创新设计性实验

创新设计性实验（精选12篇）

创新设计性实验 篇1

药学实验教学改革从20世纪80年代中期开始一直是教学改革的热点。药学实验教学在整个过程中占有十分重要的地位, 对教学质量有至关重要的影响。笔者认为, 设计性实验在学生的创新意识、创新思维和创新精神的培养中具有不可替代的作用, 设计性实验更是提高整体实验教学质量的根本保证和有效途径。

1 药学实验课的现状

(1) 课程设置不够重视实验教学。受传统教育文化的影响, 实验教学长期处于理论教学的从属地位[1]。实验课成绩一般只占总评成绩的15%~20%, 这使得教师和学生都更重视理论课的教授和学习, 而把实验课放在次要位置。这严重影响了学生实验能力的培养和提高。

(2) 实验教学模式陈旧, 缺乏创新设计。传统的实验教学模式是以教师为主导, 而教师以教材为模板, 大多仅进行教材中提到的实验, 实验内容陈旧、方法单一、与实际需要脱节。长期以来形成了一种基础验证性的固定模式, 缺乏新颖性和探索性。而且, 以往的实验多是相互孤立的, 并未与课程开展、当今学科发展、生活与生产实践的进度相配套, 未能充分体现它们之间的联系, 衔接存在脱节, 少见综合性、创新性的实验。

(3) 学生的学习兴趣和创造力得不到充分激发。以验证性实验为主的传统实验方法和实验步骤一成不变, 学生已习惯于按照实验讲义上的步骤按部就班地进行实验, 渐渐失去了对实验课的新鲜感和对知识的渴望。学生主要把注意力放在实验数据的正确与否和测量误差的大小上, 很少有学生注重实验原理、过程、本质以及实验对象产生与演变的规律。学生在整个过程中, 完全处于被动状态。这种旧有的实验教学模式, 在一定程度上压制了学生的自由发展, 严重束缚了学生的独立思考能力, 阻碍了学生的创造力, 学生的能力培养受到限制。学生不能充分自由地发表自己的见解或提出质疑。

2 设计性实验教学改革的提出和实践

为了改变实验教学的现状, 深化实验教学改革, 提高实验课的教学质量, 我们摸索出了一条通过开设设计性实验来促进实验课质量的提升、培养学生创新实验能力的路子。

通过基础性实验—综合性实验—设计性实验—研究探索性实验, 形成了4个层次递进的实验教学体系, 强调学生能力培养的系统性和科学性[2]。在设计性实验中, 学生能够在教师的指导下独立完成实验设计以实现自己的想法, 该模块作为课程的第三部分开设。学生经过验证性实验模块和综合性实验模块的训练, 已具备了独立开展实验设计的基础和能力。为了使实验能够顺利进行, 提出的设计性实验流程为:提出实验题目→可行性论证调研→设计性实验的实施及结果分析→学生分组设计提交设计报告→教师审阅实验设计报告→实验技术人员提供相关试剂、材料和仪器→学生独立完成实验→整理实验数据、撰写实验报告→学生进行课堂答辩, 教师对学生实验做出评价→设计性实验的考核。

设计性实验分为3个阶段进行。第一阶段是确定实验方案阶段。在实验之前, 将3~4名学生分为一组, 实行组长负责制。学生利用课余时间到图书馆、资料室查阅有关手册、文献进行分析选择, 学生互相讨论, 最后根据所学的理论知识和实验基本方法及操作进行实验设计, 确立实验目标、规定实验时间范围、给出实验方案等。第二阶段是学生在实验室动手做实验的阶段。学生根据实验任务书的要求, 在规定的时间内完成实验操作, 观察实验现象, 分析整理实验数据, 小组内相互讨论、交流, 达成共识。第三阶段是实验后答辩交流评价阶段。由于分组进行设计性实验, 每个组都有自己的实验设计思想, 获得的实验结果不同, 通过汇报交流, 可以提供一个交流经验、共同提高的平台。最后, 教师对学生的实验进行点评, 提出值得学习和需要改进的地方。

与验证性实验和综合性实验不同, 设计性实验是在教师指导下学生自主设计、独立完成以实现自己想法的实验, 工作量大, 实验时间长, 因此组织管理十分必要。教师从学生实验设计到实验总结报告进行全程管理, 包括设计方案的审核、材料仪器的准备、实验过程的监控、数据分析及论文撰写、答辩交流评价、实验结果报告和最终的考核认定等。

3 设计性实验的作用

3.1 实现了“以学生为本”的教育理念

设计性实验将学习的主动权交给学生, 学生真正成为实验课的主体, 而教师则充当导师的作用。由学生来确定实验方案、设计实验路线、自主测试和分析数据、得出实验结果、写出小论文式的实验报告。这就要求学生在实验过程中学会自己查阅和搜集资料, 自行应用所学的相关理论进行分析, 从而设计出自己的实验方案并独立进行实验操作, 有时还需要学生自行选择实验仪器, 从而变被动实验为主动实验, 整个过程完全由学生自己提出问题、分析问题、解决问题。

3.2 激发了学生的创新意识

传统的实验教学以验证性和演示性实验为主, 实验教学讲义已近乎一个“菜谱式”的操作程序[3], 好像教师做饭、学生吃饭。而设计性实验是学生自己想吃什么就做什么。

设计性实验又称为创新性实验, 是培养学生创新意识及科研设计能力的有效手段, 设计性实验旨在培养学生的创新意识和创新精神、提高学生分析问题和解决问题的能力。我们在药学实验中增设自主设计性实验, 使学生对药学实验课产生了浓厚的兴趣, 拓宽了知识面, 进一步提高了学生灵活应用多学科知识、全面思考、自主学习及创新的能力。

3.3 培养了学生的综合实践能力

整个设计性实验由学生自行完成, 通过实验更好地掌握实验原理, 达成理论与实践的统一。培养了学生的自主学习、交流合作、分析总结、语言表达和论文写作等实践能力, 尤其是他们的自我调控、自主学习能力得到了提升。在药学实验过程中, 网络的应用必不可少。学生可以在实验初期利用网络查阅相关文献, 了解相关背景知识, 不仅如此, 对于一些高端仪器设备也可以通过网络进行了解。同时, 网络也为学生提供了共同交流的平台, 学生可以通过网络共同探讨相关问题, 将网络与实验学习有机结合, 更有利于发挥自主学习的作用[4]。

3.4 强化了教师的整体素质

设计性实验追求的是利用当代最新科技成果改造传统的实验方法, 这就要求教师也必须不断更新知识结构, 探索和完善设计性实验方案, 因此, 开设设计性实验就对教师提出了更高的要求:由于设计性实验大部分内容都由学生自己完成, 出错率和仪器的损坏率都会提高, 这就要求教师对实验的原理、步骤及仪器的使用非常熟悉, 对可能出现的问题做到心中有数, 以便及时解决;由于设计性实验所需要的工作量高于验证性实验, 这就对教师的敬业奉献精神也提出了更高的要求。因此, 开设设计性实验的前提是拥有一支高素质的指导教师队伍, 当然, 设计性实验的开设也可以促进教师的业务水平和指导能力的提高, 从而形成良性循环[5]。

实践表明, 设计性实验充分调动了学生的积极性和主动性, 对培养学生的自学能力、创造性思维能力和运用所学知识解决实际问题的能力提供了很大的帮助, 打下了坚实的基础。学生在设计性实验中的收获是对教师教学工作的最大鼓励, 我们将在今后的教学实践中继续总结探索, 不断更新与完善设计性实验的教学模式, 深化实验教学改革。

关键词：设计性实验,创新能力,作用

参考文献

[1]李桂云.站在新的历史起点上[J].中国远程教育, 2007 (5) :14~16.

[2]吴小虹, 刘晔, 林佳利.浅谈“三性”实验对提高学生综合实验能力的作用[J].南昌教育学院学报 (高等教育) , 26 (5) :70~74.

[3]丁启龙, 刘晓东.药学医学基础实验教学体系的建设与实践[J].药学教育, 2009, 25 (1) :28~30.

[4]申志英, 宋智敏, 徐东花.药学实验教学改革探析[J].药学教育, 2007, 23 (3) :52~54.

[5]王一冰.开展设计性实验提升实践教学水平[J].西南民族大学学报 (自然科学版) , 2011, 37 (5) :115~116.

创新设计性实验 篇2

一、评分内容： 设计性实验报告评分标准

1、有完整的预习报告；

2、上交科技小论文或实物样品；

3、科技小论文格式符合要求；

4、实验操作动手能力强，相互协作精神好；

5、表格设计科学、合理；

6、作图规范、正确；

7、具有一定的设计创新性或研究性内容，而且具有实用性、指导性和科学性；

8、实验数据记录正确、科学；

9、实验数据处理规范、正确；

10、实验结论明确，结果表达完整，符合要求。

二、评分标准：

（一）实验报告评分按5分制，共分十二个等级，5+、5、5–、4+、4、4–、3+、3、3–、2、1、0。

（二）在评分内容第1条至第3条中，不符合其中一个评分内容下浮一个等级扣分。

（三）在评分内容第4条至第8条中，不符合其中一个要点下浮二个等级扣分。

（四）在评分内容第9条至第10条中，不符合其中一个要点下浮三个等级扣分

（五）下列情况之一者该实验报告成绩作0分处理：

1、实验数据无教师签字的，或用铅笔记录的、以及数据伪造、抄袭等；

2、实验中故意损坏公共财物的（例如把实验使用记录本作草稿纸）；

注：未列入评分内容的，教学人员在评分中酌情处理。

物理实验教学中心

电学中的设计性、探究性实验 篇3

例1 有一根细长而均匀的金属材料样品，横截面外方内圆，如图1甲（放大图）. 此金属材料的质量约为[0.1]～[0.2kg]，长度约为[30cm]，电阻约为10Ω，已知这种金属的电阻率为[ρ]，密度为[ρ0]，因此管内径太小，无法直接测量，请根据下列提供的实验器材，设计一个实验方案测量其内径[d]，备有以下器材可供选用：

甲 乙

图1

A. 毫米刻度尺

B. 螺旋测微器

C. 电流表（600mA,[10Ω]）

D. 电流表（[3A,0.1Ω]）

E. 电压表（[3V,6kΩ]）

F. 滑动变阻器（[2kΩ,0.5A]）

G. 滑动变阻器（[10Ω,2A]）

H. 直流稳压电源([6V,0.05A])

I. 开关一个，带夹子的导线若干

（1）除待测金属材料外，应选用的实验器材有 .

（2）画出电路图，并把图1乙中的所选实验器材连成实际测量电路.

（3）用已知的物理常量和所测得的物理量，推导出[d]的表达式.

解析 用电压表测得此金属材料两端的电压[U]，用电流表测得流过它的电流[I]，则由欧姆定律得此金属材料样品的电阻为[R=UI]

设金属材料样品的长度为[l]，横截面积为[S]，截面外边长为[a]，则根据电阻定律，可得[R=ρlS]

又由金属材料截面的几何关系得[S=a2-πd24]

联立以上三式，得[d=2a2U-ρIlπU]

上式表明，要测定样品的内径[d]，必须测定：材料样品的长度[l]、截面外边长[a]、电压[U]、电流[I]和电阻率[ρ]，所以相应的实验器材为：毫米刻度尺、螺旋测微器、电压表、电流表、滑动变阻器、电源、开关和导线.

