生物力学的研究(6篇)
时间：2025-06-06
时间：2025-06-06
关键词：创新创新教育物理教学
随着素质教育的全面推进和教育改革的不断深化，如何培养学生的创新精神，提高创新能力，已成为广大教育工作者关注的问题。我国著名的教育家陶行知先生曾指出：教师要创造性地教，学生要创造性地学。现就物理教学中如何培养学生的创新能力谈几点看法。
一、培养学生的创新意识
随着教学改革的不断深入，教学中培养学生的创新能力越来越重要。培养学生的创新意识，就要改变传统的教学模式，坚持创新教育思想，让学生树立创新观念，对遇到的问题大胆质疑、大胆想象。正如爱因斯坦所说：“想象力比知识更重要，是推动知识进步的源泉”，逐步形成良好的创造性思维习惯，提高创新能力。
二、发挥课堂教学的主渠道作用
创新需要一定的基础知识，一定的创新环境，一定的思维训练，课堂教学是学生掌握基础知识的重要场所，是落实创新能力培养的主渠道。
1.创建良好的创新环境
课堂教学中注意创建和谐、民主的课堂氛围，引导学生积极参与教学的整个过程，敢于提问题，发表不同见解，尊重学生的好奇心和求知欲望，让人人参与创新，并从中得到乐趣和满足。
2.通过问题探讨提高创新能力
教学中突出学生的主体地位，根据教材内容提出问题，展开讨论，增强学生主动探求知识的动力。在老师和学生的共同努力下，从问题中掌握知识，进而发现新问题，有效地培养创新思维能力。对所选择的问题要有启发性、针对性，让学生能努力解决，激发学生创新情感。
3.培养学生创造思维能力
对于知识的学习，注意引导学生开展发散思维和收敛思维训练，先对一个问题从不同方向设想出解决方案，提出许多具有创造性的解决方法，再加以类比、归纳。例如，讲授“改变内能的方法”时，向学生提出：可用哪些方法使一根铁丝的温度升高？学生答出多种方法：用火烧、太阳晒、在石头上磨、用铁锤打、反复扭曲、通电等。在此基础上分析归纳，升温的方法有两类：一是外界传给它热量，一是外界对它做功，有效地培养了学生的综合分析能力。
巧用逆向思维，寻求知识联系，法拉第电磁感应定律的发现就是在奥斯特发现电能产生磁的现象后，展开思考：磁能否产生电？经过努力终于发现了电磁感应定律。提高学生的创新动力。
培养全思维的学习习惯，建立知识、方法、能力相结合的思维模式，开发非智力因素。美国教育心理学家布鲁姆经过多年教学实践后认为：90%以上的学生智力因素相差不大，学习成绩有较大差异是非智力因素。可见，要想取得创新教育的丰硕成果，就要加强对学生思维能力的训练，加强对动机、兴趣、意志、情感等非智力因素的培养。
三、将创新教育贯穿于各个教学环节
1.精心备课
备课是教学实施的基础，在分析教材和学生的基础上，明确教学目的，让学生掌握基础知识的同时开发智力、培养能力，大力倡导启发式教学方法，增加学生探求知识的活动量，让学生自己去探索、去创新，为课堂教学充满创新意识做好必要充分的准备。
2.精练习题
结合教材内容，灵活选择习题，鼓励学生用不同方法来分析，一题多解，一题多问，给予适当的思考时间使其得出结论，并展开广泛联想，进行创新思维训练。通过练习，学生面对新问题会从容不迫，把有效的知识、方法、能力相结合，全面提高创新能力。
3.重视实验和实践
实验是物理教学中的重要组成部分，不仅让学生学会操作，还引导学生提高分析实验能力，培养创新能力。开展丰富多彩的创造活动，有计划地组织学生进行探索性实验，使创新能力长期化，把实验问题与实际问题结合起来。
四、自我创新
教师在教学活动中起主导作用，必须有创新思想，不断学习，充实新知识，研究新方法。过去常讲要给学生一杯水，教师要有一桶水，现在要给学生一杯水，教师要成流动的河，才能满足创新教育的需要。树立良好的师德形象，耐心听取学生对问题的见解，决不能打击学生的创造积极性，对学生进行辩证唯物主义和爱国主义教育，阐述我国现代科学研究的新成果，满足学生的求知欲。
创新教育是实施素质教育的关键，课堂教学是创新教育的主渠道，完善各教学环节，以学生为主体，以创新为动力，全面培养创新能力，为学生全面的发展打下坚实的基础。
参考文献：
[1]王至正，张宪魁，王河.物理教育学[M].青岛：青岛海洋大学出版社.
