时间：2022-03-23 13:30:42
小学科学实验设计要简便易行，贴近学生生活，目标要小而实际，实验材料要简单易得，通过实验让学生体验动手操作的快乐，教给学生科学研究方法。在科学实验教学中，教师要培养学生的实验技能，帮助学生养成良好的实验习惯，实验设备及仪器的使用方法及注意事项、实验设计的相关知识，教给学生在实验完成后，分析总结实验结果，促进学生创新能力的发展。新课程标准提倡素质教育，小学科学课教学要关注小学生智力的发展，强化动态生成，充分利用教学资源，丰富课堂教学，把思考的权利还给学生，培养学生的思维能力，采取自由灵活的教学方式，以学生为本，构建轻松和谐氛围，提高课堂教学效率，培养学生发现问题的能力，发掘学生对实验的兴趣，挖掘学生的潜能，激发学习动力，通过实验扩散学生思维，指导学生分组实验，培养创新思维。科学学科中的一些概念和规律大都是通过实验研究而获得，生动形象的演示实验，赋予学生直观的感性知识，通过感官刺激，激发学生学习科学知识的热情，例如，“光学”的教学，教师让学生观察肥皂泡在阳光照射下呈现出五颜六色的现象，演示三棱镜下太阳光分解成绚丽的七色光实验，学生在好奇心驱使下，感受神奇的太阳光，然后教师提出问题：“这些彩色光产生的原理是是什么?激活学生的思维，在教师启发引导下，学生积极探究现象的本质，激发学生学习科学的浓厚兴趣。
2小学科学实验设计的方法策略
2.1调动多种感官，培养观察力
观察和实验是人类认识大自然的基本方法，小学科学实验过程中要尽可能调动学生多种感官，学会观察方法，培养观察能力，认真细致的观察能力是学习者的基本素养，实验现象稍纵即逝，认真观察，及时捕捉实验现象，发现实验中的变化和特征，才能得出科学的结论。在小学科学实验中，学生以轻松愉快的心情积极探究科学的奥秘，激发学习兴趣，增强学生的自信心，提高分析问题和解决的能力，在科学实验中，培养学生的终身学习的意识，科学实验能够培养学生的观察能力，教师引导学生观察和描述实验现象，思考实验现象产生的原因，产生条件，发生的过程和特征。例如，《水果》的教学，教师出示一个装有梨和苹果的袋子，让学生用手摸出这两种水果，经过观察描述水果的形状、颜色、气味等特点，然后就两种水果做全方面的比较，调动视觉，嗅觉，味觉，触觉等多种感觉器官，观察苹果和梨外观特征，教师将苹果和梨分别切开，让学生继续观察它们的内部组成，让学生品尝水果的味道，指出它们的区别，将学习变成主动参与的探究活动，学生的眼舌口鼻等各种感官协同参与，告诉学生观察事物可以按照一定的顺序进行，让学生掌握观察方法，培养耐心观察的习惯。
2.2边做边学，传授科学方法
“做中学”是学生动手动脑的过程，包含思考的环节，在动手之前要先动脑，诺贝尔化学奖获得者李远哲说：“动手能力实际上就是动脑能力。”小学科学实验不仅要教会学生动手的方法，还要教会学生动脑，小学科学课实践性很强，蕴藏着丰富的探究科学的方法，教师要重视实验方法的渗透，把握实验的关键点，有效控制实验节奏，依据学生的认知结构，及时调整教学方法，重视学生的实验技能的培养，培养学生良好的实验习惯。做实验时，教师向学生介绍实验的设计方法、实验仪器的使用、实验过程的操作等方面的知识，帮助学生分析实验结果，引导学生由实验现象探究实验原理，教给学生解决实验中的问题，发挥学生的主体性，引导学生发现问题，搜集资料，自主探究解决问题，把教学中的知识点转化为问题，探究过程中，学生运用逆向思维、求异思维、发散思维等多种思维方式，在有限时间内最大限度地获得情感体验，积累经验，建构知识，思维得到有效地训练，培养他们的创新能力。例如《植物的生长》教学，植物的生长是一个缓慢的过程，教师要鼓励学生坚持观察植物的生长情况，并要求学生记录观察结果，分析数据信息，培养学生持之以恒的科学探究精神。
2.3走进大自然，激发探究意识
科学学科知识，在现实生活都有具体的反映，生活处处有科学，小学科学课教师要善于从生活中抽象出科学问题，服务生活是学科知识的最终作用，许多科学知识有着浓厚生活趣味，与人们的生活实际密切相联。小学科学课教学应当培养学生的应用意识，面对实际问题，尝试从科学的角度寻求解决问题的策略，新课的导入，科学例题的设计要从学生熟悉生活出发，分析与概念原理有联系的实际问题，使学生获得必要的感性认识，加深对概念的理解，例如，《生物的多样性》教学，教师带领学生走出校门，到大自然中，让学生寻找、观察各种动植物，很多学生对昆虫感兴趣，碧绿的草坪，灿烂的花朵，翩翩飞舞的蝴蝶，婆娑的柳树都是学生的观察对象，教师在设计实验时，安排学生观察各种昆虫，让学捕捉，用瓶子装起来，采集植物制作标本，认真观察分析，找出各种生物的特征，了解它们的形态结构，分析各种生物的生存环境，探寻它们适宜的气候和土壤条件，理解生物不同的形态结构，都是为了适应环境，广阔的大自然是科学课教学的资源库，发掘利用自然资源，进行实验设计，创设探究情景，为学生创造探究机会，激发学生的潜能，在探究过程中，引导学生在情景中经历发现和解决问题的全过程，培养学生提取信息、整合信息的能力。
3结语
小学科学教学主要是为了提高学生的科学素养，培养学生自主学习、探究能力，观察实验是学生科学认识的基础，能够全面提高学生各方面能力。小学科学教师在设计观察实验中，要明确所依据的是什么，实验方法又是如何确定的。保证观察实验设计的有效性，进而提高学生学习效率。
一、小学科学教学观察实验设计的作用
教师对小学生展开科学教学活动中，使用观察实验设计，主要目的是培养学生自主学习探究能力，给学生充分的发展空间，观察实验设计对小学科学教学具有一定的辅。在素质教育背景下，要求教师在对学生展开科学教学活动中，注重与实际生活相结合，教师在实际教学中，注重引导学生主动去观察生活周围的环境，使小学科学观察实验没有固定的要求，也不需要专业的实验仪器。小学科学教学观察实验能够打破以往的教学模式，有效改变了课堂教学以教师为中心的教学模式，教师不再只是凭借教材对小学生展开教学，观察实验能够突出学生的主体地位，有效改变学生被动接受知识的状态，使学生能够在实验观察中，提高自主学习能力，学生有充足的时间去思考，发散学生创造性思维，对学生日后的发展具有积极的促进作用。在教学小学科学中，存在客观事实与科学经验事实两种概念，客观事实是科学经验事实的基础，在开展实验中，要有一定的客观事实作为理论基础。观察实验能够有效证明客观事实的合理性，教师在组织学生进行观察实验中，能够通过实验的结果证明客观的理论，进而提高学生的认知水平，充分调动学生学习的积极性，使学生将掌握的知识能够有效运用到实际生活中。
二、小学科学教学观察实验设计的依方法
1.寻求因果关系的观察实验设计
世间万物有因必有果，自然界的一切事物都存在着一定的联系。因此，教师组织学生进行观察实验中，可以通过寻求因果关系展开教学。寻求因果关系的观察实验设计可以依据科学归纳法，在实验中有效进行归纳总结，能够验证客观事实的理论基础。例如，教师在教学《周围的空气》中，不需要专业的实验仪器，教师准备透明塑料袋、扇子、气球、海绵、粉笔、土块、碎砖块、水槽、矿泉水瓶、塑料吸管、大烧杯、锥子即可。第一，采用求同法。教师为学生创建不同的情境，会形成多种实验现象，以便学生进行观察，然后根据实验现象，去验证客观科学理论知识的准确性。在这一过程中，教师能够对学生进行有效指导，通过对实验现象的观察，并做出有效的归纳总结，培养学生具有一定的推理能力，进而使学生对科学知识有一个认识的过程。第二，采用求异法。在进行实验过程中，可以利用不同的实验进行比较，进而验证哪些因素对实验产生作用，然后，将多种实验作对比，进而获得相关结论。第三，采用共变法。要在共同环境下，对其产生的影响，进而判断存在的因果联系。在采用此类方法中，需要教师组织学生进行小组实验，统一完成进而获得结论。