答案 （1）A、B、C、E、G、H和I. 需要注意的是，为减小实验误差，电流表应选用量程小的（600mA,[10Ω]）；为了调节的方便，滑动变阻器应选用阻值较小的（[10Ω,]2A）.

（2）因待测电阻阻值较小，电流表应采用外接法；为了使电压的调节范围较大，滑动变阻器应采用分压式接法. 画出实验电路图如图2甲，实物图连接如图2乙.

甲 乙

图2

（3）[d=2a2U-ρIlπU]

点拨 本题是测定金属电阻率实验的延伸、拓展，也是对长度测量的创新. 在选择实验仪器和设计实验电路时，关键是明确实验原理：利用已学过的有关知识推导出金属材料样品内径[d]的表达式，然后再确定须测定的物理量及相关仪器. 在实际连接电路时，为避免线路交叉和正、负极接错，接线一般遵循“电源正极[→]开关[→]滑动变阻器[→]用电器[→]电流表正极[→]电流表负极[→]电源负极”的顺序，最后将电压表并联在待测电路的两侧，即先接干路，再接支路.

例2 测量“水果电池”的电动势和内电阻：将铜片和锌片分别插入一只苹果，就构成了简单的“水果电池”，其电动势约为1.5V. 可是这种电池并不能点亮手电筒上的额定电压为1.5V、额定电流为0.3A的小灯泡，原因是流过小灯泡的电流太小了，经测量还不足3mA. 现用量程合适的电压表、电流表以及滑动变阻器、开关、导线等实验器材，尽量精确的测定“水果电池”的电动势和内电阻，求：

（1）若给出的滑动变阻器有两种规格：[A(0]～[30Ω)]、[B(0]～[30kΩ)]，本实验中应选用 . （填滑动变阻器规格前的字母）

（2）利用实验中得到电压表的示数[U]和电流表示数[I]的值，经描点、连线得到[U-I]图像如图3. 试根据图中所给数据，算出“水果电池”的电动势和内电阻分别为[E=] [V]、[r=] [Ω].

图3

（3）试设计该实验的测量电路. 若不计测量中的偶然误差，用这种方法测量得出的电动势和内电阻的值与其真实值相比，电动势[E] ，内电阻[r] . （填“偏大”“相等”或“偏小”）

解析 （1）由题设条件可知，该“水果电池”的内阻很大，若选用滑动变阻器[A]，则当滑动变阻器的滑片移动时，电表的示数几乎不变，无法进行多次测量，从而影响实验误差. 所以滑动变阻器应选用阻值较大的[B].

（2）由图3的[U]-[I]图像可知，直线与纵轴交点坐标值即为“水果电池”的电动势，即[E=][1.5V.] 直线斜率的绝对值即为电源内阻，即

[r=ΔUΔI=50Ω]

（3）因待测电池的内阻很大，故采用电流表外接法，如图4，所以电流表的示数应是干路电流值，但电压表的示数小于实际电路的路端电压，从而引起实验误差（系统误差），导致电动势测量准确，而内电阻偏大.

图4

答案 （1）B （2）1.5 50 （3）相等 偏大

点拨 该实验是一个对实际问题的探究，是课本上“测电源电动势和内阻”实验的拓展. 由于“水果电池”的内阻很大，同学们若仍用课本上的电路进行测量，误差将会很大，这就要求对课本实验进行改进，这也是高考命题的一种趋势. 平常的学习过程中，应该把所学的物理知识与生活中的一些实际问题多加联系，即把“死”的书本知识变“活”.

2. 探究性实验

例3 如图5甲是一种探究电容器容纳电荷本领大小的实验电路图，实验通过电容器对高阻值电阻放电的方法，测出电容器充电至电压[U]时所带的电量[Q]，从而求出待测电容器的电容[C]，并对不同的电容器进行比较. 某同学在一次实验时的步骤如下：

甲 乙

图5

①按图5甲连接好电路；

②接通开关S，调节滑动变阻器[R]的滑片，使其开始时在阻值较大的位置上，使得电流表的指针偏转接近满偏，并记下电流表和电压表的读数[I1]、[U1]；

③断开开关S，同时每隔[5s]读一次电流表的示数[I2]、[I3]……，并将测出的结果记录在设计好的表格里；

④将测量的每一个结果在如图5乙中的[i]-[t]坐标中描绘出相对应的点；

⑤改变滑动变阻器的滑片位置，使其阻值依次减小到一个合适的位置，再闭合开关S，重复几次；

⑥断开开关S，将电路中的电容器拆掉，换成另一个电容器，再进行上述操作.

图6

（1）该同学根据某次（[U1][=8.0V]）放电记录的数据，在[i]-[t]坐标中描绘出的所有点如图6. 请用平滑曲线连接各点，得出[i]-[t]图像；得到的图像与坐标轴所围的面积的物理意义是 ；该电容器的电容[C=] [F].

（2）实验表明，对同一电容器而言，每一个充电电压所对应的放电电流[i]-[t]图像尽管不同，但它们与坐标轴所围的面积和此电压的比值却近似 ；而不同的电容器这个比值是 的. （填“相等”或“不相等”）

（3）若实验过程中，该同学把电压表错接在[D]、[E]两端，则电容的测量值比它的真实值 . （填“大”“小”或“相等”）

图7

解析 （1）用平滑曲线连接得到的[i]-[t]图像如图9所示；图像与坐标轴所围的面积大小表示的是电容器放电开始时所带的电量；该电容器的电容为

[C=QU=“面积大小U1=1.2×10-3F]

（2）相等；不相等.

（3）小. 若把电压表接在[D]、[E]两端，则电容器放电时在电压表上也有分流，使得流过电流表的示数减小，从而使[i]-[t]图像与坐标轴所围的面积变小，即电量减小，由公式[C=QU]可知，电容的测量值相应减小.

点拨 课本在讲述电容器电容时，没有给出具体的实验操作，没有具体的实验数据，只是用了一个水桶盛水作类比，定义出了电容器的电容. 本题依靠丰富的电学知识，通过自行设计的电路、操作步骤及数据处理方法，分析得出了“同一电容器其所带电量与两极板电势差的比值是常数”“不同的电容器所带电量与两极板电势差的比值不同”的结论，可使同学们对“电容器电容描述的是电容器容纳电荷本领大小”的认识更加深刻.

如何创新设计初中化学探究性实验 篇4

关键词：化学,探究性,实验设计

探究性实验是培养学生实践能力、创新能力的主要手段, 它能较好的培养学生的科学素养, 并将新课改三维一体的教学目标落实到实处[1].

一、设计初中化学探究性实验的基本要求

1. 要符合科学性. 教师设计的探究性实验, 无论是对化学成份的探究还是对物质性质的探索, 都要符合科学性, 在探究过程中, 提出的观点, 或者是对问题与现象解释都要依据化学原理, 不能随意的臆造. 比如, 探索Mn O2能不能在H2O2起到催化剂的作用, 不仅要看H2O2分解反应的速度有没有发生变化, 还要看Mn O2在反应前后的质量与化学性质有没有发生变化, 这就必须要求学生在反应结束后提取Mn O2, 并测出它的质量是否与反应前一样. 如果要验证它是不是Mn O2, 还可以让它加入到氯酸钾中, 看看氯酸钾的反应速度是不是变快了, 从而确定它还是Mn O2这个物质. 在整个教学过程中, 不仅要注意教学目的与教学方法之间的联系性, 还要注意教学过程的逻辑性, 并尽量贴近学生的生活实际来设计探究性实验.

2. 要使实验简单化. 初中学生所探究的化学问题, 在化学学习中是早有定论的, 之所以让学生进行科学探究, 目的在于培养学生的实践能力与创新能力, 实现学会向会学的转变. 教师在设计探究性实验的时候, 要考虑实验的可操作性, 初中学生的化学知识与生活经验都很有限的, 过于复杂的探究性实验是无法完成的, 如果学生在多次探究性实验中都无法体会到成功的喜悦, 势必会失去信心. 因此, 在设计化学探究性实验的时候, 无论从器材的选择上, 还是操作上都要考虑初中学生的可行性, 过于复杂的装置或者实验步骤, 会使学生产生畏惧感, 影响到学生学习的积极性.

二、设计化学探究性实验的途径

1. 从常规实验中出现异常来设计. 由于化学药品放置的时间长, 或者是混有杂质的影响, 使常规的实验出现了预料之外的现象, 此时, 教师只作粗略的解释是很难让学生理解的, 而且也不利于调动学生探知的积极性, 最好的教学方法就是让学生进行探究. 比如, 在装有Na OH溶液的试管里滴几滴无色的酚酞, 溶液会变红色, 当向红色的溶液中滴入稀HCl的时候, 理应只看到红色逐渐褪去, 但在具体的实验中还看到汽泡产生了, 这是没有想到的现象, 教师可以根据这个“异常”现象设计一个让学生探究的实验. 学生通过实验最终探究出这一异常现象的原因是Na OH中混有一定量的Na2CO3.

2. 利用学生的疑问来设计探究性实验. 初中化学对于才接触化学学习的初中生来说是有难度的, 尤其是化学上有很多的概念、原理, 而且初中化学内容所涉及的生活知识也很多, 实验操作的要求也不低, 因此, 学生在学习的过程中会遇到不少问题, 产生了很多的疑问, 教师可以利用学生的疑问来设计探究性实验, 这样不仅让学生解决了自己的疑问, 还提高了探知的能力, 并能更大限度的激发学生的学习兴趣, 这样的教学效果远远比教师简单的释疑要好. 比如, 人们在进入深的山洞或者地窖的时候, 要做个“灯火试验”, 测测里面的CO2气体是不是很多, 怕人窒息. 有的学生查阅资料后提出: CO2在空气中的体积比达到6% 的时候, 人就会窒息了, 可是, 蜡烛在6% 的空气里不一定熄灭, 也就是说灯火试验并不可靠! 这是一个很好的问题, 最好是设计一个实验让学生探究一下. 这个实验的设计的关键是让空气中的CO2的含量怎么才能达到6% . 教师可以这样的引导学生: 在探究空气中氧气含量的时候, 我们是怎么知道它的体积百分比的? 学生在教师的点拨后, 想到了这样的设计: 在集气瓶里事先灌注6% 体积的水, 然后用这个集气瓶 ( 排水法) 来收集稀盐酸与石灰石反应所产生的CO2, 再利用点燃的蜡烛伸入该集气瓶里, 看看蜡烛火焰是不是熄灭了, 从而验证“灯火试验”的可靠性.

三、及时做好教学的反思

在进行探究式教学的时候, 教师要理解新课程教学理念, 及时做好每一节课的反思, 反思自己的教学设计与教学过程, 有没有将教学目的与教学方法有机的结合起来, 在教学的过程中有没有凸显学生是学习的主体地位, 设计的实验有没有脱离学生的实际, 有没有增加学生的学习负担, 学生在学习的活动中有没有积极的参与. 教学反思的目的并不在于做“检查”, 而是为了今后的教学能取得更好的效果, 使学生的科学素养得到更好的培养.

总之, 探究式教学是新课程教学的重要模式, 而设计好各种探究性实验是新课改对教师的一项重要要求, 作为一名新课程教学的教师, 应该勤于钻研, 并在实践中不断的探索、总结, 使驾驭新课程教学的能力得到不断的提高.

