在中學物理實驗教學中培養學生的創新能力

物理學是一門以實驗為基礎的科學。在中學物理教學中，實驗教學占有極其重要的地位，它的不可替代的作用已被廣大物理教育工作者認識和重視。尤為重要的是，加強和改革物理實驗教學已成為邊遠山區學校培養學生創新能力的一條重要途徑。

一、介紹著名的科學實驗，激發學生的創新意識

在物理學史上有許多精彩的實驗，實驗設計思想的創造性、實驗裝置的新穎性和實驗技術的藝術性，催生了不少物理學上的重大發現或技術上的出色發明。介紹這些實驗可向學生展現有趣的物理現象，呈現許多真實的、形象的物理故事。學生在好奇心的驅使下，會產生極大的興趣去探索未知，從而產生學習的欲望和學習的需要。例如，伽利略在自由落體實驗中，大膽地向公眾的觀點挑戰，他利用最簡單的、人人都可以做的實驗來證明“物體下落的時間與重量成反比”的觀點是不正確的。他在比薩斜塔上同時落下一重一輕的兩個鐵球，讓大家看到兩個鐵球同時落地，從而展示了自然界的客觀規律——在同一地點，一切物體在自由落體運動中的加速度都相同。

又如，牛頓發現了萬有引力定律F＝G，但其中的引力常量G等于多少?牛頓本人也不知道，因為通常兩個物體之間的萬有引力實在太小了，用常規的方法無法測出。在牛頓發現萬有引力定律一百多年后，英國物理學家卡文迪許利用扭秤裝置，通過三次巧妙的測量變換和放大，首先在實驗室里相當準確地測出G，并在此基礎上計算出地球的密度。另一位物理學家坡印廷稱贊說：“卡文迪許實驗開創了弱力的新時代。”

除以上兩個著名實驗外，還有米歇爾·傅科鐘擺實驗、盧瑟福發現質子實驗、伽利略的加速度實驗、埃拉托色尼對地球圓周長的測量、托馬斯·楊的光干涉實驗、牛頓的棱鏡分解太陽光實驗、密立根的油滴實驗、電子于涉實驗等共十個實驗，被稱為最美麗的科學實驗。這些富于創造性的實驗只使用簡單的儀器和設備，沒有用到什么大型的計算工具如電腦一類，卻能發現一些最根本、最重要的科學概念。這些實驗告訴學生：科學并不那么神秘，科學實驗并非都需要復雜的、先進的儀器和設備，我們身邊的一些東西也可以做實驗。這對激發學生的創新意識起到良好的作用。

二、讓學生深入理解實驗原理，為創新奠定基礎

實驗原理是實驗的核心，是學生對各種信息進行收集、整理、歸納和處理的依據，實驗的設計、實驗的步驟、儀器的選擇乃至誤差分析等一切與實驗有關的問題都是從實驗原理出發、派生的。緊緊抓住實驗原理，就容易弄明白實驗如何操作，應測量哪些數據，結果如何處理。以伏安法測電阻為例，實驗原理是由歐姆定律得出的。基本的測量方法是利用電壓表測出電阻兩端電壓，利用電流表測出通過電阻的電流，然后代人公式計算電阻值。但根據實驗原理還可以設計出用一只電流表和一個定值電阻來測量未知電阻等多種測量方案。所以，有理解實驗原理的基礎，就有可能進行創新。

物理定律都有它的適用范圍和成立的條件，驗證性實驗自然應滿足它所依據的原理得以成立的條件。這就要求我們不僅要知道實驗過程中應該做些什么及應該注意些什么，而且要搞清楚實驗要領及注意事項中所包含的深刻的物理原理、物理思想。比如，在利用單擺測重力加速度的實驗中，擺線與豎直方向的偏角應小于10°；在驗證牛頓第二定律的實驗中，砂和砂桶的總質量應遠小于小車的質量；在驗證機械能守恒的實驗中，要挑選第1、2兩點間距離約為2毫米的紙帶來測量；在伏安法測電阻實驗中，當R遠大于R時應采用電流表內接法，而當R遠小于R電壓表時則應采用電流表外接法。對這些問題的思考和討論能使學生深入理解實驗原理，是利用實驗培養學生創新能力的一個重要方面。

