時間：2023-04-03 09:55:44
序論：在您撰寫物理實驗設(shè)計論文時，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導(dǎo)您走向新的創(chuàng)作高度。
一、實驗設(shè)計教學的必要性
1996年上海高考第四（5）題要求測定陶瓷管上均勻電阻膜的厚度，就屬于設(shè)計型實驗．但由于題目給出了全部實驗器材和所有相關(guān)量，使實驗定位在電阻或電阻率的測定上，又大大降低了實驗難度，只屬于局部設(shè)計型實驗．無論命題者出于何種考慮，設(shè)計型實驗畢竟半遮半掩地出現(xiàn)了，這多少給教學工作者提了個醒．
1．從小處著眼，加強實驗設(shè)計教學
上海作為高考改革的試點城市，其成功的改革將為全國高考提供可能的改革方向，甚至一些新穎的題型和情境，都可能為全國高考所借鑒．如1996年全國高考第21題就是從1995年上海高考第一（5）題脫胎而來的．無疑上海高考關(guān)于實驗設(shè)計的考查是又一個成功的改革舉措，極有在全國推廣的價值．而物理《考試說明》中要求“會用在這些實驗中學過的實驗方法”，也為實驗設(shè)計的考查在全國的推廣提供了可能．
2．從大處著眼，加強實驗設(shè)計教學
著名核物理學家錢三強先生在為郭奕玲、沈慧君編著的《物理學史》所作的序中，曾嚴厲指出：“今天我們科學界有一個弱點，這就是思想不很活潑，這也許跟大家過去受的教育有一定關(guān)系……”我們常常教育學生“應(yīng)該……”“必須……”；我們的考試題目常常不惜筆墨描述背景、附加條件，最后只有一個小小的空格“是……”．這樣培養(yǎng)選的人才在學校是好學生，步入社會是好職員，大腦中只是機械地跳動著兩個問題：“你要我做什么？你要我怎么做？”工作常常：“完成”的相當漂亮，但思想僵化，毫無創(chuàng)見．這正是我們的悲哀！長期以來的這種教育選拔模式，致使我們現(xiàn)在仍只能在很羞澀地提到幾個美籍華人時才有一種借來的榮光與自豪！
思想不活躍，是因為我們給了學生太多的“必須”的限制；思想僵化，是因為我們留給學生太少的“可能”的余地．實驗設(shè)計的教學，正是活躍思想，培養(yǎng)能力的一種好方法，授以實驗的基本方法，讓學生自己去考慮有哪些可能的做法，自己會怎么做．
二、實驗設(shè)計的基本方法
1．明確目的，廣泛聯(lián)系
題目或課題要求測定什么物理量，或要求驗證、探索什么規(guī)律，這是實驗的目的，是實驗設(shè)計的出發(fā)點．實驗?zāi)康拿鞔_后，應(yīng)用所學知識，廣泛聯(lián)系，看看該物理量或物理規(guī)律在哪些內(nèi)容中出現(xiàn)過，與哪些物理現(xiàn)象有關(guān)，與哪些物理量有直接的聯(lián)系．對于測量型實驗，被測量通過什么規(guī)律需用哪些物理量來定量地表示；對于驗證型實驗，在相應(yīng)的物理現(xiàn)象中，怎樣的定量關(guān)系成立，才能達到驗證規(guī)律的目的；對于探索型實驗，在相應(yīng)的物理現(xiàn)象中，涉及哪些物理量……這些都是應(yīng)首先分析的．
舉例來說，要測定地球表面附近的重力加速度，我們就應(yīng)檢索：在所學知識范圍內(nèi)，哪些內(nèi)容涉及到重力加速度，它與其他物理量有何定量關(guān)系，并一一羅列出來：
（1）在靜力學中，靜止物體對豎直懸繩的拉力或?qū)λ街С治锏膲毫Υ笮【偷扔谥亓?，即T＝N＝mg．若T（或N）和m能測出，則重力加速度g可測定．
（2）在超重或失重（但不完全失重）系統(tǒng)中，F(xiàn)－mg＝±m(xù)a．若F、a和m可測出，則重力加速度g可測定．
（3）在運動學中，物體從光滑斜面上由靜止下滑，s＝12gsinθt2．若s、θ和t可測定，則重力加速度g也可測定．
（4）在運動學中，物體從粗糙斜面上由靜止下滑，s＝12（gsinθ－μgcosθ）t2．若s、θ、μ和t可測，則重力加速度g也可測定．
（5）自由落體運動中，h＝12gt2．若h和t可測出，則重力加速度g也可測定．
（6）用重力加速度測定儀測定．
（7）在平拋運動中，豎直方向在連續(xù)相等的時間內(nèi)位移之差Δy＝gt2．若Δy和t可測，重力加速度g同樣可以測出．
（8）在斜拋運動中，水平射程可以表示為x＝v02sin2θ／g．若x、v0和θ可測出，則重力加速度g也可測出．
（9）單擺做簡諧振動時，其周期可以表示為T＝2πl(wèi)／g．若T和l可測，則g可測．
（10）在焦耳測定熱功當量的實驗中，若能測出水的質(zhì)量和升高的溫度，算出水增加的內(nèi)能，再測出重物的質(zhì)量和下落的高度，同樣可測定重力加速度．
（11）帶電粒子在的勻強電場平行板電容器中平衡時，mg＝qU／d．若U、d和帶電粒子的荷質(zhì)比（q／m）可測定，則g可測出．
（12）假設(shè)一物體在地球表面附近繞地球做圓周運動，mg＝GMm／R2，g＝GM／R2．
…………
2．選擇方案，簡便精確
對于每一個實驗?zāi)繕耍伎赡艽嬖诙鄺l思路、多種方案．教材中關(guān)于某個實驗?zāi)繕说膶嶒灧桨?，也只是眾多方案中的一種，而且不一定是最好的一種，而只是較可行的一種．那么在眾多實驗方案中，我們應(yīng)如何選擇呢？一般來說，選擇實驗方案主要有三條原則：
（1）簡便性原則即要求所選方案原理簡單、操作簡便，各量易測．應(yīng)盡量避免實施那些原理復(fù)雜、操作繁瑣和被測量不易直接測量的實驗方案．
（2）可行性原則實驗方案的實施要安全可靠，不會對人身和器材造成危害；所需裝置和器材要易于置備，不能脫離實際，不能超出現(xiàn)有條件．
（3）精確性原則不同的實驗方案，其實驗原理、所用儀器以及實驗重復(fù)性等方面所引入的誤差是不同的．在選擇方案時，應(yīng)對各種可能的方案進行初步的誤差分析，盡可能選用精確度高的實驗方案．
以上三原則通常要綜合考慮．
在前述方案中，方案（1）中常用的測力計誤差較大；（2）中F和a均不易測定；（3）中θ和t不易測定且難以保證斜面足夠光滑；（4）中θ、t和μ均不易測定；（5）中若用秒表計時人為因素較大，若用打點計時器計時，紙帶受振針阻力與通常小物塊所受重力相比不能忽略；（6）中儀器先進但一般中學沒有；（7）中若用閃光照像技術(shù)則是一種好方案，但設(shè)備和技術(shù)都達不到要求，若用平拋運動的研究方法誤差較大；（8）中θ和v0的測量難度較大；（9）中相對而言較切合中學實際；（10）中需測定的物理量多且很難采取絕熱措施；（11）中學階段不易測定荷質(zhì)比；（12）只是一個思想實驗，無法付諸實踐，但可估算，代入數(shù)據(jù)得g＝9．857m／s2，與標準值9．81m／s2只相差4．8．綜上所述，中學階段通常采用單擺法測定重力加速度．