参考文献

药学综合设计性实验教学论文 篇5

在药学专业人才的培养中，综合设计性实验应得到足够重视并加以推广。

本文结合药学相关研究方向，从教学步骤、教学形式和考核方法三方面对药学综合设计性实验教学改革进行了初步教学改革实践。

【关键词】教学;药学;设计性实验

综合设计性实验是一种由学生根据给定的实验主题和条件，自行设计实验方案并完成的实验[1]。

着重培养学生独立解决实际问题的能力、创新能力以及组织管理能力。

设计型实验对学生的综合能力能进一步体现，易于激发学生学习的积极性[2]。

可以预计，在将来的实验建设中，综合性、设计性实验的比重必将加大。

由学生自行设计方案，甚至自行安排时间，进行多学科综合设计性实验将会成为以素质教育为本的新型教学方式[3]。

1 药学实验的现状

当前药学教育重视理论课程的教学，而对实验教学的重视程度相对不足。

实验是研究的灵魂，是激发学生学习兴趣的重要源泉，更是培养学生和发展学生思维能力和创新能力的重要方法和手段。

理论知识的教学是为了更好的指导实践操作。

但是，长久以来，实验课没有得到学生和教师的足够重视。

学生努力读书只为了能够通过理论考试，而实验操作的优劣无关学位和成绩。

做实验对学生似乎就是照方抓药， 所以，这就使得实验课没有起到应有的作用。

事实上，实验教学环节是理论知识与实践结合的纽带，对培养学生的实验技能.巩固学生的专业知识以及知识的创新有相当重要的作用[4]。

当前的药学实验主要以验证性实验为主，设计性实验项目较少。

对不同学科学生缺乏针对性，学科单一。

并且由于随着时间的推移，原有的设计性实验已被多届学生做过或是随着学科研究的深入而过时，设计性实验又回到了照方抓药的老路上去了。

目前设计性实验较难开展的一个重要原因在于：与验证性实验相比，教学成本较高，花费教师的精力也较多。

故设计性实验的发展也受到一定影响，教师也不乐于开展设计性实验。

2 综合设计实验改革

2.1 教学步骤

2.1.1 设计实验

教师提前几周给学生布置设计实验的题目，让学生利用业余时间自行查阅文献资料，设计出实验方案，其中包括实验原理、仪器、药品和实验步骤等，要求他们利用图书馆及Internet网查阅相关的文献资料，然后筛选、归纳，设计出自己的实验方案，并在实验前提交初步的设计报告并列出参考文献。

这样既充分发挥了教师的主导作用，又突出了学生的主体地位。

2.1.2 讲评与讨论，确定设计路线

教师在仔细审阅学生的设计报告后，要在课堂上做一个讲评。

讲评时注意实验设计的科学性、可行性和安全性。

实验原理、操作程序必须与化学理论和实验规则相一致。

大多数实验方案，在不违背此项原则的前提下都应给予肯定，尤其对那些设计思路清晰、细节完备或有建设性的方案要给予高度评价。

对于不同实验方法，可提示各自的利弊，鼓励学生大胆尝试。

学生所设计的实验方法要切实可行，选用的实验药品、仪器、设备应在学校实验室条件下能够得到满足，否则应引导学生选用一些有同等效果的替代药品。

实验设计要尽量避免有毒药品和有危险性的操作，告诫学生安全绿色是进行一切化学实验的首要条件[5]。

教师讲评后进行课堂讨论。

可请设计有特色的学生介绍自己的设计思想，也可大家自由讨论，畅所欲言。

通过这样的形式用一个人的灵感启发集体的智慧。

2.1.3 实验操作

学生根据自己的设计方案开始实验，根据实验中出现的情况去补充、修正自己的设计方案。

2.1.4 总结

根据实验情况，学生与教师在课堂上进行讨论，对实验中的错误操作和技巧心得进行交流，并写出总结报告。

2.2 教学形式

教学形式方面改变以往由教师主讲，学生“照单抓药”的教学模式，改为启发式、开放式综合性自主教学模式。

2.2.1 多学科的综合实验

随着现代科技和药学事业的发展，药学各学科之间的相互渗透越来越深入。

但是传统的药学实验教学内容多为理论教学的验证或孤立的单元操作;教学方法多是指导教师详细讲解，学生“照单抓药”;在学科角度上，长期以来一直是各自为政，本学科以外的其他药学知识涉及深度和广度不够，在学生的学习过程中，没有体现出系统性和连贯性。

在本次教改实践中并非单一学科的实验，而是至力于开展药剂、药物分析、药理、药物化学等多学科的综合性实验。

学生在药物化学实验室合成的药物，将会进入药剂实验室配制成各种剂型，然后将该制剂用于药理实验，而药物分析实验则至力于监控原料药、成品的质量。

在多学科的`综合实验中，学生能够完整地了解到药品的生产和质量监测流程。

通过药学综合设计性实验能使学生更好地了解到药品研究、生产、检验和使用的全貌。

2.2.2 开放式的实验平台

在本次教改实践中，各实验室随时向学生开放。

学生保管实验室的钥匙，根据自己的课程时间，自主安排实验进度，并根据自己的兴趣分工进入不同实验室负责不同实验环节。

人才并非可以通过统一的流水线被生产出来，死板的统一模式是素质教育的障碍。

给学生多一点自主，有利于人才的培养。

同时，学生自主负责实验室的安全、卫生和研究进度，这种方式对于提高学生的主人翁意识有帮助。

2.2.3 团队合作

独立解决问题和团结协作，二者并不矛盾。

在综合设计性实验中，需要6人以上为一个团队进行实验。

在综合实验中，学生的团结协作精神显得更为重要，因为学生之间的相互协调可以使实验顺利进行，提高效率。

通过这样的实验对学生进行团队合作教育，提高学生的协作能力。

2.3 考核方法

设计性实验的考核我们主要贯穿这样一个原则：淡化结果，注重过程。

与以往重视测定结果的精确性，并主要以此来评价学生成绩的做法不同，对于设计性实验我们更重视学生在整个设计过程中的表现出，而测定结果只作为考核的次要因素。

学生在设计方案中是否有独到新颖的想法，整个实验思路逻辑是否清楚，实验过程是细节严密还是顾此失彼，整个实验报告书写是否规范，结果是否可信等都是评定设计实验成绩的重要因素。

考核中要充分鼓励和肯定学生在设计过程中所表现出的敢于挑战、主动学习、大胆创新的精神，及由此带来的思维水平和实践水平的全面提高。

3 结束语

综合设计性实验打破了传统由实验教师确定实验原理、方法、步骤，学生被动接受并实验的实验教学模式以及单一的(下转第58页)(上接第14页)学科限制，由学生结合各学科自己选择和设计实验，这样能极大地激发学生的实验兴趣和探索热情，强化实验创新意识，增加学生对新知识新思想的渴求，推动科研活动的开展，有利于提高学生的综合素质。

这对高校素质教育模式的建设有积极的意义[6]。

所进行的综合设计性实验涉及范围广，所研究内容涉及天然药物化学、质量标准建立、结构解析、药物代谢、药剂等多方面。

让学生在学习基础性、综合性实验的基础上得到提升，学以致用，亲自设计一个实验，从一个操作者变成一个设计者。

设计方案的实施过程是学生运用所学知识与实践结合的过程，遇到的一切问题都要分析、思考、判断，并反复实践才能解决，最终有效提高学生的综合思维和实践能力。

【参考文献】

[1]王庆松，孙林，侯燕芝.浅谈综合设计性实验在医学生物学教育中的实践[J].继续医学教育，2013，27(2)：37.

[2]殷秀慧，朱团.设计性实验对大学生创新能力培养的研究[J].科技资讯，2012(15)：205.

[3]王新强，叶松，聂琨.以素质教育为本的设计性实验改革的思考与探索[J].教育教学，2013(33)：269-270.

[4]陈晓莹.加拿大的浸入式教学法及其在我国外语教学改革中应有的影响和作用[J].英语研究，2012(1)：68-72.

[5]陈敏，卢其明，罗志刚.化学开放实验教学绿色化的探索与实践[J].实验室研究与探索，2013，32(4)：135-139.

创新设计性实验 篇6

关键词：创新技法；组合技法；缺点列举技法；硝酸氧化性

文章编号：1005–6629（2016）12–0050–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

当代科学创始人默顿认为，人类创造发明也是有规律可循的，对同一研究目标常有许多人在同一跑道上竞争，而最先到达终点的天才，只是在发明过程中发挥更大的创造力，在运用创新方法上胜过了别人[1]。创新技法可以使创新过程少走弯路，为改进实验提供思考的方向，起到事半功倍的效果。

1 中学常用的实验创新技法

常用实验创新技法有组合技法、缺点列举技法、比较技法、替代技法等[2]。组合技法指将一些相关的化学实验按某种关联因素或特征进行新的组合，构成新的实验。如利用组合技法，将某种气体的制备与性质探究结合起来，一次完成全部实验。

缺点列举技法指通过发掘现有实验的缺陷，且一一列举出来，然后提出改进或革新的一种技法。如利用缺点列举技法，列举某种会产生倒吸装置的各种缺点，然后逐一改进缺点，设计出各种防倒吸的实验装置。

比较技法指通过控制反应条件，研究某一个因素对实验的影响。如利用比较技法，控制浓度、温度、催化剂等变量中的一个变量，研究外界因素对化学反应速率或平衡移动的影响。

替代技法指根据反应原理，用一些简单、易得的仪器替代一些复杂的仪器，取得同样的实验效果。如利用替代技法，在研究启普发生器特殊构造的基础上，设计各种启普发生器的替代装置。

有些化学实验由于受条件的限制，无法做到或做不成功，需要借助模拟实验来提供学生熟悉的生动的感性材料，从而达到揭示问题本质的目的。如利用模拟技法，用物理实验室中的高压静电放电装置，模拟闪电固氮过程。

逆向技法指改变一般思维程序，即把事物反过来看，见人之未见，思人之未思，并由此解决问题，产生新的思路。如证明水的组成常用电解水的方法，也可以逆向思考，从氢气在氧气中燃烧生成水来证明。

强化技法指在实验中强化关键部分，忽略次要部分。变看不见为看得见，变无声为有声，变无色为有色。通过外在的现象，找到内在变化的本质。如氢氧化钠和盐酸反应没有明显的现象，常用滴有酚酞的氢氧化钠溶液和盐酸反应，通过颜色变化证明二者发生了反应。

下面列举组合技法和缺点列举技法在探究硝酸氧化性的实验中的应用。

2 组合技法在探究浓、稀硝酸氧化性中的应用

将已有的化学实验按一些共同特征或功能进行合理组合，使其具有某种新的功能也是对原有化学实验的一种创新。利用组合技法，设计锌与浓、稀硝酸反应的实验。

2.1 一般做法

多数教师依照教材建议，选择较不活泼金属铜分别和浓、稀硝酸反应，来探究浓、稀硝酸的氧化性。若能反应，说明硝酸中+5价的N元素表现出强氧化性。这种直奔主题的做法凸显的是结论，缺少探究过程，不符合学生的认知习惯和学习心理。

2.2 创新思路

思考1：学生已知浓硫酸中+6价的硫元素表现强氧化性，稀硫酸中+1价的氢元素表现弱氧化性。学生从已有经验出发，会类比出硝酸的氧化性与硫酸的氧化性相似。锌既能被硝酸中+1价的氢元素氧化，也能被+5价的氮元素氧化，所以选择锌与硝酸反应比选择铜更合理，更有探究和思考的空间。

思考2：锌与浓硝酸反应时产生红棕色气体，现象明显。锌与稀硝酸反应时现象较复杂，刚开始出现红棕色气体，慢慢在液面上方气体颜色变浅，该气体是一氧化氮还是氢气无法说清楚，而且不易被碱液吸收。能否运用组合技法，将这两个反应进行有效组合？

