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加德纳研究认为，学生在认知结构、智力因素、接受能力等方面存在差异.而实际实验教学中，教师很少考虑学生的差异，采取对实验要求“一视同仁”、实验评价 “一把尺子量到底”这种“一刀切”教学方法，严重影响了学生实验的积极性和主动性，不利于提高学生的实验技能与水平，导致优等生“吃不饱”而不能尽情展现个性与特长，中等生“吃不好”而不能提高实验能力，学困生“吃不了”而不能完成实验任务.实验分层教学就是从学生的差异出发，依据全体参与性、 自主性、可接受性原则，设计多层次实验目标，使学生在不同实验任务的驱使下自主实验，教师采取“导优补差”辅导策略，对实验结果“多尺度”评价，探索从学生的差异中寻求实验分层教学的最佳结合点，下面是实验分层教学设计的流程图（图1）.
1 调查学情，对学生分层
分层前采取谈话、问卷等方式了解学生对要探究的科学问题的原有认知和存在的疑惑，结合平时对学生思维方式、知识基础、接受能力、学习积极性等方面的观察了解，综合分析后将学生分为物理基础薄弱、学习积极性不高、接受能力较差的达标组；物理基础与接受能力一般、有一定学习主动性的争优组；物理基础扎实、学习积极主动、接受能力强的创新组.通过实验分层教学，使达标组学生能根据实验情境进行初步猜想，了解实验目的和原理，在老师引导与示范下，学会设计简单的实验方案及选择实验器材，处理简单的实验数据，得出实验结论，并简单应用实验结论；使争优组学生会根据实验情境进行大胆猜想，在教师指导下，明确实验目的及原理，设计合理的实验方案，选择合适的实验器材，处理实验数据，得出实验结论，能应用实验结论解决一些实际问题，尝试对实验进行简单改进； 使创新组学生会从系统的高度对实验情境进行大胆猜想，通过教师点拨，理解实验目的及原理，设计科学的实验方案，选择合适的实验器材，能独立处理实验数据得出实验结论，灵活运用实验结论解决一些较复杂的问题，会对实验进行改进和创新.
2 实验分层教学的课堂设计
2.1 创设情境，形成猜想
利用图2实验装置演示实验，创设实验情境.
实验1：摆长相同，摆球为相同钢球（或铝球）的两个单摆；
实验时，拉开不同角度、让两摆球从同一位置、同时自由摆动，观察两个摆球摆动快慢情况.
实验2：摆长相同，摆球为大小相同的钢球和铝球的两个单摆；
实验3：摆长不同，摆球为相同钢球（或铝球）的两个单摆；
做实验2和3时，拉开相同角度、让两摆球从同一位置、同时自由摆动，观察两个摆球摆动快慢情况.
实验后，组织学生思考、讨论，大胆猜想影响单摆周期的因素，以下是学生们的猜想及相应的理由.
（1）单摆周期与摆线长度有关，摆线越长，周期越大；原因：摆线长的摆球振动得比较慢.
（2）单摆周期与摆线长度有关，摆线越长，周期越大；原因：摆线越长，摆球偏离平衡位置越远，振动的时间会变长.
（3）单摆周期与摆球质量有关，摆球质量越小，摆球运动越慢，周期越大；原因：摆球质量小些，运动得就慢一些.
（4）单摆周期与摆球质量有关，摆球质量越大，惯性越大，摆动的越慢，周期越大；原因：根据弹簧振子做简谐运动的周期与振子质量有关.
（5）单摆周期与摆角有关，摆角越大，周期越大；原因：摆角越大，到平衡位置的距离越大，回到平衡位置的时间就越长.
（6）单摆周期与振幅有关，振幅越大，周期越长；原因：振幅越大，回到平衡位置的时间越长.
（7）单摆周期与振幅或摆角的关系相同，摆角或振幅越大，周期越大；原因：摆角与振幅其实是一回事.
（8）单摆周期与摆球的重力有关，摆球的重力越大，周期越小；原因：摆球的重力越大，重力加速度越大，小球运动时间越短.
（9）单摆周期与重力加速度有关；原因：单摆做简谐运动时所受合力F=mgsinθ，加速度a=gsinθ，g不同，加速度也不同，运动所需的时间也会不同.
2.2 自主实验，分层辅导
（1）对达标组学生
采取低起点、密台阶、小步子、细讲解的原则.教师指导学生将猜想（1）至（7）总结为单摆周期与摆长、摆球质量、摆角（或摆角）的关系.以“探究摆长与周期关系”为例说明操作过程：首先，将学生分组，通过教师讲解使学生明白实验原理，帮助学生设计实验方案，选择合适的实验仪器，装好实验装置；其次，指导学生用米尺测出悬点到小球下端的长度l，用游标卡尺测摆球直径d，根据L=l-[SX（]d[]2[SX）]算出摆长L，多次测量求平均值[AKL-]；再次，指导学生用秒表记下单摆做30次～50次全振动的总时间t，根据T=[SX（]t[]n[SX）]算出单摆振动的平均周期，每个实验做三次，求周期的平均值[AKT-]=[SX（]T1 T2 T3[]3[SX）]；根据实验数据总结周期T与摆长L的关系，验证猜想是否正确；最后，引导学生总结实验中的注意事项，如为减小误差，摆线长些好还是短些好？摆球摆到哪个位置开始计时更合适？在有难度的地方，教師需现场示范，学生再模仿老师完成实验.
