物理学实验设计论文

摘要：实验设计作为科学探究关键性的一步，关乎整个探究活动的成败。学生实验设计能力的培养既是提高学生科学探究能力的重要方面，又是培養学生创新精神和实践能力的重要内容。下面小编整理了一些《物理学实验设计论文 (精选3篇)》的相关内容，希望能给你带来帮助!

物理学实验设计论文 篇1：

从一次实验设计改革谈物理学方法的创新运用

物理，是一门以观察和实验为基础的自然科学。新课程标准在物理实验教学中尤其要重视科学探究，借助这些方法帮助学生对物理知识透彻理解、牢固掌握和灵活运用。通过创新性的实验设计和对教材已有实验的改进，可以解决个别实验取材不易、操作不便、实验效果不明显等弊端，对学生的科学探究能力、实践能力和创新意识的培养大有裨益。以“感应电流的方向”的教学为例，师生共同努力，改革了原有的实验设计，取得了很好的学习成效。

一、楞次定律原有的实验方案

“感应电流的方向”这节课重点就是让学生对楞次定律进行探究、理解和应用。一般情况下，对“楞次定律探究”的教学是这样设计的：

1.创设情境，复习引入

问题一：电流计指针偏转方向与通入电流的关系?

【实验一】探索电流计指针偏转方向与通入电流的关系。

师：如何才能知道指针偏转方向与电流进入方向之间的关系?是否可以通过实验来确定呢?

【学生实验1】学生按图接好电路，探究指针偏转方向与电流进入方向之间的关系，并完成下表。

[电流进入方向&电流从“+”(右)接线柱进入&电流从“-”(左)接线柱进入&指针偏转方向&向右&向左&]

结论：电流从何方流入指针就向何方偏转。

问题二：感应电流产生的条件?

【实验二】感应电流产生的条件：

师：在上述实验中，我们已经得出感应电流产生的条件是什么?

生：只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就有感应电流产生。

师：磁铁插入与抽出时，指针偏转的方向相同吗?指针左偏与右偏意味着什么呢?

生：不同。指针偏转不同，表明电路中的电流方向不同。

问题三：怎样判断通电螺线管中的电流方向?

师：怎样判断通电螺线管中的电流方向呢?

生：根据电流计指针的偏转方向和螺线管上的导线绕向来判断。

问题四：怎样判断通电螺线管中的磁场方向?

师：怎样判断通电螺线管中的磁场方向呢?

生：根据通电螺线管中的电流方向用安培定则判断。

师：那么感应电流的方向是否遵循什么规律呢?本节课让我们通过实验来进一步探究。

2.确定课题，分组探究

【学生实验2】学生按图接好电路，做实验并填附表。

3.分组总结，难点依旧

描述实验现象，填表。讨论回答：

师：穿过闭合回路的磁通量的增减会导致什么结果?

生：有感应电流产生。

师：感应电流又会产生什么?

生：会产生感应磁场。

师：那么这两个磁场的方向之间有什么关系呢?请大家分成两组来回答。

【小组一】条形磁铁插入螺线管的过程。

(1)N级向下插入→原磁场方向 向下→磁通量 增加→产生的感应电流的磁场方向 向上→二者方向 相反 →感应磁场的作用：阻碍原磁场 增加。

(2)S级向下插入→原磁场方向 向上→磁通量 增加→产生的感应电流的磁场方向 向下→二者方向 相反 →感应磁场的作用：阻碍原磁场 增加。

【小组二】条形磁铁拔出螺线管的过程。

(1)N级向下拔出→原磁场方向 向下→磁通量 减小→产生的感应电流的磁场方向 向下→二者方向 相同 →感应磁场的作用：阻碍原磁场 减小。

(2)S级向下拔出→原磁场方向 向上→磁通量减小→产生的感应电流的磁场方向 向上→二者方向 相同 →感应磁场的作用：阻碍原磁场 减小。

结论：“增反减同”，即：

师：俄国物理学家楞次通过研究，早在1833年就总结出判定感应电流方向的方法，其内容为“感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化”，由此得出了楞次定律。

在这个教学过程中，学生的学习效果如何呢?实际教学中，学生共分成八个小组，其中有三个小组的实验表格不清楚怎么填而求助于教师，三个小组的表格填了一部分，而只有两个小组在参照课本的情况下填得比较好。这说明，虽然在教学中运用了各种物理学方法，但并没有有效地帮助学生理解物理学知识。可想而知，之后楞次定律的得出也就比较困难，对定律理解也就不够透彻。如何“有效”运用这些物理学的方法呢?关键还是要结合学生学习的实际情况，合理地运用物理学方法。于是，教师带领学生对这一实验设计进行了如下的改革，取得了很好的学习成效。

