個(gè)問(wèn)題也不能有一個(gè)預(yù)定的結(jié)果，它應(yīng)該要求學(xué)生使用的先驗(yàn)知識(shí)來(lái)所有可能的結(jié)果。其他標(biāo)準(zhǔn)包括建設(shè)性的調(diào)查研究、學(xué)生的自主權(quán)等。
基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)的主要教學(xué)過(guò)程包括提出問(wèn)題、分析問(wèn)題、形成假設(shè)、驗(yàn)證假設(shè)、修正假設(shè)。
2 土木工程探索性試驗(yàn)設(shè)計(jì)
近年來(lái)華南理工大學(xué)開(kāi)展了“探索性實(shí)驗(yàn)”教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)工作，引導(dǎo)教師將科研項(xiàng)目成果轉(zhuǎn)化為計(jì)劃內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，從而深化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和體系改革，推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放共享；通過(guò)科研與教學(xué)融合，切實(shí)促進(jìn)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
下面介紹用研究性教學(xué)方法設(shè)計(jì)所申報(bào)的“探索性實(shí)驗(yàn)”教學(xué)項(xiàng)目“瀝青混合料多軸加載試驗(yàn)”。
2.1 提出問(wèn)題
最新版的《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20-2011）中瀝青混合料的試驗(yàn)方法主要包括：?jiǎn)屋S壓縮、單軸拉伸、小梁彎曲和劈裂試驗(yàn)等。試驗(yàn)過(guò)程中，瀝青混合料試件處于單軸或雙軸應(yīng)力狀態(tài)。而實(shí)際瀝青路面中，瀝青混合料處于多軸受力狀態(tài)，承受壓縮、拉伸、剪切的交互作用。因此，現(xiàn)有瀝青混合料的試驗(yàn)裝置與方法無(wú)法模擬實(shí)際瀝青路面材料的多軸受力狀態(tài)。
2.2 分析問(wèn)題
為了模擬實(shí)際瀝青路面材料的多軸受力狀態(tài)，采用如圖1所示的試驗(yàn)裝置。通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)的橡膠輪胎帶動(dòng)圓柱體試件轉(zhuǎn)動(dòng)，試件受到橡膠輪胎的表面摩擦力F和鉛垂方向的壓力P作用。同時(shí)，在試件水平方向施加壓力Q。從而模擬實(shí)際路面材料多軸受力狀態(tài)，使得試件承受壓縮、拉伸、剪切的交互作用。
2.3 試驗(yàn)步驟
（1）試件制作。采用擊實(shí)法、靜壓法或旋轉(zhuǎn)壓實(shí)法制作的圓柱體試件；或在輪碾法制作的板塊狀試件中鉆取的圓柱體試件；或在路面中鉆取圓柱體的芯樣。
（2）安裝試件。將試驗(yàn)室的環(huán)境溫度控制在試驗(yàn)溫度±0.1 ℃范圍內(nèi)。加載前，保溫時(shí)間為90～120 min。
（3）水平方向加載。通過(guò)水平加載油缸對(duì)試件施加水平方向拉伸或壓縮荷載。
（4）鉛垂方向加載。通過(guò)鉛垂方向加載裝置在橡膠輪上施加荷載，從而在試件中部上方施加鉛垂方向荷載。
（5）啟動(dòng)橡膠輪驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，使得橡膠輪單向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為1～100 r/s。
2.4 試驗(yàn)結(jié)果的分析與討論
試件轉(zhuǎn)動(dòng)一定次數(shù)后，量測(cè)試件中部加載位置的直徑，計(jì)算直徑變化率。加載后試件中部直徑的變化百分率計(jì)算公式為：100%×加載一定次數(shù)后加載位置試件直徑/加載前試件直徑。
同時(shí)，量測(cè)試件長(zhǎng)度，計(jì)算加載后試件長(zhǎng)度的變化率。加載后試件長(zhǎng)度變化百分率計(jì)算公式為：100%×加載一定次數(shù)后試件長(zhǎng)度/加載前試件長(zhǎng)度。
教學(xué)過(guò)程中，共15位同學(xué)參與該項(xiàng)試驗(yàn)，分為3組，每組5人（表1）。
3 教學(xué)效果
采用研究性教學(xué)方法，有助于把學(xué)生納入教師的科研項(xiàng)目，驅(qū)使學(xué)生調(diào)查研究，組織討論會(huì)，分析問(wèn)題，解決問(wèn)題，完成工作任務(wù)。
授課教師與同學(xué)們一起通過(guò)該試驗(yàn)項(xiàng)目掌握了實(shí)際路面材料的受力狀態(tài)，并創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)了“瀝青混合料多軸加載試驗(yàn)”方法。依托研究成果申報(bào)了2項(xiàng)實(shí)用新型專(zhuān)利和2項(xiàng)發(fā)明專(zhuān)利。在國(guó)外SCI源刊投稿論文2篇。
4 結(jié)語(yǔ)
研究性教學(xué)是一種符合工程能力培養(yǎng)規(guī)律和綜合素質(zhì)形成邏輯的教學(xué)組織形式和教學(xué)方式，得到“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的大力提倡和著力推廣。本文著重介紹采用研究性教學(xué)方法進(jìn)行土木工程專(zhuān)業(yè)道路工程方向的一項(xiàng)探索性試驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程及其效果。主要結(jié)論如下。
（1）采用研究性教學(xué)方法，與教師的研究課題相結(jié)合，將土木工程專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中部分傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)改革為探索性實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)和提高學(xué)生創(chuàng)新能力的重要舉措。
關(guān)鍵詞： 化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 類(lèi)型和內(nèi)容 教學(xué)策略
一、化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)發(fā)展學(xué)生科學(xué)探究能力的意義
所謂化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，是指學(xué)生在實(shí)施化學(xué)實(shí)驗(yàn)之前，根據(jù)一定的化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅\(yùn)用有關(guān)的化學(xué)知識(shí)與技能、科學(xué)過(guò)程與方法，對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的儀器、裝置、步驟和操作方法進(jìn)行規(guī)范的一種規(guī)則。化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)于發(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究能力、提高他們的科學(xué)素養(yǎng)具有重要的意義。首先，它可以激發(fā)學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生根據(jù)自己所學(xué)的化學(xué)知識(shí)，獨(dú)立地或在教師啟發(fā)下，設(shè)計(jì)出各種實(shí)驗(yàn)方案，成功地解決化學(xué)實(shí)驗(yàn)問(wèn)題，從而產(chǎn)生成功后的喜悅，激發(fā)起更大的學(xué)習(xí)熱情，成為進(jìn)一步學(xué)習(xí)的強(qiáng)勁動(dòng)力。其次，設(shè)計(jì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案需要學(xué)生靈活地和創(chuàng)造性地運(yùn)用所學(xué)的化學(xué)基本能力和創(chuàng)造能力。最后，進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)還需要學(xué)生掌握各種科學(xué)方法（如實(shí)驗(yàn)、測(cè)定、實(shí)驗(yàn)條件的控制、假說(shuō)等），具有嚴(yán)肅認(rèn)真、一絲不茍和敢于創(chuàng)新的精神，有利于學(xué)生認(rèn)識(shí)和掌握科學(xué)過(guò)程與科學(xué)方法，形成正確的化學(xué)實(shí)驗(yàn)態(tài)度、情感與價(jià)值。
二、化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的類(lèi)型和內(nèi)容
根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)，我們可以將高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)劃成不同的類(lèi)型。根據(jù)實(shí)驗(yàn)在化學(xué)教學(xué)認(rèn)識(shí)過(guò)程中的作用，它可以分為：
1.啟發(fā)性（或探索性）實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)。
這類(lèi)實(shí)驗(yàn)是在課堂教學(xué)中配合其他化學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)進(jìn)行的，多采取隨堂實(shí)驗(yàn)的形式。在引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，我們要注意效果明顯、容易操作、時(shí)間短和安全可靠。
2.驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)。
