实验设计能力培养

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实验设计能力培养范文第1篇

苏科版初中物理教材中有大量的实验，许多实验均设计了实验方案，主要突出培养学生实验操作和记录数据分析归纳能力的培养，却不利于学生实验设计能力的培养.但是，如果我们稍微改变一下实验的条件，就可以使课本实验资源成为很好的培养学生实验设计能力的素材.下面就以测量小灯泡额定功率的创新实验设计为例，说明如何挖掘课本实验资源培养学生实验设计能力.

测量小灯泡的额定功率是初中电学中最重要的实验之一，课本介绍的方法是“伏安法”，并提供了电路设计，在该实验中学生实验操作和记录数据分析归纳能力得到了培养，但实验设计能力的培养显得不足.为了发挥该实验培养学生实验设计能力的效能，挖掘使用好课本实验资源，我在用“伏安法”测量小灯泡电功率实验课结束后，改变实验条件提出了如下两个案例，即如何利用一只电压表或一只电流表测量小灯泡的额定功率.留给学生课后思考并要求在第二天的物理课上交流.但在第二天课堂交流时，只有两三位优秀的同学在课后查阅了一些资料后略知一二，绝大多数学生感到困难重重，于是我决定引导学生设计实验方案，培养他们实验设计的能力与创新精神.

案例一 已知电压表（0～3 V、0～15 V）一只，开关S一只，定值电阻R0=5 Ω，滑动变阻器R（10 Ω 1 A），电源电压为6 V，小灯泡的额定电压为3.8 V（小灯泡正常发光时的电阻约为10 Ω），导线若干，请写出你设计的测量这个小灯泡额定功率的实验方案.

1.引领思路 设计方案

师：书本上测量小灯泡额定功率的方法原理是什么？

生：P额=U额I额

师：只有电压表，运用P额=U额I额来测量这个小灯泡额定功率时你能解决什么物理量的测量？遇到的困难是什么？

生：有电压表，可以很方便的直接测量小灯泡两端的电压，但是由于没有电流表，无法测量小灯泡发光时的电流.

师：你们说的不错.看来，只要解决了小灯泡发光时的电流的测量，仍然可以运用P额=U额I额计算出小灯泡的额定功率，你们说是不是？

生：是的.

师：没有电流表直接测量发光小灯泡的电流肯定不行.但是我们能否通过其它的途径来知道发光小灯泡的电流呢？大家思考！

师：提示同学们思考一个问题，运用电压表量出谁两端的电压可以知道电流大小？

生：当然是已知定值电阻.

师：很好，运用我们学过的什么物理知识可以借助于定值电阻的电流来知道发光小灯泡的电流呢？同学们想想！

师：跟电流有关的知识有哪些？

生：有串联电路电流处处相等，并联电路总电流等于各支路电流，还有欧姆定律等.

师：很好，你们基础知识掌握得不错！你打算运用什么知识来知道发光小灯泡的电流大小？你们可以小组讨论.

生：我打算运用串联电路电流处处相等的知识，将定值电阻与小灯泡串联在电路中，用电压表测量出已知定值电阻两端电压，就可以算出定值电阻中的电流，其就等于串联小灯泡中的电流大小.

师：你们真棒！请同学归纳一下刚才一只电压表测量小灯泡的方法并设计实验电路.

生：如图1.

师：这个电路能确保测量的一定是小灯泡的额定功率吗？为什么？

生：不一定.因为小灯泡两端电压不一定等于额定电压.

师：那怎么办？电路怎么改进？

生：在电路中再串联一个滑动变阻器来调节小灯泡两端电压.

师：很好，请完善你们设计的电路图.

生：如图2.

师：请同学们根据图2的设计，说明实验步骤.

生：实验步骤：

（1）按照电路图2连接实物；

（2）将滑动变阻器的滑片移动至最右端，闭合开关S，再调节滑动变阻器的滑片使电压表的示数为U额；

（3）断开开关，将电压表再并联到定值电阻R0两端，保持滑片位置不变，闭合开关，记下电压表的示数为U0；

（4）数据处理.I0=U0R0，由于串联的小灯泡正常发光，所以小灯泡的额定电流

I额=I0=U0R0，

则小灯泡的额定功率P额=U额I额=U额U0R0.

