培養中學生實驗創新能力初探

20世紀80年代末，備受世界矚目的《美國2061計劃》指出：“在下一個人類歷史發展的階段，人類的生存環境和生存條件將發生迅速的變化。科學、數學和技術是變化的中心。它們引起變化，塑造變化，并對變化做出反應。所以，科學、數學和技術將成為教育今日兒童面對明日世界的基礎。”它使人們對教育所依存的社會和環境的變化及其內在原因作出重新審視，基礎教育中技術的價值和意義已經昭然若揭，正如一些專家所指出的“沒有技術教育內容的普通教育不可能是真正的現代教育”，“沒有技術教育的現代化，就不可能有教育的現代化”。技術設計是技術的基礎內容，是技術發展的關鍵，是動手與動腦相結合、培養學生創新精神和實踐能力的良好載體。因此，中學物理實驗教學中，教師要重視培養學生的實驗探究能力和創新精神。把學生培養成為適應新世紀要求的有用人才。

一、創設發散性實驗情境，培養學生的實驗設計能力和創新意識

現代的普里高津的消耗結構理論認為：系統要進化，要從無序到有序，必要的條件是系統必須進行開放，同時系統必須遠離平衡狀態。系統只有開放才能與外界(環境)發生物質、能量和信息的交換，才有可能獲得進化；一個開放系統只有遠離平衡狀態。才能有非線性的規律所支配，才能形成新的穩定的有序結構，產生新質。消耗結構理論同樣適用于學生的設計能力培養，思維系統要創新，思維必須發散、遠離平衡狀態。中學物理發散性實驗問題的特點是：(1)給定某些實驗儀器或電路圖，根據題中的實驗目的要求，要求學生運用多種實驗設計方法來進行理論設計解答實驗問題；(2)給定部分實驗儀器或實驗器材自選，要求學生根據實驗目的運用不同的實驗理論和實驗方法設計完成多個實驗方案。發散性實驗問題是一類很新穎的開放性實驗問題，創設發散性實驗方案，使實驗問題答案多樣化。給學生提供了更為廣闊的空間，它能讓學生在思維發散、開放的空間中進行探索，有利于培養學生的設計能力。在教學中，應有意識地安排這方面的訓練。例如“判定感應電流方向的楞次定律”的教學，可在前節課留給學生一道作業題：如何用實驗的方法判定線圈中感應電流方向?請每位同學設計一或兩個實驗方案。上課時讓學生按照自己設計的方案進行實驗，要求同學邊觀察實驗現象、邊思考，發現問題及時提問并做好記錄。引導學生根據實驗記錄加以分析、歸納和總結，從中得出感應電流的磁場總是要阻礙原來磁場的變化的結論。然后對全班同學的實驗方案進行小結，讓學生知道完成本問題的研究方法有多種多樣。既可以將條形磁鐵插入、拔出線圈，也可以用電磁鐵代替條形磁鐵或將電磁鐵放在線圈中，改變通電螺線管電流的大小來實驗都能歸納得出不同情況下的電磁感應現象所產生的感應電流的磁場，總要阻礙原來磁場的變化的結論，即楞次定律。并對表現比較突出的同學表揚，激發學生的好勝心，形成在學習上拼搏的良好氛圍，同時加強了設計能力的鍛練，又培養了學生的求異思維和創造精神，收到良好的教學成效。

不同的物理實驗有不同的設計思想和方法。它們都來源于實驗目的、原理，物理實驗不是單純地記錄事實或重現事實，而是按照預先的設想，對自然的進程加以必要的控制和改變，然后進行觀察和測量，以期發現隱含在這些過程中的規律，證明某種猜想、假設或測出有關的物理量。探究實驗原理，可使學生學習科學方法。學會根據實驗目的設計實驗。例如：電源電動勢和內電阻的測量。提供待測電池組、電流表、電壓表、滑動變阻器、已知電阻值的定值電阻器R₁、R₂、單刀開關、單刀雙擲開關、導線等，要求學生在弄清楚實驗目的和各元件的作用后。確定實驗原理的情況下，設計出兩個測量電源電動勢和內電阻的方案。學生若能在中學時期常訓練和經歷實驗的實踐，不但能加深對有關知識的理解。而且可以培養學生的設計能力和創新能力。