這類(lèi)實(shí)驗(yàn)?zāi)康闹饕球?yàn)證化學(xué)假說(shuō)和理論，多采取學(xué)生實(shí)驗(yàn)課或邊講邊實(shí)驗(yàn)的形式。在引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，除了上述要求外，我們還要注意其作為證據(jù)對(duì)猜想與假設(shè)是否具有較強(qiáng)的說(shuō)服力。
3.運(yùn)用性實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)。
這類(lèi)實(shí)驗(yàn)的目的是綜合運(yùn)用所學(xué)的化學(xué)知識(shí)和技能，通過(guò)化學(xué)實(shí)驗(yàn)解決一些與化學(xué)有關(guān)的實(shí)際問(wèn)題。在引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，我們要注意靈活性和綜合性，盡可能設(shè)計(jì)多種方案，并加以比較，進(jìn)而進(jìn)行優(yōu)選。
根據(jù)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的工具，它可劃分為以下兩種類(lèi)型：
（1）化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器、裝置和藥品的改進(jìn)或代替。
（2）化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法的改進(jìn)。一方面，這主要是由于高中化學(xué)教課書(shū)中，有的實(shí)驗(yàn)因裝置過(guò)于繁雜、操作不太方便、方法不合適、可見(jiàn)度較低而影響化學(xué)教學(xué)效果，因此需要改進(jìn)方案，重新設(shè)計(jì)。另一方面，由于高中生受到種種條件的限制，常會(huì)發(fā)生缺少某些儀器、藥品的情況，因而需要自制一些儀器和代用品，采用微型實(shí)驗(yàn)，所以也需要對(duì)實(shí)驗(yàn)重新進(jìn)行設(shè)計(jì)。
三、化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原則
1.科學(xué)性原則。
科學(xué)性是指實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)程序和操作方法必須與化學(xué)理論知識(shí)和化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法論相一致，這是化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的首要原則。例如Na2S和Na2SO3的鑒別，在試劑的選擇上就不宜選用硝酸等具有氧化性的酸；在操作程序的設(shè)計(jì)上，應(yīng)先溶解，取少量溶液，然后加試劑，而不能溶解后就加入試劑。
2.可行性原則。
可行性是指設(shè)計(jì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)所運(yùn)用的實(shí)驗(yàn)原理在實(shí)施時(shí)切實(shí)可行，所選用的化學(xué)實(shí)驗(yàn)藥品、儀器、設(shè)備和方法在中學(xué)的條件下能夠得到滿足。例如NaCl、Na2SO4的鑒別，有的學(xué)生常選用AgNO3做試劑，認(rèn)為AgCl難溶、Ag2SO4微溶，從而把兩者加以區(qū)分。事實(shí)上，這種方法所依據(jù)的原理在實(shí)施時(shí)是不可行的。因?yàn)榱蛩徙y不穩(wěn)定，很容易分解成難溶的氧化銀。
3.綠色化原則。
綠色化學(xué)是21世紀(jì)化學(xué)科學(xué)的一個(gè)重要發(fā)展方向，也是中學(xué)化學(xué)教學(xué)中，學(xué)生應(yīng)樹(shù)立的基本化學(xué)觀念之一。綠色化學(xué)倡導(dǎo)從源頭上就盡可能地消除或減少有毒、有害化學(xué)物質(zhì)對(duì)環(huán)境的影響，要想實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，必須首先從化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)做起。在化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中體現(xiàn)綠色化學(xué)思想，就要遵循化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的綠色化原則，即在化學(xué)反應(yīng)原料的選擇、化學(xué)反應(yīng)的條件的選擇、化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物、化學(xué)實(shí)驗(yàn)的操作等環(huán)節(jié)都要貫徹綠色化學(xué)思想。
四、發(fā)展學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的教學(xué)策略
1.盡可能為學(xué)生提供進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)。
化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，是實(shí)驗(yàn)探究能力的重要組成部分。進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的過(guò)程，也就是學(xué)生經(jīng)歷制定實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)計(jì)劃，發(fā)展實(shí)驗(yàn)探究能力的過(guò)程。因此，我們?cè)诨瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，要盡可能多地為學(xué)生創(chuàng)造進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)，使學(xué)生在化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，體會(huì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的重要性，認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的基本原則，初步掌握化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本方法。
2.增強(qiáng)發(fā)展學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的計(jì)劃性。
增強(qiáng)發(fā)展化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的計(jì)劃性是發(fā)展學(xué)生的化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力很重要的一個(gè)方面。我們應(yīng)根據(jù)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)、學(xué)生知識(shí)與技能的基礎(chǔ)和能力發(fā)展水平，有目的、分階段地制定化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的發(fā)展計(jì)劃。
影響畜牧實(shí)驗(yàn)質(zhì)量的因素
遺傳決定的反應(yīng)差異由品種及品系差異造成。環(huán)境條件和實(shí)驗(yàn)誤差也會(huì)影響動(dòng)物對(duì)實(shí)驗(yàn)處置的反應(yīng)，影響畜牧實(shí)驗(yàn)的因素包括：實(shí)驗(yàn)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)動(dòng)物是科學(xué)研究的材料。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物敏感且誤差小是最好，但動(dòng)物反應(yīng)比化學(xué)反應(yīng)復(fù)雜，動(dòng)物自身品質(zhì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響頗大。選取實(shí)驗(yàn)動(dòng)物力求其遺傳性狀相似，使動(dòng)物反應(yīng)的個(gè)體差異趨于零。環(huán)境因素從大范圍看，氣候、季節(jié)、降雨量等都會(huì)對(duì)動(dòng)物身體機(jī)能產(chǎn)生影響。從小范圍看，動(dòng)物所處環(huán)境的溫度、照明、籠具、墊料、同籠動(dòng)物數(shù)量等都會(huì)對(duì)動(dòng)物身體機(jī)能產(chǎn)生影響。照明間隔對(duì)動(dòng)物生理機(jī)能的影響最重要，如血糖值等在明暗刺激下會(huì)發(fā)生變化，動(dòng)物反應(yīng)也受到影響。實(shí)驗(yàn)方案和操作實(shí)驗(yàn)方案是對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的具體設(shè)計(jì)，主要包括實(shí)驗(yàn)處理方案、供試動(dòng)物條件及數(shù)量、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法、飼養(yǎng)管理要求、觀察記載項(xiàng)目、資料分析的方法和軟件等。錯(cuò)誤的有太多不確定性因素的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，結(jié)果是不可靠的。嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和規(guī)范進(jìn)行操作控制，客觀準(zhǔn)確全面的記錄資料才能確保原始數(shù)據(jù)的科學(xué)性。
提高畜牧實(shí)驗(yàn)質(zhì)量的途徑