一、物理概念教学中学生思维能力培养
在物理概念的形成过程中，科学思维是关键。应当根据课程标准要求、物理概念特点、学生形成概念的认识过程来确定以下思维能力培养策略。
1.创设生活情境，引发思维过程。物理概念教学首先要解决的问题是为什么要引入某一概念。利用学生的生活经验和原有认识创设情境，往往能启发学生思维，产生建立概念的需要，有利于学生对概念的意义建构。例如，初中“能量”概念教学时，如果只是简单地告诉学生“一个物体能够做功，这个物体就具有能”，是不可能给学生留下深刻印象的。教师可以让学生观察、思考：吹胀一个气球、爬山、真空除尘器吸除尘土等现象，让学生找出现象的共性、本质及内在联系。从而得出结论：食物和燃料是能量的“仓库”，正是这些能量使人或机器做工。在此基础上，再说明能量有多种形式，而且可以相互转化，来自食物和燃料中化学成分的能量叫做化学能；当把重物举高，肌体中的一部分化学能转换为物体的重力势能；释放重物后，物体运动速度变大，重力势能又转变为动能等。
2.引入实验环节，丰富感性认识。在物理概念教学中，对于缺乏建立概念所需的感性材料，教师要尽可能设置一些典型实验，并尽可能让学生动手，亲身感受，使他们获得生动的感性认识，亲历概念的形成过程，从而弄清物理现象的特征。在这一过程中，教师要着重引导学生观察，达到了解现象、取得资料、发掘问题和勤于思考的目的，使学生通过分析、综合、抽象、概括、类比等思维过程将认识上升为物理概念。
3.重视思维方法，上升理性思维。学生获得相关感性材料后，让学生参与科学思维过程，通过比较、分析、综合、归纳，排除次要因素，抓住主要因素，找出所观察到的一系列现象的共性、本质属性，形成概念。尽量用自己的、简洁的物理语言或数学语言给出表述或定义，并指出所定义概念的适用条件和范围。例如在讲摩擦、密度、惯性等物理概念时，教师可以列举典型事例唤起学生已有的感性认识，或通过阐述经验事实使学生获得感性材料，引导学生在此基础上通过物理思维形成物理概念。
4.深化学以运用，巩固概念理解。通过运用概念解决贴近生活的物理问题，一方面可以完善和深化学生对概念的理解；另一方面有利于激发学生学习的兴趣，培养学生的创新意识与实践能力。例如学了“惯性”概念以后，让学生回答：一列火车在平直轨道上匀速行驶，坐在车厢里的人竖直向上抛出一物体，物体下落后会落回到原来的抛出地点吗？对于这样的问题，很可能会引起争论，争论的过程就是抽象概念与具体的问题结合的过程，即巩固、活化概念的过程。
二、物理规律教学中学生思维能力培养
物理规律的教学既是物理知识教学的核心内容，同时也是物理思维能力培养的重要途径。
1.创设情境，培养学生的形象思维能力。获得足够的感性认识是学习物理规律的基础，也是在物理规律教学中培养学生思维能力的基础，因此需要老师创设情境，充分展示相关的物理现象，激励学生进行观察与思考。学生提出问题的过程，也就是学生不断地归纳、分析、综合的思维过程。例如，“焦耳定律”教学时，可以引导学生回忆、陈述使用电熨斗、电暖器等常用电器时所发生的现象，利用这些学生熟悉的现象创设问题情境，引发学生的兴趣和思考，逐步提出想要探究的问题。
2.实施探究，培养学生的归纳、分析、综合思维能力。在初中阶段主要通过实验来探究规律，具体的包括以下几个方面：第一，通过控制变量法得出结论。例如，通过控制电流、电压、电阻三个变量来得出欧姆定律。第二，由对日常生活经验或实验现象的分析归纳得出结论。例如掌握蒸发快慢的条件、光的反射定律等。第三，由大量的实验数据，经归纳和必要的数学处理得出结论。例如掌握二力平衡条件、光的反射定律等。第四，先从实验结果或实际例子的分析中得出定性的结论，再进一步通过实验验证寻求严格的定量关系，得出结论。例如在研究液体压强时，先通过演示让学生知道其跟深度和密度有关，再进一步研究得到成正比的定量关系。
