中學物理實驗教學中培養學生創新思維能力的研究

孫鴻坤

（上海交通大學附屬中學，上海200439）

中學物理實驗教學中培養學生創新思維能力的研究

孫鴻坤

（上海交通大學附屬中學，上海200439）

論述了培養創新思維能力的意義，提出了訓練和培養創新思維能力的方法.結合教學案例，給出了在中學物理實驗教學中培養學生創新思維能力的實施途徑實踐和思考.

中學物理；實驗教學；創新思維能力

1 創新思維釋義

創新思維是指以新穎、獨特的方法解決問題的思維過程.通過這種思維不僅能揭示客觀事物的本質及其內部聯系，而且在此基礎上產生新穎、獨創、具有明顯社會意義的思維成果.創新思維是人類創造力的核心和思維的最高級形式，是人類思維活動中最積極、最活躍和最富有成果的一種思維形式.人類社會的進步與發展離不開知識的增長與發展，而知識的增長與發展又是創新思維的結果.所以，創新思維比之思維的其他形式，更能體現人的主觀能動性.

《上海市中學物理課程標準》指出：“中學物理課程是以觀察和實驗為基礎，以物理現象、物理概念和規律、物理過程和方法為載體，以科學探究為主線，以提高全體學生科學素養為基本目標的基礎性自然科學課程，是中學自然科學學習領域的重要組成部分.”“物理課程必須注重全面提高學生的基本科學素養，使他們不僅掌握物理知識，還具有科學精神和創新能力，為今后走向社會和終身學習奠定堅實的基礎.”因此，物理教師應利用好實驗教學，培養和提高學生的創新思維能力.

2 物理實驗教學中培養學生創新思維能力的主要途徑和實踐

2.1 做好基礎實驗，為培養學生創新思維能力提供必要的基礎

能力的培養離不開基礎知識，離開了知識和技能的積累，就談不上創新能力的培養.在實驗中可以培養學生觀察實驗現象的能力，培養嚴謹認真的科學態度和科學方法.學生掌握物理知識要經歷“感性－理性－應用”的科學認識過程.實驗教學可以幫助學生形成物理概念，理解和鞏固物理知識，培養學生觀察實驗現象、分析問題、解決問題的能力，初步掌握一些常用的物理實驗技能，培養學生實事求是、嚴肅認真的科學態度和科學方法.在演示實驗或學生實驗中，要求學生認真觀察實驗現象，并將觀察的結果記錄好，認真分析，去偽存真，填寫于實驗報告中.這樣要求學生，不僅使學生知道在實驗中要觀察的內容，還可以使學生獲得第一手感性材料，儲備堅實的物理基礎知識，為培養創新思維打好基礎.

2.2 改進學生實驗，為培養學生創新思維能力提供深入思考的空間

根據學生的實際學習情況，對教材中的學生實驗進行改進，使其更能體現物理概念和規律的形成過程，促進學生實現更深入的思考，發揮主觀能動性，從而培養創新思維能力.

教學案例：多用表教學設計

學生在學習了閉合電路歐姆定律之后，學習使用多用表測電流、電壓和電阻.教學設計中，筆者增加了歐姆表內部結構及測量原理等內容，將“多用表”這節課從原來重點“學會使用多用電表”的實驗課（且勞技課上已經接觸過多用表），轉變為在實驗的基礎上與“閉合電路歐姆定律”聯系的一堂理論聯系實際的課，要求學生利用電流表組裝歐姆表.

通過探討學生熟悉的測電阻的方法出發，引導出等效替代的思想，獲得歐姆表的內部結構和測量原理.又從實驗中發現問題，進而引發思考，探討修正方案，深刻理解了歐姆表內部結構中各部分的作用，充分體現物理知識的建立和形成過程.用組裝好的歐姆表測量電阻，展示多用表歐姆擋，看到自己設計的歐姆表和多用表歐姆擋的一致性，感受自我設計的成就感.

測電阻的方法和等效替代的思想是學生已有的知識，但在此基礎上獲得歐姆表內部結構、重新組裝歐姆表，并非易事，設計的過程，就是創造性運用知識的過程，學生需要有扎實的基礎知識，熟練的實驗技能，在“設計—組裝—反思—修正—應用”的過程中，思維嚴謹、層層深入，促進了創新思維能力的發展.

2.3 設計學生實驗和演示實驗，為培養學生創新思維能力提供更廣闊的舞臺

物理是一門以實驗為基礎的學科，來源于生活，又重新應用于實際生活，這也是這門學科的最大魅力所在.因此，教師可以根據教學需要，在概念規律課或習題課中，創造性地引入學生實驗.

教學案例：動能定理的應用

學生在學習了“動能定理”之后的習題課，“動能定理的應用”第一課時.教師通過“乒乓球下落”和“單擺擺線碰釘子”2個學生實驗，逐步引導學生掌握動能定理在各種情況下的應用.

學生實驗1：乒乓球下落實驗

通過乒乓球下落的情境引入，提出測量乒乓球下落到最后停下來的總路程的問題，引導學生建立模型，尋找實驗原理，設計實驗記錄表格，最后得到結果.下面是學生實驗的任務單.

實驗目的：求乒乓球從離桌面0.7m高度由靜止下落至桌面，到最后停在桌面經過的總路程.

實驗器材：乒乓球，米尺.

建立物理模型（理想化處理）：1）不計乒乓球與桌面碰撞時的能量損失；2）設阻力大小恒定；3）乒乓球看成質點.

實驗原理：___________________________________________.數

據記錄：___________________________________________.