科學(xué)選取樣本為了減少個(gè)體帶來(lái)的誤差，樣本量越大越好，然而成本也會(huì)隨之上升。因此，要在成本可控范圍內(nèi)盡量增加實(shí)驗(yàn)樣本。樣本應(yīng)選取同一品種、性別、年齡，體重相似的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，采用隨機(jī)抽樣的方式選取，讓實(shí)驗(yàn)動(dòng)物有同樣的機(jī)會(huì)接受實(shí)驗(yàn)處置。優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論的正確性取決于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是否嚴(yán)密。理論上可采用的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法很多，如區(qū)組化設(shè)計(jì)、拉丁方設(shè)計(jì)、交叉設(shè)計(jì)等。不同實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)各有優(yōu)點(diǎn)，其要求的前置條件也不一樣，如拉丁方設(shè)計(jì)精確性較高，可以在不增加實(shí)驗(yàn)單位的情況下，比隨機(jī)單位組設(shè)計(jì)多設(shè)置一個(gè)單位組因素，減少實(shí)驗(yàn)誤差，而且分析起來(lái)更簡(jiǎn)便，但這種方法要求橫行和直列單位組因素與實(shí)驗(yàn)因素間不存在交互作用。雖然實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法很多，但使用得比較多的還是單因素或雙因素實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)效率低的同時(shí)，也使有些本應(yīng)在同一實(shí)驗(yàn)中聯(lián)合考察的因素被人為分在幾個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)論出現(xiàn)偏差。進(jìn)行畜牧實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)的要求，綜合考慮不同實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法的優(yōu)劣，選擇適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法減少實(shí)驗(yàn)誤差。嚴(yán)格控制過(guò)程采用各種技術(shù)措施來(lái)控制和減少處理因素外的其他因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，接受同一實(shí)驗(yàn)處置的個(gè)體應(yīng)給予相同的條件，如放在同一圈、或條件（溫度、籠具材料和墊料、照明間隔、同籠動(dòng)物數(shù)量等）完全相同的畜舍內(nèi)飼養(yǎng)。并且供飼動(dòng)物由同一人飼養(yǎng)，前后兩種實(shí)驗(yàn)處置之間要留出間歇期。控制和排除外來(lái)因素干擾，如飼料突然改變、極端天氣、疾病侵襲等。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)由專(zhuān)人詳細(xì)記錄并隨時(shí)備份，如有意外事項(xiàng)隨時(shí)上報(bào)，以便及時(shí)進(jìn)行處置。
本文作者：蒲萬(wàn)君工作單位：四川省阿壩州中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校
[關(guān)鍵詞]物理；實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)；探究
新課程理念要求將學(xué)生從接受學(xué)習(xí)向探究學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，主要的表現(xiàn)就是主動(dòng)探究問(wèn)題的解決方法。在物理科學(xué)的實(shí)踐探究中，學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)是其中的重要一環(huán)，因此在物理課中強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)教學(xué)顯得尤為重要。
一、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)教學(xué)的必要性
（一）加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)教學(xué)是物理課程教學(xué)本身的需要。物理作為一門(mén)以觀察和實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，課程本身即要求學(xué)生能在教師的示范及教材的示例下，根據(jù)已學(xué)的知識(shí)和已有的經(jīng)驗(yàn)，按要求仿寫(xiě)實(shí)驗(yàn)方案，按部就班地完成預(yù)設(shè)的學(xué)生實(shí)驗(yàn)，并完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫(xiě)。通過(guò)對(duì)已成立的實(shí)驗(yàn)結(jié)論的親自驗(yàn)證，形成尊重事實(shí)、探究真理的科學(xué)態(tài)度。
（二）加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)教學(xué)是大力全面推進(jìn)素質(zhì)教育的需要。如果我們總是教育學(xué)生“應(yīng)該……”“必須……”，這樣培養(yǎng)選的人才在學(xué)校可能算是好學(xué)生，但思想僵化，毫無(wú)創(chuàng)見(jiàn)，面對(duì)新的形勢(shì)，不能適應(yīng)社會(huì)飛速發(fā)展的需要。教師要轉(zhuǎn)變教育觀念，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)教學(xué)中，發(fā)展學(xué)生思維，培養(yǎng)學(xué)生能力。
（三）加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)教學(xué)是當(dāng)前新課程改革和教育理念轉(zhuǎn)變的需要。新課程改革要求轉(zhuǎn)變教育理念，讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，經(jīng)歷探究過(guò)程，體驗(yàn)探究過(guò)程中可能出現(xiàn)的失誤、失敗，甚至與已有定論相左的結(jié)論。通過(guò)置疑、假設(shè)、自我糾正的過(guò)程，變被動(dòng)地接受學(xué)習(xí)為主動(dòng)的探究學(xué)習(xí)。
（四）加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維能力和實(shí)踐能力的需要。培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，關(guān)鍵在教師應(yīng)讓學(xué)生主動(dòng)地、富有個(gè)性地學(xué)習(xí)。在教學(xué)過(guò)程中，教師及時(shí)地激勵(lì)、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題以及在課堂講解上難題的解決上，都離不開(kāi)創(chuàng)作。教師合理的創(chuàng)作使教學(xué)升華；學(xué)生的自主創(chuàng)作，使學(xué)生從“接受學(xué)習(xí)”走向“探究學(xué)習(xí)”，由被動(dòng)學(xué)習(xí)到主動(dòng)學(xué)習(xí)。通過(guò)教師的創(chuàng)作，使知識(shí)更加接近生活，使學(xué)生更加體驗(yàn)到生活中的物理。
二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)教學(xué)的基本原則
堅(jiān)持自主原則，正確處理好“主導(dǎo)”與“主體”的關(guān)系。堅(jiān)持民主原則，充分信任學(xué)生，尊重學(xué)生的自主地位和首創(chuàng)精神，在教學(xué)中建立起師生互愛(ài)互敬，相互尊重，平等和諧，民主交流的良好教育氛圍。堅(jiān)持探究性原則，鼓勵(lì)學(xué)生大膽嘗試，敢于發(fā)表創(chuàng)見(jiàn)。教師要運(yùn)用啟發(fā)式的教學(xué)，盡可能提出供各創(chuàng)設(shè)具有價(jià)值的問(wèn)題與情境，使學(xué)生處于“憤”“悱”的狀態(tài)中，且其研究方式方法應(yīng)是多樣的。堅(jiān)持實(shí)踐性原則，教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生動(dòng)口、動(dòng)腦、動(dòng)手，要引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與，重視理論聯(lián)系實(shí)際。
三、多為學(xué)生提供實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)
真知來(lái)源于實(shí)踐，教學(xué)中要多為學(xué)生提供實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)，使學(xué)生能有反復(fù)實(shí)踐的條件。
（一）對(duì)課本上的學(xué)生實(shí)驗(yàn)，要求他們?cè)陬A(yù)習(xí)的基礎(chǔ)上編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理、選定實(shí)驗(yàn)器材、擬出實(shí)驗(yàn)步驟、畫(huà)出記錄表格等。如測(cè)斜面的機(jī)械效率，要由學(xué)生選定器材，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。
（二）把實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)與日常教學(xué)結(jié)合起來(lái)。在平時(shí)的書(shū)面作業(yè)中，讓學(xué)生做一些有關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的練習(xí)。如給一只彈秤、一塊小石頭、一個(gè)容器、還有水和線，要求測(cè)出小石頭的密度。在平時(shí)測(cè)評(píng)考試中，也適當(dāng)考查這方面的內(nèi)容。