2.验证因果关系的观察实验设计
在验证科学理论知识的因果关系中，所依据的是客观事实。在寻求因果关系基础上，采用演绎法展开实验教学。利用归纳法，得出相关的理论知识，使学生对科学知识具有一定的认知。采用演绎法，是以基本的科学结论为基础，从而开展实验活动，进而对其展开验证。例如，教师在教学《电磁铁的磁力》这一实验中，准备若干电池、两根带有绝缘层的导线（粗细各一根）、大小铁钉、若干回形针。在验证电磁铁磁力大小与哪些因素有关中，教材给出的结论是磁性大小与电池节数有关，电池节数越多，磁性越强。根据这一结论，教师可以组织学生进行分组实验，每组所使用的电视节数不同，然后根据每组实验的现象，验证相应的结论。学生在具体实验中，能够清楚感受到实验的变化，并能更好地理解科学基本结论，提高学生自主学习能力以及探究能力。
3.充分调动学生的知觉系统
教师在开展科学观察实验中，一定要注重调动学生的知觉系统，使其能够更好地感受实验过程，并激发学生的积极性。学生在对实验进行观察中，充分调动良好的知觉，对实验具有整体的感知。保证学生能够更好地理解实验的内容，进而提高学生对实验的兴趣，培养学生自主学习能力。在此过程中，主要采用的方法如下：第一，在具体进行实验设计中，教师要将实验对象不断进行放大，使学生有针对性地感受实验对象的相关特点；第二，学生在进行实验中，观察对象并不是很清晰，教师要及时将观察对象转为清晰；第三，在实验中教师要注重引导学生进行对比，来获取相关的科学理论，保证观察实验设计的高效性。综上所述，观察实验设计对小学生开展科学教学活动具有重要作用，使学生能够对科学知识有正确的认知，并能激发学生对学习科学的兴趣。通过具体的观察实验操作，学生能够真正感受到相关理论知识的形成过程，有效提高了小学科学课堂教学的质量与学生学习效率，进而推动我国小学科学教育事业的发展进程。
作者:彭新成 单位:平江县城关镇新城学校
关键词:指导;设计;科学实验
科学课的学习形式主要是以探究式学习为主，而科学实验是探究式学习的主要途径。在科学探究中，学生经历质疑、提出问题、猜想、设计实验、实验验证、讨论交流、得出结论、应用拓展等环节。设计实验是指学生根据实验要求和猜想小组合作设计实验的方案。设计实验是学生开展实验探究的依据，能够活跃学生的思维，是培养学生探究能力的关键环节。在学生自主设计实验方案的过程中，让学生小组讨论制定实验方案，通过全班交流，小组内修改实验方案进而完善自己的实验方案。教师在这个过程中要做好引导和指导工作，利于正确而完善实验方案的生成。教师在指导学生设计实验时应做到课前专心研读课标、教材和教参，精心准备教学内容。实验涉及的内容应符合学生的兴趣。设计实验时应激活学生的经验，并根据实验的要求鼓励学生大胆想象，指导学生设计出不同的实验方案，对设计中出现的矛盾应放手让学生讨论解决，对实验中可能出现的问题应能预设，从而达到对设计实验进行严密、科学的论证。
一、激发学生设计兴趣
科学课标指出，教学内容要与学生兴趣相符，贴近学生的实际生活。要做到这些，那就需要教师了解学生，知道学生需要什么。要想激发学生设计实验的兴趣，那就要求实验涉及的问题和内容能够吸引学生的注意力。小学生的年龄特征是好动、好玩，我们就要把实验的内容向这方面引导。科学教学中饲养小动物、制作学具等活动都是学生喜欢的，都能激发学生动脑、动手的欲望。例如，小学科学三年级“动物”单元只是激活学生平时观察动物的经验或者只靠书中几幅插图去了解这些动物。这是远远不够的。如果要让学生深入了解动物的特点和生活习性就需要长期的观察，也就是饲养这些小动物。蜗牛和蚯蚓正好是学生喜欢的小动物，这正好激发了学生设计实验去饲养小动物的兴趣。制作学具也是学生喜欢的活动。制作水钟测量时间，制作电动机体会电和磁的作用，这些实验可以利用生活中的废弃物作为实验制作的材料，激发学生动手的欲望。科学课是一门与动手实践密切联系的学科，动手实践正好符合学生的年龄特征。在科学实验教学中，教师要把教材与实际生活联系起来，设计学生喜欢的内容，激发学生学习的积极性，学生才有动力，才能设计出合理、高效的方案，才能提升实验教学的效率。
二、激活学生生活经验
激活学生生活经验，把学生已有知识和经验转化成科学知识和能力，才符合科学探究学习的要求。激活学生生活经验，应把科学知识中的问题转移到实际生活当中来设计实验，更需要学生把生活经验和已有知识联系起来分析和研究。例如，在“加快水果糖溶解的研究”中，学生设计实验时，都能想到搅拌和加热水，水果糖溶解得快。这是前面的另一个小实验得到结果的运用，但是没有对加快水果糖溶解的实验进行深入研究。实验的方法是多种多样的，设计实验时也有更好的方案。学生无法达到老师预期的教学效果时，老师要善于引导，发散学生的思维。当学生无法想到更好的加快溶解水果糖的方法时，老师可以询问学生:你们平时是如何吃糖块的，怎样才能把糖块吃得更快?这样的提问不仅激发了学生的学习兴趣，同时也激活了学生的生活经验。学生说“把糖嚼碎，糖溶化得快”。有了这些，学生在设计实验时就知道先把糖果捣碎，然后放在热水里面，用玻璃棒搅拌，能够加快糖果的溶化速度。通过实验进行验证，采取捣、搅拌、用热水的方案实验效果明显。由此可见，激活学生的知识和经验，对提出的科学问题进行分析和研究，能够优化实验设计，促进实验教学的效率。
三、鼓励学生大胆想象
有人说:“没有做不到，就怕想不到。”学生设计实验也是一样。如何才能设计好实验呢，那就需要发挥学生的想象，让学生根据实际情况联想和推理，深化现有知识和经验，让学生亲身经历科学探究的过程，获取知识，提升探究能力。例如在“保护我们的听力”教学中，对于如何去保护我们的听力，学生想到很多方法，比如远离噪声、捂住耳朵、关上窗户等。这些都是生活的实际经验。没有进行新的思考，没有运用新的方法去解决噪音的问题。这时教师可以引导学生回忆声音传播的方式，影响声音大小、强弱的因素等。这样学生自然会想到可以控制物体发声。此时可以向学生提问控制物体发出声音的方法。这时，有位学生回答在电影里面看到了枪上装上消音设备就可以控制声音。老师给予了该学生肯定，并赞扬其合理的联想。然后，教师就可以给学生提供杯子、豆子等实验材料，让学生设计实验控制豆子在杯中的声音。学生想到用手捂着杯子或在杯上包上东西，而不是捂着耳朵或远离。这样就找到了保护我们听力的另一种方法。教师进行及时引导，让学生把科学知识和生活经验结合起来，再根据实验的需要，把知识进行内化和运用，激活学生的创新思维，挖掘学生潜力，最后设计出合理、高效的实验方案，不仅提升实验教学效率，同时也培养了学生的创新能力。
四、引导设计不同方案