二、就地取材，培養學生選擇實驗器材的能力和創新意識

物理實驗課是培養學生實驗能力的主要途徑。但長期以來。在實驗課教學中普遍存在實驗器材不足，以及偏重實驗的操作和動手能力。忽視對實驗目的、原理的理解和技術設計能力的培養；強調按“本本”做實驗，忽視獨立探索能力和創新意識的培養。實驗教學與技術設計能力培養脫鉤，導致不能利用實驗來激發學生的學習興趣。感受學習的成就感。

初中物理多數實驗是定性的，有些定量的實驗精確要求也不高。因此，大部分初中物理隨堂實驗的實驗器材一般較為簡易，取材比較方便，許多都可以自制。例如，《平面鏡》一節的教學中，沒有大的玻璃板，可以用小平面鏡來代替，沒有蠟燭，可以用釘子代替；研究“壓力的作用效果跟哪些因素有關”的實驗，可以用釘子、木塊制成實驗小桌和海綿，也可用一端平的另一端削尖的鉛筆、同學的食指或用氣球、文具盒等；只要我們在教學中，提前一節課布置下節課小制作項目和要求，讓一個學生或幾個學生一起自行設計、制作、測試。不但可以解決實驗器材短缺的問題，同時更關鍵的能夠煅煉學生的技術設計、選材、動手創造、發現問題、解決問題等方面的能力，培養學生的生存能力、創造力、交流合作與團隊精神。

三、改進實驗裝置。培養學生批判性思維和創新精神

課本上有些演示實驗和學生實驗，在原理、方法、裝置等方面尚存在著某種缺陷或不足，這就要求教師在物理教學過程中，要有意識地引導學生通過不同途徑和方法去加以改進與完善。以培養學生的批判性思維和創新精神。

例如：高一年物理驗證“力的平行四邊形定則”實驗中，學生在實驗操作時容易因木板的滑動、雙手的晃動、結點位置的改變等因素造成較大誤差。因此，在分組實驗教學時，可啟發和引導學生對實驗裝置作如下改進：

1、在方木板的上端安裝一塊L形擋板。學生實驗時把L形擋板掛扣在實驗桌的前邊緣。就可將方木板方便地固定在實驗桌上，從而有效地防止學生在使用彈簧秤拉橡皮條時所引起的方木板的滑動。

2、在方木板的下端鉆幾個直徑約4.5mm左右的小孔，給每個實驗小組各兩枚直徑約為4mm的小鐵釘。實驗操作時，將兩支彈簧秤的掛鉤分別鉤住系在橡皮條上的兩個細繩套，再將兩支彈簧秤的拉環分別套在兩枚小鐵釘上，互成角度地將橡皮條拉伸到一定位置，然后將小鐵釘插在相應的小孔中，這樣就將兩支彈簧秤的位置完全固定，通過調整彈簧秤的拉環在小鐵釘上的高度就能保證使彈簧秤的軸、細線、橡皮條三者在同一平面上，且跟方木板的板面平行貼近，在準確地記下橡皮條結點“0”的位置后，描兩條細線的方向、讀取彈簧秤的示數的過程中橡皮條結點“0”的位置就不再會改變，這樣按選定的標度作出的兩個分力F₁、F₂的大小和方向就相當的精確，從而大大提高了實驗的準確率，減少實驗的誤差。

總之，在物理教學過程中，實驗這一教學手段，不僅是一種技術手段，更是“教師引導和學生自我探索相結合”的全新教學模式的載體。它有利于調動學生的學習興趣和積極性、幫助學生理解和掌握知識：有利于培養學生鍥而不舍的科學探索精神、激發學生的創新思維：有利于學生更好地掌握學習和研究物理問題的思想方法、培養學生的技術設計與創新能力。因此，教師要通過各種不同的途徑和方法，去創新物理實驗教學。以培養學生的實驗探究能力和創新精神，把學生培養成為適應新世紀要求的有用人才。