3.运用规律，培养学生的演绎、推理思维能力。教师在引导学生通过探究得出物理规律之后，要及时将规律教学导入巩固、深化、活化的阶段，使学生理解物理规律的真正含义、适用条件和范围。从已知的规律或物理理论出发，对某特定事物或现象进行演绎、推理，从而得出在一定范围内有关物理量之间的函数关系或新的论断，最后通过实践检验而建立规律的方法，这其中的演绎、推理、判断等也都是思维的过程。
三、物理实验教学中学生思维能力培养
实验与思维是密切相关的，没有思维的实验是不存在的，培养学生实验能力的同时，必然促进学生思维能力的提高。
1.演示实验中思维能力培养。教师在进行演示实验的同时，要指导学生进行观察和思考。对于观察到的现象，分析所说明的问题，以至引出规律性的认识，应尽可能由学生进行，培养学生的观察、分析能力。如用“奶瓶吞鸡蛋”“开水下面的小鱼”等新奇的实验导入新课，会引发学生思考，从而推动课堂教学向培养学生思维能力的纵深发展。
2.探究性实验中思维能力培养。为了让学生更好地了解概念、规律的来龙去脉，理解、掌握相应的物理规律，可以由教师创设一定的物理情境，引导学生或教师提出与教学内容有关的物理问题，让学生自己开动脑筋进行猜想和假设，制定计划，设计实验，选择器材，进行实验，收集证据，分析论证，探其究竟，进而得出结论。
四、物理习题教学中学生思维能力培养
常见的物理练习着重于知识的运用、技能的培养以及能力的发展，而拓展性物理练习则进一步体现了新课程理念，赋予物理练习以新的功能，培养学生发散性思维。
1.情境化问题练习。针对常见物理练习中脱离现实、过分模型化等倾向，可采取强调情境真实性以及与社会、文化、相关学科之间联系的情境化问题练习。
关键词：物理课堂学生探究能力
探究性学习是从知识获得的途径和方式的角度对学生学习进行的一种分类。所谓探究性学习，就是从学科领域或现实社会中选择和确定主题，在教学中创设一种类似于科学研究的情境，通过学生自主独立的发现问题、实验、操作、调查收集与处理信息、表达与交流等探究活动，获得知识、技能、情感与态度的发展。在中学物理教学中如何培养学生的探究能力？通过十几年的教学实践，我认为要从以下几个方面来努力：
一、创设问题情境，激发探究欲望
在物理课堂教学中，教师一个十分重要的任务就是培养和激发学生的探究欲望，使其经常处于一种探究的冲动中。在课堂中，当学生弄清木块浸入水中受到浮力的作用后，教师马上向学生提出：“石块投入水中，沉入水底，是否也受到浮力的作用呢？”这是司空见惯的问题，下沉的物体似乎没有受到浮力的作用；但物体在水中又好像变轻了，似乎又受到了浮力。学生在教师创设的情境中，激起了强烈的探究欲望，于是才有了探究的过程。让学生自己根据已有的物理知识和给定的实验器材实地实验，来证明进入水中的东西也受到浮力的作用，在这个过程中，培养了学生的探究情感。又如在生活中，对光的折射现象，学生是很少留意的，在“光的折射”这一教学之初，可以让学生把筷子斜插入水中，引导学生观察筷子变折了这一现象，让学生感到惊奇：明明是直的筷子，在水里怎么变折了？从而激发学生探究的欲望。学生在这种探究欲望的驱使下，就会积极主动地去想、去做，这样既发展了科学思维，又锻炼了动手能力。
二、选择探究问题，体验探究快乐
并不是什么事情、什么问题都需要探究的。对于高中学生来说，浅显的问题学生没有太大的兴趣来探究；只有那些似懂非懂的问题，对于学生来说有一定思维空间的问题，才是值得探究的问题，才会引起学生的兴趣。在讲课中，浮力这一概念是在前面有关运动和力的基础上学习的，学生一定有所认识，但比较肤浅，常常根据表面现象认为：只有浮在水面上的物体才受到力的作用，沉下去的物体就没有受到浮力的作用。根据这一特点，在讲课中，首先通过把木块压入水中的实验，让学生在感觉上先对浮力有个认识；然后让学生自己实验探究，物体在水中沉入水底是否受到浮力的作用。在教师的指导下，学生首先大胆地猜测，然后提出一个能激发学生思维探究空间的开放性的问题：“你能否根据已有的物理知识和给定的实验器材，自己设计实验来证明进入水中的物体是否也受到浮力的作用？”