同样的问题，解决的方案可以是多种多样的。不同的方法，能激发学生动脑，发散学生的思维。要设计不同的方案完成实验任务，首先要为学生提供有结构的材料，引起学生的注意力;其次就是鼓励学生从不同角度去思考问题，发散学生思维。例如“比较水的多少”时，问题是:如何判断桌子上的三个不同大小的瓶子装的水的多少?结果出现了四个答案:一号瓶水最多，二号瓶水最多，三号瓶水最多，三个瓶子水一样多。理由都是凭感觉。这时提供大小不同的杯子、大小不同的瓶子、电子秤、记号笔、尺子等，让学生去设计方案进行验证。学生很快设计好了方案:①把三瓶水分别倒入一个大的透明杯，并分别做上记号。测完一瓶后，将水倒回水瓶再测另一瓶。最后根据记号去判断水的多少。②把三瓶水分别倒入三个同样大小的杯子里，然后比较水面的高度。③在其中一个杯子的水面做上标记，然后倒出，再将另外两个瓶子的水分别倒入，并做上记号进行比较。④用电子秤秤三个瓶子水的重量，重的水就多，轻的水少。学生设计了这么多的方案也体现学生从水的高度、水的体积和重量等不同的角度去思考问题。当学生根据自己的设计方案进行实验验证后，再向学生提供量筒。有了刚才设计实验、实验验证水的多少，只需要向学生介绍量筒的功能和注意事项后，学生便能操作，很快测出了水的体积。为学生提供有结构的实验材料吸引学生注意，发散学生思维，在老师及时的鼓励和引导下设计出不同的方案，教学效果显著，同时培养了学生的创新意识。五、解决实验设计中的矛盾科学实验过程中矛盾的出现能激起学生的激烈争辩，学生在讨论交流中完善实验方案。同样是一个步骤，如果设计不当就会产生不同效果，也可能导致实验无法进行。若把设计实验的步骤中出现的矛盾激化，也能够提升实验教学的效果。当学生提出方案后，要给学生充足时间讨论，找出不合理的地方，完善方案。例如“比较水的多少”实验教学时，学生提出取其中的一个瓶子作为测量工具，先在这瓶水的水面做个记号再倒出，另外两瓶水分别倒入然后做上标记进行比较。这个方案提出来后，让学生进行充分讨论。有学生认为应该用最大的瓶子作为测量的工具，因为其他两个瓶小，大瓶子的水倒进后有可能溢出。针对用电子秤秤三个瓶子水的重量的方案，有学生也提出质疑，重的不一定是水多，轻的不一定水少，因为瓶子的重量不一样。对于这位学生的质疑，我给予了高度评价，然后把问题又抛给了学生。学生很快提出了两个解决的办法:①将水都倒入相同的杯子秤;②秤完后，再秤瓶子的重量，然后用总重量减去瓶子的重量就得到水的重量。当学生方案提出后，教师要放手让学生讨论交流，找出设计中有矛盾或不合理的地方，然后设计出更详细、合理的方案。
六、设计实验要严密论证
预设实验中出现的问题，要充分理解，制定更详尽的实验方案。预设实验问题，写出解决方案，在实验验证中尽量避免不必要的麻烦和失误，能够提升实验教学的效率。可以让学生在教学中理解科学概念以及实验涉及到的知识，让学生自己提出问题，设计实验。设计实验时要写出详细的方案，特别是对实验中出现问题的预设。例如在解决“100毫升水中能溶解多少克食盐”时，学生已经知道了水能溶解食盐，也要对水对食盐溶解能力有所估计。在此基础上设计实验方案，学生才有可能预设到实验时会出现的问题。如何放盐成为了实验的焦点问题。很多学生认为可以用勺子一勺一勺地放，直到不能溶解为止。也有学生认为这样做在课堂上时间不够用，要考虑到时间效率问题。经过充分的讨论，得出第一次多放些，然后少放，在把盐放入水中并搅拌溶解后再放下一次。这样就解决了溶解不了、测量不准确、时间效率低的问题，能够提升实验效率，收集准确、科学的实验数据，客观反映科学现象。预设实验问题，制定详细的实验步骤，科学地设计实验，能够培养学生严谨科学态度和缜密的思维习惯。
七、结束语
《新课程标准》对初中物理实验教学提出新的要求，本文从学生的认知规律和知识技能的形成规律出发，阐述我们在科学探究环节中容易忽略的问题及引导学生设计实验的方法，以培养学生实验设计能力及创新意识。
【关键词】
科学探究 引导 设计实验
一、科学探究的重要性
物理是一门以实验为基础的科学，科学探究是建立物理概念，得出物理规律的重要手段，《新课程标准》对初中物理教育教学提出了新的要求，学习重心从过分强调知识的传承和积累向知识的探究过程转化，从学生被动接受知识向主动获取知识转化，科学探究实验是现代素质教育的重要教学方式，又是学生的重要学习目标，学生通过实验思考，能有效地增强科学探究精神和思维能力所以，做好科学探究、重视实验设计是新课程标准的基础要求，也是提高教育教学质量的重要手段。
二、目前物理实验教学中存在的问题
现阶段，我们一些学校教育仍然存在着“以教师为中心的传统教学模式”只注重实验的结果，而忽略实验的过程和方法，教师预先讲解实验目的、器材、步骤，学生动手操作，仅仅是熟悉器材，被动地按照教师规定的程序进行操作来获取（书本）教师所要求得到的实验结果，这种实验方式学生没有经历自主设计实验，探究物理问题的过程，以致学生少了许多思考的空间。教师教起来省事，学生学起来了省事，长此以往便会形成照搬程序，机械实验的习惯，大脑中只机械跳动两个问题“人要我做什么”你要我怎么做学生的创造力无法萌芽，最后导致陷入“死循环”格局，这种方式是与新课程标准的要求相违背的，因此，在这种情况下，怎样引导学生设计实验，培养学生的创新意识，显得尤为重要。
三、解决办法
现场写真：在学完密度知识后，课堂上安排一个小活动，怎样测一个形状不规则的小石块的密度。仔细分析并不难，就是密度公式ρ=m/v的一个实际应用，这与已学过的速度的测量类似，我以为通过上学期的知识积累，这样的问题应该可以，解决但出乎意料的是许多同学对此束手无策，能够完整得出结果的同学寥寥无几。究其原因有如下几点：1.学生对公式还不熟悉，学生未能真正理解公式的含义及应用，利用公式可以解决什么问题2.理论与实践脱节，学生缺乏一种思维，不能从物理生活联系起来3.学生不知道怎样设计实验。
针对这种情况，我在多年的教学中，在引导学生设计实验方面做了一些尝试，来帮助学生找到设计实验的思路和方法，在此谈谈我的一点粗略的看法。
第一、以演示实验为基础，为实验设计作好铺垫培养学生基础实验能力。
学生的实验能力的形成和发展是循序渐进、日积月累的。因此，在新课教学中，教师要重视演示实验的内容教学，每一个实验都要让学生明确实验的目的，原理和方法，实验所控制的条件。根据实验原理，选择所需的器材及这些器材的使用方法，操作步骤、注意事项、数据处理和实验结论分析等，并让学生明确实验目的和原理是每一个实验的核心，后面的设计都是围绕实验目的展开，它的重要好比我们人体的心脏，没有实验的原理就没有后面的实验设计。如果在课堂上长期坚持灌输实验设计的思想，学生的科学实验素养才能得到锻炼和提高。
第二、以学生实验为载体培养学生创新设计能力
1.创设问题情境，合理猜测，为设计实验埋下伏笔
在探究活动开始，设置与探究内容相关的情景，能激发学生求知欲并根据所提供的情景对问题形成猜想和假设。
以“伏安法测电阻”为例
在设计实验以前，可先提出一个问题
师：已知一个导体两端的电压为2V，通过它的电流为0.5A，那么它的电阻是什么？
生：根据R=U/I=2V/0.5A=4欧姆
师：这公式能解决什么问题（学生讨论）
生：那只要知道一段导体两端的电压和通过它的电流，就可以求出它的电阻。
师：很好，那么我手里有一根铁丝，你能知道它的电阻是多少吗？这样通过一个相关问题的导入，再让学生去寻找铁丝的电阻不会显得太突兀，有水到渠成之感，也能让学生从中得到启示，为后面实验设计环节减小一定的阻力。
2.依据实验原理，设计实验方案，充分放手，体会实验设计全过程
现在的科学探究性实验，要求学生能根据自己的猜想与假设设计实验，这种能力不是学生与生倶来的，而是要经过后天培养的，根据题目要求需测定什么物理量，要求验证，探究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，回忆原有实验，做过的习题和基本方法等，看该物理量或物理规律在哪些内容中出现过，与哪些物理量有直接的联系，一般都能从中找到解决问题的途径。