（2）对争优组学生
1 调查学情，对学生分层
分层前采取谈话、问卷等方式了解学生对要探究的科学问题的原有认知和存在的疑惑，结合平时对学生思维方式、知识基础、接受能力、学习积极性等方面的观察了解，综合分析后将学生分为物理基础薄弱、学习积极性不高、接受能力较差的达标组；物理基础与接受能力一般、有一定学习主动性的争优组；物理基础扎实、学习积极主动、接受能力强的创新组.通过实验分层教学，使达标组学生能根据实验情境进行初步猜想，了解实验目的和原理，在老师引导与示范下，学会设计简单的实验方案及选择实验器材，处理简单的实验数据，得出实验结论，并简单应用实验结论；使争优组学生会根据实验情境进行大胆猜想，在教师指导下，明确实验目的及原理，设计合理的实验方案，选择合适的实验器材，处理实验数据，得出实验结论，能应用实验结论解决一些实际问题，尝试对实验进行简单改进； 使创新组学生会从系统的高度对实验情境进行大胆猜想，通过教师点拨，理解实验目的及原理，设计科学的实验方案，选择合适的实验器材，能独立处理实验数据得出实验结论，灵活运用实验结论解决一些较复杂的问题，会对实验进行改进和创新.
2 实验分层教学的课堂设计
2.1 创设情境，形成猜想
利用图2实验装置演示实验，创设实验情境.
实验1：摆长相同，摆球为相同钢球（或铝球）的两个单摆；
实验时，拉开不同角度、让两摆球从同一位置、同时自由摆动，观察两个摆球摆动快慢情况.
实验2：摆长相同，摆球为大小相同的钢球和铝球的两个单摆；
实验3：摆长不同，摆球为相同钢球（或铝球）的两个单摆；
做实验2和3时，拉开相同角度、让两摆球从同一位置、同时自由摆动，观察两个摆球摆动快慢情况.
实验后，组织学生思考、讨论，大胆猜想影响单摆周期的因素，以下是学生们的猜想及相应的理由.
（1）单摆周期与摆线长度有关，摆线越长，周期越大；原因：摆线长的摆球振动得比较慢.
（2）单摆周期与摆线长度有关，摆线越长，周期越大；原因：摆线越长，摆球偏离平衡位置越远，振动的时间会变长.
（3）单摆周期与摆球质量有关，摆球质量越小，摆球运动越慢，周期越大；原因：摆球质量小些，运动得就慢一些.
（4）单摆周期与摆球质量有关，摆球质量越大，惯性越大，摆动的越慢，周期越大；原因：根据弹簧振子做简谐运动的周期与振子质量有关.
（5）单摆周期与摆角有关，摆角越大，周期越大；原因：摆角越大，到平衡位置的距离越大，回到平衡位置的时间就越长.
（6）单摆周期与振幅有关，振幅越大，周期越长；原因：振幅越大，回到平衡位置的时间越长.
（7）单摆周期与振幅或摆角的关系相同，摆角或振幅越大，周期越大；原因：摆角与振幅其实是一回事.
（8）单摆周期与摆球的重力有关，摆球的重力越大，周期越小；原因：摆球的重力越大，重力加速度越大，小球运动时间越短.
（9）单摆周期与重力加速度有关；原因：单摆做简谐运动时所受合力F=mgsinθ，加速度a=gsinθ，g不同，加速度也不同，运动所需的时间也会不同.
2.2 自主实验，分层辅导
（1）对达标组学生
采取低起点、密台阶、小步子、细讲解的原则.教师指导学生将猜想（1）至（7）总结为单摆周期与摆长、摆球质量、摆角（或摆角）的关系.以“探究摆长与周期关系”为例说明操作过程：首先，将学生分组，通过教师讲解使学生明白实验原理，帮助学生设计实验方案，选择合适的实验仪器，装好实验装置；其次，指导学生用米尺测出悬点到小球下端的长度l，用游标卡尺测摆球直径d，根据L=l-[SX（]d[]2[SX）]算出摆长L，多次测量求平均值[AKL-]；再次，指导学生用秒表记下单摆做30次～50次全振动的总时间t，根据T=[SX（]t[]n[SX）]算出单摆振动的平均周期，每个实验做三次，求周期的平均值[AKT-]=[SX（]T1 T2 T3[]3[SX）]；根据实验数据总结周期T与摆长L的关系，验证猜想是否正确；最后，引导学生总结实验中的注意事项，如为减小误差，摆线长些好还是短些好？摆球摆到哪个位置开始计时更合适？在有难度的地方，教師需现场示范，学生再模仿老师完成实验.
（2）对争优组学生