（1）反应试剂组合

锌和浓、稀硝酸都能反应，且随着反应的进行浓硝酸逐渐变成稀硝酸；浓硝酸还原的产物能排走空气而不干扰稀硝酸的还原产物。考虑到这些相关因素，可用过量的锌和浓硝酸一组试剂代替锌和浓、稀硝酸两组试剂进行反应。

（2）气体吸收组合

浓硝酸生成的二氧化氮能被氫氧化钠溶液吸收，但稀硝酸生成的一氧化氮不能被氢氧化钠溶液单独吸收。过量的锌和浓硝酸反应，开始生成的二氧化氮和随后生成的一氧化氮组合起来，一起被氢氧化钠溶液吸收，收到一举两得的效果。

（3）实验装置组合

在反应试剂和气体吸收组合的基础上，可选择具支试管和双球干燥管这一套装置来完成锌与浓、稀硝酸的反应及尾气吸收实验。为了探究锌与稀硝酸反应的产物，需将无色气体与氧气接触，较简单的方法是通入氧气。再利用组合技法，将过氧化钠和水反应产生的氧气通入反应装置中，实现反应装置和产物验证装置的有效组合。

2.3 创新实验

（1）实验装置：如图1所示。

（2）实验过程

①接好装置，检查装置气密性。

②夹紧弹簧夹。

③向小试管中加入两药匙过氧化钠固体，滴管中吸满水。向大试管中加入四颗锌粒（确保金属锌过量），加入两滴管浓硝酸（2：1），快速塞紧双球干燥管。

可以看到反应较剧烈，产生大量的红棕色气体。2分钟后气体颜色明显变淡，4分钟后颜色较浅。此时将胶头滴管内的水加入小试管，打开弹簧夹，过氧化钠和水反应产生的氧气进入大试管，大试管内气体颜色立刻由浅变深，证明稀硝酸的还原产物为NO气体，而不是氢气。

（3）实验优点

①用实验室最常规的仪器组合一套实验装置，操作简单，对比明显。

②浓硝酸生成的NO2气体将装置内的空气赶走，便于观察到稀硝酸生成的NO气体。

③反应产生气体的颜色由深变浅再变深（通氧氣后）。反应现象不断变化，吸引学生去分析、推理、猜测、质疑，在思辨中获得新知。

3 缺点列举技法在探究铜与稀硝酸反应产物中的应用

缺点列举技法就是指通过发掘现有事物的缺陷，每发现一个缺点，找出一个问题，就找到一个创新发明的方法。利用缺点列举技法设计无氧条件下铜与稀硝酸反应的实验。

3.1 一般做法

在中学范围内创造无氧环境，可用以下几种方法：①液体排空气法②气体排气法③真空法④燃烧法。燃烧法操作较复杂；气体排空气法使用气体的量不易控制。这两种方法在实验中使用较少。液体排空气法较简单，运用较多。如用针筒做铜和稀硝酸的实验；或用U型管（一边低，一边高）做铜和稀硝酸的实验。前者实验中因针筒中预先放铜片，很难排尽空气，且针筒的气密性不高，实验效果并不理想。后者实验中的U型管要充满稀硝酸，硝酸用量太大，也存在不足。通过缺点列举技法明确了设计的方向：努力设计出易排尽空气，易密封，反应物用量较少，反应现象明显的反应装置。

3.2 创新思路

思考1：从易排空气的角度考虑，塑料袋比较容易做到[3]，且越薄的塑料袋排空气越容易。家用保鲜袋很薄最理想，但干燥的保鲜袋在折叠中也会存留极少量的空气，但加水润湿后保鲜袋就紧紧贴在一起，变成“真空状”了。

思考2：从密封的角度考虑，用线扎住保鲜袋操作并不简便。在家庭中为防止食品袋中的食物受潮，常使用塑料密封夹夹紧塑料袋，且塑料密封夹开启或闭合都比较容易。至此，思路一下子豁然开朗。

3.3 创新实验

（1）实验用品：一个保鲜袋、两个塑料密封夹、一个洗耳球、碎铜片、1：2稀硝酸。

（2）实验装置：如图2所示。

（3）实验操作：

①向保鲜袋中加入一些碎铜片，固定在保鲜袋的一个角上。

②向保鲜袋中加少量水，然后将水慢慢排净，利用水膜间的吸附力将袋中空气完全排净。

③向保鲜袋中加入4滴管稀硝酸，再排净空气，用塑料密封夹1夹紧保鲜袋下半部分，确保保鲜袋下半部分无氧气。

④用洗耳球向保鲜袋上半部分鼓入空气，使保鲜袋鼓起来，再用塑料密封夹2夹紧保鲜袋上半部分。

（4）实验现象

刚开始铜和稀硝酸反应较慢，可用水浴加热的方法，加快反应。2分钟后保鲜袋下半部分产生的无色气体将保鲜袋鼓起，此时快速打开塑料密封夹1，看到无色气体迅速变成红棕色。

（5）实验优点

①实验装置是厨房中常见的物品，使学生明白创新不神秘，生活中处处有学问，处处可创新。

②保鲜袋用水润湿后极易形成真空，塑料密封夹操作简单，密封效果好。保鲜袋又可水浴加热，可节约实验时间。

③实验现象非常明显，成功率高，实验后给学生留下深刻印象。

在实验的创新过程中，所使用的技法并不是单一的，往往是多种技法交融并串的综合应用。当前教育综合实践改革正在大力推进，要求每个学生都要开展研究性学习，逐步积累研究性学习的经历。在教学中渗透创新技法，在教师的创新示范和创新方法引导下，学生才会有信心、有目标去完成研究性学习，真正提高学生的学习潜能和综合素质，实现从知识到能力、从能力到品质、从品质到理想的教育追求。

参考资料：

[1]冯容士，陈燮荣.物理创造技法与实验研究[M].上海：上海教育出版社，1998：5.

[2]王祖浩，王程杰.中学化学创新实验[M].南宁：广西教育出版社，2007：247，258，261.

中学化学探究性实验设计 篇7

新的化学课程标准倡导从学生和社会发展的需要出发, 发挥学科自身的优势, 将科学探究作为课程改革的突破口, 激发学生的主动性和创新意识, 促使学生积极主动地学习, 使获得化学知识和技能的过程也成为理解化学、进行科学探究、联系生活实际和形成科学价值观的过程。[1]在这基础上, 我们把一些验证性实验改成探究性实验。

2. 中学化学探究性实验设计的设计思想

化学是一门以实验为基础的科学, 实验教学在中学教学中的重要性是肯定的, 化学实验教学是新课标的重要手段。化学实验教学直观、形象, 易于激发学生的兴趣, 在这一时期, 中学生的抽象思维能力虽有一定的发展, 但仍以经验型的抽象思维占优势。[2]实验探究教学目的是激发学生求学求知的积极性, 基础是训练学生实验探究的思维方法。同时, 在中学化学教材中, 绝大部分新授课含有演示实验内容, 有些是以实验学习来了解物质的性质、制法、用途, 有些是靠实验推断出重要的结论。因此设计一些符合学科特点和学生认知规律的教学方法, 无疑是适应当前新课程标准和新教材对课堂教学改革的要求, 提高课堂教学效率和教育教学质量的有效途径之一。

3. 中学化学探究性实验设计的设计特点

3.1 教学主导教师和学习主体学生的有机结合。

3.2 教师启迪、引导, 学生及时反馈、自我调控。

3.3 起初在做演示实验时, 教师应注意把每个演示操作交代清楚, 同时要说明道理, 即为什么要这样做。

比如在演示二氧化碳的实验室制取时, 若教师只告诉学生怎样做, 这是不够的, 因为学生不明白为什么要这样做, 因而只能硬记。如果教师先根据实验室制取该气体的原理和化学方程式, 说明为什么要采用课本中的气体发生装置———固液反应不需要加热的气体发生装置;根据初中教材中已把“气体的净化”列入知识内容, 学生对气体的净化基本原理及其分析方法已有了初步的了解, 引导学生分析从发生装置产生的二氧化碳可能含有什么样的杂质, 再根据二氧化碳和杂质的性质, 提出应该如何除去这些杂质 (即用什么试剂和什么样的装置) ;根据二氧化碳的物理和化学性质来说明为什么要用排水或用向上排空气法收集二氧化碳;根据二氧化碳的性质, 提出解决剩余二氧化碳处理的方法 (即用什么试剂和什么样的装置) 。这样一来, 学生容易记住实验的现象和内容, 以后在遇到类似的气体制取实验时, 就懂得应根据下列几个方面熟练地运用到化学实验中去: (1) 先根据实验原理选择气体发生装置; (2) 根据所含的杂质选择除杂试剂和除杂装置; (3) 根据气体的性质选择收集装置和尾气处理装置。如此可培养学生围绕着具体的实验内容有针对性地进行思考, 展开思维训练活动, 提高学生的逻辑性思维能力。

3.4 学生通过知识的学习和技能的训练, 获得丰富的感性知

识, 并对这些感性知识进行分析和综合, 得到理性知识, 才能加深对事物的认识和理解, 培养和形成各种能力。教师可通过设计实验, 培养学生的思维能力。在学生具备了初步的化学基础知识、掌握了一定的化学实验操作技能的基础上, 教师应该有按照实验目的要求, 根据已学过的实验原理和方法, 设计出实验方案, 同时对学生的实验操作提出具体要求。这是对学生进行科学训练, 培养实事求是、独立思考、开拓创新的一种途径。

3.5 例如在《应用广泛的酸碱盐》一章中, 教师可以给学生一个实验探究性的题目:

“用实验证明未知溶液的酸碱性”。在确定此项实验设计的过程中, 可以给学生这样的探究方法:首先, 应考虑物质与水发生的溶解和电离, 从而鉴定反应后的体系中是否还有反应物的微粒和存在着什么生成物的微粒;其次, 再判断物质与水反应后可能得到的产物, 如根据的酸碱盐的基本化学性质, 判断可能存在的成分;最后, 一般应检查物质与水混合后所得溶液的酸碱性。在检查酸碱性时, 学生会发现指示剂变色, 这说明溶液的酸碱性。学生在思考了上面的问题之后就较容易设计出鉴定的实验方案来。

3.6 在引导学生思考时, 教师还应诱导学生回答实验过程的注意事项。

如:应该注意哪些注意事项?实施某个实验步骤时应注意做什么或不能做什么?原因何在?实验过程可能会出现什么不安全的事故?应该如何防范?万一出现事故应如何处置?等等。

3.7 学生的思维活动是在他们感到迫切需要解决新问题时开始。

因此在教学中教师还应充分发挥实验设疑作用, 使实验内容和所学知识具体化、条理化、问题化, 启发学生强烈求知欲望, 使学生始终处于有效的积极思维状态。

3.8 教师可让学生根据这些问题设计出具体的实验方案, 教师再审查, 然后让学生独立进行实验。

同一实验习题可能会有不同的实验设计方案, 教师都可以让学生去实践, 并相互交流, 比较各自方案的优缺点, 以开阔学生的眼界。

以上是从化学实验的整体来阐述的, 从而引发学生展开思维活动。在实际实验中, 教师应抓住某些侧重点展开思维训练, 引导学生从某些典型的实验探究入手, 上升到一般性、规律性的认识, 逐步提高学生思维品质的层次。

4. 中学化学探究性实验设计的设计方法

4.1 化学实验是进行科学探究的主要形式, 它的功能是其他教学手段无法替代的。

实验教学有利于启迪学生的科学思维, 揭示化学现象的本质。探究性实验是学生在实验和观察的基础上通过科学抽象来获得结论的一种实验, 它以生动的魅力和丰富的内涵在化学教学中发挥着独特的功能和作用。

4.2 努力创设生动活泼的学习情景。

创设学习情景可以增强学习的针对性, 有利于发挥情感在教学中的作用, 激发学生的兴趣, 使学习更为有效。

4.3 注意贴近学生的生活, 联系社会实际。

5. 中学化学探究性实验设计的反思

新课程强调教学过程是师生交往、共同发展的互动过程。在教学过程中, 教师要处理好传授知识与培养能力的关系。[3]在化学实验探究教学的试验教学中, 教师要尽量给学生动脑、动手的机会, 培养他们独立思考的习惯, 发展他们的创造能力, 充分发挥化学实验的教育功能, 这是全面提高学生素质的重要途径, 是培养能符合知识掌握规范, 具有解决问题特长, 可以持续求学发展等三项要求的学生的有效方法。

参考文献

[1]中华人民共和国教育部制定.化学课程标准[M].北京师范大学出版社, 2001.7:1.