3．依據(jù)方案，選定器材
實驗方案選定之后，考慮該方案需要哪些裝置，被測量與哪些物理量有直接的定量關(guān)系，這些物理量分別需用什么儀器來測定，從而確定整個實驗需要哪些器材．
在“用單擺測定重力加速度”的實驗中，是利用單擺裝置來進行實驗的，故需鐵架臺、細線和擺球等來組裝單擺．重力加速度可表示為g＝4π2l／T2，周期需用秒表測定；擺長l是從懸點到擺球中心的距離，因此需用米尺和游標卡尺分別測定擺線長度l和擺球直徑d．從實驗原理表達式可以看出，實驗與擺球質(zhì)量無關(guān)，故毋需使用天平．
當然，從實驗方便性和精確性角度考慮，還需對所選器材作進一步要求，以期把系統(tǒng)誤差降到最?。缟鲜銎鞑闹校瑪[線的伸縮性和質(zhì)量應(yīng)較小，擺球的質(zhì)量應(yīng)較大．擺線伸縮性大，其長度會隨拉力變化而變化；擺球與擺線質(zhì)量相差越小，系統(tǒng)（擺線和擺球）質(zhì)心偏離擺球中心越遠，誤差就越大．為了便于觀察，擺球振動的路徑宜長，但又要確保單擺做簡諧振動，故擺線宜長些，常取1米左右．
4．擬定步驟，合理有序
實驗之前，要做到心中有數(shù)：如何組裝器材，哪些量先測，哪些量后測，應(yīng)從正確操作和提高效率的角度擬定一個合理而有序的實驗步驟．對一些可直接測量的物理量，可先行測量；對需通過實驗裝置才能測定的物理量，須先組裝器材，再進行實驗、觀察和測量．
在“利用單擺測定重力加速度”的實驗中．原理表達式g＝4π2l／T2中的l和T分別為單擺的擺長和單擺做簡諧振動的周期．因此應(yīng)先組裝單擺，再測定擺長，最后讓單擺做簡諧振動，測定周期T．根據(jù)所測數(shù)據(jù)計算出重力加速度g的值．至于過程細節(jié)不再贅述．
5．數(shù)據(jù)處理，誤差分析
高考對此要求不高，但常用的數(shù)據(jù)處理和誤差分析的方法還是應(yīng)該掌握，在設(shè)計實驗時也應(yīng)予考慮．
三、建議
研究“真空不能傳聲”的“真空鬧鈴”實驗，明知道無法抽成真空，那實驗是怎么設(shè)計的呢？哦，原來只要設(shè)計成觀察到“空氣越少，聲音越小”的現(xiàn)象就可以了，下面就可以進行思維的推理了，假如“抽成真空”，那么“聲音消失”，自然得到結(jié)論。類似的還有探究“阻力對物體運動的影響”，這個實驗又是怎么設(shè)計的呢？原來只要設(shè)計成觀察到“阻力越小，物體運動越遠，速度減小越慢”就可以了，剩下的還是交給思維！“實驗加推理”的方法，恰恰是對思維推理的能力培養(yǎng)。
二、培養(yǎng)考慮問題的嚴謹性
物理是一門需要思維嚴謹?shù)目颇?，初中物理，定性的結(jié)論多，與生活聯(lián)系緊密，學生總憑感覺、直覺下結(jié)論，下一些“好像”、“差不多”的結(jié)論，這是物理的大忌，我們要培養(yǎng)學生每一結(jié)論的得出必須有明確理論依據(jù)的習慣，養(yǎng)成一環(huán)扣一環(huán)的嚴謹思維習慣。在物理實驗教學中，設(shè)計實驗環(huán)節(jié)可以很好地培養(yǎng)學生思考問題的嚴謹性。探究“滑動摩擦力的影響因素”實驗，學生知道要控制壓力或者接觸面粗糙程度，但是題目改變一下，“物理課本和數(shù)學課本的表面光滑程度不同，小明把物理課本放在水平桌面上拖動時用力較小，把數(shù)學課本放在水平桌面上拖動時用力較大，是否說明物理課本的表面較光滑？”很多學生會得到肯定的答案。但仔細思考會發(fā)現(xiàn)，該實驗并沒有控制對水平桌面的壓力相同，所以該結(jié)論實際是錯誤的。那這個實驗在現(xiàn)有的器材下又該怎么設(shè)計呢？很簡單，我們只需要先把數(shù)學課本疊放在物理課本上，再把物理課本疊放在數(shù)學課本上就能保證兩者對水平面的壓力相同了。很簡單的實驗設(shè)計，但卻很好地鍛煉了學生考慮問題的嚴謹程度。
三、培養(yǎng)學生思維的發(fā)散性
新時期物理實驗的設(shè)計能很好地鍛煉學生思維的發(fā)散性。在“探究凸透鏡成像規(guī)律”的實驗中，如果已經(jīng)在光屏上成了一個倒立縮小的實像，現(xiàn)在請學生設(shè)計“你要怎么操作才能在光屏上成一個倒立放大的實像呢？仔細想想有哪些方法。”學生首先會想到：蠟燭靠近透鏡，同時光屏遠離透鏡。別的方法呢，如果學生從不同角度思考，整合光路可逆性的知識，還會想到：把蠟燭和光屏的位置對調(diào)。當然學生能想到這一步，自然也就會明白，蠟燭和光屏不動，只是把透鏡向蠟燭方向移動也是可以的。
四、培養(yǎng)學生的分析歸納能力
很多知識點之間既有聯(lián)系又有區(qū)別，學生如果能對各個知識點進行分析歸納整理，對牢固掌握知識大有益處。新時期物理實驗的不同設(shè)計環(huán)節(jié)也能培養(yǎng)學生的分析歸納能力。物理實驗設(shè)計中經(jīng)常要多次實驗，而多次實驗的目的有所不同，有的是多次測量取平均值以減小實驗誤差，而有的是多次實驗避免實驗的偶然性。這里教師要讓學生學會自行整理歸納：如果是測量某一個確定的物理量，多次實驗的目的是取平均值以減小實驗誤差，如“測量定值電阻的阻值”“測量某物體的長度”；而如果是為了得到某個規(guī)律，則多次實驗是為了避免實驗的偶然性，找到更加普遍的規(guī)律，如“探究電流、電壓、電阻的關(guān)系”“探究壓力的作用效果與什么因素有關(guān)”等。學生學會分析歸納知識點的異同，對整個物理學習甚至整個學習生涯都是大有裨益的。
五、總結(jié)
一、實驗設(shè)計教學的必要性
1996年上海高考第四（5）題要求測定陶瓷管上均勻電阻膜的厚度，就屬于設(shè)計型實驗．但由于題目給出了全部實驗器材和所有相關(guān)量，使實驗定位在電阻或電阻率的測定上，又大大降低了實驗難度，只屬于局部設(shè)計型實驗．無論命題者出于何種考慮，設(shè)計型實驗畢竟半遮半掩地出現(xiàn)了，這多少給教學工作者提了個醒．
1．從小處著眼，加強實驗設(shè)計教學
上海作為高考改革的試點城市，其成功的改革將為全國高考提供可能的改革方向，甚至一些新穎的題型和情境，都可能為全國高考所借鑒．如1996年全國高考第21題就是從1995年上海高考第一（5）題脫胎而來的．無疑上海高考關(guān)于實驗設(shè)計的考查是又一個成功的改革舉措，極有在全國推廣的價值．而物理《考試說明》中要求“會用在這些實驗中學過的實驗方法”，也為實驗設(shè)計的考查在全國的推廣提供了可能．