三、通過課堂演示實驗，培養學生的觀察、分析、推理能力

中學物理新教材中對概念的教學側重于實驗演示，教師要根據這一特點合理地安排演示、講解與練習的順序，引導學生正確地觀察、分析和推理。以教學“牛頓第一定律”為例，教師可首先安排學生觀察從斜面滑下的小車在粗糙平面上運動的實驗，并提出問題由學生回答。然后再安排學生觀察從斜面滑下的同一小車在不很粗糙的平面及在較光滑的平面運動的實驗，并比較三者的不同。接著讓學生討論為什么會有不同的現象，引導學生設想若平面絕對光滑小車會怎樣運動。在討論的基礎上，進一步引導學生總結概括出牛頓第一定律。這樣一環扣一環地演示、提問、分析，最后得出結論，可使學生自始至終集中注意力，積極思考面臨的問題，從而能有效地培養學生的觀察、分析、推理能力，并讓學生在這個過程中體會和學習創新。

四、組織好學生實驗，培養學生的實驗能力和創新品質

物理教學中的學生分組實驗對培養學生的實驗能力、實事求是的科學態度和濃厚的學習興趣等都起著重要的作用。教師既要發揮自己的主導作用，又要突出學生的主體地位，應充分相信學生，鼓勵學生主動參與，讓學生獨立設計實驗，改進實驗，最大限度地調動學生自主學習的積極性。同時，教師還可以在實驗教學中挖掘創新教育的因素，提出一些問題讓學生想辦法解決。例如，驗證機械能守恒的實驗，先按教材要求挑選出第1、2兩點間距離接近2毫米，并且點痕清晰的紙帶進行測量、計算和驗證機械能守恒。然后提出：能否用第1、2兩點間距離明顯大于(或小于)2毫米的紙帶來測量、驗證機械能守恒呢?又如，在研究平拋運動的實驗中，按教材要求做完實驗，計算出初速度后，接著提出：若在實驗中忘記記下拋出點，又應該怎樣計算初速度呢?再如，在按課本介紹的方法做完測定電源電動勢和內電阻的實驗后，讓學生自己設計或收集、整理其他的測量方法。這樣做能很好地發散學生的思維，培養學生的創新品質。

五、在實驗教學中改進對學生的評價

評價是教學過程中非常重要的環節。我們應重視學生在學習過程中的自我評價和自我改進，使評價成為學生學會反思、發現自我、欣賞別人的過程。同時，應強調評價的激勵性，鼓勵學生發揮自己的個性特長，施展自己的才能，以形成激勵廣大學生積極進取、勇于創新的氛圍。

對以往的教學中，以學生的考試成績來評價學生的做法應該進行改進。我們不僅應該看到學生在實驗操作中的準確程度、熟練程度，更應該重視學生在實驗中解決實際問題的能力以及創新能力。另外，那些限制學生思維，或不利于學生形成創新思維的問題答案都不應該用作考查和評價學生的標準。例如，驗證力的平行四邊形定則實驗，在實驗步驟的排列順序中一定是先用兩只彈簧秤互成角度地拉橡皮條到達某一點O，然后再用一只彈簧秤拉橡皮條到達同一點O；驗證機械能守恒定律的實驗中，選擇儀器時天平一定不能選；在研究平拋運動的實驗中，拋出點一定非記下不可，等等。

創新教育能使學生學會學習，開發智力，提高素質，增強適應社會發展的意識。我們應結合物理學科的特點，立足課堂教學，充分發揮實驗的優勢，去培養學生的創新意識、創新品質和創新能力。

(責編 王學軍)