（5）实验完毕，整理器材.

2.实验反思 改进设计

师：你们觉得刚才这个电路设计在实际测量中有没有比较麻烦的地方？

生：该实验中存在着不足，就是电压表在实验中要拆下重新连接比较麻烦.

师：再给你两个单刀单掷开关，改进电路设计，使电压表在实验中不需要拆下重新连接.你们先自己设计，然后再交流展示.

生：展示如图3.

师：上面给你的两个单刀单掷开关的作用就相当于一只单刀双掷开关，运用一只单刀双掷开关那又如何设计？还是请你们先自己设计，然后再交流展示.

生：展示如图4.

图3、图4的实验步骤由学生口述，教师引导学生评价补充，并要求写出实验表达式P额=U额（U-U额）R0，其中U为小灯泡正常发光时灯L与R0两端的总电压.

3.总结方法 提升能力

（1）与“伏安法”测量小灯泡的额定功率相比较，由于只有一只电压表，没有电流表，因此不能直接用电流表测出小灯泡正常发光时的电流，直接运用“伏安法”行不通.有一点要明白，没有电流表只是不能直接测量电流，能否间接知道电流的大小呢？根据学过的欧姆定律知识，运用电压表测量出已知定值电阻两端电压，运用欧姆定律一样能知道电流大小.如何根据定值电阻的电流大小来知道小灯泡中电流的大小呢？可以运用串联电路的知识，将它们串联起来.如何使串联电路中小灯泡正常发光呢？看来应当发挥滑动变阻器在串联电路中的调节电压的作用，因此我们还应当在小灯泡和定值电阻的串联电路中再串联一只适当的滑动变阻器.因此只有一只电压表一样可以测量小灯泡的额定功率.

（2）当电压表与已知定值电阻并联作为一个整体使用时，其就相当于一只电流表.

案例二 已知电流表（0～0.6 A、0～3 A）一只，开关S一只，定值电阻R0=20 Ω，滑动变阻器R（10 Ω 1 A），电源电压为6 V，小灯泡的额定电压为3.8 V（小灯泡正常发光时的电阻约为10 Ω），导线若干，请写出你设计的测量这个小灯泡额定功率的实验方案.

教师对学生的思路引导、实验设计、设计改进、实验总结参照上例，这里不再骜述，重在设计思路的解析，过程如下：

与“伏安法”测量小灯泡的额定功率相比较， 由于只有一只电流表，没有电压表，不能直接用电压表观察小灯泡两端的实际电压是否达到额定电压，直接运用“伏安法”也行不通.没有电压表只是不能直接测量电压，能否间接知道电压的大小呢？根据学过的欧姆定律知识，运用电流表测量出已知定值电阻中通过的电流，运用欧姆定律变形公式一样能知道电压大小.如何借助定值电阻两端电压的大小来知道小灯泡两端的电压大小呢？可以运用并联电路的知识，将它们并联起来，定值电阻两端的电压就等于小灯泡两端的电压大小.要使小灯泡正常发光，就要使定值电阻两端电压等于小灯泡的额定电压U额，即与定值电阻串联的电流表示数必须调到U额R0.如何使并联电路中定值电阻的电流等于U额R0，从而使小灯泡正常发光呢？看来应当发挥滑动变阻器在串联电路中的调节电流的作用，因此还应当在小灯泡和定值电阻的并联电路的基础上再串联一只适当的滑动变阻器.

实验电路的设计与改进过程如下图.

选择电路图6说明实验步骤.

（1）按照电路图6连接实物；

（2）将滑动变阻器的滑片移动至最右端，闭合开关S和S1，再调节滑动变阻器的滑片使电流表的示数为U额R0；

（3）断开开关S1，保持滑片位置不变，再闭合开关 S2，记下电流表的示数为I；

（4）数据处理.小灯泡的额定功率P额=U额（I-I额）；

（5）实验完毕，整理器材.