2．從大處著眼，加強實驗設(shè)計教學
著名核物理學家錢三強先生在為郭奕玲、沈慧君編著的《物理學史》所作的序中，曾嚴厲指出：“今天我們科學界有一個弱點，這就是思想不很活潑，這也許跟大家過去受的教育有一定關(guān)系……”我們常常教育學生“應(yīng)該……”“必須……”；我們的考試題目常常不惜筆墨描述背景、附加條件，最后只有一個小小的空格“是……”．這樣培養(yǎng)選的人才在學校是好學生，步入社會是好職員，大腦中只是機械地跳動著兩個問題：“你要我做什么？你要我怎么做？”工作常常：“完成”的相當漂亮，但思想僵化，毫無創(chuàng)見．這正是我們的悲哀！長期以來的這種教育選拔模式，致使我們現(xiàn)在仍只能在很羞澀地提到幾個美籍華人時才有一種借來的榮光與自豪！
思想不活躍，是因為我們給了學生太多的“必須”的限制；思想僵化，是因為我們留給學生太少的“可能”的余地．實驗設(shè)計的教學，正是活躍思想，培養(yǎng)能力的一種好方法，授以實驗的基本方法，讓學生自己去考慮有哪些可能的做法，自己會怎么做．
二、實驗設(shè)計的基本方法
1．明確目的，廣泛聯(lián)系
題目或課題要求測定什么物理量，或要求驗證、探索什么規(guī)律，這是實驗的目的，是實驗設(shè)計的出發(fā)點．實驗?zāi)康拿鞔_后，應(yīng)用所學知識，廣泛聯(lián)系，看看該物理量或物理規(guī)律在哪些內(nèi)容中出現(xiàn)過，與哪些物理現(xiàn)象有關(guān)，與哪些物理量有直接的聯(lián)系．對于測量型實驗，被測量通過什么規(guī)律需用哪些物理量來定量地表示；對于驗證型實驗，在相應(yīng)的物理現(xiàn)象中，怎樣的定量關(guān)系成立，才能達到驗證規(guī)律的目的；對于探索型實驗，在相應(yīng)的物理現(xiàn)象中，涉及哪些物理量……這些都是應(yīng)首先分析的．
舉例來說，要測定地球表面附近的重力加速度，我們就應(yīng)檢索：在所學知識范圍內(nèi)，哪些內(nèi)容涉及到重力加速度，它與其他物理量有何定量關(guān)系，并一一羅列出來：
（1）在靜力學中，靜止物體對豎直懸繩的拉力或?qū)λ街С治锏膲毫Υ笮【偷扔谥亓?，即T＝N＝mg．若T（或N）和m能測出，則重力加速度g可測定．
（2）在超重或失重（但不完全失重）系統(tǒng)中，F(xiàn)－mg＝±m(xù)a．若F、a和m可測出，則重力加速度g可測定．
（3）在運動學中，物體從光滑斜面上由靜止下滑，s＝12gsinθt2．若s、θ和t可測定，則重力加速度g也可測定．
（4）在運動學中，物體從粗糙斜面上由靜止下滑，s＝12（gsinθ－μgcosθ）t2．若s、θ、μ和t可測，則重力加速度g也可測定．
（5）自由落體運動中，h＝12gt2．若h和t可測出，則重力加速度g也可測定．
（6）用重力加速度測定儀測定．
（7）在平拋運動中，豎直方向在連續(xù)相等的時間內(nèi)位移之差Δy＝gt2．若Δy和t可測，重力加速度g同樣可以測出．
（8）在斜拋運動中，水平射程可以表示為x＝v02sin2θ／g．若x、v0和θ可測出，則重力加速度g也可測出．
（9）單擺做簡諧振動時，其周期可以表示為T＝2πl(wèi)／g．若T和l可測，則g可測．
（10）在焦耳測定熱功當量的實驗中，若能測出水的質(zhì)量和升高的溫度，算出水增加的內(nèi)能，再測出重物的質(zhì)量和下落的高度，同樣可測定重力加速度．
（11）帶電粒子在的勻強電場平行板電容器中平衡時，mg＝qU／d．若U、d和帶電粒子的荷質(zhì)比（q／m）可測定，則g可測出．
（12）假設(shè)一物體在地球表面附近繞地球做圓周運動，mg＝GMm／R2，g＝GM／R2．
…………
2．選擇方案，簡便精確
對于每一個實驗?zāi)繕?，都可能存在多條思路、多種方案．教材中關(guān)于某個實驗?zāi)繕说膶嶒灧桨?，也只是眾多方案中的一種，而且不一定是最好的一種，而只是較可行的一種．那么在眾多實驗方案中，我們應(yīng)如何選擇呢？一般來說，選擇實驗方案主要有三條原則：
（1）簡便性原則即要求所選方案原理簡單、操作簡便，各量易測．應(yīng)盡量避免實施那些原理復(fù)雜、操作繁瑣和被測量不易直接測量的實驗方案．
（2）可行性原則實驗方案的實施要安全可靠，不會對人身和器材造成危害；所需裝置和器材要易于置備，不能脫離實際，不能超出現(xiàn)有條件．
（3）精確性原則不同的實驗方案，其實驗原理、所用儀器以及實驗重復(fù)性等方面所引入的誤差是不同的．在選擇方案時，應(yīng)對各種可能的方案進行初步的誤差分析，盡可能選用精確度高的實驗方案．
以上三原則通常要綜合考慮．
在前述方案中，方案（1）中常用的測力計誤差較大；（2）中F和a均不易測定；（3）中θ和t不易測定且難以保證斜面足夠光滑；（4）中θ、t和μ均不易測定；（5）中若用秒表計時人為因素較大，若用打點計時器計時，紙帶受振針阻力與通常小物塊所受重力相比不能忽略；（6）中儀器先進但一般中學沒有；（7）中若用閃光照像技術(shù)則是一種好方案，但設(shè)備和技術(shù)都達不到要求，若用平拋運動的研究方法誤差較大；（8）中θ和v0的測量難度較大；（9）中相對而言較切合中學實際；（10）中需測定的物理量多且很難采取絕熱措施；（11）中學階段不易測定荷質(zhì)比；（12）只是一個思想實驗，無法付諸實踐，但可估算，代入數(shù)據(jù)得g＝9．857m／s2，與標準值9．81m／s2只相差4．8．綜上所述，中學階段通常采用單擺法測定重力加速度．
3．依據(jù)方案，選定器材
實驗方案選定之后，考慮該方案需要哪些裝置，被測量與哪些物理量有直接的定量關(guān)系，這些物理量分別需用什么儀器來測定，從而確定整個實驗需要哪些器材．
在“用單擺測定重力加速度”的實驗中，是利用單擺裝置來進行實驗的，故需鐵架臺、細線和擺球等來組裝單擺．重力加速度可表示為g＝4π2l／T2，周期需用秒表測定；擺長l是從懸點到擺球中心的距離，因此需用米尺和游標卡尺分別測定擺線長度l和擺球直徑d．從實驗原理表達式可以看出，實驗與擺球質(zhì)量無關(guān)，故毋需使用天平．
當然，從實驗方便性和精確性角度考慮，還需對所選器材作進一步要求，以期把系統(tǒng)誤差降到最?。缟鲜銎鞑闹?，擺線的伸縮性和質(zhì)量應(yīng)較小，擺球的質(zhì)量應(yīng)較大．擺線伸縮性大，其長度會隨拉力變化而變化；擺球與擺線質(zhì)量相差越小，系統(tǒng)（擺線和擺球）質(zhì)心偏離擺球中心越遠，誤差就越大．為了便于觀察，擺球振動的路徑宜長，但又要確保單擺做簡諧振動，故擺線宜長些，常取1米左右．
