物理學是一門實驗科學，而我們目前的物理教學，基本上是停留在關於物理學的知識系統的歸納和理論體系的闡述上，就連物理實驗本身的教學，也是按教材的分析按部就班地進行純理論的講解．其弊端是顯而易見的，如果考查的實驗不是教材所限的實驗呢？
一、實驗設計教學的必要性
１９９６年上海大學聯考第四（５）題要求測定陶瓷管上均勻電阻膜的厚度，就屬於設計型實驗．但由於題目給出了全部實驗器材和所有相關量，使實驗定位在電阻或電阻率的測定上，又大大降低了實驗難度，只屬於局部設計型實驗．無論命題者出於何種考慮，設計型實驗畢竟半遮半掩地出現了，這多少給教學工作者提了個醒．
１．從小處着眼，加強實驗設計教學 上海作爲大學聯考改革的試點城市，其成功的改革將爲全國大學聯考提供可能的改革方向，甚至一些新穎的題型和情境，都可能爲全國大學聯考所借鑑．如１９９６年全國大學聯考第２１題就是從１９９５年上海大學聯考第一（５）題脫胎而來的．無疑上海大學聯考關於實驗設計的考查是又一個成功的改革舉措，極有在全國推廣的價值．而物理《考試說明》中要求“會用在這些實驗中學過的實驗方法”，也爲實驗設計的考查在全國的推廣提供了可能．
２．從大處着眼，加強實驗設計教學 著名核物理學家錢三強先生在爲郭奕玲、沈慧君編著的《物理學史》所作的序中，曾嚴厲指出：“今天我們科學界有一個弱點，這就是思想不很活潑，這也許跟大家過去受的教育有一定關係……”我們常常教育學生“應該……”“必須……”；我們的考試題目常常不惜筆墨描述背景、附加條件，最後只有一個小小的空格“是……”．這樣培養選拔出來的人才在學校是好學生，步入社會是好職員，大腦中只是機械地跳動着兩個問題：“你要我做什麼？你要我怎麼做？”工作常常：“完成”的相當漂亮，但思想僵化，毫無創見．這正是我們的悲哀！長期以來的這種教育選拔模式，致使我們現在仍只能在很羞澀地提到幾個美籍華人時纔有一種借來的榮光與自豪！
思想不活躍，是因爲我們給了學生太多的“必須”的'限制；思想僵化，是因爲我們留給學生太少的“可能”的餘地．實驗設計的教學，正是活躍思想，培養能力的一種好方法，授以實驗的基本方法，讓學生自己去考慮有哪些可能的做法，自己會怎麼做．
二、實驗設計的基本方法
１．明確目的，廣泛聯繫 題目或課題要求測定什麼物理量，或要求驗證、探索什麼規律，這是實驗的目的，是實驗設計的出發點．實驗目的明確後，應用所學知識，廣泛聯繫，看看該物理量或物理規律在哪些內容中出現過，與哪些物理現象有關，與哪些物理量有直接的聯繫．對於測量型實驗，被測量通過什麼規律需用哪些物理量來定量地表示；對於驗證型實驗，在相應的物理現象中，怎樣的定量關係成立，才能達到驗證規律的目的；對於探索型實驗，在相應的物理現象中，涉及哪些物理量……這些都是應首先分析的．
舉例來說，要測定地球表面附近的重力加速度，我們就應檢索：在所學知識範圍內，哪些內容涉及到重力加速度，它與其他物理量有何定量關係，並一一羅列出來：
（１）在靜力學中，靜止物體對豎直懸繩的拉力或對水平支持物的壓力大小就等於重力，即Ｔ＝Ｎ＝ｍｇ．若Ｔ（或Ｎ）和ｍ能測出，則重力加速度ｇ可測定．
（２）在超重或失重（但不完全失重）系統中，Ｆ⊥－ｍｇ＝±ｍａ⊥．若Ｆ⊥、ａ⊥和ｍ可測出，則重力加速度ｇ可測定．
（３）在運動學中，物體從光滑斜面上由靜止下滑，ｓ＝１２ｇｓｉｎθｔ２．若ｓ、θ和ｔ可測定，則重力加速度ｇ也可測定．
（４）在運動學中，物體從粗糙斜面上由靜止下滑，ｓ＝１２（ｇｓｉｎθ－μｇｃｏｓθ）ｔ２．若ｓ、θ、μ和ｔ可測，則重力加速度ｇ也可測定．
（５）自由落體運動中，ｈ＝１２ｇｔ２．若ｈ和ｔ可測出，則重力加速度ｇ也可測定．
（６）用重力加速度測定儀測定．
（７）在平拋運動中，豎直方向在連續相等的時間內位移之差Δｙ＝ｇｔ２．若Δｙ和ｔ可測，重力加速度ｇ同樣可以測出．
（８）在斜拋運動中，水平射程可以表示爲ｘ＝ｖ０２ｓｉｎ２θ／ｇ．若ｘ、ｖ０和θ可測出，則重力加速度ｇ也可測出．
（９）單擺做簡諧振動時，其週期可以表示爲Ｔ＝２πｌ／ｇ．若Ｔ和ｌ可測，則ｇ可測．
（１０）在焦耳測定熱功當量的實驗中，若能測出水的質量和升高的溫度，算出水增加的內能，再測出重物的質量和下落的高度，同樣可測定重力加速度．
（１１）帶電粒子在的勻強電場平行板電容器中平衡時，ｍｇ＝ｑＵ／ｄ．若Ｕ、ｄ和帶電粒子的荷質比（ｑ／ｍ）可測定，則ｇ可測出．
（１２）假設一物體在地球表面附近繞地球做圓周運動，ｍｇ＝ＧＭｍ／Ｒ２，ｇ＝ＧＭ／Ｒ２．