四、學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的基本方法指導(dǎo)
（一）嘗試根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要，綜合考慮相關(guān)因素，合理選擇實(shí)驗(yàn)器材。選擇實(shí)驗(yàn)器材涉及的問(wèn)題很廣，如實(shí)驗(yàn)的原理，實(shí)驗(yàn)器材的性能和操作要求，實(shí)驗(yàn)的基本知識(shí)和方法等，都會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)器材的選擇起作用。在選擇實(shí)驗(yàn)器材時(shí)，考慮的因素也是多方面的。如怎樣實(shí)現(xiàn)探究的步驟，怎樣保證器材的安全，減少實(shí)驗(yàn)的誤差，怎樣方便實(shí)驗(yàn)的操作等。在選擇實(shí)驗(yàn)器材時(shí)，應(yīng)提倡學(xué)生選用日常生活中常見(jiàn)的器具來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這有利于使他們產(chǎn)生對(duì)實(shí)驗(yàn)探究的親近感以及發(fā)展他們?cè)趯?shí)驗(yàn)器材選擇方面所表現(xiàn)的創(chuàng)造能力。
良好的材料是實(shí)驗(yàn)成功的基礎(chǔ)和保證。選擇實(shí)驗(yàn)材料時(shí)，首先考慮從實(shí)驗(yàn)室獲取，但很多小學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)材料從實(shí)驗(yàn)室不易得到，這就要求我們教師自制教具，從生活中獲取簡(jiǎn)易的、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯的材料。比如，小學(xué)科學(xué)教材《固體的熱脹冷縮》實(shí)驗(yàn)，選擇材料是銅球，加熱用酒精燈，冷卻用冷水，觀察方法用鐵圈套銅球。這個(gè)實(shí)驗(yàn)有兩個(gè)弊端，一是銅球溫度很高，易燙傷學(xué)生，有危險(xiǎn)性；二是加熱時(shí)間比較長(zhǎng)。因此，我將實(shí)驗(yàn)材料改為PP-R塑料，因?yàn)镻P-R塑料熱膨脹系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于銅的熱膨脹系數(shù)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象特別明顯。再如教材《馬鈴薯在水中是沉還是浮》一課，我把馬鈴薯改為葡萄，在燒杯中就可以做。這樣既節(jié)省實(shí)驗(yàn)用品，實(shí)驗(yàn)效果又明顯。
二、方法“妙”才能一目了然
（一）充分利用對(duì)照實(shí)驗(yàn)和對(duì)比實(shí)驗(yàn)
對(duì)照實(shí)驗(yàn)是提前控制“因”，然后觀察“果”；對(duì)比實(shí)驗(yàn)是通過(guò)對(duì)“果”的對(duì)比，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)“因”，探究性更強(qiáng)一些。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中我們要有意識(shí)地采用這兩種方法。例如五年級(jí)上冊(cè)第一單元第一課《小苗的誕生》中的實(shí)驗(yàn)采用了對(duì)照實(shí)驗(yàn)，適宜的溫度、水、空氣等諸多條件中，每次只能改變其中的一項(xiàng)。需要指出的是，為了節(jié)省時(shí)間，可以一次設(shè)置多個(gè)樣本，根據(jù)排列組合的原則使樣本間條件有所區(qū)別，最后通過(guò)將樣本兩兩對(duì)照得出結(jié)論。本實(shí)驗(yàn)要求設(shè)計(jì)記錄表，能對(duì)澆水量、光照時(shí)間等進(jìn)行記錄。同時(shí)，教師鼓勵(lì)學(xué)生課后對(duì)自行控制變量的種類(lèi)和數(shù)量進(jìn)行研究，激發(fā)興趣，鞏固知識(shí)。
（二）改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，一切為了效果
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，參照課本、參考書(shū)、網(wǎng)上所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方法，從各角度思考，找出它們的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合自己的設(shè)計(jì)確定最優(yōu)方案。比如“光的直線傳播”實(shí)驗(yàn)中，教材中提到森林中的光線直線傳播，但缺點(diǎn)是遠(yuǎn)離生活只能想象；觀察教室窗戶(hù)中的一縷光線，實(shí)施起來(lái)也有困難。為此，我設(shè)計(jì)了利用激光筆大角度傾斜打在黑板上的方法，很方便地證明了光的直線傳播，效果很好。
（三）方案周密，預(yù)知可能的敗筆之處
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)可能影響實(shí)驗(yàn)效果的不利因素要提前預(yù)知并加以避免。如五年級(jí)上冊(cè)《風(fēng)的形成》一課中“風(fēng)的形成”實(shí)驗(yàn)，學(xué)生需要制作自己的實(shí)驗(yàn)箱，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段要引導(dǎo)學(xué)生注意以下事項(xiàng)：實(shí)驗(yàn)箱密封效果一定要好，任何地方不能漏氣，否則蚊香的煙會(huì)溜走；實(shí)驗(yàn)箱要有一定的高度，否則點(diǎn)燃的蠟燭會(huì)引起燃燒，不安全。
三、讓學(xué)生積極參與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
【中圖分類(lèi)號(hào)】 G633.9 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A
【文章編號(hào)】 1004―0463（2015） 02―0065―01
生物是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題也是高考中的重要題型，同時(shí)還是高考復(fù)習(xí)教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。下面，筆者結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，就高中生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則和基本步驟作以簡(jiǎn)單介紹。
一、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則
1.科學(xué)性原則。所謂科學(xué)性原則，是指實(shí)驗(yàn)的原理要符合科學(xué)原理，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的預(yù)期要有科學(xué)依據(jù)，實(shí)驗(yàn)的各個(gè)環(huán)節(jié)不能偏離生物基本知識(shí)和基本原理。
2.單一變量原則。所謂單一變量原則，是指控制其他因素不變，只改變其中某一變量，觀察其對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。除了整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要處理的實(shí)驗(yàn)因素外，其他實(shí)驗(yàn)條件要求做到前后一致。一般來(lái)說(shuō)，應(yīng)該做到以下幾點(diǎn)：一是所用生物材料的數(shù)量、質(zhì)量、長(zhǎng)度、體積、來(lái)源和生理狀況等方面要盡量相同或大致相同;二是所用實(shí)驗(yàn)器具（試管、燒杯、培養(yǎng)皿、廣口瓶等器具）的大小型號(hào)要完全一樣;三是所用實(shí)驗(yàn)試劑的成分、濃度、體積要相同，尤其要注意體積上等量的原則;四是所用處理方法要相同。
3.對(duì)照性原則。對(duì)照是實(shí)驗(yàn)控制的手段之一，目的是消除無(wú)關(guān)變量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。實(shí)驗(yàn)對(duì)照原則是設(shè)計(jì)和實(shí)施實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)則之一。
二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本步驟
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本步驟包括：了解題目要求、明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒎治鰧?shí)驗(yàn)原理、確定實(shí)驗(yàn)思路、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
1.了解題目要求。首先要明確題意，只有明確題意才能方向明確，少走彎路。
2.明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)?zāi)康氖谴_定實(shí)驗(yàn)原理和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的依據(jù)，而對(duì)于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖穷}干中必須明確的條件，否則整個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)就無(wú)從談起。因此在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)前，一定要認(rèn)真審題，準(zhǔn)確把握實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>