通过这一个开放性的问题，把学生带入了一个主动学习、主动探究的情境中，使学生有一种主动投入实验去学习的愿望。在“凸透镜成像”的教学中，通过引导学生观察放在圆形鱼缸中的鱼，发现水中的鱼被“放大”了，然后再说明这时的鱼缸相当于凸透镜。再提出问题：“凸透镜看物体总是放大的吗？它还能成其他的像吗？”在同学们积极猜想的基础上提出问题：“凸透镜成像有何规律？”“请同学们根据实验室提供的实验仪器，以小组为单位，进行合作探究。”这样，鼓励学生带着问题积极主动去合作、去探究、去动手实验，以体验合作探究的过程、体验成功，在学习的过程中，真正体验到探究的乐趣，品尝到成功的喜悦。
三、留有充分的时间和空间，保证自主探究的质量
在课堂教学中，时间是重要的学习资源。一个教师以时间如何分配，能直接反映出教师的教学观。探究问题的实践性、参与性和开放性决定了探究性学习必须有充分的自主学习的空间。当学生真正获得了学习的时间和空间，才能真正落实学生的主体地位，才有可能是真正的自主学习，学生探究学习的兴趣才有可能提高。因此，在课堂上教师要少讲、精讲，学生能自己学会的不讲，学生能通过合作学习学会的不讲。教师的讲应该是引导、启发，指出思考的方向，并不是直接告诉答案。要给学生留下充分的独立思考的时间，让学生自己学习、探索。没有独立思考就进行合作学习，就会流于形式，质量不高；有准备的讨论交流，才是高质量的交流。
四、多维互动交流，实现探究目标
[关键词]月骨;关节;韧带;生物力学
月骨居近侧列腕骨中线,在腕不稳定中起着非常重要的作用。与月骨相连韧带是维系月骨及相邻腕骨间正常解剖关系的重要结构。其韧带损伤后引起的月骨及相邻腕骨不稳定正逐渐被人们认识并受到重视,目前特别是舟月不稳定的治疗,为手外科医师所感兴趣[1,2]。为了手外科学的发展需要,对与月骨相连韧带进行了生物力学特性的测定。
1材料与方法
1.1材料成人新鲜腕关节标本14侧,右侧7例,左侧7例,供体年龄18～40岁,身高160～180cm,双侧腕关节均未受外伤,经X线检查证实标本无骨性异常。标本冷冻保存,使用前充分解冻至关节、软组织柔软。
1.2解剖观察与生物力学测定切开14个标本腕关节囊,观察舟月骨间韧带、月三角骨间韧带、桡月韧带、尺月韧带和桡舟月韧带的形态、结构。然后进行生物力学测定,首先对桡月韧带、尺月韧带和桡舟月韧带的远侧端月骨附着处不做处理,近侧端桡尺骨相应部位锯断,保证韧带的起止点完整。再对舟月骨间韧带掌侧部、舟月骨间韧带背侧部和月三角骨间韧带进行处理和测量。对所测韧带的远、近端附着骨用3.5mm骨钻分别钻1骨孔,然后插入1根3.5mm粗的斯氏针;放在SWD10型材料试验机上以5mm/min的定速率拉伸至韧带断裂,并测定断裂时韧带承受的最大断裂强度和刚度。
2结果
2.1韧带的解剖学观察舟月骨间韧带和月三角骨间韧带呈“C”形,半环形分布于舟、月骨和月、三角骨的掌、背侧以及近侧,分为掌侧部、近侧部和背侧部。其中背侧部分较厚实、坚韧,以致密纤维结构为主,掌侧部较宽、薄。近侧部显示有纤维软骨样成份。桡月韧带、尺月韧带、桡舟月韧带由纵形排列的纤维组成,并与腕关节囊相移行。
2.2韧带的生物力学测定与月骨相连韧带的断裂强度和刚度测试结果见表1。舟月骨间韧带和月三角骨间韧带为腕骨内在韧带,断裂强度和刚度均很大,且月三角骨间韧带则更大。舟月骨间韧带背侧部的断裂强度明显大于其掌侧部,而刚度却掌侧部较大。尺月韧带、桡月韧带和桡舟月韧带为腕骨外在韧带,其中尺月韧带和桡月韧带的断裂强度和刚度都较大,而桡舟月韧带最小。月三角骨间韧带的断裂强度和刚度最大,与其他各韧带比较,差异均有统计学意义(P<0.05)。
3讨论