二、改革后的实验设计方案

1.实验法

所谓实验教学法，是指学生在教师的指导下，使用一定的设备和材料，通过控制条件的操作过程，引起实验对象的某些变化，从观察这些现象的变化中获取新知识或验证知识的教学方法。实验法是学生做好实验的前提和基础，教师耐心细致地做好这一步，才能帮助学生顺利进行后面的分组实验。于是，教师带领学生对实验教学过程做了如下改进：

(1)创设情境，复习引入

【实验一】产生感应电流的演示实验。

教师演示分步连好电路，由学生上讲台操作，全体学生观察。

问题一：怎样做能够产生感应电流?

生：将条形磁铁不断插入或拔出螺线管。

问题二：为什么产生了感应电流?(感应电流产生的条件)

生：闭合回路中磁通量发生了变化。

问题三：灵敏电流计的指针偏转与螺线管中的电流方向有什么关系?

生：电流从哪边流入灵敏电流计，指针就向哪边偏。根据指针的偏转情况就能判断出螺线管中的电流方向。

问题四：怎样判断通电螺线管中的磁场方向?

师：怎样判断通电螺线管中的磁场方向呢?

生：根据通电螺线管中的电流方向用安培定则判断。

师：那么感应电流的方向是遵循什么规律呢?本节课让我们通过实验来进一步探究。

(2)确定课题，互动探究

【实验二】探究感应电流的方向。

教师实验：N极向下插入螺线管中，请学生记录实验现象，把电流方向标在下图中。

学生分组：N极向下从螺线管中拔出，S极向下插入螺线管中，S极向下从螺线管中拔出，分别记录实验现象，并把电流方向标在下图中：

由于有教师在【实验一】中的电路连接演示及在【实验二】中的实验操作演示，学生的实验做得很顺利，实验现象的记录也很准确，可以说又快又好，有效地完成了这一教学环节。那么接下来，如何由实验现象整理和归纳出所要得出的结论，这就要看归纳法运用得是否有效了。

2.归纳法

所谓归纳法是指从个别元素中概括出一般结论的思维方法，也可以指学科学习中具体的一种科学方法。由实验现象归纳得出物理规律，在学生的学习过程中具有重要作用。于是，教师进一步对教学中的归纳过程做了如下改进：

首先，降低填表难度。整个表中对每一个实验现象分析所需要填写的空格被缩减为两个，如下所示：

其次，设置问题，引发学生的思考。

师：通过实验，我们知道了在不同情况下感应电流的方向(已画在图上)，那么请大家分析一下，感应电流的方向与什么因素有关呢?

生甲：可能与磁感应强度B的方向有关。

生乙：可能与条形磁铁的运动方向有关。

生丙：可能与磁通量的变化有关。

分析：由过程一、二判断感应电流的方向与磁感应强度B的方向无关。由过程一、三判断感应电流的方向与与条形磁铁的运动方向无关。同样，由过程一、三判断感应电流的方向与磁通量的变化无关。那么，到底与什么因素有关呢?最后，难点由教师引导学生突破。

师：感应电流会产生磁场吗?

生：会。

师：请大家画出感应电流的磁场方向，并分析原磁场方向与感应电流的磁场方向有什么关系?分成两组来回答。

【小组一】条形磁铁插入螺线管的过程

(1)N级向下插入→原磁场方向 向下→磁通量增加→产生的感应电流的磁场方向 向上→二者方向 相反→感应磁场的作用：阻碍原磁场 增加。

(2)S级向下插入→原磁场方向 向上→磁通量增加→产生的感应电流的磁场方向 向下→二者方向 相反→感应磁场的作用：阻碍原磁场 增加。

【小组二】条形磁铁拔出螺线管的过程。

(1)N级向下拔出→原磁场方向 向下→磁通量减小→产生的感应电流的磁场方向 向下→二者方向 相同→感应磁场的作用：阻碍原磁场 减小。

(2)S级向下拔出→原磁场方向 向上→磁通量减小→产生的感应电流的磁场方向 向上→二者方向 相同→感应磁场的作用：阻碍原磁场 减小。

得出结论：“增反减同”即

这样设计的实验和学习课程，实际的实验过程顺畅了，学生几乎都能认真完成实验，记录下观察到的现象，并经过分析讨论得出了自己的结论，为楞次定律的进一步理解和应用打好了基础。