3.分析實(shí)驗(yàn)原理，確定實(shí)驗(yàn)思路。一個(gè)結(jié)論可通過(guò)許多不同的實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證，但究竟應(yīng)該選用何種設(shè)計(jì)方案，則要根據(jù)題目的具體要求來(lái)確定。所以在把握實(shí)驗(yàn)?zāi)康闹螅孱}目的設(shè)計(jì)要求，之后在此基礎(chǔ)上確定實(shí)驗(yàn)思路。
4.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟。實(shí)驗(yàn)步驟是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的核心，在解答實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題目中，對(duì)于實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾橹饕峭ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的步驟來(lái)體現(xiàn)的。最好的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路也要通過(guò)具體的實(shí)驗(yàn)步驟來(lái)體現(xiàn)。要合理設(shè)計(jì)好實(shí)驗(yàn)步驟，一方面需要學(xué)生掌握一定的實(shí)驗(yàn)理論知識(shí)，明確實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則;另一方面要有一定的實(shí)驗(yàn)技能。
5.分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)是手段，結(jié)果才是目的。因此，一定要對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行討論、分析。
三、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程中要注意的幾個(gè)問(wèn)題
1.步驟設(shè)計(jì)一般不宜連續(xù)描述，往往需要分段敘述，并加以編號(hào)。在分段敘述的過(guò)程中，要掌握一定的技巧，一般情況我們分三步進(jìn)行：
第一步，一般是對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分組;
第二步，一般是對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行處理;
第三步，觀察、記錄數(shù)據(jù)、現(xiàn)象等。
如果在題目中沒(méi)有給出實(shí)驗(yàn)步驟，我們可以按照以上的方法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。如果題目中已經(jīng)規(guī)定步驟，那我們可以靈活處理。具體做法是壓縮步驟或分解步驟，如把二、三步壓縮為一步，或分為兩步，要視題目的具體情況而定。
2.要注意分組以后的表述，前后一致，否則會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程中表述上的混亂。
3.實(shí)驗(yàn)材料和用具要充分利用。除題目特殊要求外，不要隨便添加實(shí)驗(yàn)材料和用具。題目如果沒(méi)有明確提出要選用的話，題目中給出的試驗(yàn)材料和用具要盡量用完。
實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)是根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅瑢?duì)現(xiàn)有的多種實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行科學(xué)論證和對(duì)比評(píng)判，選擇最佳方案，并且加以必要的改進(jìn)。
1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)教學(xué)的基本要素
1.1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)教學(xué)的目的和要求
（1）培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)知識(shí)與技能的綜合應(yīng)用能力。
（2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)試題要求，運(yùn)用掌握的化學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)一些基本實(shí)驗(yàn)。
（3）能繪制和識(shí)別典型的實(shí)驗(yàn)儀器裝置圖。
（4）根據(jù)觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，記錄、分析和處理（計(jì)算）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，作出正確結(jié)論。
1.2實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原則
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循科學(xué)合理、簡(jiǎn)便易行、安全環(huán)保、節(jié)約快捷、效果明顯等原則。
（1）符合科學(xué)性：科學(xué)性是化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的首要原則，要求設(shè)計(jì)中的實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)操作方法和程序沒(méi)有科學(xué)性錯(cuò)誤，并能出現(xiàn)預(yù)期的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，產(chǎn)生正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
（2）安全性:要盡量避免使用有毒藥品和進(jìn)行危險(xiǎn)性高的操作。
（3）可行性:所選的化學(xué)藥品、儀器、設(shè)備等在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件下能夠獲得滿足。
（4）簡(jiǎn)約性:采用簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)裝置，用較少的實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)藥品，能在較短時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)。在溫度和壓強(qiáng)方面盡量采取常規(guī)的條件，催化劑使用容易得到并且效果顯著的。
（5）經(jīng)濟(jì)性:在不影響實(shí)驗(yàn)效果的前提下，要盡量減少化學(xué)藥品的用量，一方面可降低實(shí)驗(yàn)成本，另一方面也可減少對(duì)環(huán)境的污染。應(yīng)用微型實(shí)驗(yàn)在這方面有較大優(yōu)越性。
（6）無(wú)污染:在使用易燃、易爆、強(qiáng)腐蝕和有毒藥品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，要考慮尾氣和實(shí)驗(yàn)廢棄物的處理，最大限度地減少對(duì)環(huán)境的污染。
1.3實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思維模型
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是一個(gè)從信息收集整理、加工處理到付諸實(shí)踐并能預(yù)期結(jié)果的完整的思維程序，如圖所示：
2實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的一般過(guò)程
化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)重在培養(yǎng)或考查把已有知識(shí)和技能運(yùn)用于新情景的能力，所選擇的課題往往是沒(méi)有直接實(shí)踐過(guò)的。在設(shè)計(jì)過(guò)程中時(shí)，能夠從題目中接受信息，分析評(píng)價(jià)信息，選擇并整合新信息與已有知識(shí)，以解決實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的新問(wèn)題。大致過(guò)程與思路如下：
2.1信息的獲取
接受、分析和篩選信息，主要是解決以下問(wèn)題：理解實(shí)驗(yàn)課題，了解實(shí)驗(yàn)條件，明確設(shè)計(jì)要求。需要迅速、全面地提取題目中的重要信息，把信息歸類(lèi)，并對(duì)各個(gè)信息在實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的作用進(jìn)行分析和判斷。根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅U明實(shí)驗(yàn)原理，分析現(xiàn)有儀器和藥品的作用，選擇合適的儀器和藥品。
2.2實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)構(gòu)思