4．擬定步驟，合理有序
實驗之前，要做到心中有數(shù)：如何組裝器材，哪些量先測，哪些量后測，應(yīng)從正確操作和提高效率的角度擬定一個合理而有序的實驗步驟．對一些可直接測量的物理量，可先行測量；對需通過實驗裝置才能測定的物理量，須先組裝器材，再進行實驗、觀察和測量．
在“利用單擺測定重力加速度”的實驗中．原理表達式g＝4π2l／T2中的l和T分別為單擺的擺長和單擺做簡諧振動的周期．因此應(yīng)先組裝單擺，再測定擺長，最后讓單擺做簡諧振動，測定周期T．根據(jù)所測數(shù)據(jù)計算出重力加速度g的值．至于過程細節(jié)不再贅述．
5．數(shù)據(jù)處理，誤差分析
高考對此要求不高，但常用的數(shù)據(jù)處理和誤差分析的方法還是應(yīng)該掌握，在設(shè)計實驗時也應(yīng)予考慮．
三、建議
[關(guān)鍵詞]設(shè)計性實驗教學體系成績評價
物理實驗課程是理工科院校的一門重要基礎(chǔ)課，在培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的專門人才上具有舉足輕重的作用。大學物理實驗中開設(shè)設(shè)計性實驗是近年來我國高等院校教改的方向之一，研究設(shè)計性實驗教學體系是物理實驗課程改革重要的基本問題。
一、設(shè)計性實驗的特點及目的
設(shè)計性實驗，是在明確實驗?zāi)康牡幕A(chǔ)上，根據(jù)實驗原理和要求，自己選擇適當?shù)钠鞑?，制定實驗方案，求出實驗結(jié)果。實驗過程是圍繞著一個需要解決的問題展開，強調(diào)學生通過自主參與一些類似于科學家從事科研的學習活動，獲得親身體驗產(chǎn)生積極情感，逐步形成一種在日常學習與生活中喜愛質(zhì)疑，樂于探究，努力求知的心理傾向。學生在實驗研究過程中激活自己各科學習中的知識儲存，通過解決實際問題的探索性活動，提高自己綜合應(yīng)用能力。
設(shè)計性實驗的目的是：加強學生已學的理論知識和基礎(chǔ)性實驗知識相結(jié)合，并將這些知識靈活應(yīng)用，使學生體會并掌握實驗設(shè)計的思維方法和分析方法，實驗設(shè)計的基本過程和方法，培養(yǎng)學生的科學實驗?zāi)芰皠?chuàng)新能力。
二、設(shè)計性實驗教學體系構(gòu)建的思路
構(gòu)建設(shè)計性實驗教學體系應(yīng)該把學生的能力和素質(zhì)培養(yǎng)作為構(gòu)建的指導(dǎo)思想，以便學生在實驗研究的過程中，通過自己的努力獲取相應(yīng)的物理知識和練就一定的操作技能，又能逐步學會一套獲取新知識和解決新問題的科學方法。設(shè)計性實驗教學體系構(gòu)建的基本思路是：(1)將能力和素質(zhì)培養(yǎng)貫徹始終，為物理實驗教學目標服務(wù)；(2)循序漸進；(3)要選擇或設(shè)計內(nèi)容新穎、難易適度的實驗；(4)要立足大學物理，輻射其它學科；(5)要把科學研究能力的培養(yǎng)和物理知識的建構(gòu)統(tǒng)一起來；(6)要把科學研究與實驗教學有機結(jié)合起來；充分發(fā)揮設(shè)計性實驗的教育功能。
三、設(shè)計性物理實驗教學體系
以培養(yǎng)創(chuàng)新精神和提高綜合素質(zhì)為主線，遵循由易到難、由淺入深、由低到高、循序漸進的教學規(guī)律，按照物理實驗的實施過程和目的要求以及學生自身個性發(fā)展將研究性物理實驗劃分為以下三個層次。
1.基本設(shè)計性實驗。給定實驗題目與要求，在限定儀器的條件下，擬定實驗方案完成實驗?；驹O(shè)計性實驗特別注意科學性和趣味性的結(jié)合，充分調(diào)動學生的學習積極性和創(chuàng)新精神，培養(yǎng)學生設(shè)計實驗的基本能力、科學的思維方式、探究意識和動手能力。采用指定“單任務(wù)教學”模式，教師起到“指導(dǎo)、幫助”的作用。
(1)基本目的。激發(fā)學生學習物理知識、研究與探索物理規(guī)律的熱情，加深對物理規(guī)律的切身感受，提高動手動腦能力，激勵創(chuàng)新精神。
(2)基本要求。在教師的指導(dǎo)下或自己的獨立研究完成實驗課題，按學術(shù)論文的形式撰寫設(shè)計性實驗報告，使學生掌握基本的實驗研究方法。
2.提高型設(shè)計性實驗。給定題目與要求，在給定儀器條件的范圍內(nèi)選擇儀器、擬定二種以上的實驗方案進行比較，以較佳的實驗方案完成實驗。實驗原理應(yīng)是學生在普通物理學習中已掌握或稍加補充即可掌握的。他們要從查找文獻資料開始，制定方案，做規(guī)劃，直至完成實驗。
(1)基本目的。培養(yǎng)學生科研綜合對比研究能力，查閱文獻資料的能力，在實踐中提高發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。
(2)基本要求。要求這類實驗完成后，進行書面總結(jié)和口頭報告交流，讓他們對自己的實驗作介紹，交流在實驗研究的過程以及分析問題和解決問題中的寶貴經(jīng)驗和教訓(xùn)。
3.獨立型設(shè)計性實驗。給定實驗題目，擬定實驗方案、自選儀器完成實驗。側(cè)重于綜合能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，課題涉及的實驗內(nèi)容與方法應(yīng)具有綜合性，學生選定課題后，教師一般只對課題的意義、背景等情況作些介紹，完全由學生自己調(diào)研和查閱資料，自己設(shè)計、裝配、調(diào)試實驗裝置，提出實驗方案，完成實驗。
(1)基本目的。在培養(yǎng)了學生的基本實驗技能和基本的設(shè)計能力后，對部分學生提出更高的要求，這一階段要求學生的自主創(chuàng)新，培養(yǎng)他們的科學研究素質(zhì)。
(2)基本要求。實驗結(jié)束時，每個課題都要寫出研究論文，并進行學術(shù)答辯和交流，部分論文應(yīng)具有創(chuàng)新的成果，其中優(yōu)秀的論文應(yīng)能在正式學術(shù)刊物或?qū)W術(shù)會議論文集上發(fā)表。