由此可见，在教学过程中，关键是要保证让学生理解相应的知识。所以，任何教学过程都应当按理解的要求进行整体设计;任何教学方法的应用，都是为实现这一目的而服务的。因此，教学实验设计必须考虑让学生透彻理解的有哪些内容，怎样才能有效地帮助或引导学生理解这些内容，这些内容的理解过程应当运用哪些物理学方法最适合，在理解这些内容的各个阶段应分别达到什么要求，等等。假如我们对这些问题搞得比较清楚，在教学过程中恰当而有效地运用好物理学的方法，教学质量就会有大幅度提高，学生的学习也会有较大突破。

三、结论

本次实验设计改革，在高中物理实验演示实验改进上作了一定的改进与创新，包括演示仪器的改进、实验方式的改进创新、实验改进规律的总结等，使教师可以更好地说明一些抽象的物理规律和较难的知识点，有效地创设问题情境，使物理实验与教学实际更紧密地结合，同时又增强了实验的趣味性、直观性、形象性和科学性，使学生学得更有劲。

作者：徐靖东　毕肖珂

物理学实验设计论文 篇2：

用PTA量表评价学生物理实验设计能力的探讨

摘 要：实验设计作为科学探究关键性的一步，关乎整个探究活动的成败。学生实验设计能力的培养既是提高学生科学探究能力的重要方面，又是培養学生创新精神和实践能力的重要内容。本文通过确定实验设计能力的构成要素、明确评价指标体系、形成评价水平、分配权重、量化赋分等一系列环节，制定出物理实验设计能力的PTA量表，为评价学生的物理实验设计能力提供客观、可操作的评价工具。

关键词：科学探究;实验设计能力;PTA量表;评价

实验设计是指实验者根据研究问题或实验目的，在实验操作之前，运用科学知识和原理对实验方案的整体构思和规划，应包括对实验方法、实验装置、实验步骤、结果处理等全部内容的设计。实验探究是科学探究的主要形式之一，实验设计则是探究中承前启后的关键一步，关乎整个探究活动的成败。猜想与假设必须通过实验来检验;论证与结论必须借助实验来提供证据。实验设计能力的培养既关乎科学探究能力的提高，又是培养学生创新精神和实践能力的重要内容。

PTA(即基本要素分析)是一种对学生作业的评分工具，是对科学探究能力评价的主要工具之一。本文通过确定实验设计能力构成要素、明确评价指标体系、形成评价水平、分配权重、量化赋分等一系列环节，制定物理实验设计能力的PTA量表，为评价学生的物理实验设计能力提供客观、可操作的评价工具。

1 确定实验设计能力的构成要素

实验设计能力是指实验者根据研究问题或实验目的，运用科学知识和原理对实验进行整体构思和规划的能力，即能根据要求自主设计出实验方案的能力。

对于实验设计能力的构成要素，因学科特点或研究侧重点的不同而有所差异。例如，刘东方、王磊认为制定计划与设计实验的能力包括确定定性和定量的方法，鉴别各种变量，设计有逻辑顺序的实验步骤和探究的方法，选取合适的实验材料和工具收集证据，采用各种表格、图片及其他思维辅助工具来显示数据等五个构成要素[2]。曹永青认为学生的实验设计能力包括以下几个方面：(1)方案是否能检验假设;(2)是否合理运用科学方法;(3)设计的表述是否清楚[3]。郭金花、吴星、汤亚兰等将实验设计能力分为实验原理、实验计划和方案反思三个一级指标[4]。李琼从明确的实验目的、可靠的理论依据、正确的仪器药品选择、科学的实验步骤、准确的实验现象、合理的实验结论等几个方面界定了生物实验设计能力[5]。2003年由教育部颁布的《普通高中物理课程标准(实验稿)》[6]将科学探究纳入其内容体系，对实验设计能力提出以下三点要求：(1)知道实验目的和已有条件，制定实验方案;(2)尝试选择实验方法及所需要的装置与器材;(3)知道实验的变量及其控制方法。

综上所述，从实验设计的内容来看，一般包括实验目的、实验原理、实验器材及装置、实验步骤、实验结果的处理等内容，将实验设计能力的构成要素确定为：①科学性;②可行性;③实验方案表述的质量。