实验设计能力培养范文第2篇

关键词：化学实验设计；设计原则及步骤；化学实验类型；化学实验题

化学是一门实验科学，实验教学是化学教学的重要内容，也是高考考查的主要内容。新课标对实验教学的要求是：初步形成基本的化学实验技能，能设计和完成一些简单的化学实验。《考试说明》也提出：能根据要求灵活运用已学过的自然科学理论、实验方法和仪器，设计简单的实验方案，并处理相关的实验问题。化学实验方案设计源于教材又高于教材。它要求我们掌握全面的实验基本原理和实验技能，是创造性思维体现的高层次，是化学实验教学着重培养的能力，也是高考方向的大势所趋。怎样有效培养学生的化学实验设计能力呢？下面就这个问题谈谈自己的看法。

一、指导学生明确化学实验遵循的原则

首先让学生明确化学实验设计所遵循的原则，它们同时也是实验方案的评价原则。这些原则是：

科学性原则――原理、方法、操作必须科学合理。

安全性原则――实验操作要尽量防止有危险性的操作，尽量避免接触有毒物质，若无法避免应采取安全措施。

环保性原则――有毒物质必须处理，避免环境污染。

可行性原则――设计的方案必须切实可行，所选用的仪器、药品、设备和方法必须在现有条件下得到满足。

简略性原则――方案应该简略易行，应采用简单的实验装置，较少的实验步骤，较短的时间且效果明显。

经济性原则――综合考虑原料的用量、价格。

创新性原则――反应原理的创新，实验装置的创新。

二、使学生掌握化学实验设计的一般步骤及各类型实验的特征和重点

化学实验设计一般是有规律可循的，学生掌握了设计的一般步骤，就会少走弯路。化学实验设计的一般步骤为：明确实验目的确定实验依据的化学原理或反应画出实验流程图选择实验所需药品和仪器明确实验操作注意事项。化学实验有不同的类型，每种类型有不同的特点，其设计又有不同的规律。掌握这些规律，化学实验设计就变得简单容易了。中学化学主要实验设计有以下几种类型：

1.气体的制备及性质实验设计

气体的制备及性质实验规律性最强，这就是大家熟悉的四大步：制气净化收集或性质实验尾气处理。四步中，净化和尾气处理可依据具体情况而增减，如，制取少量NO气体，就不用净化。另外，当尾气是O2和CO2时，不用处理。在气体制备实验中，还要注意实验安全问题（如，尾气吸收怎样防倒吸，是否增加安全瓶），空气中CO2和水是否影响实验等。

2.物质的检验实验设计

在中学化学中，这类实验是比较简单的定性实验，实验的设计也比较简单，重点是要排除其他物质的干扰。其中Cl-、SO42-、NH4+、Fe2+、Fe3+、CO2、SO2等的检验是重点。

3.物质的分离及提纯实验设计

首先要让学生区分分离和提纯的差异。分离操作要求原来物质是什么，分离后仍然是什么，种类不变，状态不变。提纯操作只要求把杂质除去即可，杂质变成哪种物质都可以，并且在除去原有杂质时不能带来新的杂质，故每次加入过量的除杂试剂，都必须除去。

4.中学化学中常见的四类定量实验

（1）沉淀法

沉淀法的实验要点有两点：一是保证沉淀已完全；二是保证沉淀已经洗涤干净。例如，设计实验测定混有少量NaCl的Na2CO3固体的纯度。

设计思路：可称取一定量的样品，加入过量沉淀剂CaCl2溶液使CO32-完全转化成CaCO3沉淀，再过滤、洗涤、干燥、称量，得出CaCO3的质量，也就可以计算出Na2CO3的纯度了。检验CO32-已经完全沉淀，可在上层清液中，滴加CaCl2溶液，不再产生沉淀，则CO32-沉淀完全。检验沉淀洗涤干净的方法：取最后一次洗涤液少量于试管中，加入AgNO3溶液，没有沉淀产生，则已洗涤干净。

（2）滴定法

酸碱中和滴定是中学化学的一个重要实验，由此衍生的氧化还原滴定等的设计，是比较简单的实验设计，本文不再赘述，关键就是选择适宜的指示剂。如，涉及I2的滴定用淀粉作指示剂，而涉及酸化KMnO4溶液的滴定不用加指示剂。