3.1月骨与月骨相连韧带的解剖学特性月骨位于腕关节负荷传导通道的中心。月骨外形比较规则,掌面观为四方形,侧面观为半月形,近侧凸面与桡骨下关节面构成关节,远侧凹面与舟骨共同拥抱头状骨。月骨与舟骨之间有坚强的舟月骨间韧带相连。在尺侧月骨与三角骨形成关节,其内有最大断裂强度的月三角骨间韧带相连。对舟骨、月骨与三角骨及骨间关节起稳定性作用。月骨与桡骨之间有桡月韧带、尺月韧带和桡舟月韧带,为外在韧带。桡月韧带和尺月韧带坚韧,加强了月骨及相邻腕骨的稳定性。
3.2生物力学特点与生理功能骨的运动幅度和韧带生物力学特点均与其承载的生理功能状态密切相关。正常腕关节运动学进行过研究,发现在近排腕骨中,相对于桡尺骨而言,舟骨的运动幅度最大,三角骨次之,月骨最小;但相对于月骨,则舟骨的运动幅度较三角骨大[3]。这些都和韧带的断裂强度和断裂形变有关,即骨与骨之间韧带的断裂强度和刚度越大,两骨之间的相对运动幅度则越小。这与笔者研究结果相符,舟月骨间关节和月三角骨间关节运动幅度小,而舟月骨间韧带和月三角骨间韧带的断裂强度和断裂形变都很大,其中月三角骨间韧带的断裂强度最大。在所研究的韧带中,断裂强度最小的是桡舟月韧带,它主要由疏松结缔组织组成,其间血管丰富,胶原纤维束少。尺月韧带和桡月韧带为桡骨远端与月骨连接的韧带,断裂强度和刚度也较大,但不及舟月骨间韧带和月三角骨间韧带。由此可看出近排腕骨内在韧带断裂强度和断裂形变相对较大,这可能与近排腕骨的活动度较大、其承受的应力负荷较大有关。
3.3月骨及韧带与腕不稳定性在腕不稳定中,月骨起着重要作用。月骨由强韧的尺月韧带和桡月韧带在掌侧成倒V形固定,背侧又有背侧桡尺三角韧带限制,所以在近排腕骨中月骨的运动幅度最小。手背伸是一种防御性姿势,跌倒时,手掌着地,腕呈强有力的背伸位。在此过程中,首先引起桡舟头韧带、桡舟韧带紧张,继而引起桡舟月韧带和尺月韧带紧张。由于桡舟韧带,桡舟月韧带比较薄弱,易发生断裂。舟月骨间韧带与月三角骨间韧带相比其强度要小一些,在腕关节极度背伸和尺偏时,舟月骨间韧带的力臂较月三角骨间韧带的要长,故容易引起舟月骨间韧带断裂,造成舟月骨间分离。如果腕背伸尺偏再继续,则会引起月三角骨间韧带断裂,造成月三角骨间分离,这些都是临床上常见的腕关节不稳定的原因[46]。月骨是腕骨中唯一掌侧宽而背侧窄的骨,当腕关节极度背伸位着地时,月骨受头状骨与桡骨的挤压被迫沿腕的额状轴急剧向侧旋转而致脱位,脱位时月骨背侧的韧带、舟月骨间韧带和月三角骨间韧带背侧部会同时断裂。
3.4韧带断裂与修复舟月骨间韧带撕裂引起的不稳定最为常见,次之为月三角骨间的不稳定。在舟月骨间韧带中,背侧部较厚,断裂强度最大,它在防止舟、月分离方面起最重要作用。所以在临床治疗舟、月分离时,应优先修复重建舟月骨间韧带背侧部[7,8]。由于骨与骨间的愈合效果优于骨与韧带间的愈合效果,且自体移植物不会出现排异反应,所以常选用自体骨韧带骨结构进行舟月骨间韧带的替代[9,10]。韧带替代物的选择,由于解剖学及操作技术等原因,不可能对全部舟月骨间韧带进行重建,因此目前对舟月骨间韧带中相对重要且手术操作方便的背侧部进行替代的研究较多。理想的韧带供体应在大小、外形、结构、力学特性上与舟月骨间韧带背侧部尽可能相似,且较易获取,术后对供区的功能不会产生明显影响。临床上常采用的供体有头钩背侧韧带、小多角骨第2掌骨背侧韧带、头状骨第3掌骨背侧韧带等。
参考文献
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关键词：实验教学；研究方法；设计能力训练
中图分类号：G633.91文献标识码：A文章编号：1671―0568（2013）24―0154-02
当前，小学、初中、高中对于生物课堂的的实验教学都存在许多问题和弊端，尤其是高中生物教学。生物教学同其他科目一样都是教学的组成部分之一，其灵活性和操作性都比较强，因此，要加强生物教学中学生的实验设计能力。结合学生的学习特点、学习兴趣，以实验教学为出发点，把实验设计能力的培养作为教学课程的重点项目之一。这样不仅能完善教学机制，还能提高学生的综合能力，将知识和能力的培养结合起来。