现在课堂教学中，常出现两种极端，一种是放任不管，让学生完全独立，自己探究，这样会使学生不知道从哪入手，无所适从。另一种是遇到困难就回到原来的老路上去，什么问题都替学生解决，包办。出现哪一种情况都不利于培养学生的探究技能，不能保证探究活动的顺利完成。设计实验是整个探究活动的基础，是能否顺利完成探究实验的保证，对于一些简单的验证实验，我们可以放手让学生去做，而对于实验设计难度较大，学生能力较低，不能独立设计出实验方案时，就需要教师的指导，指导的力度依据实验难度而定。教师可以预先设计几个问题，利用问题一步步地让学生讨论朝目标奋进，这样不致于一棍子把学生打死，也可以让学生体会到成功的喜悦，避免了实验的盲目性，学生的实验设计思维也会得到训练。
例如要测量一个小灯泡（2.5V，0.3A）在额定条件下消耗的功率，我们可以通过以下的问题来逐步实现设计。
（1）这个实验的目的是什么？（首先要明确实验目的，这就是要测量小灯泡的额定功率，这个目的往往就是实验的题目，一般是比较明显的）
一、改变反应物药品用量,促进求异思维
“量变引起质变。”初中科学教学中很多实验,教师若有意改变实验中药品用量,与教材中规定用量的实验现象进行对比,会达到“出其不意”的实验效果。这样教师设下疑团,引导学生质疑,使学生思维的火花在一次次撞击中闪耀。
如华师大九上第二章实验活动:“用新制的Cu(OH)2检验葡萄糖”。课本要求:用2ml10%NaOH滴加4~5滴5%CuSO4溶液制成Cu(OH)2再加入2ml10%葡萄糖加热煮沸,通过观察Cu(OH)2颜色变化,检验葡萄糖的存在。
改进实验方案:分组实验,每组做2次。第1次按课本药品用量及步骤进行实验,加热煮沸观察Cu(OH)2颜色变化;第2次用4ml10%NaOH滴加8~10滴5%CuSO4溶液制成Cu(OH)2(即Cu(OH)2过量),再加入2ml10%葡萄糖加热煮沸观察Cu(OH)2颜色变化与第1次实验现象进行比较。
实验过程中,有学生纷纷提出问题:“第1次实验Cu(OH)2加热煮沸后变成红色。第2次实验Cu(OH)2加热煮沸后为什么一部分变成黑色,一部分变成红色?”教师趁声追击问道:“同学们,根据第一次实验现象你能得出什么结论?你们猜想第二次实验中生成的黑色物质是什么?红色物质是什么?说出你们猜想的理由。”
学生提出多种猜想:有的认为黑色物质是碳,红色物质是Cu。猜想理由是Cu(OH)2使C6H12O6脱水碳化生成了碳;有的认为黑色物质是CuO,红色物质是Cu。猜想理由Cu(OH)2是不溶性碱加热能分解成CuO和H2O;还有的认为黑色物质是CuO,红色物质是Cu和Cu2O。他的理由Cu(OH)2不可能使C6H12O6脱水碳化,否则第一次实验中Cu(OH)2也能使C6H12O6脱水碳化生成黑色物质,红色物质猜想是Cu和Cu2O,理由是从H2还原CuO实验了解到红色生成物可能是Cu和Cu2O混合物想到的;以上学生的猜想及理由似乎都很合理,但教师不急于评价对错或抛给学生答案,而是接着让学生通过设计实验来验证黑色物质是C还是CuO,这红色物质是Cu还是Cu2O。学生又提出了多种实验方案:1.取黑色物质加入少量的稀硫酸微热看溶液是否变成蓝色,若变蓝色说明黑色物质是CuO而不是C。2.用石棉网灼热黑色物质,用内壁附有澄清石灰石水的小烧杯罩住,观察内壁是否变浑浊,若浑浊说明黑色物质是C。3.将黑色物质灼热后,立即放入盛满氢气的集气瓶,看是否变成红色,若变红色说明黑色物质是CuO。4.在红色物质中滴加稀硫酸微热,若不能反应则红色物质是Cu,若能反应则是Cu2O。
以上实验教学过程充分体现了“药品用量变,促进学生思维的质变。”所以教师只要留意在一些化学反应中“改变药品用量会出现不同实验现象的实验”巧作设计,设下迷津,让学生从观察到的现象中发现不同,从而激发他们去猜想,去探究。这样的实验设计能有效激发学生学习的积极性,使他们所学知识得以综合运用获得成功的喜悦,更能培养他们从多种角度寻求解决问题的方法,促进学生求异思维发展。
又如:探究“空气中氧气的体积分数”实验中,白磷足量或不足量充分燃烧后,钟罩内水面上升刻度不同,从而启发学生思考影响氧气体积分数偏小的各种原因。还如探究“用H2O2溶液和MnO2催化剂制取氧气”实验时,让学生用溶质质量分数分别为2%、5%、8%的H2O2溶液和等质量的MnO2混合制取氧气,观察到氧气速率明显不同,从而激发学生探究“影响化学反应速率可能与哪些因素有关?”。再如探究“Na2CO3溶液与盐酸反应”实验时,若在Na2CO3溶液中滴加少量稀盐酸,与加入足量稀盐酸时观察到产生气泡现象不同,从而激发学生探究“Na2CO3与少量稀盐酸反应生成产物是什么?”等等都可选择这种实验教学方案,在教学中渗透“量变到质变”的辨证思想。
二、改变实验器材,培养发散性思维
一、改进实验设计，增强实验探究性
传统的实验方法是教师把实验目的、实验材料、实验步骤以及注意点详细而周密地告诉学生，甚至将实验现象和结论也公布于众，学生按照教师的讲述动手操作即可，毫无探究性可言。
在苏教版小学科学六年级上册《地球的形状》这一课，有一个模拟帆船进出港的验，一般情况采取验证实验，教师告知学生：1.实验材料：地球仪和小纸船；2.实验步骤：先后在地球仪和桌面上模拟帆船进出港；3.观察实验现象；4.实验注意点。学生按照教师的讲述进行操作，师生共同得出结论。这样的实验，虽然进行得很顺利，不容易出错，看起来每个孩子都参与其中，并且也能得出正确的结论，但是孩子缺乏兴趣，因为结果是显而易见的，对于孩子缺乏挑战性，没有真正地调动其思考，也就更谈不上探究性了，因此我设法将这一实验变为探究实验。
从人们在海岸边开始，播放一段帆船进出港的录像，引导孩子思考这一现象与古代看法产生了矛盾，孩子很容易得出是与“天圆地方”的猜想矛盾了，这时候请孩子针对地球的形状提出自己的猜测。接下来关键的就是教师要引导学生思考在课堂中如何通过一个模拟实验来验证自己的猜想，重点提示孩子设计模拟实验，孩子很容易想到用地球仪来模拟地球，用小纸船来模拟帆船，但这个实验还不够完整，这里教师可以提示学生“我们根据这一现象反驳了古代的哪一种猜想？（天圆地方），因此我们还要通过什么实验对比来验证我们的猜测？”这一实验其实也是对比实验，孩子在第一单元刚接触了“馒头发霉”对比实验，所以这里稍加提示即可。
二、改进实验材料，增强实验效果
在苏教版小学科学四年级上册《热的传递》中有这样一个活动：热在金属中的传递。通过实验让学生感知热是怎样传递的，认识到热总是从温度高的一端传向温度低的一端。课文中的实验设计是在一个金属汤勺前端、中间和末端分别滴上蜡，待其凝固后，加热观察蜡的熔化情况。很多一线教师在操作的时候，通常会用蜡粘上一根火柴，固定金属汤勺，火柴向下悬挂，再用酒精灯加热，观察哪端的火柴先掉下来？理论设想虽然不错，但是从课堂实际操作效果来看，成功的寥寥无几，大部分学生一开始就粘不牢，上来展示时颤颤抖抖又掉落了几根。少数学生虽然成功了，但是这一实验的科学性还是存在一定的漏洞，学生只能观察到热在这三个点之间的先后传递顺序，而除此之外的其他部分一无所知，因此实验结论也是推测出来，而并非探究得来。