[2]赵永胜.“上教版教科书”实验教学设计例析[J].化学教与学 (南京师范大学主办) , 2006, 11:5.

综合设计性实验的创新性教育 篇8

1 传统实验教学的弊端

传统的实验教学是理论教学的附属手段, 以教师为中心和主体, 学生被动地按照实验要求和操作步骤进行, 最后上交一份实验报告进行考核, 教学模式单一。实验内容是理论知识的验证, 学生按照实验指导书上规定的步骤完成实验, 在整个实验过程中学生完全是消极被动的。此外, 按各门课程分别开设实验教学课程的最大弊端是以本门课程为中心、授课分散, 不仅导致专业理论教学内容的过多重复, 而且开设的实验课内容比较分散、零乱, 系统性较差, 造成学时和经费投入的浪费, 而学生想学的内容有时很难学到。由于一般实验不独立设课, 不计学分, 所以很难对学生的学习情况做一个较准确的量化考核, 目前很多高校都选择实验报告作为主要的成绩评定依据, 由于试验方法、步骤和现象分析差异不大, 给了一部分学生抄袭的机会, 增加了成绩评定的难度, 很难做到公平、公正、准确, 影响了部分学生的学习积极性和创造性。

这种教学模式培养的毕业生实验组织能力没有得到很好的培养, 分析和解决问题能力的训练不足, 实验操作技能训练欠缺, 实际动手能力不强, 综合素质不高, 与当前市场的人才需求有很大差距。为适应时代和社会发展的需要, 必须进行传统实验教学改革, 增加综合创新性实验的比例。

2 综合设计性实验的创新与特色

综合设计性实验是教师给定实验目的、要求和实验条件, 要求学生在实验前充分查阅相关文献、技术、方法等, 根据实验室已有的仪器设备, 写出详细的实验实施方案, 包括题目、理论依据、实验目的、材料和方法等, 由指导教师进行审阅修改, 然后在指导教师的协助下, 由学生自主完成实验。整个实验以学生为主体, 彻底改变了传统实验教学中学生被动做实验的局面, 激发了学生学习的主观能动性和创新性, 培养了学生独立思考和驾驭知识的能力, 严谨的科学态度和工作作风, 相互协作的团队精神, 高效的实验组织能力和实际动手能力, 以及发现问题、分析问题和解决问题的能力。综合设计性实验项目往往综合几门课程的内容, 有效整合课程资源, 解决了传统教学中课程内容分散、各实验方法和技能脱节和系统性差的问题, 使学生能系统掌握学科基础知识、专业知识以及实践技能, 并且能够将所学知识灵活运用、具体实践, 为学生毕业实习、毕业设计以及将来的工作奠定夯实的基本。例如, 西南科技大学食品专业开设综合设计性实验“植物蛋白质的制备及应用”, 要求学生选择某种植物资源提取分离蛋白质, 进行新型功能性蛋白质饮料开发, 并进行质量控制分析, 实验内容综合了生物化学、食品化学、食品分析、食品工艺学、食品分离、软饮料工艺学、果蔬工艺学等课程的内容。通过自主完成实验, 学生获得了真实的体验, 活跃了思维, 逐步形成了创新意识、研究意识、动手能力和收集信息及处理信息的能力, 综合实验技能显著提高, 收到了较好的教学效果。

3 综合设计性实验的实施难度及质量保证

3.1 综合设计性实验的实施难度

传统教学中的验证性实验具有定时、定点、定方法、定结果等特点, 操作性简单, 容易管理, 而综合设计性实验强调学生自主创新, 使实验操作技能得到锻炼, 综合运用知识的能力得到培养。综合设计性实验在实施过程中往往存在一些问题, 如开设时间如何选择, 由于综合设计性实验需要多学科知识, 大三的学生刚刚开始学习专业课程, 大四还有一部分专业课, 所以综合设计性实验需要在大三期末和大四前半学期进行, 而此时正值学生考研、开始找工作的阶段, 很多学生不愿意把过多的精力放在课程学习上, 造成综合设计性实验效果不理想。此外, 实验每组人数太多, 少数学生的积极性不足, 有依赖思想;实验课时不足, 在教学中, 有不少同学的实验设计颇有创意, 但因为课程的限制而未能实施;还有实验仪器设备的限制、实验经费的投入不足等问题存在, 因此, 需要在实验方案、方法、实验室管理等方面进行改革。

3.2 综合设计性实验的改革及质量保证措施

3.2.1 研究方案设计的拟定与审核。

研究方案与路线是整个实验成功与否的前提和关键, 体现了综合设计实验区别于传统实验教学的创新性特点。通过拟定实验方案, 可以检验学生对理论知识的掌握程度、检验学生是否具备查阅文献、综合归纳等能力, 还可以为学生以后的毕业实习、毕业论文以及工作奠定基础。应特别注重研究方案的拟定与审核, 实验课程开始前先将学生分组, 布置实验题目, 要求学生独立查阅题目相关的最新文献, 以了解课题的研究和进展动态, 然后根据资料提出方案, 在小组内讨论, 确定实验方案, 并递交给指导教师审阅, 得到审批后即可进入实验室进行实验。

3.2.2实验操作过程完成情况。

严格的实验操作过程是培养学生严谨的科研态度和搞好科学研究的关键, 也是培养学生基本操作水平和解决实际问题能力的重要手段。综合设计性实验要求学生按照实验方案, 自主完成实验过程, 包括实验装置的组装、试剂的选择、溶液的配制及标定、实验室安全与卫生的保持等。这一环节不仅要求学生自觉动手, 还必须积极动脑思考, 随时发现问题、解决问题, 与指导教师和实验岗教师及时讨论, 在教师的指导下, 解决试验过程中遇到的难题, 提升教学效果。

3.2.3 学生成绩的综合测评。

考试是检测学生对知识掌握程度、运用知识能力的有效手段, 也是教学过程的重要环节。有效制定综合测评的内容和方法, 不仅可以公平、准确、合理地评价学生学习、论文撰写、自主创新等的综合能力, 还可以提高学生积极性并督促学生自觉完成实验。测评内容至少应该包括试验方案设计、实验操作能力和主动性、提出问题与问题分析讨论情况、实验安全和卫生工作情况、实验报告完成情况, 使成绩评定更加科学化、规范化和标准化, 调动同学们做试验的主动性和积极性, 同时有效监督学生试验过程中的每个环节, 加强其自觉遵守实验室规章制度、仪器使用与维护以及实验室安全卫生等章程的责任感, 显著增强实验教学效果。

3.2.4 实验室开放。

传统实验教学定人、定时、定点、定内容, 学生缺乏自主性和创新性, 资源浪费严重, 完全不能达到综合设计性实验的要求。应实施实验室的开放性教学, 积极创造实验室开放教学的良好环境, 让学生根据自己设计的方案和路线, 主动进行实验室预约, 经实验中心批准后进入实验室, 然后学生根据自己的实验方案, 自觉完成实验过程, 充分发挥学生的自觉性、独立性、积极性、主动性和创造性, 提高学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。高效的实验室开放教学及动态管理是保障综合设计性实验有效实施, 培养学生创新精神和综合能力的重要途径。

3.2.5 综合设计性实验平台。

综合实验平台建设能综合学科群、加强跨学科教学, 培养基础扎实、专业知识面宽、能力强、素质高的复合型应用人才, 提高学生学习积极性、充实实验教学资源, 有利于实验室人力、物力、财力等方面资源的共享, 提高了仪器设备的综合利用率, 降低了实验室平时低值易耗的费用, 也有利于实验室技术人员之间的业务协作与水平的提高。

4 结语

综合设计性实验在教学中呈现的创新性、主体能动性和探索性特色, 突出了学生的主导地位, 极大地调动了学生学习的积极性和主动性, 适应了学生需求的多样性, 有利于促进现代大学体系的创新性教育。为保证综合设计性实验的质量, 并提高教学效果, 必须进行实验方案拟定与审核、成绩的综合评定, 以及实验室开放等项目的实施与改革, 同时需要提高教师业务水平和实验室动态管理能力。

摘要：评述了综合设计性实验开设的必要性、重要性、实施难度、方法以及质量保证的措施等, 以期推进高校以学生为主体的创新性教育, 从而有利于21世纪高素质应用型专业人才的培养。

关键词：综合设计性实验,实践教学,创新教育

参考文献

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[2]黄晓亮, 李洪波.浅谈高校实验室的开放[J].实验室科学, 2008 (4) :381-382.

[3]王甫想.高校开放实验室管理模式探讨[J].科技管理研究, 2008 (9) :350-351.

创新设计性实验 篇9

1 传统实验动物学实验教学考核模式分析

实验动物学是医学、生物学、兽医学、农学和药学等学科的基础课程之一,它是一门基础医学与临床医学之间的桥梁学科,为学生提供从事生命科学研究领域不可或缺的有关实验动物和动物实验的基本理论知识和基本技能[3],其中实验教学在整个教学过程中又起着非常重要的作用。实验教学不仅要传授学生最基本实验操作技能,如小鼠、大鼠、豚鼠、兔、犬等实验动物的抓取与固定、雌雄鉴别、编号标记方法以及外科手术方法等,还要让学生学习各种人类疾病动物模型的制备方法,所以,学生的实践动手能力显得尤为重要。如何很好地开展实验动物学实验教学,培养出高素质人才,一直是备受关注的重要问题。实验教学考核是教学工作的重要组成部分,与理论教学考核相比,具有促进学生感受和理解知识的产生与发展过程,促进学生掌握实验技术和科学研究方法,有助于学生理论联系实际,有助于培养学生的实践能力和创新能力,且在直观性、实践性、综合性和创新性方面具有理论教学考核不可替代的作用。

长期以来,教研室原有的实验教学考核体系,一直沿用传统考核模式,将实验课成绩在总成绩中所占的比例定为30%左右,实验成绩以学生的实验报告成绩、操作考核成绩和出勤率的综合成绩计算。然而方式单一的传统实验动物学实验教学考核模式,直接或间接导致了学生对实验课的不重视,或单纯地为写实验报告而做实验。一般地,学生只要完成实验报告又无缺席,几乎不影响实验成绩,以致部分学生实验操作敷衍了事,动手能力较差,实验报告的重复情况严重。如此,不利于提高学生参与实验教学考核的积极性和主动性,也不能有效的督促学生认真上实验课,更不可能在发生实验结果不佳时,督促学生主动分析原因、总结经验教训,体验难得的科研实验经历。同时,考核成绩难以真实地反映学生的综合能力和评价实验教学的实施效果,也不能体现学生的动手操作能力及解决实际问题的能力。因此,传统实验动物学实验教学考核模式的改革势在必行。