從生活中抽象出物理模型，引發學生思考，把自己所學的動能定理的知識用于解決實際問題，使教學更生動直觀、更貼近生活實際，提高了學生學習物理的興趣、拓展了學生的思維.實驗中突出了物理模型的建立方法，使學生認識到在復雜多階段直線運動中，牛頓定律求解比較繁瑣，選擇對整個過程應用動能定理更簡捷，這樣的設計，遠比單純以講授習題的形式更吸引人，更能調動學生的學習熱情，引發學生在生活中更多觀察、更多思考，促進了創新思維能力的培養.

學生實驗2：單擺擺線碰釘子實驗

教師演示單擺碰釘子的實驗，提出要完成圓周運動，小球由靜止下落的位置A離釘子（圓心）的距離為多少？在這樣一個多段曲線運動的模型中，學生運用動能定理和圓周運動的知識獲得了理論上的結果，又通過學生實驗進行了驗證.在此基礎上，教師播放過山車的錄像，并進行模型演示，提出過山車至少在多高處下落才是安全的，有的學生稍作思考，就馬上回答出了結論，有的學生經過計算得到結論，發現過山車和單擺碰釘子是相同的結論.因此，學生能夠深刻理解，動能定理應用關注的是初、末狀態的動能及過程中的總功，而不是具體的路徑.

實驗的探究過程看上去不如理論推導和講解習題來得快捷，但學生在“觀察—思考—實踐—反思”的過程中，促進了邏輯推理能力、發散性思維能力的提高，從而促進了創新思維能力的發展.

2.4 指導課外實驗，為培養學生創新思維能力提供更多實踐機會

根據課內所學知識，有針對性地指導學生課外探究實驗，既能加深對課內知識的理解，又能激發學生的學習熱情.

課題：滴水法測量重力加速度

背景：學習了自由落體運動之后，學生通過查資料，發現可以應用自由落體運動，用滴水的方法測重力加速度.

下面是課題小組的實驗報告.

課題：滴水法測量重力加速度

實驗目的：測量重力加速度g.

實驗原理：利用觀察測量水滴的自由落體運動，計算出水滴勻加速運動的加速度，以此來獲得重力加速度g的大小.

實驗器材：錄音用設備（在此使用手機），不銹鋼碗，醫用點滴袋及配套滴液瓶、針頭（一定要可調控滴水速率），藍黑墨水，固定高度的架子（在此運用寢室梯子），皮尺.

實驗過程：

1）向點滴瓶中注入藍黑墨水（為使水滴在空中能看見，便于控制計數）.

2）將點滴瓶固定于架子頂端，將輸液管、針頭等豎直懸于空中，在地面正下方放置碗，碗倒扣在地面，并在里面放上手機.

3）測量針頭底端到碗的豎直距離h.

4）打開滴液閥，由快至慢調節水滴的速率，確定每次滴水空中只有1滴水滴，并且每次剛聽到水滴聲時剛好之后1滴水從針管中落下（一定要精確）.

5）之后用耳聽，調整至人耳估算大約為1s間隔時，打開碗下手機錄音，待錄至n滴聲響后停止.取出手機重播錄音，計算第1滴聲響和最后1滴聲響的時間差t［應該正好是（n－1）份水滴間隔］，則可精確計算出水滴間隔.

6）反復進行第4步，在水滴速率不變的情況下多次測量，取得多組數據.

7）多次測量后取得平均值，計算得出重力加速度g.

注意：第5步中的過程一定要細致，是整個實驗的關鍵，若水滴間隔計算出來僅偏差0.1s，最后得出的結果誤差很大，故一定要在確認無誤后再進行數據采集！建議n≥50.

實驗計算：

由于本實驗對精確度要求十分高，我們小組剛開始做時誤差十分大（g為5左右），本實驗總共有3處容易引入誤差之處：

1）要保證1滴水落到碗上發出聲響的同時，第2滴剛好從針管下落，且空中只有1滴水滴.起初因為看不清透明的水滴而無法確定空中是否真的是1滴水，于是使用注入鋼筆墨水給水滴染色的方法解決了這個問題（個人建議藍黑，黑色容易堵住針管）.

2）要控制每次水滴下落間隔相同，由于沒有專用的器材，醫院打點滴用的滴液瓶和配套設施再適合不過了.

3）要精確測量每一滴水滴的間隔，用秒表測量很不精確.哪怕是運用整體測量法（即50滴測出總時間再除以50）也有相當大的誤差（人的反應延遲計時誤差）.因此想出了運用錄音的方法，因為這樣既能夠從錄音中聽見每次水滴的聲音，更可以從錄音文件的時間顯示上十分精確地得出總時間.

充滿好奇心和求知欲，這是培養創新思維能力的重要環節.不能輕易抹殺學生的學習熱情.愛因斯坦說過“如果把學生的熱情激發起來，那學校所規定的功課，會被當做一種禮物來接受.”

總之，物理教師要樹立實驗的意識，精心設計實驗課，以學生為學習的主體，立足學生的長遠發展，逐步培養學生創新思維能力.

課題中遇到的困難：

Research on the cultivation of innovative thinking ability of students in middle school physics experiment teaching

SUN Hong－kun
（High School Affiliated to Shanghai Jiaotong University，Shanghai 200439，China）

This paper discussed the significance of cultivating students’ability of innovative thinking，showed that the innovative thinking ability could be trained and cultivated.Combining teaching case，it presented some approaches and thinking of cultivating the innovative thinking ability of students in middle school physics experiment teaching process.

middle school physics；experiment teaching；innovative thinking ability

G633.7

A

1005－4642（2012）11－0033－03

［責任編輯：尹冬梅］

2012－08－06

孫鴻坤（1976－），女，黑龍江齊齊哈爾人，上海交通大學附屬中學一級教師，學士，從事中學物理教學工作.