2 明确评价指标体系

2.1 科学性

科学性是实验设计质量的根本保证，主要从实验原理、实验方法、仪器设计、结果处理等角度考查。即所设计的实验方案必须符合物理学的基本原理，运用科学合理的实验方法达到实验目的，仪器的设计不违背科学原理，应运用科学的方法分析和处理实验结果，保证所得结果与结论客观、真实、有效。因此，实验设计科学性的一级指标包括：实验原理的科学性、方法选择的科学性、仪器设计的科学性和结果处理的科学性四个二级指标。

2.2 可行性

可行性是实验设计能力的核心要素，主要从实验目的、实验仪器、实验的操作及规程等角度考虑。从实验目的的角度，主要考查学生所设计的实验方案是否能很好地实现实验目的，能否检验猜想与假设;从实验仪器的角度，主要考查需要的材料及器材是否经济易得，其组装和调试是否简便可行;从实验的操作及规程角度，主要看所设计的方案是否具有可操作性，流程设计是否合理，便于实施。因此，将实验设计的可行性这个一级指标分为实验目的的可行性、实验仪器的可行性和实验操作的可行性三个二级指标。

2.3 实验方案表述的质量

即便学生能设计出符合科学性和可行性的实验方案，但如果表述不够清晰，也会使得他人无法读懂或理解其实验设计，因此，实验方案表述的质量也是构成实验设计能力的重要因素之一，在一定程度上反映实验设计能力的高低。首先要注意表述的明确性，即用准确的语言、清晰的思路表述自己的实验方案，以便读者能准确理解;其次，也要注意语言的简洁性，不能啰嗦，避免不必要的因素影响读者理解。因此，对于实验方案表述的质量这个一级指标，可将其分成表述的明确性和语言的简洁性两个二级指标。

3 细化二级指标，形成评价水平

为了使量表更具有可操作性，编制的过程要充分考虑每个二级指标的特征和学生的实际，为实验设计能力的二级指标编制若干评价水平来描述每个指标的具体评价标准。例如，对于“实验目的的可行性”，可将其划分为3个评价水平，分别是方案能很好地实现实验目的、方案能基本实现实验目的和方案不能实现实验目的。

4 量化赋分，形成量表

实验设计能力的评价指标，根据其重要性赋予权重。如前述，“实验设计的科学性”是根本，是反映学生实验设计能力高低的重要依据，因此赋予其0.4的权重;“实验设计的可行性”是实验设计能力的核心要素，如果一个方案不具备可行性，即便再科学也是没有用处的，可以说方案的可行性在整个评价体系中起着关键性的作用，因此给予该指标0.45的权重;“实验方案表述的质量”虽然也在一定程度上反映实验设计的质量，但其重要性在这三个指标中是最低的，给予0.15的权重。

至此，物理实验设计能力的PTA量表初步形成(如表1所示)。在山东省某高中试用了该量表调查高一学生物理实验设计能力，结果表明该量表具有较强的可操作性和较高的信度。中学教师在运用该量表时也可根据实际情况进行简单的修改与完善。

5 结 语

PTA量表是评价学生科学探究能力的有效方式之一，其评价指标清晰明确、可操作性强。运用PTA量表可以定量地进行物理实验设计能力的评价，在一定程度上反映出学生实验设计能力的水平，为一线教师转变教学方式，以更有效的教学手段来培养学生的实验设计能力提供客观的依据，从而促进学生实验设计能力及多方面能力的提升。

参考文献：

[1]王磊，胡久华.中学化学实验问题解决心理机制的初步研究[J].化学教育，2000(5)：11-13.

[2]刘东方，王磊.科学探究能力的构成要素——基于国外科学课程文件的分析[J].化学教育，2012(9)：44-49.

[3]曹永青.高中生物理实验探究能力现状测试与分析[D].新乡：河南师范大学硕士学位论文，2014.

[4]郭金花，吴星，汤亚兰.中学生化学实验能力评价实施程序探析[J].现代中小学教育，2005(11)：65-68.

[5]李琼.高中学生生物实验设计能力的调查研究[D].桂林：广西师范大学硕士学位论文，2007.

[6]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准(实验)[S].北京：北京师范大学出版社，2003.