根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的基本思路和方法，勾畫(huà)實(shí)驗(yàn)裝置草圖。通過(guò)對(duì)新舊信息的加工開(kāi)發(fā)，描述實(shí)現(xiàn)指定的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)規(guī)劃。根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的要求及解決問(wèn)題的順序分析，這種構(gòu)思包含兩個(gè)層次：一是實(shí)驗(yàn)方法的選定，這是從總體上考慮實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)方法主要取決于實(shí)驗(yàn)原理，并受實(shí)驗(yàn)條件的制約。二是實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)操作設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)裝置和操作的設(shè)計(jì)都是為了具體實(shí)施實(shí)驗(yàn)方法，完成預(yù)定的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，實(shí)際上就是實(shí)驗(yàn)方案細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)，這部分的設(shè)計(jì)主要的是體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)與基本技能的應(yīng)用。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)的要求，設(shè)計(jì)可行的操作步驟和觀察重點(diǎn)，分析實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意的事項(xiàng)(如反應(yīng)過(guò)程中是否需要除去雜質(zhì)及尾氣處理等)。
2.3實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)內(nèi)容
（1）根據(jù)命題要求，說(shuō)明設(shè)計(jì)該實(shí)驗(yàn)的化學(xué)原理，并畫(huà)出實(shí)驗(yàn)裝置圖。
（2）列出實(shí)驗(yàn)所需的儀器和試劑。
（3）確定實(shí)驗(yàn)操作步驟，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意的事項(xiàng)。
（4）提示觀察、記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果（包括寫(xiě)出有關(guān)的化學(xué)方程式）。
（5）提出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄和處理及計(jì)算方法。
（6）擬定完成實(shí)驗(yàn)后對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)照預(yù)期目的進(jìn)行分析、評(píng)價(jià)及實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫(xiě)。
3實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)能力的訓(xùn)練
3.1根據(jù)實(shí)驗(yàn)命題設(shè)計(jì)基本實(shí)驗(yàn)方案
設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)方案，通常有：驗(yàn)證某個(gè)化學(xué)原理；確定某混合物中組分的實(shí)驗(yàn)；定性和定量分析；實(shí)驗(yàn)操作順序設(shè)計(jì)等。這些簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，綜合性較強(qiáng)，能強(qiáng)化思維訓(xùn)練，要求學(xué)生聯(lián)系所學(xué)過(guò)的實(shí)驗(yàn)知識(shí)和技能，進(jìn)行知識(shí)遷移和重組，全面而細(xì)致地思考，才能設(shè)計(jì)出正確的方案。實(shí)例：現(xiàn)有濃硝酸、稀硫酸、稀硝酸、FeCl3稀溶液及pH試紙，而沒(méi)有其它試劑。設(shè)計(jì)最簡(jiǎn)便的實(shí)驗(yàn)方法來(lái)檢驗(yàn)CuO經(jīng)氫氣還原所得到的紅色產(chǎn)物中是否含有Cu2O。
設(shè)計(jì)思路：Cu2O是堿性氧化物，能跟稀硫酸反應(yīng)，生成的Cu+在酸性溶液中不穩(wěn)定，可發(fā)生自身氧化還原反應(yīng)生成Cu2+和Cu。Cu2+在水溶液中呈藍(lán)色，而Cu不跟稀硫酸反應(yīng)。因此可以設(shè)想，若CuO被H2還原的產(chǎn)物全部是Cu，將其放入稀H2SO4中，將無(wú)變化；若紅色產(chǎn)物中含有Cu2O，將其放入稀H2SO4中，會(huì)生成Cu2+使溶液變成藍(lán)色。
分析所給試劑是否可用，因?yàn)闈釮2SO4、濃HNO3、稀HNO3以及FeCl3都有較強(qiáng)的氧化性，不論紅色產(chǎn)物是否含有Cu2O，在上述物質(zhì)中均會(huì)被氧化為Cu2+，無(wú)法檢驗(yàn)是否存在Cu2O。而pH試紙也不起作用。所以最簡(jiǎn)便的檢驗(yàn)方法是取少量該紅色物質(zhì)放入稀H2SO4中，振蕩，若溶液變?yōu)樗{(lán)色，說(shuō)明產(chǎn)物中有Cu2O，否則說(shuō)明產(chǎn)物中無(wú)Cu2O。
3.2實(shí)驗(yàn)裝置的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)
對(duì)教材中的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行合理的改進(jìn)，通常都是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)創(chuàng)新的切入點(diǎn)。傳統(tǒng)的氯氣實(shí)驗(yàn)室制法，是用濃鹽酸與MnO2在燒瓶中加熱，加上洗氣和尾氣處理，實(shí)驗(yàn)裝置較復(fù)雜，操作麻煩，而且容易泄露尾氣。
本著簡(jiǎn)便、節(jié)約、省時(shí)、環(huán)保等原則，將本實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)設(shè)計(jì)如圖：
實(shí)驗(yàn)試劑有:濃鹽酸、飽和食鹽水、氫氧化鈉溶液、高錳酸鉀固體。
反應(yīng)的化學(xué)方程式為:
2KMnO4+16HC1(濃)=2KCl+2MnCl2+5Cl2+8H2O
評(píng)價(jià):本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)體現(xiàn)了創(chuàng)新特點(diǎn):（1）用注射器代替分液漏斗（使用時(shí)再連接），更便于濃鹽酸的添加；（2）用廣口瓶代替燒瓶，無(wú)需鐵架臺(tái)，簡(jiǎn)化了裝置，且更易清洗。（3）使用高錳酸鉀固體，不需加熱即可跟濃鹽酸反應(yīng)；（4）用排水（飽和食鹽水）集氣法收集氣體，氣體凈化，并容易觀察；（5）幾個(gè)聯(lián)通管的運(yùn)用便于控制添加濃鹽酸、收集氣體與吸收尾氣，并使整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程基本形成封閉系統(tǒng)，防止氣體泄露，有利于環(huán)保。
3.3不同實(shí)驗(yàn)方法的對(duì)比與評(píng)價(jià)
一般來(lái)說(shuō)，每一個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)都可以設(shè)計(jì)出不同的實(shí)驗(yàn)方法。采用不同的試劑、不同的反應(yīng)條件以及實(shí)驗(yàn)步驟順序的改變，都可以得到不同的實(shí)驗(yàn)方案。這就需要按照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原則，認(rèn)真分析影響實(shí)驗(yàn)的各個(gè)因素，通過(guò)比較和評(píng)價(jià)，最終確定最佳方案。
例1：對(duì)于銀鏡反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，人們以影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的關(guān)鍵因素為依據(jù)提出過(guò)多種方案，各方案的要點(diǎn)是：（1）用乙醛作還原劑，強(qiáng)調(diào)試管壁的光潔度至關(guān)重要。（2）以葡萄糖為還原劑，醛基的濃度影響反應(yīng)速度，是成敗關(guān)鍵。（3）滴加NaOH溶液，適當(dāng)提高反應(yīng)溶液的PH。（4）用0.2％氯化亞錫溶液處理試管。設(shè)計(jì)時(shí)開(kāi)展討論，深入分析實(shí)驗(yàn)原理，并做參照實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證，歸納得出，Ag(NH3)+2與還原劑的適當(dāng)且均勻的反應(yīng)速度是關(guān)鍵因素。對(duì)各種方案綜合評(píng)價(jià)后，確定本實(shí)驗(yàn)的最佳方案是，在試管潔凈、銀氨溶液正確配制的前提下，以10%葡萄糖溶液為還原劑，在Ag(NH3)+2溶液中加入1滴NaOH稀溶液使PH約為9，在水浴加熱中完成反應(yīng)。運(yùn)用此方案實(shí)驗(yàn)，成鏡質(zhì)量好，成功率基本上是100%。
例2：用鋁、稀硫酸和氫氧化鈉溶液為原料，制備一定量的氫氧化鋁。設(shè)計(jì)3種不同的實(shí)驗(yàn)方法（以化學(xué)方程式表示），并指出哪種方案最節(jié)約原料，從每生產(chǎn)2molAl(OH)3所耗費(fèi)的試劑用量來(lái)說(shuō)明。
這是一道實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)的訓(xùn)練題，要點(diǎn)有二：一是依據(jù)鋁的性質(zhì)描述實(shí)驗(yàn)原理設(shè)計(jì)，二是根據(jù)化學(xué)方程式的計(jì)算比較評(píng)價(jià)。經(jīng)討論歸納，設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)結(jié)果如下：
關(guān)鍵詞：高考；實(shí)驗(yàn)題；基本類(lèi)型