2 实验动物学设计性实验考核模式建立的思路

理想的实验动物学设计性实验考核模式不是仅仅考察学生所掌握的知识和基本操作技能,而应当充分激发其学习的积极性、主动性和创造性,并可全面、合理、客观地评定学生的综合能力和素质,包括实践能力、创新能力、团队协作能力、运用知识的能力,以及实验中表现出的合作精神、认真与实事求是的科学态度等。考核模式的指导思想要体现“以学生为本”的理念,促进学生发展个性、提高素质、严谨求实、勤奋敬业。构建一个科学、合理的考核模式,要遵循三大原则,即坚持全面发展意识,提高学生综合能力;坚持严格要求,培养学生敬业精神;坚持创新意识,引导学生创新思维,搭建一个考核内容层次化、考核方式多样化、注重过程考核的设计性实验考核平台。

3 实验动物学设计性实验的考核方法

3.1 实验设计方案

实验设计方案是设计性实验的前提和基础[4],这一环节主要考查学生对动物实验基本问题的设计能力,占考核总分的30%。实验方案的设计,一般分为两大类:一类是由指导老师拟定一个实验范围或基本要求,学生自行命题;另一类是完全由学生根据自己的兴趣和学习基础自选内容,大胆创新、自主设计。实验设计方案应该包括研究目的、研究内容、创新点、拟采取的研究方法、技术路线、观察指标等项目的介绍,要求突出实验的特色。实验设计方案主要从以下几个方面进行考核评分:①实验目的、实验动物、实验内容、实验仪器和试剂、实验步骤和方法、观察项目以及注意事项等是否叙述清楚;②设计方案的科学性、可行性和创新性;③实验基本项目是否齐全、规范。由于不同实验小组选择的设计性实验类型不同,操作的难易程度不同,因此,评判尺度也有所不同。

3.2 实验实施过程

实验实施过程是学生对实验设计方案进行研究并实现的过程,也是对方案进行修改和完善的过程。这一环节主要考查学生在实验过程中发现、提出、分析和解决问题的能力,占考核总分的40%。评分项目由个人实验操作和团队协作情况两部分组成。其中,个人操作技能主要从以下几个方面进行考核评分:①动物实验基本操作技能,包括实验动物的抓取固定、雌雄鉴别、给药方法、外科手术操作是否正确、规范以及处理问题的能力等;②熟练程度包括实验操作是否熟练、轻柔、步骤是否清晰等;③实验完成结果,包括结果是否符合实验要求、是否超时;④实验动物福利体现程度,包括在饲养过程和实验过程中对实验动物的处理是否符合动物福利原则和要求。对团队协作精神主要从以下几个方面进行考核评分:①实验人员分工是否合理;②手术者和助手的配合是否协调、到位;③实验的整体效果等。

3.3 科技论文写作

科技论文写作是学生对实验结果进行总结、分析并整理成文的过程。这一环节主要考查学生对实验结果的处理、分析、归纳和总结等能力,使学生初步养成科学、规范和严谨的撰写科技论文的习惯,占考核总分的30%。评分项目主要从以下几个方面进行考核评分:①格式是否规范,包括标题、摘要、关键词、引言、材料和方法、结果、结论、讨论和参考文献等内容;②对实验结果的分析讨论是否科学、合理;③对于非预期性的实验结果,能否分析其原因并提出改进方法等。

4 实验动物学设计性实验考核方法实施效果和体会

4.1 有利于充分调动学生学习的积极性和主动性,并逐步加强学生创新能力的培养

近3年来实验动物学设计性实验的考核过程,强调学生的主体地位,以研究性实验项目为切入点,为学生创造一种类似于开展科研课题的情景和途径。通过实验项目的实施和考核,使得学生主动地检索信息、查阅文献、搜集资料,做好实验记录、分析实验结果,并将实验结果通过小论文的方式总结出来,成为自己的知识,变被动学习为主动学习;同时,学生通过对文献资料的筛选、思考,寻找研究的创新点,设计出有效可行的设计方案,并将自己的设想及时与同学、老师进行交流,变主动学习为创造性学习。因此,实验动物学设计性实验的这种考核方式有利于提高学生对实验教学的学习兴趣和重视程度,有利于充分调动学生的积极性、主动性和创造性,既能反映学生实验设计的能力,又能反映学生实验操作能力、处理问题和综合分析问题的能力。

4.2 有利于对学生团队协作意识、实事求是的工作态度和严谨工作作风的培养

现代科学发展的趋势,离不开团队意识以及集体智慧,分工与协作是一个科研工作者必备的素质,而这正是当前绝大多数学生所欠缺的,也是一般教学中无法传授给学生的。实验动物学设计性实验项目的实施和考核,以小组为单位,要求每个实验小组都评选出一位小组长,负责分配每位实验成员的具体任务,如动物的抓取固定、麻醉、给药、手术操作、实验的记录等都必须分配到位,使学生意识到如何合理分工、相互协作才能更好的完成实验,学会怎样与他人合作、顾全大局,树立团队集体主义观念和培养团队协作意识。同时,科研来不得半点虚假,要求学生客观、公正、合理地分析实验结果。有时可能得到的实验结果与所选课题预期不一致,但这并不能否定课题的正确性;同样,即使得到的实验结果与课题假说一致,其正确性也需要进一步确认,并分析实验结果,完成实验报告。如此有利于培养学生实事求是的工作态度和严谨的工作作风。

4.3 有利于教学质量的提高

实验动物学设计性实验选题的科学性、可行性、实验操作的难易程度直接关系到实验考核分数。因此从拟定选题开始,每个实验小组就为选题而忙碌,充分利用课余时间查阅资料文献、组织讨论,并主动找老师提出自己的想法或疑问。同时,在实验课前做好人员分工及各项准备,有的小组还会在考核前利用课余时间约好本小组同学到实验室做好预实验,本小组同学之间相互提醒、鼓励和监督,因为大家意识到如果个人操作不当不但影响到自己的成绩,也将影响到整个小组的实验结果,影响到本组其他同学的成绩,无形之中加强了自我约束和管理,提高了学习的主动性和积极性。因而实验过程中,大家分工明确,手术者操作熟练,步骤清晰,得心应手,助手配合到位,并认真做好观察记录。整个过程显得有条不紊,很快就完成了实验,大大缩短了实验操作时间,提高了教学质量。

5 小结

实验动物学设计性实验考核方式的改革适应当前教学改革的要求,能比较全面地反映出学生实际开展实验动物学实验的能力,提高学生对实验教学的学习兴趣和重视程度,达到实验教学的真正目的;有利于发挥学生的积极性和主动性,有利于学生创新意识和创新能力的培养,有利于培养学生团队协作的精神、实事求是的工作态度和严谨务实的作风,提高学生的综合素质。

摘要：实验动物学设计性实验对提高学生的综合素质、培养创新能力有重要作用,而传统的考核模式不利于设计性实验的开展和评价其实施效果。结合实验动物学的实验教学改革,开展设计性实验的考核模式改革,从学生设计实验能力、实施实验能力、团队协作能力及分析问题能力等方面进行综合考核,进一步提高设计性实验的教学质量和教学效果。

关键词：实验动物学,设计性实验,实验考核,教学改革

参考文献

[1]余琛琳,崔淑芳,汤球,等.《实验动物学》实验教学改革中开展设计性实验的实践与探索[J].西北医学教育,2009,17(4):732-735.

[2]杨军,宋克俭.高校实验室实验成绩考核方法探析[J].高等理科教育,2009,5:141-144.

[3]崔淑芳.实验动物学(第3版)[M].上海:第二军医大学出版社,2007.

投资组合理论验证性实验设计 篇10

一、实验资料

已知甲、乙、丙、丁四项风险资产, 各自的收益率及方差—协方差矩阵已放置在Excel表格中, 如下表所示:

要求:绘制组合的可行集、有效集及资本市场线 (假设无风险资产收益率为5%) 。

二、实验原理

1. 绘制可行集思路。

绘制可行集所需数据来源于对投资组合的标准差及收益率的计算。为了便于计算, 可把组合的标准差及收益率的计算公式写成矩阵相乘的形式。设W表示出资比例行向量, E (r) 表示资产期望收益率行向量, S表示资产组合的方差-协方差矩阵, 公式分别为:

其中:wi表示单项资产的出资比例;E (ri) 表示单项资产的期望收益率;Covij表示任意两项资产期望收益率的协方差。

组合的标准差公式为:, 其中:WT表示矩阵W的转置。

组合的收益率公式为:, 其中E (γ) T表示矩阵E (γ) 的转置。

在Excel 2003中, 每项资产的出资比例可用随机函数RAND () 生成, 计算组合的标准差和收益率所需的矩阵相乘通过MMULT函数实现, 计算组合的标准差过程中所需的矩阵转置运算通过TRANSPOSE函数实现。需要注意的是, 如果第一项资产的出资比例由RAND () 函数生成的模拟值为w1, 则第二项资产的出资比例应由“RAND () * (1-w1) ”模拟生成。

模拟生成多组出资比例, 可计算出多组组合的标准差和收益率数据, 在Excel 2003可用这些源数据生成散点图以模拟投资组合的可行集曲面。

2. 绘制有效边界思路。

有效边界是可行集曲面包络线上的一部分。投资组合包络线 (前沿) 是任何两个有效投资组合的所有凸组合的轨迹。如果能找到任何两个有效投资组合x和y, 就可按照两项风险资产组合可行集曲线的绘制方法来绘制投资组合的包络线。寻找两个有效投资组合x和y, 需要用到如下定理:

设c为常数, (R-c) T表示行向量:[E (r1) -c, E (r2) -c, E (r3) -c, …, E (rn) -c], R-c表示列向量。设向量z为联立线性方程R-c=Sz的解, 则这个解产生一个在可行集包络线上的投资组合W, 方式为:

根据定理, 通过设置两个不同的常数, 可以求出两个组合x和y中各资产的投资比例, 进而求出组合x和y的标准差、收益率及两者的协方差。在Excel 2003中, 可用MINVERSE函数来求矩阵S的逆矩阵。组合x和y的协方差等于用行向量表示的组合x出资比例乘以方差—协方差矩阵S再乘以用列向量表示的组合y出资比例, 即Covxy=Wn SWyT。

设置对组合x和y多种出资比例, 可计算出由组合x和y构成的多种组合的标准差和收益率。在多项标准差和收益率数据中, 存在最小方差组合点。它将“标准差—收益率”数据分成有效边界数据和无效边界数据, 据此可绘制有效边界。

3. 绘制资本市场线的思路。

资本市场线的特征是夏普比率值最大。在Excel 2003中, 可采用规划求解的方式计算夏普比率最大时的切点坐标 (即此时的标准差及收益率) 。无风险资产点与切点相连即为资本市场线。

三、实验步骤

1. 绘制可行集曲面。

(1) 生成数据。在A8输入0, 然后单击“编辑”、“填充”、“序列”, 选择序列产生在“列”, 类型“等差序列”, 步长值“0.02%”, 终止值“1”, 单击确定。