（3）吸收剂法

定量实验中有时会使被测物转化成气体，然后用吸收剂吸收并测出气体的质量，从而计算出所测物的量。这类实验的关键是要使生产的气体全部被吸收剂吸收，就必须在生成气体反应完成后，用不干扰实验的气体把留在装置中的气体全部排入吸收剂中完全吸收。

（4）排水量体积法

如果使被测物反应产生了气体，气体又不能用吸收剂吸收，则可以采用排水量体积的方法，测出气体在常温常压下的体积，换算成标准状况下的体积，从而计算出被测物的量。这类实验关键是所测气体体积必须是在常温常压下，所以，在读气体体积时，一定要保证是室温，且要调整U型管或量筒的高度，使得U管两端液面高度一致，这样读到的体积才是常温常压下的气体体积。

5.有机实验设计

有机实验设计常见的类型有3大气体（甲烷、乙烯、乙炔）制备及扩展实验、苯和苯的同系物的卤代与硝化、烯烃及炔烃的加成、卤代烃的消去及检验、酯化反应等。有机实验的仪器常会用到三口烧瓶、温度计、冷凝管等。

实验设计能力培养范文第3篇

一、问题提出

化学是一门以实验为基础的自然科学，化学实验是化学教学的重要内容，是化学教师常用的教学手段，也是学生学好化学的有效方法。

改革后的新教材在实验编排上得到加强，《普通高中化学新课程标准（实验）》中必修Ⅰ模块的内容标准要求学生初步认识实验方案设计、实验条件控制、数据处理等方法在化学学习和科学研究中的应用。《普通高中化学教学大纲》也明确提出：化学是一门以实验为基础的学科。加强实验教学是提高化学教学质量的重要一环。培养学生的实验能力有助于学生学好化学，提高科学探究的水平。教师应通过实验教学和开展有关的课题研究，培养学生的实验操作技能和实验设计能力，引导他们综合运用知识和技能解决一些简单的化学实际问题。

二、化学实验设计的原则

1.目的性原则：在整个实验设计过程中，如实验装置、实验步骤等的设计都应围绕实验目的和要求进行。

2.科学性原则：科学性是化学实验设计的核心原则。在整个实验设计过程中，实验原理、装置原理以及操作原理都必须与化学理论知识、实验方法论和实验研究过程相一致。简单来说就是实验设计应该具有合理性。

3.安全性原则：化学实验设计中应当尽量避免使用有毒药品或反应生成有毒气体物质，以及具有一定危险性的实验装置和实验操作。

4.可行性原则：可行性是化学实验设计的根本原则。主要包括两个方面：一是实验原理、装置原理和操作原理以及实验方法切实可行；一是所选用的仪器、设备和药品在现有条件下能得到满足。

5.简约性原则：实验设计方案越简单越好。

6.创新性原则：创新是实验设计的灵魂。化学实验设计要敢于突破陈规，能反映新事物、新观点、新理论、新方法和新思路，体现新颖、独特的特点。

7.最优化原则：在化学实验设计中，对所运用的反应原理、装置原理、操作原理和实验方法等进行全面优化，或是在多个实验设计方案中选取最佳实验设计方案。

三、化学实验设计能力的培养策略

1.讲清实验原理，挖掘经典实验的设计思想

实验原理是化学实验的核心部分，它不仅贯穿于化学实验的始终，而且还影响化学实验的方方面面，在一定程度上决定着实验的方法和步骤，因此，充分理解实验原理是形成实验设计能力的基础。化学实验设计思想是化学理论和化学实验之间的桥梁，是化学实验设计的灵魂，是根据相关的化学实验课题，以化学理论为依据，思考、指导怎样进行化学实验的理性认识。任何化学实验，都有其各自设计思想，一个成功的实验，其设计思想包含着对以有知识灵活运用与创造性的科学构思。引导、启发学生挖掘、继承前人的实验设计思想，是培养学生实验设计能力的有效途径。