作者：田春凤 秦晴晴

物理学实验设计论文 篇3：

高中物理教学中创新实验的设计与实践

高中物理在整个高中教学体系中的地位非常重要，由于各种因素的限制，导致现在很多地区的高中物理教学仍然采用传统教学模式，忽略了高中物理实验教学的重要性，更不要说高中物理教学中创新实验设计了。长期采用传统的教学方法容易让学生丧失对高中物理的学习兴趣，降低学习效率和质量，因此，高中物理教学应该充分重视创新实验设计的重要性，通过合理的实验教学来激发学生的主动性，从而显著提升高中物理教学水平。

物理学是一门以实验为基础的自然学科，高中物理教学的目标不仅是为扎实学习的物理理论基础和实验技能，更重要的是培养学生的发散性思维能力，并且通过实验操作来提升学生的创新能力和团队合作能力。高中物理无论是教学还是学习都具有一定的难度，晦涩的理论知识有时候根本无法通过言语表达出来，学生也不能真正理解和掌握相关知识。通过教学中创新实验设计可以培养学生的创造性和思维，培养学生严谨的科学态度。本文首先阐述了高中物理教学创新实验设计的主要原则，然后具体论述了高中物理教学中创新实验设计方法。

高中物理教学中创新实验设计原则

趣味性原则

高中物理理论知识本就有些枯燥，需要实驗教学来辅助理论课堂的开展，所以，高中物理教师应该设计一些趣味性较强的实验来展示物理原理，不仅可以清晰地体现出课本上的理论知识，还能充分激发学生学习物理的兴趣，让学生认识到物理其实也是一门趣味横生的科目。

以培养学生的动手能力为原则

要想让学生对高中物理理论知识进行全面理解，就应该让学生动手进行实验，仔细观察实验的每个流程和最终的结果，这样的教学方式比教师单方面告诉他们结果更具有效果。教师在高中物理创新实验设计中应该让学生成为主人翁，教师则从主导地位转变成实验的引导者，让学生能够在创新实验中找到乐趣。

直观性原则

高中物理实验的直接教学目标就是通过实验现象让学生能更好地理解理论知识以及了解实验的本质，所以高中物理实验过程中应该充分体现出直观性原则。比如，在通过高中物理实验体现磁感线知识时，传统实验方法是在玻璃板上均匀地撒上铁屑，然后将玻璃板放在磁铁上然后轻轻敲击，就可以观察到铁屑形成了有序排列，如果实验到此为止只能看到磁感器水平的排列。为了进一步提升这个实验的直观性，可以提前准备好一张白纸，在一面涂上胶水，将涂上胶水的一面紧紧地黏住玻璃板上的纸屑，这样就可以从水平展示磁感线变为竖直展示磁感线了。不管设计什么样的物理实验，最重要的就是让实验流程和结果清晰可见，学生更能直观地观察整个实验，这样才能有效增强教学效果。

高中物理创新实验设计方法范例

摩擦力比较实验

在摩擦力比较实验设计中，提前准备好光滑的薄木板、棉布、毛巾、刻度尺、小车和一个搭建好斜坡。将小车放在斜坡上，底下铺上光滑的木板，让小车自然地滑下来，等到小车停下来后用刻度尺测量出小车的滑行距离;然后撤掉下面的光滑木板，放上棉布和毛巾，同样等到小车停下来后测量小车的滑行距离。这个摩擦力的比较实验中采用的实验素材都是生活中常见的东西，同学们完全可以就地取材，自己也可以在家中做这个实验。而且还可以将摄像器材应用到实验中，这样更能直观观察到实验现象，即：摩擦力越小，小车的滑行距离就越远。

超重与失重实验设计

超重与失重现象实验设计同样可以使用生活中的常见材料作为实验素材。将我们大家平时常见的矿泉水瓶底部开一个小孔，然后用一个橡皮膜将瓶口套牢牢套住，再将水慢慢注入到瓶子的内部，之后教师可以挑选一名学生上台进行演示：先慢慢将瓶子提起，就会发现橡皮膜在慢慢增加，如果在速度非常快的情况下，橡皮膜就会因此而破裂，这个时候的水就是处于超重状态的。然后再让学生往瓶子里注入半瓶水，就会发现橡皮膜逐渐变成了水球，如果让瓶子从高空坠下，橡皮膜所形成的水球就会不断减小，这时候瓶中的水就处于没有压力的状态，也就是我们常说的超重现象。

静电实验

静电实验是高中物理教学中常见的一个实验，可以用塑料尺在头皮上或衣服上摩擦多次，然后将塑料尺靠近桌上的纸屑，可以清楚看到纸屑被塑料尺吸附上了。

结语

高中物理实验教学不仅可以有效巩固学生的物理理论知识，而且还能培养学生的实际动手操作能力，因此，学校和教师应该充分重视高中物理创新实验的开展，让学生能从中体会到实验的乐趣，激发学生学习物理的兴趣，有利于培养他们的发散性思维，对学生未来的学习和工作都是十分有帮助的。

作者：李科