4.設(shè)計性物理實驗教學體系及內(nèi)容方案。根據(jù)上面的討論，由從簡單到復(fù)雜、從基本到提高的順序把設(shè)計性實驗分為三個主要的類型，對于不同的層次有不同的實驗項目和具體的實驗要求，其中包括學生選做的實驗個數(shù)、所需的課時數(shù)等，提出設(shè)計性物理實驗教學體系及內(nèi)容方案如表一。
表一設(shè)計性實驗教學體系及內(nèi)容
不同的學校根據(jù)自己的具體情況可以對不同的設(shè)計性實驗類型提出不同的要求，即對基本設(shè)計性實驗、提高型設(shè)計性實驗、獨立型設(shè)計性實驗開設(shè)的個數(shù)和每個實驗所需的學時給出符合自身實際情況的規(guī)定。根據(jù)我們學院的情況，選取基本設(shè)計性實驗、提高型設(shè)計性實驗、獨立型設(shè)計性實驗的課題數(shù)目分別為2、2、1個，總學時為40學時。
四、設(shè)計性實驗教學成績評價
客觀、科學評價設(shè)計性實驗教學成績，有利于促進設(shè)計性實驗教學的發(fā)展。評價應(yīng)體現(xiàn)在實驗教學中以學生為主，教師為輔，顯示學生個性，相互協(xié)作，有利于學生科學素質(zhì)的培養(yǎng)，充分發(fā)揮學生的能動性和創(chuàng)造性的宗旨。設(shè)計性實驗教學成績評價采用雙評模式，把教師的評價和學生自評結(jié)合起來，改變以往那種只有教師參與的局面。
1.學生自評。每一個實驗學生都進行自我評價，或是以小組為單位進行評價。在評價考核范圍里面除了考核實驗相關(guān)操作技能和實驗的掌握外還將實驗態(tài)度、文獻查閱能力、團隊合作精神等都納入考察范圍，充分體現(xiàn)設(shè)計性實驗培養(yǎng)學生科學素質(zhì)的價值。
2.教師對學生的評價。教師對學生的評價與學生自評同步進行，教師通過對學生的實驗設(shè)計方案的審核，對實驗過程的監(jiān)督，以及實驗結(jié)果的分析，給出一個評價。
對于這兩部分的權(quán)重，不同的學校，不同的專業(yè)可以進行不同的調(diào)整，一般可以采用教師評價占60％，學生自評占40％的比例來進行，對于不同的給分點可以根據(jù)各自情況進行界定。
參考文獻：
[1]朱慧群，丁瑞欽.大學物理實驗教學方法探討[J].中山大學學報論叢，2006年第26卷第5期.
大學物理設(shè)計性實驗的內(nèi)容一般由以下幾個方面組成:學習態(tài)度、合作精神、探究能力、社會實踐和交往能力、收集和處理信息的能力、實驗態(tài)度與習慣、實驗設(shè)計與操作技能等。這些評價項目是在學生從事具體的設(shè)計性實驗過程中表現(xiàn)出來的,可以將這些內(nèi)容與具體的實驗課題要求進行整合,確定具體的、可供操作的指標體系。第一個維度是知識與技能,主要涉及學生在設(shè)計性實驗開展前對大學物理基本概念、原理和方法的掌握程度,對大學物理實驗常用儀器設(shè)備的操控能力和對大學物理實驗常用實驗方法的運用能力。第二個維度是實驗過程要素,主要涉及行為素質(zhì)和基本的發(fā)展狀況。a.實驗題目或?qū)嶒災(zāi)康牡倪x擇和確定情況。要使大學物理實驗項目或?qū)嶒災(zāi)康牡挠幸饬x。b.實驗方案的制定狀況。學生制定具體設(shè)計性實驗方案的能力、實驗方案本身的合理性程度、實驗方案的具體化程度等。c.實驗過程中的具體行為方式。學生在實驗過程中的具體行為包括：操作的合理性、思維方式的多樣性、參與實驗情境的深度、文獻資料和具體背景材料的搜集情況等。d.實驗結(jié)果的總結(jié)情況。學生要及時的評價的實驗報告、論文、成果或研發(fā)產(chǎn)品的質(zhì)量等。第三個維度是實驗過程中學生的態(tài)度和情感發(fā)展。主要涉及行為所反映的情感、態(tài)度和價值觀的發(fā)展狀況,包括:學生參與活動的主動性、積極性和創(chuàng)造性狀況；學生在活動中的合作精神；學生各種良好思想意識的發(fā)展狀況,如環(huán)境保護意識、社會責任感、服務(wù)意識、安全意識、效率意識等。
2大學物理設(shè)計性實驗體系設(shè)計與實踐研究的內(nèi)容的實施方案
大學物理設(shè)計性實驗體系設(shè)計與實踐研究的內(nèi)容評價的方案制定包括確立目標,科學選擇內(nèi)容、設(shè)計工具、靈活運用實驗方法等環(huán)節(jié)。這些環(huán)節(jié)相互之間既緊密聯(lián)系又相互制約。明確目標和內(nèi)容是選擇實驗方法的基礎(chǔ)?；\統(tǒng)或瑣碎的實驗標準將不利于數(shù)據(jù)和資料的收集,而沒有準確、有效的數(shù)據(jù),就不可能達成正確的實驗結(jié)論,從而影響實驗的反饋以及最終合理改進建議的提出。必須針對不同的實驗項目選取恰當?shù)膶嶒灧绞椒椒?并利用反饋意見改進實驗設(shè)計,促進學生綜合實驗素質(zhì)的發(fā)展。其最終目標是學生在進行實驗活動過程中逐步生成的。必須針對不同的實驗項目選取恰當?shù)脑u價方式方法,并利用評價反饋改進實驗設(shè)計,促進學生綜合實驗素質(zhì)的發(fā)展。根據(jù)大學物理設(shè)計性實驗課程的價值追求和課程特點,大學物理設(shè)計性實驗多維度評價的目標包括知識與技能,過程與方法,情感、態(tài)度和價值觀3個維度。2.1收集、分析和處理信息。學會收集信息的各種基本方法,嘗試運用調(diào)查、考察等方法及利用圖書館、網(wǎng)絡(luò)等基本信息工具；能夠?qū)κ占男畔⒒蛸Y料進行初步分析和處理；能夠在團隊中進行信息交流。2.2問題解決。學會自主提出問題、制定解決方案,并通過實驗過程驗證方案的合理性；開展問題探究,嘗試探究活動,體驗探究過程；提出問題解決的策略。2.3動手操作。計劃和組織一個實驗項目的實施；嘗試運用已有的儀器設(shè)備或通過改造或自制設(shè)備完成實驗項目；具有基本的信息操控技術(shù)和素質(zhì)。2.4表達與交流。能夠自主地與指導(dǎo)教師或?qū)＜疫M行聯(lián)系,并學會在實驗中自我管理；能夠以書面和口頭等不同的表達方式,表述實驗的結(jié)果、體會或思想情感；學會結(jié)果分享。2.5情感、態(tài)度與價值觀。養(yǎng)成參與意識、服務(wù)意識、合作意識、環(huán)保意識、效率意識、安全意識、科學精神、創(chuàng)新意識；形成社會責任感和義務(wù)感,形成負責任的工作態(tài)度和生活習慣。
3大學物理設(shè)計性實驗體系設(shè)計與實踐研究的內(nèi)容的啟示