2.挖掘化学实验教学资源，在教学过程中有计划地让学生参与或设计相关实验

中学生的化学基础知识体系还不够健全，一般不可能实现像科学家那样运用科学方法，通过探究的途径去发现人类尚未认识的科学事物及规律。在这种情况下，探究性实验教学在内容的选择上，应立足于教材、贴近生活的情景素材，以具体的化学问题为载体，挖掘教材、生活中的素材，创设学习情境。将科学探究的方法渗透于某一具体的课题内容教学之中，实现培养学生实验设计能力的目标。

3.改验证性实验设计为探究性实验

在化学教学中要有计划的指导学生将验证性实验设计成探索性、研究性实验，为学生探索和创造提供广阔的实践活动空间和思维分析空间，让学生积极探索的过程中不断发现问题、提出问题、调整实验设计方案，使自身的探索过程不断趋向科学、合理，从而使学生充分体验探索性实验的魅力，提高实验设计能力。

4.重视生活情景中的科学探究实验体验

化学是与日常社会生活、生产实际联系紧密的自然科学，这就决定了自然现象、社会生活、生产实践都能为化学教学提供丰富而有效的科学探究素材。如食品袋中常放的脱氧剂，可以利用这一日常社会生活中学生熟悉的情景，去引导学生对脱氧剂成分进行探究，观察其颜色。根据其脱氧原理及颜色进行假设与猜想，进行实验探究，将粉末分别加入水、碱、酸中，观察到前两者没明显变化，后者冒气泡，反应后一段时间加硫氰化钾溶液，发现变红即存在铁离子，逐步引导学生抽象出脱氧剂粉末中存在铁粉这一结论。在这一实验探究体验学习过程中，学生不仅实验设计能力提高，也提高了分析问题、解决问题的实践能力。

5.分析实验设计方法，拓宽实验设计思路

在实验教学中，要培养学生实验设计能力，就必须引导学生认真分析实验设计方法，拓宽实验设计思路，进行同一实验问题多个实验方案并优选的设计方式，使学生从中体会实验设计思想，掌握实验设计方法，从而达到培养实验设计能力的目的。

6.对实验方案设计提供咨询

由于中学生的知识水平参差不齐，在实验设计的过程中，遇到的问题肯定很多。所以，这就需要教师要一一给予帮助，提供必要的咨询服务。在整个设计过程中，要采取边扶边放的政策，切不可包办代替，要逐步培养学生独立设计实验方案的能力。

7.在化学考核中渗透探究性实验方案设计的内容

对学生进行化学考核时，要尽量改变过去重知识轻能力的考核方式，要求命题标准不仅要具有代表性和充分的知识覆盖面，而且要符合实验能力考核的目的要求。通过考核，真正能体现出学生掌握知识和技能的情况。化学考核的命题，应注重对学生探究性实验设计方面考核。

8.及时指导学生总结，不断提高学生实验设计水平

实验设计能力培养范文第4篇

关键词：新课标 生物 探究性实验 设计能力

中图分类号：G63 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2015）05-0152-01

在传统的生物教学中，实验教学虽然也是重要的一个环节，但其弊端是很明显的。比如在实验课上，教师往往成为了主角。教师会按照教科书上的指示，精心演示实验，然后总结实验结果。学生往往成为了观众，只是记录一些实验数据，分析实验现象，得出实验结论。学生自己并不敢操作实验，这就使得实验教学的效率大打折扣。

探究性实验设计是指根据问题的需要确立研究目标，应用所学原理，选择适当仪器、药品和材料，设计各种实验去验证或探索某一原理和现象的过程，目的是把学生从照抄、照搬、照做的状态引导为自主、独立、创新的状态，需要教师从平常的教学中不断贯彻新的教学理念，新的教学方式，鼓励和肯定学生的思维火花，不断放手让学生在实践中探索研究和“发现”知识，从而培养学生的创新意识、创新思维及实践能力，全面提高学生的科学素质。下面我就浅谈一下自己在教学实践中的几点体会。