生物實(shí)驗(yàn)題是近幾年生物高考題的熱點(diǎn)和難點(diǎn)題型，從生物實(shí)驗(yàn)的類(lèi)型和命題形式看，生物實(shí)驗(yàn)題在高考命題中的基本類(lèi)型可分為：教材基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)、探究實(shí)驗(yàn)、評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)等四種類(lèi)型。
一、教材基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與分析
教材實(shí)驗(yàn)是高考實(shí)驗(yàn)命題的依據(jù)，其實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)思想是高考實(shí)驗(yàn)命題的基礎(chǔ)，掌握教材實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的一般規(guī)律和方法，是提高考生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的保障。
（一）緊扣教材實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，尋找解決教材基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)題的思路。教材中所列舉的實(shí)驗(yàn)常注重原理、目的、選材和步驟以及實(shí)驗(yàn)結(jié)論的提出與總結(jié)，這些實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)具有非常嚴(yán)密的可操作性和科學(xué)性。所以，我們應(yīng)該模擬教材實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思想和思路解決高考實(shí)驗(yàn)題。同時(shí)，我們要經(jīng)常性的有目的的訓(xùn)練，以提高實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的綜合能力。
（二）抓住教材實(shí)驗(yàn)考察方式，學(xué)會(huì)解決教材基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)題的方法。近年來(lái)高考中教材基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的命題形式一般為選擇題，考察方式一般為單獨(dú)考察某一實(shí)驗(yàn)或綜合考察多個(gè)實(shí)驗(yàn)兩種形式。
其一，單獨(dú)考察某一實(shí)驗(yàn)的具體考察方式我們通常叫做“縱向考察”，即考察設(shè)計(jì)的問(wèn)題只針對(duì)于某一實(shí)驗(yàn)涉及，不與其他任何實(shí)驗(yàn)作比較，單獨(dú)的考察對(duì)這一實(shí)驗(yàn)的理解能力或掌握的程度，其難度相對(duì)較低。
其二，綜合考察多個(gè)實(shí)驗(yàn)的具體考察方式，我們通常叫做“橫向考察”，即考察的問(wèn)題是針對(duì)至少兩個(gè)實(shí)驗(yàn)間涉及的問(wèn)題，一般而言所涉及的實(shí)驗(yàn)有必然的聯(lián)系。橫向聯(lián)系是歷年考察的一大方向，一般以選擇題的形式出現(xiàn)，此類(lèi)題涉及的知識(shí)面廣、包含的實(shí)驗(yàn)多、難度也相對(duì)較大。
二、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與分析
驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)是實(shí)驗(yàn)題型中的重要類(lèi)型之一，重在考查考生驗(yàn)證簡(jiǎn)單生物學(xué)事實(shí)的能力。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)考查形式多、范圍廣，除了考查設(shè)計(jì)或完善實(shí)驗(yàn)步驟，還考查對(duì)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的分析能力。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)典型特征是結(jié)果是唯一的且是正確的，需要考生準(zhǔn)確的把握題設(shè)信息以及相關(guān)的教材基礎(chǔ)知識(shí)，才能很好地完成此類(lèi)實(shí)驗(yàn)。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的解題思路大體如下：
1.結(jié)合題意，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康模莆諏?shí)驗(yàn)原理；
2.根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理確定自變量、因變量，以及無(wú)關(guān)變量；
3.科學(xué)選材、合理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟：第一步分組編號(hào)；第二步加自變量控制無(wú)關(guān)變量；第三步觀察或檢測(cè)結(jié)果，并得出結(jié)論。
三、探究實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與分析
（一）探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的一般過(guò)程。探究實(shí)驗(yàn)的一般過(guò)程往往是從發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題開(kāi)始，再根據(jù)所提出的問(wèn)題作出假設(shè)，然后結(jié)合實(shí)驗(yàn)的目的和相關(guān)原理設(shè)計(jì)具體的實(shí)驗(yàn)過(guò)程、進(jìn)行科學(xué)的操作并做好實(shí)驗(yàn)記錄，最后分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果并得出結(jié)論。
（二）探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的一般方法
第一步：“為什么做？”即明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹Ｃ鞔_實(shí)驗(yàn)?zāi)康模页鲎宰兞亢鸵蜃兞恳约翱刂坪脽o(wú)關(guān)變量，所有實(shí)驗(yàn)步驟的設(shè)計(jì)都要圍繞這個(gè)核心來(lái)進(jìn)行。
第二步：“怎么做？”即掌握實(shí)驗(yàn)原理。實(shí)驗(yàn)原理是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的科學(xué)依據(jù)或生物學(xué)原理，是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)，有了實(shí)驗(yàn)原理的指導(dǎo)，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)就有了方向性和科學(xué)性。只有明確實(shí)驗(yàn)原理才能理清實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思路、合理安排實(shí)驗(yàn)步驟、正確分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論。
第三步：“用什么做？”即科學(xué)選材。科學(xué)選擇實(shí)驗(yàn)材料是實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵，在解題過(guò)程中實(shí)驗(yàn)材料要根據(jù)原理來(lái)選擇或題干所給的信息來(lái)確定。選材依據(jù)是要確保實(shí)驗(yàn)的易操作性、科學(xué)性以及取材的經(jīng)濟(jì)性。
第四步：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟時(shí)，首先要理清實(shí)驗(yàn)思路；再次，特別要注意遵循實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的四個(gè)基本原則（對(duì)照原則、單一變量原則、等量原則、科學(xué)性原則）。常見(jiàn)實(shí)驗(yàn)步驟的基本模式：
（1）將相關(guān)的實(shí)驗(yàn)材料、用具或相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)對(duì)象等平均分組、編號(hào)（平行重復(fù)，其目的是為了防止偶然誤差，提高實(shí)驗(yàn)科學(xué)性，使實(shí)驗(yàn)更具有說(shuō)服力）；（2）加自變量，控制無(wú)關(guān)變量，并設(shè)置對(duì)照（控制無(wú)關(guān)變量、設(shè)置對(duì)照是排除額外變量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果僅是由單一的某自變量引起）；（3）觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果，做出統(tǒng)計(jì)和記錄，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)原理得出結(jié)論。如果實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是隱蔽的，必須找出具體的檢測(cè)方法，以便觀察、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，之后找出具體的觀察和記錄對(duì)象，做記錄和統(tǒng)計(jì)，然后結(jié)合檢測(cè)結(jié)果的原理得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。
愛(ài)好，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)科學(xué)、用科學(xué)的能力。