3.1在實驗過程中進一步認識實驗設(shè)計體系的重要性。在實驗過程中發(fā)現(xiàn)了許多大學物理設(shè)計性實驗課程實施中的問題,比如指導(dǎo)教師學科分工的問題、實驗過程中教師的指導(dǎo)問題、實驗過程中資料的規(guī)范性問題、指導(dǎo)教師的培訓(xùn)問題等,這些問題都要在今后的教學中進行整體規(guī)劃設(shè)計和落實。3.2實驗指導(dǎo)教師在測評過程中得到培訓(xùn)。在實驗教學中,教師的指導(dǎo)往往過于寬泛,針對性不強,缺乏具體的指導(dǎo)行為和指導(dǎo)規(guī)范,部分教師不明確自己在指導(dǎo)實驗過程中的具體指導(dǎo)任務(wù)有哪些方面,因此指導(dǎo)方式、指導(dǎo)行為存在著一系列問題。實驗指導(dǎo)教師在評價過程中進一步了解了實驗教學的目標和要求,對指導(dǎo)學生實驗有了更深刻的認識。3.3學生實驗素質(zhì)得到了全面發(fā)展。大學物理設(shè)計性實驗體系設(shè)計與實踐研究提高了學生合作意識。在大學物理設(shè)計性實驗實施過程中,增多了學生之間的交往合作機會，實驗時，學生分工合作,在團隊中學會與人相處,發(fā)展協(xié)作素質(zhì)；增強了學生的自信心，大學物理設(shè)計性實驗開放的教學方式；培養(yǎng)了發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的素質(zhì),激發(fā)了學生的創(chuàng)新潛能；同時也激發(fā)了學生關(guān)注生活的熱情設(shè)計性實驗的開展密切了學生與指導(dǎo)老師的聯(lián)系,激發(fā)了學生關(guān)注生活的熱情。
4結(jié)論
“感應(yīng)電流的方向”這節(jié)課重點就是讓學生對楞次定律進行探究、理解和應(yīng)用。一般情況下，對“楞次定律探究”的教學是這樣設(shè)計的：
1.創(chuàng)設(shè)情境，復(fù)習引入
問題一：電流計指針偏轉(zhuǎn)方向與通入電流的關(guān)系？【實驗一】探索電流計指針偏轉(zhuǎn)方向與通入電流的關(guān)系。師：如何才能知道指針偏轉(zhuǎn)方向與電流進入方向之間的關(guān)系？是否可以通過實驗來確定呢？【學生實驗1】學生按圖接好電路，探究指針偏轉(zhuǎn)方向與電流進入方向之間的關(guān)系，并完成下表。結(jié)論：電流從何方流入指針就向何方偏轉(zhuǎn)。問題二：感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件？【實驗二】感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件：師：在上述實驗中，我們已經(jīng)得出感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件是什么？生：只要穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化，閉合電路中就有感應(yīng)電流產(chǎn)生。師：磁鐵插入與抽出時，指針偏轉(zhuǎn)的方向相同嗎？指針左偏與右偏意味著什么呢？生：不同。指針偏轉(zhuǎn)不同，表明電路中的電流方向不同。問題三：怎樣判斷通電螺線管中的電流方向？師：怎樣判斷通電螺線管中的電流方向呢？生：根據(jù)電流計指針的偏轉(zhuǎn)方向和螺線管上的導(dǎo)線繞向來判斷。問題四：怎樣判斷通電螺線管中的磁場方向？師：怎樣判斷通電螺線管中的磁場方向呢？生：根據(jù)通電螺線管中的電流方向用安培定則判斷。師：那么感應(yīng)電流的方向是否遵循什么規(guī)律呢？本節(jié)課讓我們通過實驗來進一步探究。
2.確定課題，分組探究
【學生實驗2】學生按圖接好電路，做實驗并填附表。
3.分組總結(jié)，難點依舊
描述實驗現(xiàn)象，填表。討論回答：師：穿過閉合回路的磁通量的增減會導(dǎo)致什么結(jié)果？生：有感應(yīng)電流產(chǎn)生。師：感應(yīng)電流又會產(chǎn)生什么？生：會產(chǎn)生感應(yīng)磁場。師：那么這兩個磁場的方向之間有什么關(guān)系呢？請大家分成兩組來回答?！拘〗M一】條形磁鐵插入螺線管的過程。（1）N級向下插入原磁場方向向下磁通量增加產(chǎn)生的感應(yīng)電流的磁場方向向上二者方向相反感應(yīng)磁場的作用：阻礙原磁場增加。（2）S級向下插入原磁場方向向上磁通量增加產(chǎn)生的感應(yīng)電流的磁場方向向下二者方向相反感應(yīng)磁場的作用：阻礙原磁場增加?！拘〗M二】條形磁鐵拔出螺線管的過程。（1）N級向下拔出原磁場方向向下磁通量減小產(chǎn)生的感應(yīng)電流的磁場方向向下二者方向相同感應(yīng)磁場的作用：阻礙原磁場減小。（2）S級向下拔出原磁場方向向上磁通量減小產(chǎn)生的感應(yīng)電流的磁場方向向上二者方向相同感應(yīng)磁場的作用：阻礙原磁場減小。結(jié)論“：增反減同”，即：判定感應(yīng)電流方向的方法，其內(nèi)容為“感應(yīng)電流的磁場總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化”，由此得出了楞次定律。在這個教學過程中，學生的學習效果如何呢？實際教學中，學生共分成八個小組，其中有三個小組的實驗表格不清楚怎么填而求助于教師，三個小組的表格填了一部分，而只有兩個小組在參照課本的情況下填得比較好。這說明，雖然在教學中運用了各種物理學方法，但并沒有有效地幫助學生理解物理學知識?？上攵罄愦味傻牡贸鲆簿捅容^困難，對定律理解也就不夠透徹。如何“有效”運用這些物理學的方法呢？關(guān)鍵還是要結(jié)合學生學習的實際情況，合理地運用物理學方法。于是，教師帶領(lǐng)學生對這一實驗設(shè)計進行了如下的改革，取得了很好的學習成效。
二、改革后的實驗設(shè)計方案
1.實驗法