一、教师要引导学生认真分析实验操作步骤，体会实验设计的科学性和可操作性

以往的实验操作过程，有着许多不足，比如学生往往按部就班、机械地按实验步骤操作，所有的实验都成了验证性实验，导致对实验材料的选择、实验的次序及操作细节都忽略了，而只注重实验结果。这就根本达不到实验的目的，更不利于学生能力的提高，尽对这一现象，教师可从课本中的实验入手，引导学生体会实验步骤中的选材、实验的次序及操作细节等方面折科学性和可操作性，多问个为什么？有无其它解决方法？

如：在观察酵母菌的形态结构实验时，教师首先让学生讨论分析其实验操作的细节，启发引导学生提出一些问题：酵母菌为什么要培养在淀粉液中？培养在苹果中是否可以？淀粉糊为什么煮沸后要冷却？瓶口为什么要加棉塞？为什么要放在温暖的环境中？

经过讨论，学生才真正地体会到了一个完整的实验步骤原来这么复杂、这么严密，需要注意很多问题，从而使学生真正地理解了实验原理，了解了整个实验安排的必要性，并进一步地懂得了实验步骤的设计需要大胆想象、需要考虑实验方案的科学性和可操作性。这样为下一步有条不紊的实验操作打下了良好的基础。

二、鼓励学生大胆想象，初步锻炼实验设计能力

教师在学生懂得了实验设计的科学性的基础上，适时创造机会，让学生扮演发明家的角色，自己去设计各种方案，去探究科学的奥密，去实践一下自己的能力，并在成功中享受到创造的喜悦。

如：在探究种子萌发条件实验中，提出假设后，让学生以小组为单位，自行设计实验步骤。结果学生纷纷发挥自己的想象力和创造力，设计了各种实验方案，其中虽然有些显得幼稚和不成熟，甚至有很多错误，但学生是在走自己的路，自己探索，自己运用所学的知识创造性地解决 问题。因此我对他们的积极性仍然给予了高度评价，并与学生一起讨论、分析、筛选了几个可行性较强的方案，进行实验操作和验证。下面是一组学生设计的比较好的一个实验。实验来证明“阳光是不是种子萌发必需的外界条件”。学生准备了两组种子萌发实验的装置，在其他条件都相同的情况下，一组装置放在阳光下，另一组放在暗室中，用有、无阳光照射作对照，实验结果就可以说明阳光对种子萌发是否有作用。如果我们只在阳光下做了种子萌发实验，没有做对照实验，就不能说明阳光是不是种子萌发必需的外界条件。经过实际操作后，学生又在教师的指导下对实验步骤和结果进行逐个分析，发现其中 的问题给予及时地纠正，从而使实验结果更加科学可靠。

三、激发学生实验设计的热情，培养学生独立探索的习惯

如果学生总是担心操作失败，缺乏自信心，慢慢地就失去生物实验的兴趣，更谈不上实验设计的热情了，尽对这一情况，我就鼓励学生说：“任何一项重大发明和发现，都 是科学家经过多次的实验失败后产生的，失败不可怕，可怕的是因担心失败而不敢去探索，将会一事无成。”通过讲解并结合平时的实验教学，不断地激发学生的实验热情，引导学生自觉主动地发现探索空间，使学生逐步养成独立探索的习惯，教师要及时地发现和肯定学生的点滴进步，以增强其自信心，提高实验设计能力。

实验设计能力培养范文第5篇

关键词：高等教育 教育质量 实验教学改革 探索与实践

传统的实验教学方式一般为演示性、验证性和操作性实验，基本上能够使学生达到对知识理解和掌握的目的，但也存在着学生上实验课的积极性不高、实验教学流于形式、实验操作走过场等问题，很难达到真正的实验目的，对学生实践能力的培养较为不利，严重地影响了高等教育的成效。对如何解决这些问题，在近几年的教学改革过程中，我们提出了以设计为主线、以实践能力培养为核心的实验教学改革思路、方式方法和实施方案，并在一系列课程的实验教学过程中进行了深入的探索与实践，取得了较好的成效。