变色水杯的出现引起了我们思考，这种水杯表面绘制了一些图案，当往杯中加入热水时，杯子表面的图案就会出现变化，这其实是由于杯子表面涂了一种变色油墨，当遇到高温，颜色就会发生变化。在探究热传递的过程时，我们也可以把变色油墨引进课堂，实验前，将变色油墨均匀地涂在铁丝上，晾干，铁丝就变成了红色。实验时，从铁丝的一头进行加热，学生惊奇地发现红色从加热点开始渐渐向另一端褪去了，实验操作简便、科学，现象也十分明显。
三、选择有层次性的材料，提高教学效果
在苏教版小学科学四年级下册《物体的形状改变以后》这一课中就存在着一个材料的选择与安排。学生在第一节《力在哪里》中刚刚认识了力，这一节就学习弹性和弹力，对于学生来说，确实存在着一定的困难，所以这一节第一个活动“用力改变这些物体的形状，再去掉所用的力，有什么发现？”中，选择具有代表性的材料就十分关键。
海绵、铁丝、橡皮筋、弹簧都是常见的且具有代表性的材料，可以明显观察到现象。但如果一次性提供给学生，粗略观察，学生很难有更多的发现。因此，就这四样材料，在课堂上，可以如下安排：先粗略观察，再选择橡皮筋和弹簧重点观察，最后针对弹簧进行研究，施力之后弹簧有什么变化，手上有什么感受？去掉所用的力，弹簧又有什么变化，手上感受又如何？通过这样抽丝剥茧，学生会清楚地逐步理解弹性和弹力。
四、自制一些教具，突破教学重难点
在五年级《简单电路》这一课，第一个活动就是点亮小灯泡，给学生的材料是两根电线、一个小灯泡、一节电池，虽然操作时很多小组都能点亮灯泡，但是真正明白将两根电线连到小灯泡的金属触点和金属壳上的少之又少，很多学生只是碰巧碰到了，但并没有注意观察，因此还认为是错误的连接方式导致小灯泡发光。这个时候，不论教师说什么，语言都是贫乏的，学生并不能真正信服，而再让学生分组操作一次，又太浪费时间了。怎样才能最快地纠正学生的错误观念呢？
1.1实验内容的选择
如表1所示，分别选取“固体废弃物资源化”“A2O法处理生活污水”和“校园环境质量综合评价”等三个综合性实验。前2个实验分别是对固体废弃物处理和水处理领域实验技能的综合；第3个实验则训练学生在大气、噪音等方面的试验技能，并加强了学生编制环境质量报告的能力。通过上述实验的进行，可以有效地强化学生在大气、水、固体废弃物、噪声等环境保护领域进行科学研究和具体操作的能力。实验项目的选择结合了当前学生就业的需要和乐山师范学院在化学、生物领域的优势，并将这种优势转化为学生的能力。选择的实验内容更加贴近学生的就业目标，能更好地激发学生的实验积极性，提高实验教学的效果。学生所学的实验技能更好的同乐山当地环保企业需求对接，提高了学生的就业竞争力，同时也能更好地实现学校服务地方经济社会发展的职能。
1.2实验讲授和实验方式的改革
目前，我国各大高校的环境科学实验中普遍存在着实验项目繁多、单个实验课时偏低的问题。目前，单个实验设计课时多在3-4学时之间。由于时间紧迫，大多高校均采用实验教师将所需试剂、仪器准备妥当后，学生直接操作的模式。该模式条件下，学生缺乏实验试剂配制的锻炼机会，学生进入研究生学习阶段或走上相应工作岗位后，普遍存在着实验入手难的问题。
改革后，综合性设计性实验教学以科研课题研究小组的形式进行，以学生为中心，教师起引导作用。指导教师和试验教师对相应的实验提出总目标和阶段性要求，学生通过资料查阅设计实方案，在指导教师同意后按设计进行实验。若实验设计不合理，教师提出指导意见，学生按要求返修合格后实验方可进行。实验技术人员负责提供试剂材料，而试剂的配制均需由学生自己动手完成。教师密切关注实验的进行，引导学生独立思考、培养锻炼协作完成实验操作技能。综合设计性实验增加实验仪器维护相关教学内容。环境科学专业是一门交叉学科，涉及学科门类众多，因此该专业的实验设备也较为繁杂。除本专业特有设备外，化学、生物等交叉学科的实验设备也经常使用。实验室多年运行情况表明，环境科学专业实验设备寿命普遍偏短。其中学生使用、操作不规范是一个重要原因。在环境科学综合性实验中，增加实验设备仪器维护相关内容，要求学生在实验结束后按规定程序对仪器设备进行维护。
维护不合格者不同意结束实验。针对学生人数相对较多，可能存在部分学生难以理解的问题，建议采用教学录像的方式予以弥补。实验教师对各实验仪器的操作步骤和维护方法进行示范，并将示范录像上传至校园网实验教学平台，供学生下载。学生在上课前的预习、和实验中均可以通过录像视频确定仪器的正确使用方法和维护操作。
2综合性实验考核成绩综合评定的综合改革
2.1学生实验报告内容的改革
目前，各大高校综合性实验的实验报告同普通实验报告相比没有太大差异。主要内容为：实验目的、实验步骤、实验仪器和实验结果。这些报告的内容除实验结果外，均在实验教材上详细列出。学生在实验报告过程中，均是简单的将上述内容抄写在实验报告中。这种实验报告形式对环境化学、环境监测等常规实验教学极为有效，能有效地促进学生进行课前预习，提高实验教学的效率和质量。但是，在综合性试验中，学生对简单的测定操作已经较为熟悉，实验报告的内容应侧重于对实验结果的分析和讨论。通过这些讨论，也能提高学生的论文写作能力。
综合性实验报告要求学生按照论文的要求撰写实验结果和讨论部分。在实验结果部分要求学生使用Excel表格处理数据。图表格式参见环境领域期刊《环境科学》执行。要求学生熟练的掌握各种图标的制作方法；对具体的实验数据进行误差分析；对标准曲线进行拟合，并给出拟合公式。要求学生对实验结果进行综合分析。引导学生查阅期刊文献，并在讨论中合理的使用期刊文献内容，用以详细阐述、分析实验结果。每个综合性实验，要求学生阅读3-5篇相关参考文献，并将参考文献中的内容同在讨论部分同自己实验结果进行对比分析。每个综合性设计实验讨论部分字数不少于500字。实验报告最终以电子版打印后提交。
2.2学生考核指标的改革
综合设计性实验与传统实验内容比较起来，最大的特点就是没有标准的步骤与实验结果。因此，在综合设计性实验的成绩评定不是简单地看实验结果是否正确，而应把学生资料查询（占总成绩10%）、实验方案设计（包括实验目的、实验原理、实验方案占总成绩15%）、实际操作与团队协作（占总成绩30%）、实验报告撰写（占总成绩25%）、PPT制作与报告（占总成绩20%）等各个环节纳入考核中进行综合评定。综合设计性实验的考核还注重考查团队精神，让学生严于律己，明白个人对团队的影响，自觉完成实验的各个环节。相对于环境监测多数实验中存在的一人做、多人看的问题。由于综合性设计性实验的实验强度大、内容多，所以许多学生偷懒的现象将会得到较大程度上的抑制。但在考核过程中，还是应当对个实验小组的团队协作做相应考核，增强学生的团队意识和团队合作能力。
3结语
而从学生角度来分析,我们不难发现学生对自由落体运动是不是匀加速直线运动难以有直接的感受,因为这已经超过直觉的范围.因此,本实验设计的思路应当是为学生搭建认知的阶
梯:1.自由落体运动有没有可能是匀加速直线运动?如何证明?2.一种运动如果是匀加速直线运动,则必须具备什么条件?这种关系用数学关系式又该如何描述?基于以上思考,实验设计的脉络基本清晰思路一用多媒体演示物体自由下落的频闪照片,然后直接提供测量数据,通过对数据的分析,得出自由落体运动是匀加速直线运动.这种方法简便而易用.但学生未有亲身经历,说明力不强.
思路二可以将一重物与纸带连接,然后借助于打点计时器,使得重物自由下落时在纸带上打出一系列的点.然后通过用刻度尺测量点之间的距离(位移),进而用计算结果证明物体自由下落时做的是匀加速运动.但由于摩擦等因素,测下来的结果未必准确,尤其是影响加速度大小,某种程度上讲已经不是自由下落,因此也容易形成一些疑问.