所謂實驗教學法，是指學生在教師的指導(dǎo)下，使用一定的設(shè)備和材料，通過控制條件的操作過程，引起實驗對象的某些變化，從觀察這些現(xiàn)象的變化中獲取新知識或驗證知識的教學方法。實驗法是學生做好實驗的前提和基礎(chǔ)，教師耐心細致地做好這一步，才能幫助學生順利進行后面的分組實驗。于是，教師帶領(lǐng)學生對實驗教學過程做了如下改進：（1）創(chuàng)設(shè)情境，復(fù)習引入【實驗一】產(chǎn)生感應(yīng)電流的演示實驗。教師演示分步連好電路，由學生上講臺操作，全體學生觀察。問題一：怎樣做能夠產(chǎn)生感應(yīng)電流？生：將條形磁鐵不斷插入或拔出螺線管。問題二：為什么產(chǎn)生了感應(yīng)電流？（感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件）生：閉合回路中磁通量發(fā)生了變化。問題三：靈敏電流計的指針偏轉(zhuǎn)與螺線管中的電流方向有什么關(guān)系？生：電流從哪邊流入靈敏電流計，指針就向哪邊偏。根據(jù)指針的偏轉(zhuǎn)情況就能判斷出螺線管中的電流方向。問題四：怎樣判斷通電螺線管中的磁場方向？師：怎樣判斷通電螺線管中的磁場方向呢？生：根據(jù)通電螺線管中的電流方向用安培定則判斷。師：那么感應(yīng)電流的方向是遵循什么規(guī)律呢？本節(jié)課讓我們通過實驗來進一步探究。（2）確定課題，互動探究【實驗二】探究感應(yīng)電流的方向。教師實驗：N極向下插入螺線管中，請學生記錄實驗現(xiàn)象，把電流方向標在下圖中。學生分組：N極向下從螺線管中拔出，S極向下插入螺線管中，S極向下從螺線管中拔出，分別記錄實驗現(xiàn)象，并把電流方向標在下圖中：由于有教師在【實驗一】中的電路連接演示及在【實驗二】中的實驗操作演示，學生的實驗做得很順利，實驗現(xiàn)象的記錄也很準確，可以說又快又好，有效地完成了這一教學環(huán)節(jié)。那么接下來，如何由實驗現(xiàn)象整理和歸納出所要得出的結(jié)論，這就要看歸納法運用得是否有效了。
2.歸納法
所謂歸納法是指從個別元素中概括出一般結(jié)論的思維方法，也可以指學科學習中具體的一種科學方法。由實驗現(xiàn)象歸納得出物理規(guī)律，在學生的學習過程中具有重要作用。于是，教師進一步對教學中的歸納過程做了如下改進：首先，降低填表難度。整個表中對每一個實驗現(xiàn)象分析所需要填寫的空格被縮減為兩個，如下所示：其次，設(shè)置問題，引發(fā)學生的思考。師：通過實驗，我們知道了在不同情況下感應(yīng)電流的方向（已畫在圖上），那么請大家分析一下，感應(yīng)電流的方向與什么因素有關(guān)呢?生甲：可能與磁感應(yīng)強度B的方向有關(guān)。生乙：可能與條形磁鐵的運動方向有關(guān)。生丙：可能與磁通量的變化有關(guān)。分析：由過程一、二判斷感應(yīng)電流的方向與磁感應(yīng)強度B的方向無關(guān)。由過程一、三判斷感應(yīng)電流的方向與與條形磁鐵的運動方向無關(guān)。同樣，由過程一、三判斷感應(yīng)電流的方向與磁通量的變化無關(guān)。那么，到底與什么因素有關(guān)呢？最后，難點由教師引導(dǎo)學生突破。師：感應(yīng)電流會產(chǎn)生磁場嗎？生：會。師：請大家畫出感應(yīng)電流的磁場方向，并分析原磁場方向與感應(yīng)電流的磁場方向有什么關(guān)系？分成兩組來回答?！拘〗M一】條形磁鐵插入螺線管的過程（1）N級向下插入原磁場方向向下磁通量增加產(chǎn)生的感應(yīng)電流的磁場方向向上二者方向相反感應(yīng)磁場的作用：阻礙原磁場增加。（2）S級向下插入原磁場方向向上磁通量增加產(chǎn)生的感應(yīng)電流的磁場方向向下二者方向相反感應(yīng)磁場的作用：阻礙原磁場增加?！拘〗M二】條形磁鐵拔出螺線管的過程。（1）N級向下拔出原磁場方向向下磁通量減小產(chǎn)生的感應(yīng)電流的磁場方向向下二者方向相同感應(yīng)磁場的作用：阻礙原磁場減小。（2）S級向下拔出原磁場方向向上磁通量減小產(chǎn)生的感應(yīng)電流的磁場方向向上二者方向相同感應(yīng)磁場的作用：阻礙原磁場減小。得出結(jié)論“：增反減同”即這樣設(shè)計的實驗和學習課程，實際的實驗過程順暢了，學生幾乎都能認真完成實驗，記錄下觀察到的現(xiàn)象，并經(jīng)過分析討論得出了自己的結(jié)論，為楞次定律的進一步理解和應(yīng)用打好了基礎(chǔ)。由此可見，在教學過程中，關(guān)鍵是要保證讓學生理解相應(yīng)的知識。所以，任何教學過程都應(yīng)當按理解的要求進行整體設(shè)計；任何教學方法的應(yīng)用，都是為實現(xiàn)這一目的而服務(wù)的。因此，教學實驗設(shè)計必須考慮讓學生透徹理解的有哪些內(nèi)容，怎樣才能有效地幫助或引導(dǎo)學生理解這些內(nèi)容，這些內(nèi)容的理解過程應(yīng)當運用哪些物理學方法最適合，在理解這些內(nèi)容的各個階段應(yīng)分別達到什么要求，等等。假如我們對這些問題搞得比較清楚，在教學過程中恰當而有效地運用好物理學的方法，教學質(zhì)量就會有大幅度提高，學生的學習也會有較大突破。
三、結(jié)論
物理化學實驗過程中可以很好地將理論課程上所學習到的定律、公式應(yīng)用到解決實際問題上．以蔗糖水解反應(yīng)的速率常數(shù)為例，第一組同學按照傳統(tǒng)教學過程，首先學習一級反應(yīng)動力學方程ln［A］0［A］=kt，討論一級反應(yīng)動力學的特點以及半衰期等．學會利用動力學方程求算時間、物質(zhì)濃度、速率常數(shù)、半衰期等數(shù)據(jù)，然后按照給定的實驗步驟進行蔗糖水解反應(yīng)速率常數(shù)的測定實驗．第二組同學參照實驗設(shè)計教學過程，首先提出目標，需要測定蔗糖水解反應(yīng)的反應(yīng)速率常數(shù)k，然后學習一級反應(yīng)動力學方程的推導(dǎo)過程，介紹一級反應(yīng)動力學的特點．學生討論如何設(shè)計實驗測蔗糖水解反應(yīng)的反應(yīng)速率常數(shù)k:蔗糖在酸的催化下的水解反應(yīng)可看作準一級反應(yīng)，利用一級反應(yīng)動力學的公式ln［A］0［A］=kt，從公式ln［A］=－kt+ln［A］0中可以看出以ln［A］對t作圖得到一條直線，斜率為－k，因此需要測量不同t時刻［A］的濃度，然后以ln［A］對t作圖得到一條直線，通過斜率即可求得反應(yīng)速率常數(shù)．此時教師可提出測量某一時刻物質(zhì)的濃度一般有兩種方法:化學法與物理法，其中物理法更方便操作．