在B8输入“:=RAND () * (1-A8) ”;在C8输入“:=RAND () * (1-A8-B8) ”;在D8输入“:=1-SUM (A8:C8) ”。在E8输入“:=SQRT (MMULT (MMULT (A8:D8, $A$3:$D$6) , TRANSPOSE (A8:D8) ) ) ”。在F8输入公式“:=MMULT (A8:D8, $F$3:$F$6) ”。将A8:F8中的公式复制到“A9:F5008”中。

(2) 绘制图形。选中“E8:F5008”区域, 然后单击“插入”、“图表”, 出现“步骤之1图表类型”, 单击标准类型下的“XY散点图”, 选中第一个类型, 单击“下一步”。出现“步骤之2图表源数据”, 单击“系列”, 在“名称”后输入“可行集曲面”, 单击“下一步”。出现“步骤之3图表选项”, 在“图表标题”下输入“四项风险资产投资组合验证性实验设计”, 在“数轴X值”下输入“标准差”, 在“数值Y轴”下输入“收益率”。点击“完成”。

2. 绘制有效边界。

(1) 有效组合x和y中各资产的投资比例的确定。在I2和K2各输入一个常数, 其中第一个常数设为0, 第二个常数设为0.065。选中“H4:H7”区域, 按一下F2键, 输入“:=MMULT (MINVERSE (A3:D6) , F3:F6-I2) ”, 然后按“Ctrl+Shift+Enter”组合键。在I4中输入“:=H4/SUM ($H$4:$H$7) ”, 将I4中的公式复制到“I5:I7”。选中“J4:J7”区域, 按一下F2键, 输入“:=MMULT (MINVERSE (A3:D6) , F3:F6-K2) ”, 在K4中输入“:=J4/SUM ($J$4:$J$7) ”, 并将其复制到“K5:K7”。

(2) 组合x和y的收益率、方差及两者的协方差的确定。在I10中输入“:=MMULT (TRANSPOSE (I4:I7) , F3:F6) ”;在I11中输入“:=MMULT (MMULT (TRANSPOSE (I4:I7) , A3:D6) , I4:I7) ”;在J10中输入“:=MMULT (TRANSPOSE (K4:K7) , F3:F6) ”;在J11中输入“:=MMULT (MMULT (TRANSPOSE (K4:K7) , A3:D6) , K4:K7) ”;在I12中输入“:=MMULT (MMULT (TRANSPOSE (I4:I7) , A3:D6) , K4:K7) ”。

(3) x和y构成的凸组合数据及最小方差组合点的确定。在H16输入数值“-100%”, 然后单击“编辑”、“填充”、“序列”, 选择序列产生在“列”, 类型“等差序列”, 步长值“5%”, 终止值“2”, 单击确定。这样, 在“H16:H76”共产生了61个数值。在I16中输入“:=SQRT (H16^2*$I$11+ (1-H16) ^2*$J$11+2*H16* (1-H16) *$I$12) ”;在J16中输入“:=H16*$I$10+ (1-H16) *$J$10”;在K16中输入“:=IF (I16=MIN ($I$16:$I$256) , “最小”, “”) ”。用鼠标选中I16:K16区域, 把光标放在区域右下角, 当光标变成十字形时, 双击。“I16:K16”中的公式自动复制到“I17:K76”中。观察知:第57行存在最小方差组合点, “I16:J57”为有效边界数据区域, “I58:J76”为无效边界数据区域。

(4) 绘制有效边界、无效边界和最小方差组合点。选中绘图区, 单击鼠标右键, 在下拉菜单中, 单击“源数据”, 单击“系列”, 单击“添加”。“名称”后输入“有效边界”, “X值”后输入“=Sheet1!$I$16:$I$57”, “Y值”后输入“=Sheet1!$J$16:$J$57”, 单击“添加”;“名称”后输入“无效边界”, “X值”后输入“=Sheet1!$I$58:$I$76”, “Y值”后输入“=Sheet1!$J$58:$J$76”, 单击“添加”;“名称”后输入“最小方差组合点”, “X值”后输入“=Sheet1!$I$57”, “Y值”后输入“=Sheet1!$J$57”, 单击“确定”。

3. 绘制资本市场线。

(1) 生成数据。选中“H15:J16”, 按Ctrl+C键, 然后选中“M3”, 按Ctrl+V键。在“M5、N5”和“O5”中分别输入“无风险资产”、“0”和“5%”。在P3中输入“夏普比率”, 在P4中输入“:= (O4-O5) /N4”。单击“工具”、“规划求解” (如果看不到规划求解, 单击加载宏, 钩选规划求解) , 在弹出的对话框中设置目标单元格为$P$4, 等于“最大值”, 可变单元格设为“$M$4”, 约束后空缺, 单击“求解”, 等弹出对话框后单击“确定”。在M6、N6和O6中分别输入“辅助点”、“=N4*3”和“=SLOPE (O4:O5, N4:N5) *N6+INTERCEPT (O4:O5, N4:N5) ”。

(2) 绘制图形。选中绘图区, 单击鼠标右键, 在下拉菜单中, 单击“源数据”, 单击“系列”, 单击“添加”。“名称”后输入“切线”, “X值”后输入“=Sheet1!$N$4:$N$6”, “Y值”后输入“=Sheet1!$O$4:$O$6”, 单击“确定”。选中刚绘制的切线, 单击鼠标右键, 单击“添加趋势线”, “类型”下选“线性”, 单击“选项”后在“显示公式”前, 打上对号“√”, 单击“确定”。对坐标轴刻度、绘图区格式及图例显示位置等进行调整, 最终绘成图1, 图中显示出的公式表示了切线方程, 即资本市场线方程。

4. 对图形的考察。

由于本实验中将甲乙丙丁四项资产的出资比例分别限制在0至100%之间, 所绘制的可行集曲面被限制在包络线右边较小的区域内。

如果出资比例突破0~1限制, 所绘制的可行集曲面将充满包络线右边整个区域, 验证设计如下:将A8、B8和C8中的公式分别改为“=RAND () *2-1”, 选中“A8:C8”, 将鼠标放在区域右下角, 当光标变成十字形时, 双击, A8、B8和C8中的公式自动填充到下方各单元格中。其他单元格数据自动更新, 图1所示的可行集曲面自动扩展至包络线右边整个区域 (如图2所示) 。

四、结语

投资组合理论的推导演绎借助了大量的数学方法, 逻辑性强, 学生不容易理解。本文结合学生们熟悉的Excel软件设计了验证性实验, 对允许做空时的情形进行了考察, 必能促进学生们对投资组合理论的理解和掌握, 对教师的教学亦有一定的参考价值。

参考文献

[1].薛来.验证性实验中融合探究性和实战性的探索与实践.实验技术与管理, 2010;11

[2].彭晓峰.财务管理的实验教学思考.经济研究导刊, 2011;3

[3].马忠.公司财务管理理论与案例.北京:机械工业出版社, 2009

[4].赵志东.Excel VBA基础入门.北京:人民邮电出版社, 2006

创新设计性实验 篇11

摘 要：设计性实验模块是医学机能学实验主干课程之一，已成为培养本科生创新思维与创新能力的重要方式。我校对机能学设计性实验做初步探索，加强培养了医学本科学生综合运用的知识能力、实践能力和创新意识，并就机能实验教学推行创新教育提出了一些可供参考的建议。

关键词：机能学实验；设计性实验；实验教学

近年来，国内大多数医学院校将生理学、病理生理学和药理学三个学科的实验教学合并为一门独立的综合性课程，优化组合成为机能实验学。我院通过不断改进传统的实验教学内容和实验技术方法，在机能实验学教学中开设了学生自行设计的设计性实验。设计性实验是在教师指导下，由学生自己选题、设计实验、开展实验研究、讨论总结等的一种研究性的实验教学模式，能培养学生开拓创新的能力。通过探索与实践，采用不同设计性实验教学模式，培养学生综合素质能力和创新能力，对于提高机能实验教学质量是极为重要的。

一、设计性实验的模式

1.命题设计性实验。命题设计性实验是指教师指定研究题目的设计性实验，目的是让学生初步了解科学研究的过程，提高学生的研究兴趣。步骤：（1）设计性实验启动：教师讲授实验设计的基本原则、规范化的实验设计的报告要求和设计性实验的基本程序。（2）设计性实验方案的确定：以小组为单位通过文献查阅、讨论并提交设计性实验方案，全体学生及教师共同讨论，完善设计方案。（3）实验操作：实施并完成实验，记录实验数据，完成实验报告。

2.课堂设计性实验。课堂设计性实验是学生在机能实验中实施完成的设计性实验，目的是让学生初步了解实验设计的基本原则与方法。步骤：（1）获取信息，提出问题：通过课堂操作观察获取结果基础上，教师提出可能机制。（2）设计实验，验证假设：各组提交针对不同机制的实验设计方案。（3）实施设计，得出结论：对所设计实验加以实施，记录实验过程与实验结果，最后教师对实验做全面总结，书写完成实验报告。

3.自主设计性实验。自主设计性实验是学生完成机能相关理论及实验学习基础上，自主选定研究题目的设计性实验。实施方式包含实验启动、方案设计与方案实施3阶段。

二、机能实验学设计性实验的实施

1.准备阶段。第一阶段主要是“科研方法与设计性实验动员”，激发学生对科研的兴趣，并对科学研究有一定了解。科研基础知识教学包括：查阅相关文献、广泛收集与本课题相关的前沿动态资料；实验设计的基本原则；实验的预试及研究实施；结果整理及分析，如常用统计学方法和图表制作等；成果（撰写论文），论文基本格式及书写注意事项等。

2.实施阶段。“设计性实验讨论与选题”，带教教师与学生共同讨论其实验的可行性与科学性。“设计性实验操作”学生按照自己设计的实验进行实验操作。带教教师仅做指导，在关键步骤上把好关。“设计性实验总结与考核”对实验结果整理，并进行统计学分析，以科研论文的格式书写实验报告。

三、开设机能实验学设计性实验的经验总结

1.有利于培养学生严谨的科学态度。实验顺利实施，需要学生自始至终保持着严谨、科学的态度。医学院校的学生将来工作的对象是病人，这就要求他们要认真、严谨地对待问题，准确地诊断病因，为患者解除痛苦。

2.初步培养了学生的科研能力，有利于学生开展科研活动。通过设计性实验，学生能够基本掌握科研设计的思路，得到完整有效的科研训练，有利于学生创新能力和科研思维的培养，提高整体科研素质。学生初步掌握了如何处理实验数据以及对实验结果的分析討论，增强了实验动手能力，提高了自主学习能力以及应用知识解决实际问题的能力。

3.培养了学生的团队精神。实验从开始选题、查阅资料到最后递交论文，整个过程中大量的工作都以实验小组为单位完成。这促进了实验小组成员之间团结协作精神的培养，为学生以后走入社会，踏上工作岗位奠定基础。

四、机能实验学设计性实验存在的问题及解决办法

1.实验室条件有限，设施相对简单。实验过程中我们经常发现，由于实验仪器缺乏、部分实验动物价格昂贵、药品不易购买等，使得学生设计的实验无法顺利进行，从而打消了学生设计的积极性，不利于学生创新能力的培养。今后学校要进一步加大对机能学科的支持力度，完备实验室条件，使设计性实验达到培养学生实践动手能力、科研能力等的教学目的。

2.设计性实验课时有限。课时不够，学生得不到充分的锻炼。我们鼓励学生利用课后进行预实验，提高实验的成功率。同时，要求带教教师在学生选题时要把握好设计性实验的实验要求，争取既能够锻炼学生的实验技能，又能提升机能实验学的教学效果。

综上所述，机能实验学的教学目的就是要培养学生的个性，让学生积极主动地探索未知世界。这有利于国家培养创新能力强、综合素质高的医学人才，以满足现代社会发展的需要。

参考文献：

[1]张晖，尹立红，浦跃朴，等.环境卫生学设计性实验教学探索[J].医学教育探索，2006，5（8）：713-715.