思路三借助于DIS等现代技术来完成本实验.但由于多数学校不具有这样的条件.思路四作为一般学校比较可行的措施是结合上述思路一与思路二,先完成思路二的实验,再提供思路一的多媒体展示,这样学生可以在亲身体验的基础上去感受频闪的结果,一方面可以消除怀疑,另一方面数据相对准确.因此,得出的规律既准确又有说服力.
例析二逐步证明众所周知,证明包括/证实0和/证伪0两大内涵.对于证实,课堂上的例子非常多,而对于证伪则比较少见,因为其对于得出正确结论似乎不太起作用,而事实上并不是如此,科学史家认为证伪与证实的意义相当,应当在物理教学中予以高度重视.
在高中物理教学教学中,对于相当部分科学探究而言,学生提出的猜想中往往有多个因素,这些因素中往往是有的是真因素,有的是伪因素,这时就必须逐一证明.例如,/简谐运动的位移-时间图象0探究中的实验设计.在利用弹簧振子、单摆、沙漏摆等进行初步演示之后,认识了什么是简谐运动,然后自然提出待探究的问题:简谐运动的位移-时间图象是怎样的?
根据教学实践,学生结果一般的猜想有三种:一是认为简谐振动的位移-时间图象是/折线型0的,如图1;二是认为图象是/半球型0的,如图2;三是认为是正弦曲线,如图3.猜想一,他们多是从弹簧振子振动为直线轨迹的实验得出的直觉;而猜想二,他们多是从单摆类的简谐运动做部分圆周运动得出的直觉;而猜想三,那也是在一定思维基础上提出的,虽然是科学结果,但却并不能说明理由.在上述分析的基础上,本探究的要点就在于三点:一是提供能做简谐运动装置;二是要能显示简谐运动的位移-时间图象;三是要能验证图象的性质.
考虑到这一难点,实验的设计分两步完成:第一步,用简易沙摆作简谐运动,用一张纸放在沙摆下面,引导学生分析得出,当纸不动时,沙子在纸上会形成一条重合的/线0,而这,显然不能显示摆作简谐运动的位移-时间图象.再进一步分析,其实是因为其没有能显示出时间的变化.那如何显示时间的变化呢?可以拉动纸?为了显示探究的真实性与完整性,可以设计让学生来拉,结果必然是出现不匀速拉动的情况,于是纸上出现的图象便是不规则的.摆的振动是有规律的重复运动,为什么出现的图象却是无规则的呢?带着这个问题便容易分析出是由于拉时不匀速造成的.于是/匀速拉动0的条件便自然得出.然后教师引导学生分析,此处实际上就是以纸带移动的位移来表示沙摆摆动的时间,因为由于公式s=vt,当v(拉动作匀速直线运动的速度)为定值,则s与t就是一个简单的正比关系,因此s的变化可以反映t的变化.
实验设计的第二步:沙摆作简谐运动,拉动纸做匀速直线运动(可以用电动机拉动),得到沙子在纸上的图象之后,在纸上建立坐标轴.此时学生便会利用视觉对上述三个猜想进初步的证明,并否定猜想一和猜想二.在此基础上,可进行实测验证.
[关键词] 医学科研 要素
健康网讯: 熊国强(湖南医科大学卫生统计学教研室 长沙 410078)
贺石林(湖南医科大学生理学教研室 长沙 410078) 科研的基本要素包括处理因素、受试对象和实验效应。如用某种传统西药或中成药治疗缺铁性贫血病人，观察比较两组病人血红蛋白的上升趋势，该研究中所用的两种药物称为处理因素，缺铁性贫血病人称为受试对象，血红蛋白称为实验效应。如何正确选择三大要素是科研中专业设计的关键问题。 处理因素(受试因素) 通常指由外界施加于受试对象的因素，包括生物的、化学的、物理的或内外环境的。但是生物本身的某些特征(如性别、年龄、民族、遗传特性、心理因素等)也可作为处理因素来进行观察。因此，研究者应正确、恰当地确定处理因素。一般应注意以下几点：①抓住实验研究中的主要因素。研究中的主要因素是按以往研究基础上(本人或他人)提出的某些假设和要求来决定的。一次实验涉及的处理因素不宜太多，否则会使分组增多，受试对象的例数增多，在实施中难以控制误差。然而，处理因素过少，又难以提高实验的广度和深度。因此，需根据研究目的的需要与实施的可能来确定带有关键性的因素。②找出非处理因素。除了确定的处理因素以外，凡是影响实验结果的其他因素都称为非处理因素，所产生的混杂效应也影响了处理因素产生的效应对比和分析，这些非处理因素又称混杂因素。例如上述两种不同药物治疗缺铁性贫血病人的试验，非处理因素可能有年龄、性别、营养状况等。如果两组病人的年龄、性别、营养等构成不一，则可能影响药物疗效的比较。因此设计时便设法控制这些非处理因素，只有这样才能消除它们的干扰作用，减小实验误差。③处理因素必须标准化。处理因素的强度、频率、持续时间与施加方法等，都要通过查阅文献和预备试验找出各自的最适条件，然后订出有关规定和制度，并使之相对固定，否则会影响试验结果的评价。如处理因素是药物，必须正确选择批号，给药途径和时间也应标准化和相对固定化。 受试对象(研究对象) 受试对象的选择十分重要，对实验结果有着极为重要的影响。大多数医学科研的受试对象是动物和人，也可以是器官、细胞或分子。但中药种植中培育品系的研究则将药用植物列为受试对象。
在医学科研中，作为受试对象的前提是所选对象必须同时满足两个基本条件：①必须对处理因素敏感；②反应必须稳定。因此，在观察新药的临床疗效试验中，应当选择中等程度中青年患者，只有这样才能显示疗效率高低的差别。受试对象的疾病应诊断明确(依照国内或国际统一的诊断标准)，且表现具有典型性。研究者必须深知病人的心理状况、情绪起落、病情程度、病程长短、生活习惯、个人嗜好、家庭经济收入、食品种类等都不同程度地影响疗效，这些影响因素必须很好地加以控制，使组间均衡化。根据研究目的不同，对实验动物的选择要求也不同。动物的选择应有针对性地注意种类、品系、年龄(月龄)、性别、体重、窝别和营养状况等。为保证实验效应的精确性，某些动物的生活环境还有严格要求。 试验效应 试验效应内容包括试验指标的选择和观察方法两个部分。指标的选择有以下要求：①指标的关联性，选用的指标必须与所研究的题目具有本质性联系，且能确切反映被试因素的效应。所选指标是否具有关联性，充分反映了研究者的专业知识与技术水平。②指标的客观性，指标数据来源决定它的主、客观性质。主观性指标来自观察者或受试对象，易受心理状态与暗示作用的影响，在科研中一般尽量少用。客观性指标是指通过精密设备或仪器测定的数据，能真实显示试验效应的大小或性质；排除了人为因素的干扰。③指标的灵敏度，通常是由该指标所能正确反映的最小数量级或水平来确定。如溶液中物质含量的测定，除测出下限值以外，还可测出最低改变浓度来反映灵敏度。一般要求其灵敏度能正确反映处理因素对受试对象所引起的反应就够了，并非灵敏度越高越好。④测定值的精确性，精确性具有指标的精密度与准确度双重含义。准确度是测定值与真实值接近的程度。精密度是重复测定值的集中程度。从设计角度来分析，第一强调准确，第二要求精密。既准确又精密最好，准确但精密度不理想尚可，而精密度高但准确度低则不行。应当强调指标的精确性除与检测指标的方法、仪器、试剂及试验条件有关外，还取决于研究者的技术水平及操作情况。⑤指标的有效性，指标的有效性是由该指标的敏感性(敏感度)与特异性(特异度)来决定的。医学中，理想的试验是阳性只出现在患有本病的条件下，未患本病时的试验是阴性。但是绝大多数生物学与医学试验，由于生物个体之间存在差异与试验结果呈正态分布或偏态分布，从试验结果来分析，患者与非患本病者通常在分布上存在不同程度的交错重叠现象。例如测定年龄、性别、民族、地区相同三群人的身高(巨人症、正常人、呆小病)，不难发现正常人中个别高个子与巨人症中的矮个子的身高值有重叠，正常人中的矮个子又与呆小症中的高个子身高值有重叠。对于大多数试验而言，在样本含量确定的条件下，敏感性与特异性存在反变关系。因此，在选择指标时，宜将二者综合起来考虑。 湖南医学