一、实验教学的必要性及流程
实验教学与课堂教学最大的不同在于它的操作性。学习是理论联系实际的过程，因此，实验教学在学习过程中显得格外重要。对于学业繁重的高中生来说，实验教学一方面可以增强他们的学习积极性和学习兴趣，提高他们的自主学习能力，另一方面，在一定程度上也能减轻学习压力，使之在轻松的学习环境下学习。同时，在充分掌握科学知识原理的情况下进行科学实验，明确研究的目的和要求，实验者可以及时准备实验所需的材料，制定学习步骤。生物学实验设计主要从七个方面把握：明确实验目的、掌握实验原理、确定实验类型、设计实验步骤、准备实验材料、确认变量、设计实验装置。
二、学生实验设计能力训练的过程
学生实验设计能力的培养需要很长时间，这就要求学生要寻求适合自身的学习方法，一个好的方法可以使学习达到事半功倍的效果。因此，在教学过程中，教师的引导作用就显得尤为重要。教师要根据学生的认知能力和接受程度来制定教学方案，只有这样才能更好地提高学生的实验设计能力。
1.了解实验目的。了解实验目的是实验进行的前提，因此，要明确实验解决的问题，准确把握实验重点。在实验过程中，常常会出现许多变量，要准确地把握这些变量，就必须了解实验的目的，以便正确地选择相关实验原理进行实验设计。由于不同的实验有不同的原理，所以还要求学生在课堂教学过程中熟练地掌握基本原理，以加强理论研究。
2.掌握实验原理。掌握实验原理是在明确实验目的后的工作，对于生物学的实验来讲，还要了解一些化学方面的知识，如水的形成原理、二氧化碳的形成原理等，实验原理是实验设计的理论基础，是实验操作的科学依据。实验步骤和方法都要依据实验的原理来制定，因此，掌握实验原理对于提高学生的实验设计能力非常必要。
3.实验材料的选择。掌握实验原理后就要选择适当的实验材料，在选择实验材料中应做到以下五点：符合实验的原理、便于取材、容易观察、符合实验的目的、便于操作。实验材料的选择看似简单其实非常有讲究，需要学生细心做好实验前的准备工作，这样就可以为实验减少出错率，提高效率。
4.分析变量。在实验进行过程中会遇到一些变量，它是随着实验的进行而产生的。根据变量在实验中的作用，可以将其分为两大类：自变量和因变量；无关变量和额外变量，在实验过程中一般使用的是自变量和因变量。因此，为了保证实验的稳定性就必须严格控制好变量，并及时做好数据的记录和分析，同时还要认真观察实验过程中所发生的变化，以便提高实验的准确度。
5.明确实验类型，设置实验装置，计划实验步骤。实验的方法有很多，种类也多种多样，在明确实验类型前，要把握实验的种类，再根据实验的目的、原理确定实验类型。确定好实验类型后，要设计实验步骤，这一环节是提高学生设计能力的有效途径，给学生提供了根据实验设计的原理设计实验步骤的创造平台，但同时也不能忽视设计遵循的原则，不能盲目设计。最后是设置实验装置，这个步骤有助于提高学生的设计能力，学生要选好器材进行正确的设计、装置，为实验做好前期准备。例如，一些实验器材的摆设和调整，这就要求学生要熟练掌握实验器材及其用途，为实验的实施减少不必要的技术错误。此外，在实践过程中，还要对可能出现的实验结果进行预测，做到全面分析。
三、提高学生实验设计能力的方法
1.树立正确的实验思想理念。在高中生物教学中，对课本知识的理解融汇才能作用于实践。随着新课标的实施，在开始实验之前，首先，教师要熟知各个实验方法和内容，通过讲解来引导学生探索实验研究所隐含的知识，并且使学生产生探索兴趣与求知欲望。高中生物课包含许多实验，学生必须实践参与，才能有所体会领悟，所以教师应起到抛砖引玉的作用。
2.锻炼学生的思维能力。在日常的生物教学过程中，教师应从生活现象举例说明引导学生，让枯燥理论与日常生活情景结合在一起，丰富教学内容，拉近学生与学科间的距离。激发学生的创造性思维，让学生从课本上的知识就能够举一反三，使学生全面发展。另一方面，为学生实验设计能力的开发提供了帮助。