[2]郑敏莉，胡晓枚，叶富守，等.机能实验学设计性实验的探讨[J].华北煤炭医学院学报，2010，12（4）：577-578.

[3]尹刚，王贵林，张道明.机能实验学创新教学改革的探索与实践[J].中华医学教育杂志，2008，28（4）：95-97.

创新设计性实验 篇12

一、初中化学探究性实验设计

1. 探究性实验设计分类

(1) 猜想和假设类。例如, 膨化食品、肉松、茶叶等多以真空充气形式包装, 该方式保证了食品的“原汁原味”、营养价值不流失, 且避免食品受压变形。

问题:你们猜猜气体是什么?

验证猜想:也许是N2, 初步验证实验方法与现象, 气体也可能是＿＿。＿＿

解析:该案例选择的是学生熟悉的身边事物, 但是学生对其中的道理不理解, 对这种现象经常视而不见, 提出问题, 就能激发学生探究的欲望, 并以此暗示学生多从化学思维角度观察生活。

再如, 在酒精火焰上放置纯铜片, 一段时间后铜片表面变黑, 试猜测黑色物质的来源, 并设计出实验步骤。

解析:在空气中加热铜, 将得到Cu O, 黑色物质可能为Cu O。另外, 酒精为有机燃料, 如果不充分燃烧, 会出现碳黑。因C、Cu O与酸并不是都相溶, 这样就可得到验证方法。

在猜想、验证类实验中, 学生的猜想会不着边际, 因为前提很模糊, 所以教师应要求学生的猜测必须有根据。

(2) 设计探究方案类。例如, 可溶性镁、钙化合物在硬水中较为常见, Ca (HCO3) 2为钙化合物, 加热后可分解得到气体、水、难溶性盐, 水垢中就含有难溶性盐。

问题:分析加热分解Ca (HCO3) 2后产生的另外的生成物。

猜测:气体可能是CO2, 固体可能是＿＿。

实验方案设计:学生通过条件设计实验方案, 验证猜想。

解析:条件中有“难溶性盐, 且为水垢成分”的提示, 碳酸钙可能为固体。因澄清石灰水遇CO2变浑浊, 则可以此做设计。验证办法则为盐酸与碳酸钙反应, 可得到CO2。

再如, 某学生认为, 可燃物燃烧剧烈程度的决定因素有可燃物和氧气的接触面积、氧气浓度, 请就此选择其中一个因素, 设计实验, 探究效果, 如表1所示。

该实验设计开放度大, 探究问题选择多样, 若为“氧气浓度因素”, 学生可考虑“氧气性质实验”, 对氧气中物质燃烧与空气中物质燃烧现象的差异做判断。

若某问题的实验方法多种, 还要考虑操作简单、科学合理、安全可行、现象明显的原则。

(3) 解释或形成结论类。在该类实验中, 学生不再考虑实验步骤与方法, 因为都已经给出, 学生只需通过已掌握的化学知识去求证, 即可得出结论。

例如, Ti的性能是人们较为关注的, 某化学实验小组探究了Ag、Ti、Mg金属活动顺序。

假设:a.Mg的金属活动性弱于Ti;b.Ti的金属活动性介于Ag与Mg之间。

资料提示:前提相同, 某金属与酸发生反应, 金属活动性与气泡产生速度成正比。

设计实验:在温度相同情况下, 在等质量等体积的稀盐酸中投入金属薄片。

问题:

(1) 在投入前, 都擦亮了金属片, 原因为＿＿。

(2) 表2为实验现象, 请据此填空。

结论:上述假设中, 错误的是＿＿, 原因为＿＿, 金属活动性排序为。

(3) 在该实验设计中, 若盐酸溶质质量存在差异, 则结论是否一定合理?＿＿, 原因为＿＿。

解析:该题立足金属活动性、酸与金属反应等知识, 暗含“假设、实验、验证、结论”等探究要素。Mg与酸反应速度超过Ti, Ti却快于Ag, 为此, 假设b正确。对于问题 (3) , 要求学生掌握酸与金属反应时, 哪些因素影响其速度, 如温度、接触面积、酸浓度等。

2. 设计探究性实验的思路

设计探究性实验的思路如图1所示。

第一, 探究问题选择。题目大小适度, 难易适中, 要考虑学生的爱好特长、认知水平、教学进度, 要有一定的开放度, 注重现实与实用价值。选题应有新意, 如对书本观点发出质疑、对旧课题以新材料加以论证等。

第二, 探究目的确定。初中生的生理、心理发育不完善不成熟, 主要是形象思维, 探究目的可设置为增强自我修正能力、培养创新与实证意识、掌握使用微机查询与组织资料的办法、假说方法等。

第三, 资料信息的收集。主要包括学科知识, 从教师、调查等方式获取的信息, 师生交流信息, 学生通过探究获取的信息等。

第四, 探究实验方案设计。实验内容主要有实验题目、目的、原理、用品、步骤与现象、装置图、结论。实验不同, 设计的方案就该有差异。当然, 相同实验情况下, 设计方案也可多种多样。实验设计格式主要有文本格式、表格式、流程式, 格式要易懂、清楚、简明、完整。

另外, 设计中还要注意实验验证、实验分析与结论、方案的反思和修正等步骤, 确保设计方案合情合理, 满足探究性实验要求。

二、新授课中的探究性实验

对于新授课内容, 探究方向主要有以下几种。

第一, 物质性质。初中化学中常常需要认识物质性质, 例如, 探究盐酸化学性质, 条件有硝酸银溶液、氯化铜溶液、碳酸钙、镁条等, 以此猜测物质性质。

第二, 实验条件。实验条件的差异, 可导致现象、产物的不同。例如, 铁的缓慢氧化, 首先将铁丝石棉网剪成片, 并除去石棉。在盛有稀盐酸的烧杯中放置, 将铁锈除去。在铁丝光亮后, 以水冲洗, 再放置于锥形瓶, 以食盐水浸泡。几分钟后, 液柱在玻璃导管中出现, 表明氧气与铁丝反应, 负压促使液柱产生, 如图2所示。

第三, 实验装置。通常来说, 进行某实验时, 所用的实验装置比较多样, 这就需要选择那些简单、可靠的装置。例如, 氢氧化钠溶液与二氧化碳反应实验, 装置就有以下几种, 如图3、图4、图5所示。

第四, 实验步骤。实验药品相同, 实验方法步骤不同, 实验结果也就会有差异。例如, 氢气还原氧化铜实验, 步骤为:先通氢气, 再加热;在铜被还原后, 加热停止;持续通入氢气, 直到铜粉冷却。

案例:制取氧气

教学准备:

(1) 教师:教学课件, 酒精灯、试管架、试管、二氧化锰、过氧化氢溶液、药匙等组成的氧气发生与收集装置及用具。

(2) 学生分组:薯片、二氧化锰、木条、烧杯、粉笔末、酒精灯等。

教学过程:

首先, 教师引入情境。

教师:氧气让生命得以延续, 但是它看不见、摸不着, 无色无味。它可以从植物叶子中产生, 也可以从我们实验中制取, 下面就跟着我一起去探索吧。

然后, 教师在投影仪上列出可能制取氧气的物质, 如H2O2、KCl O3、Na Cl、HCl、CH4、KMn O4, 并问:“你们认为哪些可产生氧气?”

多数学生选择KMn O4、KCl O3、H2O2。教师询问学生的依据是什么, 然后阐明氧气的实验室制取方法有多种多样, 本节课就选取过氧化氢制取法。

教师再投影市场上销售的过氧化氢溶液标签, 问学生, 为什么上面会出现保质期, 即不能长期放置, 否则失效。

学生陷入思考。教师讲述原因:“这在于过氧化氢化学性质不稳定, 极易分解成水、氧气。但是你们有什么办法快速分解过氧化氢吗?”

试着引导:“若将某催化剂加入过氧化氢, 是否能快速制氧;若将过氧化氢加热, 是否能快速制氧?”然后让学生将过氧化氢溶液分别倒入硫酸铜、薯条、碎瓷片、二氧化锰、活性炭、粉笔末等烧杯, 观察氧气产生的速率。

教师提问:“在实验中, 你们发现快速制氧的方法应该是哪一个?”学生认为是二氧化锰与过氧化氢溶液。

这时, 教师抓住催化剂做文章, 询问学生反应中的二氧化锰有什么作用, 其有无被消耗, 让学生接触催化剂概念, 即催化剂可以改变其他物质的化学反应速率, 但是本身的化学性质、质量却不发生变化的物质。在不同实验中, 可选择不同的催化剂, 使用催化剂, 仅对反应速率有影响, 对生成物质量没有影响。

在该探究实验下, 学生被教师的一连串疑问带着走, 去思考实验的各关键环节, 有利于学生反思、动手操作、猜想等能力的培养, 体现出良好的师生互动。

三、实验课中的探究性实验

案例:二氧化碳制取装置探究。

关于实验室中气体发生与收集装置的确定需考虑的因素, 教材中有所阐述, 如图6所示。

探究目标: (1) 在探究二氧化碳制取装置的同时, 提高学生表达交流、创新的能力; (2) 树立学生合作精神; (3) 总结制取气体思路。

课程类型:实验探究活动。

教学方式:实验探究法、分组实验法。

在实验时, 学生需要用到的器材有以下这些:

各组均配有集气瓶、橡皮管、水槽、玻璃导管、玻璃片。各组分别配备:第一组, 单孔橡皮塞, 锥形瓶。第二组, 锥形瓶, 长颈漏斗, 双孔橡皮塞。第三组, 单孔橡皮塞, 平底烧瓶。第四组, 过滤漏斗, 烧杯。第五组, 橡皮塞, 带支管的烧瓶。第六组, 铁架台, 单孔橡皮塞, 试管。第七组, 铁架台, 单孔橡皮塞, U形管。第八组, 单孔橡皮塞, 铜丝, 破试管, 烧杯。第九组, 分液漏斗, 双孔橡皮塞, 锥形瓶。

学生可自己根据实验要求选择仪器。

提供的资料:稀硫酸H2SO4、稀盐酸HCl等酸与铜不发生反应;1.293g/L为标准空气密度, 1.977g/L为标准CO2密度。水与CO2相溶, 并可生成碳酸, 同时, 碳酸的化学性质不稳定。

具体过程:

教师引入话题:“二氧化碳是地球空气中不可缺少的气体, 其产生来源非常多样。在实验室, 可通过稀盐酸与石灰石或大理石反应制取。为此, 同学们是否知道了怎样制取二氧化碳了?书上也有装置选择的几点意见, 以及某种实验制取二氧化碳的装置, 今天就利用你们桌上的器材, 开动脑筋, 创造性地设计出更多的装置吧, 但是要注意安全。今天希望各小组能通力合作, 发挥才华, 让自己的小组与众不同。”

学生跃跃欲试, 经过一段时间动手操作与思考, 各小组设计了以下装置, 如图7所示。在完成装置设计后, 教师还要组织以下几点活动:交流与展示、评价与反思、比较与归纳, 完善探究性实验教学。