一、以设计为主线，以实践能力培养为核心的实验教学改革思路

从实验的性质来看，可分为演示性、验证性、操作性实验和综合性、设计性、创新性实验两大层次。前者主要是理解实验原理、进行实验操作、综合分析讨论和论文报告（或称实验报告）的撰写的过程，是对知识的理解和掌握，基本上属于继承和接受前人的知识、技能，重复前人的工作范畴，这是科学实验入门的基础训练；后者是当学生经过一定数量的基础实验训练之后，有必要对学生进行具有科学实验全过程性质的设计性、创新性实验的训练，科学实验的基本程序大体包括：选择课题、课题调研、制定方案、实验过程、综合分析讨论和论文报告的撰写等。后者的综合性实验是介于两层次之间的，设计性实验才是培养实践能力和研究能力的，而创新性实验则体现了实验效果的最高境界。

以设计为主线、以实践能力培养为核心的实验教学突出的是设计为主线、以实践能力培养为核心，其宗旨是：实验教学以设计性实验和创新性实验为主，通过实验，充分调动学生学习的主动性、积极性和创造性，使学生在掌握了一定理论知识和实验技能的基础上，在教师适当的引导下，完成从实验设计到实验操作、书写论文式的实验报告的全过程，从而不断提高学生设计能力、实践能力、研究能力及创新意识，树立严谨的工作、科研作风和培养创新精神，有助于加强学生的综合素质教育。

二、以设计为主线，以实践能力培养为核心的实验教学改革的主要方法

1、由任课教师根据所学课程有关内容制定实验课题、实验内容及设计要求。在任课教师的指导下，学生利用本课程前面所掌握的系统设计工具及系统设计知识，对本实验进行系统分析，制定并完善实验设计技术路线，保证实验具有一定的创新性与可行性；

2、学生根据本实验课题、实验内容及设计要求，利用课外时间，查找相关资料，在任课教师的指导下，进行系统设计、仿真测试与完善；

3、在仿真测试完成后，在实验教师指导下，在实验室完成系统电路板及元器件的焊接、调试及完善等，进行实验数据的测试，并做好实验记录，及时整理、统计处理数据，分析实验结果；

4、最后按照科研论文的格式与要求书写实验报告，每人一份，锻炼每个同学的归纳、总结、综合分析能力与写作技巧，再由任课教师审阅、评分。

三、以设计为主线，以实践能力培养为核心的实验教学改革的作用和意义

1、由于实验的全过程是由学生独立自主完成的，实验的主动权在学生，不可能存在等待、依赖思想，能充分发挥学生的主观能动性和积极性，这是培养学生实践能力和创新精神的前提基础。

2、本方案实验的要求不是通常验证性、演示性实验的简单综合，而是更多地贴近工程实际、综合运用所学知识进行项目的设计和实现，含有创新因素，因此对学生既有挑战性又有压力，能激发学生的兴趣，这是培养学生实践能力和创新精神的动力源泉。

3、学生通过实验中的任务分析、方案制定、电路构思、硬件设计、软件编写、分步试验、制作实施、系统调试、指标测试、性能改进和报告撰写等全过程的实践和攻关，既能把所学的理论知识加以综合运用，又能把研究视野扩展到相关的知识领域，接触一些先进的元器件并加以运用。动手实践的能力得到实实在在的训练，发现问题和处理问题的能力会有实质性的提高，创新素质在这种潜移默化的过程中得以形成和提升。

4、由于实验的实施必须独立经历从第一步到最后一步的全过程，每个人的方案和实施方式各异，从学生的整体来看，充分发挥了各人的原创能力、设计能力和实施能力，由此也萌发出来不少对工程和社会有实际贡献的创作思路。实验的要求和技术指标也有利于促进学生之间在实施过程中的技术交流和问题的探讨、相互启发和取长补短，这种团队合作解决问题的氛围和条件是实验指导老师的能力所无法提供和满足得了的。

5、本方案在加强对学生素质和实践能力培养的同时，有助于快速地、高质量地把学生培养成为全面型、综合型、实用型的复合人才，对“卓越工程师教育培养计划”的实施，对拔尖创新人才的培养等具有积极的作用；