3.增强实验设计的操作性。学生的实验设计能力不是一蹴而就的，需要长时间的训练培养锻炼才能逐步形成。所以，教师在日常教学过程中，需要布置符合学生某一发展阶段的适量难度的实验设计课题，让学生自主尝试不同的实验设计方法进行设计实验，有充分自由发挥的空间。同时，加强学生实验设计方法的实训。通过这种锻炼模式，在进行了一定数量的实训后，学生有了一定能力后，教师要适时予以指点，消除学生的疑虑，又必须引导他们互相交流、探讨彼此的想法和设计成果。之后，还需要教师指引学生，让学生自主总结，来提高学生的实验设计能力，从而加深对知识的理解和运用。
总之，学校既要为学生提供可供实验的器材和场地，也重视要对学生的实验设计能力的培养，尽量增加教师人数，为学生的生物教学实验设计予以指导。还要求教师要与时俱进，学会运用网络的力量，实现教学相长。同时，教师要有高度的责任感，要认真做好本职工作。在日常教学活动中，应注意因材施教，培养学生的实际实验设计能力，让他们树立正确的实验思想理念，锻炼其思维能力，由此，使学生实现全面发展。
参考文献：
【关键词】素质教育；物理实验；观察能力；规范操作；探究学习；创新思维；分析能力
1.研究背景
中学物理课程是以观察和实验为基础，以物理现象、概念和规律为载体，以科学探究为主线、以全面提高学生科学素养为目标的基础性自然科学课程。素质教育的重点是培养学生的创新精神和实践能力。物理实验是学生实践活动的重要组成部分。培养学生具备较强的实验能力，不仅能直观地提高其动手操作技能，而且能发展其思维、分析、综合能力，形成实事求是的科学态度和科学的探究精神。二期课改提出多维度学业评价，既注重学生的知识与技能的发展，更关注学生的方法与过程，及情感、态度与价值观的形成，评价学生个性特长和创造能力。由此可见，提高物理的实验能力是物理教育的主要任务之一。
捷克教育家夸美钮斯说：“智慧的开端当然不仅止在学习事物的名目，而在真正知觉事物的本身。”初中学生物理实验能力的获得主要依靠学生亲自参与实验。只要我们重视并加强了实验教学，给学生提供足够的参与机会，学生的实验能力应该能够不断提高，同时使知识结构更趋完善，科学素养得以提高。
然而，传统教育中的农村初中物理实验教学现状不容乐观，普遍还存在这样一些问题：观念落后、方法陈旧，停留于浅层次要求；注重实验操作，缺少实验探究，更谈不上创新，忽略科学态度、科学方法的培养；更有甚者受考试指挥棒影响，不重视实验，学生实验走过场，实验应有的功能大打折扣；少数学生缺少机会和懒动手脑、实验能力极差，这在近几年的实验考试中也有所体现。这与时代要求相距甚远，出现了有些顶尖学生“基础知识扎实，动手能力薄弱”的现象。
因此，针对我校（一所农村初级中学）实际，为加强实验教学，提高学生的实验能力，进行本课题研究是十分有意义的。
2.研究概况
2.1农村初中物理实验能力的范畴主要包括：认知（认识仪器、了解一般用途）、操作（正确合理使用各种仪器及基本操作）、观察（观察实验现象，并能正确表达）、理解（理解所有的实验步骤及原理）、分析（分析实验现象，特别是分析意料之外的现象得出结论，要有较强逻辑推理能力）、创新〔还可以有哪些改进，还可以怎样实验（原理、装置、步骤）〕。
2.2本课题研究，主要是对本校物理实验教学作一些探讨和尝试，通过对物理实验目标的调整、内容的拓展、方法的更新等，能切实提高农村初中学生的物理实验能力，在此过程中，总结出物理实验教学的新模式。
2.3基本假设：（1）通过更新思想观念、强化技能训练、培养观察思维、引导探究创新、适度评价激励等措施、学生物理实验能力可以得到较大幅度的提高。（2）现有条件（包括时间、空间、物资等）经整合能基本满足加强实验教学的基本需要。
2.4研究方法和过程：
对本校初中物理实验教学现状及学生的实验学习心理作调查分析。