ADI包括八个阶段：① 识别任务和指导问题；② 设计方法并收集数据；③ 分析数据并构建初步论证；④ 论证会议；⑤ 外显的反思讨论；⑥ 写研究报告；⑦ 双盲的小组同行评审；⑧ 报告的修改和提交。近年，ADI研究团队基于以往研究进一步完善了ADI教学模型，并开发教师设计与应用ADI在科学实验活动中的教学资源。现就实验教学中应用ADI的一些资源与设计过程进行阐述。
1 ADI应用书籍
ADI研究人员在NSTA出版了一系列指导教师和学生在科学学科中应用ADI的书籍，教师可直接或修改后使用其实验教学方案。
2 设计工具
教师可以通过修改现有的实验活动或使用工具来设计一个全新的应用ADI的实验教学方案。ADI研究团队开发并制定了相关工具，包括实验讲义模板、同行评审指南、研究方案建议模板。
2.1 实验讲义模板
实验讲义主要引导学生开展ADI实验活动的①～⑥阶段。教师可借助实验讲义模板制定实验讲义，模板包括以下几部分内容：“简介”“任务”“材料”“安全措施”“是否需要研究方案建议”“开始”“跨学科概念和科学与科学探究的本质”“初步论证”“论证会议”“研究报告”。① “识别任务和指导问题”阶段，会用到讲义的三部分内容：“简介”，包括该研究的背景信息和用来指导学生收集、分析和解释数据的法则、理论、原理或解释的概述及需要研究的现象；“任务”，明确研究的目标和研究的指导问题；“材料”，可供学生设计研究方案。② 设计方法并收集数据”阶段，讲义注明“安全措施”，用来解释在实施实验时任何会发生的潜在危险及提示避免危险的行为；提出“是否需要研究方案建议”，若学生需要，教师则给学生相应的研究方案建议模板，学生据此设计实验方案；在实施实验“开始”，讲义提示学生明确需要收集的数据类型、收集数据与分析数据的方法；完成实验后，讲义还提示学生思考与研究相关的“跨学科概念和科学与科学探究的本质”。③ “分析数据并构建初步论证”阶段，讲义提示构建在白板上的“初步论证”包括指导问题、主张、证据、理由。④ “证会议”阶段，讲义提示该阶段的任务是分享自己的论证和批判别人的观点，并提示批判的问题。⑤ “外显的反思讨论”阶段，讲义中所有涉及研究的问题都会被讨论。⑥ “写研究报告”阶段，讲义介绍需要写作的三个问题：“你想回答什么问题，为什么？“你研究期间做了什么，为什么用这种方式进行研究？”“你的论证是什么？”
2.2 同行评审指南
同行评审指南可直接或修改后使用。在⑦ “双盲的小组同行评审”阶段，该工具让各小组根据评审标准打出“评审等级”并作出解释，以帮助学生评估报告中具体要素的质量。被评审者在⑧ “报告的修改和提交”阶段中，则需要根据这些评审反馈在该指南上作出对评审者的评价，且注明修改或不改自己研究报告的原因。而“教师评分”这一部分则在学生递交研究报告和同行评审指南后，教师再进行评价。
2.3 研究方案建议模板
研究方案建议模板是在ADI阶段②中使用，用于提示学生完成实验方案及数据的收集和分析，分为描述性实验方案模板和比较或实验性方案模板。前者主要用于验证某一主张，后者用于判断不同主张的正确性。
3 设计过程
3.1 确定指导问题和任务
教师首先要确定指导问题和任务，问题和任务的设计应该与课程标准中课程目标、内容标准及核心概念等直接相关；或教师可使用现有实验活动的目的来帮助制定任务和指导问题。将高中生物必修一“影响酶活性的条件”设计为应用ADI的实验，可使用现有实验活动目的来帮助制定任务和指导问题，而本实验的目的是让学生明确酶起催化作用一般需要适宜的温度和pH。故任务为：设计和实施一个实验，探究“温度和pH的变化如何影响酶活性？”。指导问题为：温度和pH的变化如何影响酶活性？
3.2 确定学生需要的材料和信息
教师可以使用现有实验活动的指导材料作为参考，确定学生需要的材料和信息。确定学生需要的信息主要包括实验材料、器材的使用方法、实验方法、实验现象的解释等。
3.3 确定反思讨论内容
基于美国背景，需要确定一或两个跨学科概念及科学本质和科学探究本质的概念在阶段⑤讨论；基于我国教育情况，教师可确定与该研究相关的讨论内容。“影响酶活性的条件”中，需要讨论的内容可为：（1）温度和pH的预处理时机？（2）为保证实验结果的正确性，要仔细分析设计实验方案，正确进行实验操作，避免无关变量的影响。（3）酶的作用条件比较温和的原因是什么？（4）如何探究酶的最适温度和最适pH？……
3.4 编写实验讲义
按照上述实验讲义模板编写实验讲义，主要需要编写活动最开始的“简介”，再根据之前确定的内容填充讲义模板。对于“影响酶活性的条件”，编写的简介可包括三部分内容：酶的概念及本质；酶活性受温度和pH影响的实例介绍；变量、因变量、自变量、无关变量、对照实验的解释。
3.5 准备教学材料
教师给学生准备在课堂中使用的教学材料除了实验材料外，还需要白板或电脑、笔、研究报告纸、实验讲义、同行评审指南、研究建议模板。
3.6 编写实验方案
根据以上信息及ADI的八个阶段内容可编写应用ADI的实验教学方案。
4 总结
论证探究式教学模型是研究成熟的应用于科学实验教学中的科学探究教学模型。将ADI用于科学实验中，学生参与不同种类的论证，让学生真实体会科学知识的产生过程，体验科学家通过收集和分析数据得到证据从而支持自己主张的过程，体验主张受到批判和评价并给予反驳的过程，体验论证不断修改完善的过程。将ADI应用于科学实验虽是一项不小的挑战，但教师可使用ADI研究团队已开发的书籍、工具等设计实践ADI实验教学。
参考文献：
[1] Driver R，Newton P&Osbome J.Establishing the norms of scientific argumentation in classrooms.Science Education，2000，84（3），287-313.
[2] Duschl RA&Osbome J.Supporting and promoting argumentation discourse in science education. Studies in Science education，2002，38，39-72.
[3] Sampson V，Grooms J.Science as Argument-Driven Inquiry：The impact on students’conceptions of NOS.Paper presented at the 2008 Annual International Conference of the National Association of Research in Science Teaching（NARST）.Baltimore，MD.