6、本方案的实施推广将会显著提高我国高等教育的成效，推动我国高等教育的发展。

四、以设计为主线，以实践能力培养为核心的实验教学改革的显著特点

1、本实验是上学期所学知识的继续，使系统设计由仿真设计进展为实物设计，与前面所学知识无缝链接起来，保持实践锻炼的连贯性，通过一年的系统设计锻炼，使学生完全能够掌握系统设计的精髓；

2、每一个实验都是一个完整的系统设计，培养学生查找资料、分析问题、解决问题等实践能力；

3、简单的一门实验课，学生的查阅资料能力、学习能力、设计能力、沟通能力、创新能力等都得到很好的培养和锻炼，为将来毕业设计、寻找工作、顺利踏入社会、成为栋梁之材奠定了良好的根基；

4、如果每一门课都是如此，我们培养的学生将会怎样呢？

五、以设计为主线，以实践能力培养为核心的实验教学改革的成效

1、由于实验的全过程是由学生独立自主完成的，实验的主动权在学生，不可能存在等待、依赖思想，能充分发挥学生的主观能动性和积极性，这是培养学生实践能力和创新精神的前提基础。

2、本方案实验的要求不是通常验证性、演示性实验的简单综合，而是更多地贴近工程实际、综合运用所学知识进行项目的设计和实现，含有创新因素，因此对学生既有挑战性又有压力，能激发学生的兴趣，这是培养学生实践能力和创新精神的动力源泉。

3、学生通过实验中的任务分析、方案制定、电路构思、硬件设计、软件编写、分步试验、制作实施、系统调试、指标测试、性能改进和报告撰写等全过程的实践和攻关，既能把所学的理论知识加以综合运用，又能把研究视野扩展到相关的知识领域，接触一些先进的元器件并加以运用。动手实践的能力得到实实在在的训练，发现问题和处理问题的能力会有实质性的提高，创新素质在这种潜移默化的过程中得以形成和提升。

4、由于实验的实施必须独立经历从第一步到最后一步的全过程，每个人的方案和实施方式各异，从学生的整体来看，充分发挥了各人的原创能力、设计能力和实施能力，由此也萌发出来不少对工程和社会有实际贡献的创作思路。实验的要求和技术指标也有利于促进学生之间在实施过程中的技术交流和问题的探讨、相互启发和取长补短，这种团队合作解决问题的氛围和条件是实验指导老师的能力所无法提供和满足得了的。

5、本方案在加强对学生素质和实践能力培养的同时，有助于快速地、高质量地把学生培养成为全面型、综合型、实用型的复合人才，对“卓越工程师教育培养计划”的实施，对拔尖创新人才的培养等具有积极的作用。

6、为后续实验教学改革和本项目的完善奠定了较好的基础。

通过“以设计为主线，以实践能力培养为核心”的实验教学改革，许多学生的设计能力、实践能力及其它各方面能力得到大幅度的提升。本实验教学改革也受到了学生的广泛好评。许多同学评价认为：这种实验教学改革无论是改革方案还是实际实现的过程，不得不说至少是在我所经历的课程改革中最成功的一次，很多同学学会了很多能实实在在用得上的东西。也是这次改革，向我们证明了大学的课程并非一无是处，并非只是为了考试而学习。绝大多数同学把握住了机会，利用单片机课程所学的系统设计知识设计自己的系统并做出实物，并不断大胆地设计自己的系统，并且完全可以在实际中应用，完全从书本的理论知识中走了出来，可以把理论的东西很好地应用在实际开发中，在课程改革中受益匪浅，能力得到质的飞跃。

本文为教育部人文社会科学研究“工程科技人才研究专项”成果（10JDGC011）、2012年度辽宁省普通高等教育本科教学改革研究项目成果。

作者简介：

张东阳，沈阳理工大学装备工程学院教师，副教授；张景异，沈阳理工大学卓越工程学院院长，教授。

参考文献：

[1]郭广生、李庆丰：《培养创新人才呼唤教学方法大变革》，《中国高等教育》，2011年第18期。

[2]林健：《面向卓越工程师培养的研究性学习》，《高等工程教育研究》，2011年第6期。