認(rèn)識(shí)自然始于觀察自然，讓學(xué)生用觀察的方法認(rèn)識(shí)自然。如“四季星空”的教學(xué)，由于教學(xué)內(nèi)容分散、抽象，學(xué)生很難形成對(duì)四季星空的整體認(rèn)識(shí)。教師在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，要科學(xué)地安排學(xué)生觀察四季星空，保證觀察的持續(xù)、完整。指導(dǎo)學(xué)生用正確的方法觀察，寫(xiě)出觀察日記，積累有關(guān)四季星空的感性認(rèn)識(shí)和材料。并引導(dǎo)學(xué)生歸納總結(jié)出：不同小學(xué)自然是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科。精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生通過(guò)親自參加實(shí)驗(yàn)獲得知識(shí)是搞好小學(xué)自然教學(xué)的關(guān)鍵。教學(xué)實(shí)踐證明，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的好壞直接關(guān)系到教學(xué)的成功與失敗。現(xiàn)就如何搞好自然教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)談?wù)剛€(gè)人的體會(huì)。
1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要符合自然學(xué)科特點(diǎn)
一切自然科學(xué)都來(lái)自實(shí)踐，都是從科學(xué)實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐中總結(jié)發(fā)展起來(lái)的，小學(xué)自然也不例外。教師在教學(xué)時(shí)，要讓學(xué)生充分感受到大自然的豐富多彩，培養(yǎng)學(xué)生探求自然知識(shí)的興趣、季節(jié)星座交替出現(xiàn)，北極星始終停留在原位置不動(dòng)，周?chē)男亲@著它逆時(shí)針轉(zhuǎn)圈，且一年轉(zhuǎn)一圈等有關(guān)四季星空的變化規(guī)律。“水的循環(huán)”的教學(xué)設(shè)計(jì)則可以采取另一種方法。教師充分利用學(xué)生已有的對(duì)水的感性認(rèn)識(shí)。如：天上有下不完的雨、雪；淋濕的衣服會(huì)干，冬天關(guān)在屋子里洗澡窗玻璃上會(huì)有水珠等。引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)歸納總結(jié)出：水或冰受熱變成水蒸氣，水蒸氣遇冷變成水或冰的循環(huán)規(guī)律。讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法認(rèn)識(shí)自然現(xiàn)象，總結(jié)自然規(guī)律，使感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)。為培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)世界觀創(chuàng)造條件，增加學(xué)生探索宇宙奧秘的興趣愛(ài)好。
2實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律
教學(xué)活動(dòng)是教師教、學(xué)生學(xué)的雙邊活動(dòng)，學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體。教師在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮學(xué)生的主體地位，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中能夠通過(guò)自己的觀察、思考、實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論，達(dá)到認(rèn)識(shí)周?chē)匀滑F(xiàn)象的目的。低年級(jí)學(xué)生年齡小，注意力不易集中，感知世界往往從興趣出發(fā)，抓不住事物主要特征等特點(diǎn)。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)要采取多種方式，調(diào)動(dòng)他們的各種感官有意識(shí)地直接觀察事物。如：“植物的根”的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，教師可通過(guò)提供大量的可供學(xué)生觀察的有代表性的實(shí)驗(yàn)材料――植物的根，讓學(xué)生在觀察、比較的基礎(chǔ)上，歸納總結(jié)出：植物的根有直根和須根之分。常見(jiàn)的蘿卜、胡蘿卜等直根，土豆、紅薯等須根，它們可以?xún)?chǔ)藏養(yǎng)分即貯藏根。學(xué)生可以通過(guò)觀察直接獲得知識(shí)，而中高年級(jí)學(xué)生已初步具備了觀察事物的能力，且能自己動(dòng)手做一些實(shí)驗(yàn)。他們對(duì)神秘的自然界充滿了好奇，對(duì)探索自然奧秘充滿了自信。這時(shí)教師設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，主要是以一種引路的方式讓學(xué)生多動(dòng)手，多動(dòng)腦，自己動(dòng)手實(shí)驗(yàn)獲得結(jié)論，并自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)論。設(shè)計(jì)“水的浮力”的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，就可以通過(guò)學(xué)生自己動(dòng)手將各種不同類(lèi)型的實(shí)驗(yàn)材料放入水中觀察現(xiàn)象，并動(dòng)手將浮在水面的物體用手向下壓，產(chǎn)生水有向上的浮力的直觀感受，從而得出結(jié)論。然后讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明下沉物體也受到水的浮力的作用。并啟發(fā)學(xué)生思考如何利用水的浮力，使不平衡的杠桿達(dá)到平衡。這種設(shè)計(jì)可滿足學(xué)生強(qiáng)烈的求知欲，達(dá)到事半功倍的效果。
3實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要聯(lián)系當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件
教學(xué)大綱規(guī)定：“自然課要密切聯(lián)系當(dāng)?shù)刈匀粭l件。”，我地有豐富的動(dòng)植物資源和礦產(chǎn)資源。這些抬頭可見(jiàn)，垂手可得的實(shí)驗(yàn)材料，為豐富自然教學(xué)實(shí)驗(yàn)提供了方便。教師在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，充分利用這一自然優(yōu)勢(shì)，通過(guò)多種形式，使原本生動(dòng)的自然課教學(xué)更加豐富多彩。
“學(xué)習(xí)的最好刺激乃是對(duì)所學(xué)材料的興趣”。小學(xué)生對(duì)周?chē)囊磺惺挛锒汲錆M了好奇，他們渴望認(rèn)識(shí)自然，了解自然，弄清為什么有的樹(shù)到了秋冬季就會(huì)落葉，而有的卻抽出了新芽，動(dòng)物靠什么越過(guò)寒冷的冬天等問(wèn)題。教師要充分利用學(xué)生這一興趣特點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。如昆蟲(chóng)是小學(xué)生常見(jiàn)的最易引起他們興趣的一類(lèi)動(dòng)物，在山區(qū)無(wú)論是天上飛的，還是地上爬的應(yīng)有盡有。教師在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)可先安排學(xué)生到林問(wèn)、樹(shù)旁、小河邊捕捉各種昆蟲(chóng)，并將各自捕捉的昆蟲(chóng)有選擇地帶到課堂，進(jìn)行認(rèn)真觀察、研究，看它們都有一些什么共同特征，從而達(dá)到認(rèn)識(shí)昆蟲(chóng)的教學(xué)目的。
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要聯(lián)系當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件。教師要全面了解當(dāng)?shù)氐淖匀毁Y源，做到心中有數(shù)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方可如魚(yú)得水，運(yùn)用自如。設(shè)計(jì)“植物的生長(zhǎng)與環(huán)境”這類(lèi)教學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，要安排學(xué)生對(duì)當(dāng)?shù)氐臍夂蛸Y源，水土資源進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的觀察分析，記好觀察日記，歸納總結(jié)出：植物適應(yīng)在什么樣的氣候條件下生長(zhǎng)發(fā)育，什么樣的植物適應(yīng)什么樣的土壤種植等有關(guān)植物生長(zhǎng)與環(huán)境的知識(shí)，并指導(dǎo)當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)作物種植，服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)。培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科學(xué)、用科學(xué)的能力，使他們?cè)讷@得科學(xué)知識(shí)的同時(shí)，掌握一定的勞動(dòng)技能。
教學(xué)的實(shí)踐過(guò)程也是教學(xué)方法的探索研究過(guò)程，好的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想有利于學(xué)生有效地掌握基礎(chǔ)知識(shí)、基本方法，培養(yǎng)學(xué)生的技能和能力，有利于義務(wù)教材內(nèi)容的完成，也有待教師更進(jìn)一步地探索研究。