[关键词] 医学科研 原则 样本例数
健康网讯: 熊国强(湖南医科大学卫生统计学教研室 长沙 410078)
贺石林(湖南医科大学生理学教研室 长沙 410078) 在医学科研中，通过专业设计正确而科学地解决三大要素中各环节的复杂问题以后，在进行具体实验以前还必须进行实验设计，例如对受试对象如何分组、怎样合理估计各处理组(处理组合)中样本例数、如何对非处理因素的控制等方面作进一步的操作和安排。对照、随机与重复是实验设计中的三大原则，这是任何实验都应当高度注意和遵循的。 对照的原则 对照是实验设计的首要原则。有比较才能鉴别，对照是比较的基础。除了受观察处理因素外，其它影响效应指标的一切条件在实验组与对照组中应尽量齐同，要有高度的可比性，才能排除混杂因素的影响，对试验观察的项目作出科学结论。对照的种类有很多，可根据研究目的和内容加以选择。常用的有以下几种：①空白对照，对照组不施加任何处理因素。这种方法简单易行，但容易引起实验组与对照组在心理上的差异，从而影响实验效应的测定。临床疗效观察一般不宜采用此种对照。②安慰剂对照，对照组采用一种无药理作用的安慰剂，药物剂型或处置上不能为受试对象识别。因为精神心理因素也可通过神经与内分泌多途径对机体与疾病产生重要影响。据估计临床疗效约30%来自病人对医护人员与医疗措施的心理效应。但务必注意在临床科研中务必遵循病人利益第一的原则。一般认为只有无特效治疗的慢性病，方可使用安慰剂。③实验条件对照，对照组不施加处理因素，但施加某种与处理因素相同的实验条件。实验条件包括操作技术、被试因素的溶媒或容量等。凡对试验效应产生影响的实验条件，宜采用此法。④标准对照，用现有的标准方法或常规方法做对照。在观察评价某种药物或疗法对某病的疗效时，为不延误病人的治疗，对于急性病、危重病和有特殊治疗办法的疾病，均应用已知的有效药物、有效疗法或公认的标准疗法作对照。 应当指出：临床疗效判断仅有自身前后对照是不够的，因为许多疾病的发生、发展与时间、季节等因素有关。其次，对于绝大多数疾病而言，历史对照也是次要的，因为随着年代的变迁，许多条件发生了明显变化；但目前认为的“不治之症”的疾病，还可以历史作为潜在对照。 随机化原则 在实验研究中，不仅要求有对照，还要求各组间除了处理因素外，其他可能产生混杂效应的非处理因素在各组中(对照和实验组)尽可能保持一致，保持各组的均衡性。贯彻随机化原则是提高组间的均衡性的一个重要手段；也是资料统计分析时，进行统计推断的前提。随机化抽样的目的就是要使总体中每一个研究对象都有同等机会被抽取分配到实验组或对照组。随机抽样又根据医学研究的范围大小、专业类型和研究对象的不同而有所区别。如用流行病学方法研究人群中的流病和非流病题目采用单纯随机、系统、整群与分层抽样。实验研究时，采用完全随机分配或分层随机分配；小动物实验大多数先配对或配伍组，然后“对”内或“伍”内进行随机分配，但大动物多半先分层后在层内随机分配。随机化抽样的基本方法有随机数学表、计算器随机数学法和抽签法等，研究者可视具体情况而定。 重复的原则 要使统计量(样本指标)代表参数(总体指标)，除用随机抽样方法缩小误差外，重复实验是保证实验结果可靠的另一基本方法，这是实验设计的另一基本原则。实验要求一定重复数，其目的是使均数逼真，并稳定标准差，只有这样来自样本的统计量才能代表总体的参数，统计推断才具有可靠的前提。
重复例数(样本例数)的决定因素包括处理的效果的明显性、实验误差的大小、生物个体变异的大小、资料性质、确定的第一类误差(α)和第二类误差(β)的大小和实验设计的类型。总之，样本例数太多或太少都不利于揭示事物间的差别。为此，应该在保证实验结果具有一定可靠性的条件下，确定最低的样本例数，以便节约人力和经费。 样本例数的估计 假设检验(显著性检验)时所需样本例数的估计方法，可通过公式计算或查表求得，但两者均需要事先确定如下指标。①所比较的两个总体参数间的差值。若无法得到参数的信息，可作预试验或用专业上公认的差值代替。②总体标准差，常用预试的样本标准差来估计。③第一类误差的概率(α)，即检验水准。α越小，所需样本例数越多。结合专业要求判断是单侧检验还是双侧检验。④检验效能(1-β)，即在特定的α水准下，若总体间确实存在差别，该次试验能发现此差别的概率。β为第二误差的概率越大，所需样本例数越多。
结合α和β的大小可以这样理解，即用如此确定的样本例数作实验，若总体参数间确实相差这么大，则预期有1-β的概率(把握度)按α检验水准得出有差别的结论。在实际工作中，统计学工作者已假定差值与标准差，并拟定不同α和β，分成单侧和双侧等条件，作成常见实验设计所需样本含量表，科研工作者可以根据需要查表以确定每组样本例数。 湖南医学
初中化学教学是化学教育的启蒙阶段，在以“自主”“探究”为特征的新课程教学模式下，科学探究不仅是科学家研究物质的重要方法，也是我们学习化学有效的学习方式。在科学探究的步骤中，化学实验是中心环节，通过实验才能启迪学生的思维，才能有所发现，有所创新。怎样才能启迪学生的思维，提高学生的科学探究能力，笔者认为在化学实验中，教师如何创造性的设计运用“问题”则成了关键。
首先，教师在化学实验中善于发现学生的“问题”，及时引导学生解决，培养学生对化学实验的兴趣，激发对化学学科的兴趣，增进对科学的情感。只有让学生自己实践，教师才能发现更多的“问题”，才能有效地引导学生探究未知知识。
例如，在学生利用高锰酸钾制取氧气时，突然听到“嘭”的试管爆炸声。教师走近炸裂试管的这组同学，没有责备学生，而是指定该组组长向全班同学阐述他们的实验过程，让其他组的同学倾听，讨论分析试管炸裂的原因并发言。同学们听后激烈地讨论。一位同学说：“可能是加热前未将试管均匀受热。”又站起来一位同学：“是否没有保持试管外壁干燥？”话音未落，又站起来一位同学说：“看试管口是否向下倾斜。”大家将目光定在管口，确实向下倾斜；又一位同学迫不及待地说：“看是否试管底部靠在酒精灯灯芯处。”大家一看果然靠在了灯芯处。教师追问：“该注意事项在实验前老师讲过没有？”该组的一名同学立刻站了起来：“老师，同学们，我们组做实验过于急切，没有注意细节，造成了这一后果，我们以后保证认真、细心，向科学家学习，要严谨地对待每一个环节，每一件事。”这一问题的设计激发了学生的兴趣，发动了储存在内心的力量，刺激了学生的思维运行。
其次，教师在化学实验中适时适度地“设计”问题，培养学生科学探究的能力。设计的“问题”应具有导入性和提高性。学生做实验不是为了实验而实验，而是通过实验复习已学的知识和理解正在学习的知识；通过做实验激发学生原认知和求知欲，使学生运用所学知识解决实际问题。
例如，学生用分解过氧化氢溶液制取氧气时，教师问：“你们觉得收集的氧气是干燥的气体吗？”一位同学回答：“用排空气法收集到的氧气不是干燥的，其中含有少量的来自过氧化氢溶液中的水。”教师问：“既然是这样，我们怎么能收集到一瓶没有水分的氧气呢？”同学们相互对视了一下开始讨论了，少时，一位同学说：“可以在发生装置和收集装置之间连接干燥气体的装置。”教师问：“在干燥装置中放什么药品呢？”学生回答：“浓硫酸。”追问：“你们怎么知道经过干燥装置后的氧气就是干燥的气体？”实验室鸦雀无声，同学们沉默了片刻，各抒己见，在讨论中否定了对方的方案，接着又设计新的方案，不断地完善。
紧追不舍、见缝插针地设计“问题”，对学生知识的系统化起到了推波助澜的作用，使学生真正发挥了主体作用，激烈地讨论，使学生思如泉涌，呈现活跃互动，思维愈加缜密，形成了科学探究的能力。
再次，教师在化学实验中精心地“设计”问题，提高学生科学探究的实效性。为了更好地向学生展示化学是一门以实验为基础的自然科学的丰富内涵和独特魅力，教师在化学实验中必须精心地“设计”问题，只有这样，学生才能透过“热闹”看“门道”；只有这样，学生才能在实验中有所获、有所得、有所提升，才能提高学生科学探究的实效性，开发学生的创造性思维。
例如，在学习实验室制取二氧化碳的内容时，教师没有直接从课本提供的素材讲授，而是设计了如下“问题”：用碳酸钠粉末、粒状大理石、稀盐酸、浓盐酸、稀硫酸这几种药品，探究哪两种药品的反应适合在实验室制取二氧化碳？大家经过讨论，一致认为浓盐酸易挥发，使制取的二氧化碳不纯，因此不选浓盐酸，对其他物质的选择经过激烈的争论，大家设计实验进行对比分析（实验略）。
此“问题”的设计，珍视了学生独特的感受、体验和理解，为学生的创造和发展创造了空间，把追求科学精神、严谨的科学态度与方法融入到科学知识掌握的过程中，学生通过对“问题”的思考、方案的设计、实验的操作，形成了独立思考、团队合作、尊重事实的态度倾向，自觉地成为发现知识的主体，提高了科学探究的实效性。
作者单位 甘肃省南裕固族自治县马蹄学校