对教材中各种实验仪器、每个实验目的要求、主要功能、步骤方法进行详细研究，根据农村初中学生的认知和心理发展水平及教改的发展方向，结合本课题研究，作适当的调整、拓展。
设计提高学生实验能力的具体策略、措施、实施步骤、操作方法。
总结前一年实施情况，改进、完善设计方案，第二年再试，验证结论的正确性。
整理资料，总结经验，筛选有质量的实验个案4个，完成课题报告。
3.提高农村初中学生物理实验能力的实践
3.1调查并对学生物理实验现状的分析
（1）测试问卷了解学生物理实验现状：
根据问卷调查，个别访谈等了解到：只有五分之三的学生认为物理实验重要，但也不清楚为什么重要；还有五分之二的学生觉得物理实验只是好玩、希奇所以喜欢。多数学生愿意动手做现成的实验，不想也不会设计实验，有部分学生只想看，根本不想做探究性的实验。常常出现男同学抢着做，女同学怕动手；成绩好的积极做，成绩差旁边坐。
（2）分析存在的问题
实验知识缺乏，学生只知其然，不知其所以然；只理论上认识仪器简单的应用，不会将物理仪器应用到实际中。在物理实验时，学生先知道结论，后进行实验，安排上教师演示实验在前，学生实验在后。在实验中出现异常现象，教师只知道“不成功”，没有深入分析原因。对实验中再生资源没有利用。严重缺乏探究精神，多的是好奇心，且难以持久。
3.2进行实践研究
（1）落实物理实验的认知要求（培养观察能力与规范操作、正确表述的基本能力）
物理实验能力的培养首先让学生正确、熟练地使用各种仪器进行简单物理实验，进行严格的基本操作技能训练，并随着课程的进展逐步加以巩固，这为以后正确应用实验方法获取知识，进行实验设计，探究创新打好基础。
如初中物理一开始就是长度的测量，对刻度尺学生再熟悉不过了，因而在思想上就较为麻痹大意。为了克服这一点，先请每位学生拿出手边刻度尺并进行观察，后请一到二位同学讲出观察结果，并组织学生对结果讨论。接着教师引导学生得出：认识测量工具就要认识其测量范围（起始读数与最大读数的范围）和最小刻度（相邻刻度线物理量值）。对于刻度尺的使用，教师在讲台上放置一长方体，然后请一位学生在事先准备好的刻度不同的三把厚刻度尺中选用一把来测量该长方体长，下面同学观察他的测量过程，并加以纠正，同时说明原因。在学生的讨论声中规范操作方法。
又如天平在初中物理中是一复杂而又精密仪器，上课时教师为每张桌上准备一架天平。
在介绍天平构造时先让学生对天平进行观察，然后请几个学生讲出观察结果（估计学生会有较大困难），这时教师可引导学生遵照顺序观察法，从上到下“刻度盘、指针、横梁、标尺、底座”、再观察横梁两端有“平衡螺母”、“托盘”。
规范操作、正确表述的基本能力的培养，教师首先要做好演示实验。教师演示实验对学生起着潜移默化的直接示范作用，演示时要使学生明了实验的思路，要严格按照实验的操作规程进行实验，并要对学生进行实验的意义、目的和要求方面的教育。
在调节天平时教师必须强调并进行规范操作：1、将天平放在水平桌面上，2、将游码移到零刻度处，3、调节平衡螺母（调节时观察指针指向及两托盘的高低得出：调节平衡螺母时应“左高左调，右高右调”，直到指针指在刻度盘中央）。
在演示天平的测量方法时，先请一学生估测一金属块质量（若不会，先了解砝码质量，后再与之比较），然后再按从大到小的顺序加减砝码，最后才能移动游码直到横梁平衡。在操作过程中砝码一定要用镊子夹取，取放物体、加减砝码轻拿轻放（每操作一步，引导学生分析原因并加以扩展）。
学生只有达到实验所需认知和操作两方面的要求，才可以为以后在实验方面的创新作准备。
（2）实验中充分体现学生的主体性，培养学生的探究精神
学生是课堂的主人，也是探究教学的主体，在教学过程中注意充分调动每一个学生的探究积极性、主动性。如果学生在实验过程中不能完成实验。
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