所謂物理方法就是利用某些物理性質(zhì)與物質(zhì)濃度的依賴關(guān)系，使用物理儀器快速準確測定出某一時刻的物理性質(zhì)，再轉(zhuǎn)換成物質(zhì)濃度與時間的關(guān)系．根據(jù)蔗糖水解反應(yīng)中反應(yīng)物和產(chǎn)物都是有旋光性的，可以選擇旋光度這個物理性質(zhì)作為濃度和時間之間關(guān)系式的橋梁．利用旋光度與濃度的關(guān)系將反應(yīng)動力學方程中濃度和時間的關(guān)系轉(zhuǎn)換成旋光度和時間的關(guān)系，因此只需要測定不同時刻體系的旋光度值就可以求算出反應(yīng)速率常數(shù)k．學生選擇需要的實驗儀器和實驗材料，設(shè)計具體的實驗步驟，教師對整個流程進行評價和改進，最后在具體的實驗過程中驗證結(jié)果．實驗結(jié)束后討論問題:為什么要進行零點校正，可用什么物質(zhì)進行零點校正，蔗糖的初始濃度對實驗測定有沒有影響等等．在學完二級反應(yīng)動力學以后，教師還可提出延伸問題:如何利用電導(dǎo)率測定乙酸乙酯皂化反應(yīng)(二級反應(yīng))的速率常數(shù)?第二組同學大致可以提出相應(yīng)的實驗過程，而第一組同學則大都不知道該如何處理．兩組學生比較，第二組學生對公式的利用、實驗過程的處理等都較第一組學生要好．通過整個實驗設(shè)計流程，學生可牢牢記住相應(yīng)的動力學方程公式，同時會對具體的實驗操作過程進行積極探索，對以后理論知識的學習也有很好的促進作用．
2激發(fā)學生自我學習和自我思考的興趣
很多時候，學生不知道物理化學中的理論和定律有什么具體用途，因此學習起來沒有興趣，只是被動地背誦公式定律．物理化學實驗設(shè)計過程的教學環(huán)節(jié)能夠激發(fā)學生的主觀能動性，提高學生自我學習和思考的能力．以燃燒熱的實驗測定為例，兩組學生首先學習理論課程中燃燒熱的定義，理解恒壓熱效應(yīng)與恒容熱效應(yīng)的區(qū)別．利用氧彈式量熱器分別測定待測樣品和基準物質(zhì)在量熱器中完全燃燒引起的溫度升高值，再利用基準物質(zhì)已知的燃燒熱來計算待測物質(zhì)的燃燒熱．現(xiàn)在的實驗裝置大都采用自動化和計算機處理，第一組學生除了簡單掌握量熱器和壓片機的使用方法外，對物性燃燒熱方面的信息知之甚少，學生也沒有太大興趣去深入討論和研究．第二組學生采用實驗設(shè)計過程的教學方法，首先指導(dǎo)教師介紹燃燒熱在實際生活中的各種應(yīng)用，例如燃燒焓的測定廣泛應(yīng)用于各種熱化學計算中，測定有機物的燃燒焓，可計算相應(yīng)的生成焓數(shù)據(jù)，從而可以了解其穩(wěn)定性、反應(yīng)性、生成機理、分子結(jié)構(gòu)、能量規(guī)律等特點，對于掌握該化合物特定組成等有重要意義．氧彈量熱法也廣泛應(yīng)用于污泥、廢物、煤發(fā)熱量的測定等等方面，對于泥煤的深度開發(fā)和綜合利用有廣泛意義．通過這些知識的講解，讓學生首先對即將學習的實驗有一個背景認識，知道將來在哪些方面可以有廣泛的用途，從而激發(fā)學生的主動學習興趣．然后再介紹氧彈技術(shù)的原理和燃燒熱測定實驗的基本過程，這時學生對實驗課程的理解和掌握就會有明顯提高．采用這種教學過程的第二組學生與第一組學生相比，首先在聽課過程中注意力就有明顯提高，思維也能隨著教學內(nèi)容靈活轉(zhuǎn)換，在實驗過程中也能夠自己分析和處理一些常見問題，這些都是學習興趣被激發(fā)出來的結(jié)果．因此，實驗設(shè)計教學過程可以激發(fā)學生的學習興趣．
3提高學生的科研創(chuàng)新和分析解決具體問題的能力
創(chuàng)新是科研工作的靈魂，教學過程中應(yīng)加強培養(yǎng)和提高學生的科研創(chuàng)新能力．對于物理化學的各個研究方向來說，物理化學的實驗設(shè)計過程在不同程度上會對學生的創(chuàng)新精神和分析解決實際問題的能力具有積極的作用．以凝固點降低法測物質(zhì)相對分子質(zhì)量實驗為例，兩組同學首先同時學習稀溶液的依數(shù)性:加入少量溶質(zhì)引起溶劑性質(zhì)的改變，例如蒸氣壓下降、凝固點降低、沸點升高以及滲透壓的改變．這些性質(zhì)的改變值只與溶質(zhì)的數(shù)量有關(guān)，而與溶劑的性質(zhì)無關(guān)．利用一相為純物質(zhì)時兩相平衡溫度與組成的關(guān)系可以推導(dǎo)出相應(yīng)的定量關(guān)系式．其中，凝固點降低這個依數(shù)性質(zhì)是一種常用的測量相對分子質(zhì)量的實驗方法．第一組同學學習凝固點降低公式，知道凝固點降低的改變值與溶質(zhì)的質(zhì)量摩爾濃度成正比，能夠通過題意利用公式求解出相應(yīng)的數(shù)值．第二組同學在學習完凝固點降低公式后，引導(dǎo)學生利用此公式進行溶質(zhì)相對分子質(zhì)量測定的實驗設(shè)計．
首先從公式推導(dǎo)中可以看出，公式中有我們需要最后求的MB，凝固點降低常數(shù)Kf可以查得．所需要的就是純?nèi)軇┑哪厅c和加入少量溶質(zhì)后溶液的凝固點Tf的值．所以整個實驗設(shè)計的關(guān)鍵就在于如何測定液體的凝固點．所謂凝固點是指一定壓力下，隨著溫度的降低，液體中逐漸出現(xiàn)凝固現(xiàn)象，固液兩相平衡時的溫度．引導(dǎo)學生自己選擇實驗器材設(shè)計實驗:要想測得凝固點，就需要將待測液體放到一定的冷卻介質(zhì)中，例如冰水混合物，還需要精密溫度計隨時監(jiān)測液體中溫度的變化．此時教師給出提示:凝固點的準確測定并不容易，包括固液平衡的判斷以及凝固熱的放出對測量的影響等等，因此采用步冷曲線法測定相應(yīng)的凝固點更為常用．學生討論具體的實驗步驟，教師進行指導(dǎo)修正，完成實驗設(shè)計過程．兩組同學同時開展凝固點降低法測定溶質(zhì)相對分子質(zhì)量的實驗，通過實驗過程中的比較可以看出，第一組同學大都只能按照書上的步驟進行機械操作，在操作過程中不知道何種因素會對實驗產(chǎn)生影響，更不明白怎樣對實驗進行改進．而經(jīng)過實驗設(shè)計過程的第二組同學大都對實驗細節(jié)比較注意，例如為什么需要冷凍管和空氣套管，冷凍管要豎直放置，不要靠在空氣套管上，還有冰浴槽的溫度、磁子的攪拌速度對實驗測定的影響等等．在實驗結(jié)束后，第二組同學在實驗數(shù)據(jù)的分析處理上也較第一組好，能夠利用步冷曲線法合適地得到相對準確的凝固點數(shù)值．第一組同學在思考題的解答上也與第二組同學有明顯差距，大都不明白一些針對實驗過程的問題如何進行分析解答:例如溶質(zhì)的量是否加入的越多越好，冰浴槽的溫度過高或過低對實驗數(shù)據(jù)有什么影響，高溫高濕季節(jié)做此實驗是否會影響準確度等等．
4結(jié)語