…………
２．選擇方案，簡便精確 對於每一個實驗目標，都可能存在多條思路、多種方案．教材中關於某個實驗目標的實驗方案，也只是衆多方案中的一種，而且不一定是最好的一種，而只是較可行的一種．那麼在衆多實驗方案中，我們應如何選擇呢？一般來說，選擇實驗方案主要有三條原則：
（１）簡便性原則即要求所選方案原理簡單、操作簡便，各量易測．應儘量避免實施那些原理複雜、操作繁瑣和被測量不易直接測量的實驗方案．
（２）可行性原則實驗方案的實施要安全可靠，不會對人身和器材造成危害；所需裝置和器材要易於置備，不能脫離實際，不能超出現有條件．
（３）精確性原則不同的實驗方案，其實驗原理、所用儀器以及實驗重複性等方面所引入的誤差是不同的．在選擇方案時，應對各種可能的方案進行初步的誤差分析，儘可能選用精確度高的實驗方案．
以上三原則通常要綜合考慮．
在前述方案中，方案（１）中常用的測力計誤差較大；（２）中Ｆ⊥和ａ⊥均不易測定；（３）中θ和ｔ不易測定且難以保證斜面足夠光滑；（４）中θ、ｔ和μ均不易測定；（５）中若用秒錶計時人爲因素較大，若用打點計時器計時，紙帶受振針阻力與通常小物塊所受重力相比不能忽略；（６）中儀器先進但一般中學沒有；（７）中若用閃光照像技術則是一種好方案，但設備和技術都達不到要求，若用平拋運動的研究方法誤差較大；（８）中θ和ｖ０的測量難度較大；（９）中相對而言較切合中學實際；（１０）中需測定的物理量多且很難採取絕熱措施；（１１）中學階段不易測定荷質比；（１２）只是一個思想實驗，無法付諸實踐，但可估算，代入數據得ｇ＝９．８５７ｍ／ｓ２，與標準值９．８１ｍ／ｓ２只相差４．８?．綜上所述，中學階段通常採用單擺法測定重力加速度．
３．依據方案，選定器材 實驗方案選定之後，考慮該方案需要哪些裝置，被測量與哪些物理量有直接的定量關係，這些物理量分別需用什麼儀器來測定，從而確定整個實驗需要哪些器材．
在“用單擺測定重力加速度”的實驗中，是利用單擺裝置來進行實驗的，故需鐵架臺、細線和擺球等來組裝單擺．重力加速度可表示爲ｇ＝４π２ｌ／Ｔ２，週期需用秒錶測定；擺長ｌ是從懸點到擺球中心的距離，因此需用米尺和遊標卡尺分別測定擺線長度ｌ和擺球直徑ｄ．從實驗原理表達式可以看出，實驗與擺球質量無關，故毋需使用天平．
當然，從實驗方便性和精確性角度考慮，還需對所選器材作進一步要求，以期把系統誤差降到最小．如上述器材中，擺線的伸縮性和質量應較小，擺球的質量應較大．擺線伸縮性大，其長度會隨拉力變化而變化；擺球與擺線質量相差越小，系統（擺線和擺球）質心偏離擺球中心越遠，誤差就越大．爲了便於觀察，擺球振動的路徑宜長，但又要確保單擺做簡諧振動，故擺線宜長些，常取１米左右．
４．擬定步驟，合理有序 實驗之前，要做到心中有數：如何組裝器材，哪些量先測，哪些量後測，應從正確操作和提高效率的角度擬定一個合理而有序的實驗步驟．對一些可直接測量的物理量，可先行測量；對需通過實驗裝置才能測定的物理量，須先組裝器材，再進行實驗、觀察和測量．
在“利用單擺測定重力加速度”的實驗中．原理表達式ｇ＝４π２ｌ／Ｔ２中的ｌ和Ｔ分別爲單擺的擺長和單擺做簡諧振動的週期．因此應先組裝單擺，再測定擺長，最後讓單擺做簡諧振動，測定週期Ｔ．根據所測數據計算出重力加速度ｇ的值．至於過程細節不再贅述．
５．數據處理，誤差分析 大學聯考對此要求不高，但常用的數據處理和誤差分析的方法還是應該掌握，在設計實驗時也應予考慮．
三、建議
我們不能說全國大學聯考對中學教學起一種指揮棒的作用，但也無法低估大學聯考對中學教學的導向作用，正確認識並充分利用這種導向作用，對改善中學教學現狀是大有裨益的．因此在大學聯考命題上做點文章，使試題內涵精些，外延寬些，少些“是什麼”，多些“怎麼樣”，思想自然活躍，花樣自然增多．以１９９６年全國大學聯考第１５題爲例，若把問題改爲：“根據以上數據，能否驗證機械能守恆定律？試用必要的文字和簡明的算式闡明你的觀點．”這樣一改，同樣可考查即時速度、ΔＥＰ和ΔＥＫ的計算，但爲學生提供的可能性增多了．爲什麼非得從“第一個點”開始考慮呢？見微知著，我們完全可以通過證明ΔＥＰ（ＢＣ）與ΔＥＫ（ＢＣ）相等來驗證機械能守恆定律，至少可說明ＢＣ過程機械能守恆．
總而言之，要改善中學物理教學現狀，培養思想活躍、有創新精神和創造能力的跨世紀人才，即需中學教育工作者的切實努力，也需全國大學聯考的積極正確導向．
