芻議高中物理實驗教學的優化與創新

馬純兵

[摘 要]物理是一門以實驗為基礎的學科，因此實驗教學是培養學生創新能力的主要陣地之一，但由于受傳統教育的影響，目前絕大多數的物理實驗教學仍為“按部就班”的傳統模式，這與新時期“培養素質，提高能力，勇于創新”的教學思想是極不適應的。為此，筆者認為優化現有物理實驗在培養學生的創新精神和能力方面有著重大意義。物理是實驗科學，是“做”出來的，物理規律也是物理學家通過無數次的實驗探索總結出來的。本文將對高中物理實驗教學的優化與創新進行探討。

[關鍵詞]高中物理；實驗教學；優化與創新

從物理實驗的角度來看，為了培養學生的創新精神和能力，可以改進實驗教學方法，注重實驗的創新與設計從而培養學生的實驗意識，或利用實驗顯示知識獲取的過程，以充分發揮物理實驗在培養學生創新精神、探究能力、創造能力方面的特殊功效。

一、課堂演示實驗的優化與創新

從能力角度分析，課堂演示實驗不僅要向學生提供學習某些知識所需的背景材料，更應注重通過演示實驗培養學生的理論思維能力，因此課堂演示實驗不應將其僅僅視為引入課題，激發學生興趣的手段，而更應多挖掘其在培養學生的創新精神和能力方面的作用。

1.方法的優化與創新---開展隨堂探究性實驗。教材中某些教學內容原為演示實驗，但若將其設計為隨堂探索性實驗，則更可激發和滿足不同層次學生的探索與創新欲望.使他們在自己“探索”物理規律的實驗過程中把動手和動腦結合起來，從而培養和鍛煉自身的創新能力，并使教學達到不同層次的創新能力培養目標。例如“牛頓第二定律”一節教學中，在研究物體加速度與什么因素有關時，教師可指導學生運用物理學中控制變量的科學方法，由學生隨堂進行探究性實驗，從而自己通過研究探尋到物體加速度與外力、質量間的關系。探索性實驗教學較單一的課堂演示教學有更廣闊的活動空間和思維空間，為學生創造了物理環境，擴大了師生在課堂內的信息交流，有利于在教師主導下發揮學生的主體作用。除此之外，高中物理中可開展該種教學方式的內容還有歐姆定律、串聯并聯電路、電磁感應現象等。

2.效果的優化與創新---設計演示實驗。為了顯示知識的獲取過程，許多概念和規律的建立教材中均配置了相應的演示實驗，但效果不甚理想，教師在教學中可運用各種創造技法，如缺點列出、逆向、強化、模擬、組合、比較、需求、替代、挖掘潛力等技法，與學生共同改進設計演示實驗。例如“振動”一節中簡諧振動圖象的描繪，教材上利用一端綁有毛筆的鋼鋸條進行，但在實際操作中發現如下缺點（1）毛筆、鋼鋸條受到紙面、金屬桿及空氣的較大阻力，故所得圖象并非正弦（余弦）曲線，而是位移隨時間逐漸減小的圖象；（2）演示時紙面平鋪在講臺上，絕大多數學生都不能直接觀察到圖象的形成過程。針對上述問題，運用缺點列出技法，在演示之后，我讓學生自己分析形成實際圖象的原因，并且提示他們改進設計的方向。經過一段時間的研究，師生共同探討出如下方案：利用幼兒磁性畫板、畫筆，畫筆與彈簧、金屬塊連接形成振子固定在支架上且畫筆為水平位置，畫板豎直放入支架與畫筆之間，且稍與之接觸。操作時讓畫板水平移動（畫筆不動），形成時間軸；再讓振子（畫板不動）振動，形成位移軸，最后讓振子振動的同時勻速拉動畫板，即可得到清晰、正確的振動圖象。這一設計的優點在于：（1）磁性畫板、畫筆均較為光滑，摩擦阻力很小，故所得的圖象較為正確且可直接得到時間軸和位移軸。（2）操作、演示、觀察均簡便易行。再如“牛頓管”實驗若運用逆向技法改抽氣為充氣，則可將空氣阻力的作用明顯表現出來，從而推出若空氣越稀薄物體下落速度越接近的結論。又如“液體的表面張力”若運用比較技法采用一邊帶活動金屬桿的光滑矩形金屬框架進行演示則金屬桿的移動時間較長，便于學生觀察思考，且實驗由靜態改進為動態，增強了實驗的直觀性與學生的求知欲，激發了學生研究探討物理知識的興趣。

二、學生實驗的優化與創新

學生實驗是學生在教師指導下進行的相對獨立的實踐活動，教師若能在原有實驗基礎上通過改變實驗目的和要求，提出新的實驗課題，并適當增加實驗器材，對原有實驗進行創新改進，設計完成新課題的方案，則可培養學生改進實驗和設計新實驗的創新能力。實驗原理的擴展與方法的創新，為了同一個實驗目的，可以選擇不同的實驗原理，從而創造出不同的實驗情景和操作方法。這是學生實驗教學中可挖掘的創新因素，也是培養學生理論聯系實際能力和實驗創新能力的一個極好素材。例如，在“用電流表和電壓表測定電池的電動勢和內阻”的實驗教學結束后，可向學生提出：本實驗運用了U=ε-Ir的公式通過測電流和電壓的方法測電池電動勢ε和內阻r的值，那么能否運用我們學過的其它知識來測定ε、r的值呢？事實上，根據閉合電路歐姆定律I=ε/（R+r）利用電流表和電阻箱可以測定ε、r的值，或利用電壓表和電阻箱也可以測定ε、r的值。另外，也有一部分概念和規律教材中并未配置相應的演示實驗，教師有必要想方設法設計相應的演示實驗以便取得更好的效果，同時也體現教師的創新意識和創新精神，使學生受到熏陶。例如在“電阻定律”一節中介紹電阻率隨溫度的變化時可設計如下實驗：儀器、低壓電源、小燈泡一個、滑動變阻器、伏特表、安培表、導線。電路圖如圖3所示：調節滑動變阻器改變燈泡亮度，小燈泡亮度大表示燈絲溫度高，小燈泡亮度小表示燈絲溫度低，讀出相應的電流電壓值，算出電阻，可驗證燈絲的電阻率隨溫度變化的規律。然后將小燈泡的玻璃泡去掉，保持變阻器阻值不變，用酒精燈直接加熱燈絲，僅根據安培表電流變化可很直觀地看到燈絲電阻隨溫度升高而增大，從而證實了電阻絲的電阻率隨溫度的升高而增大。

總之，物理實驗是理論與實踐相結合的物理教學內容和方法，通過實驗可以加深學生對物理基本原理及規律的理解，鞏固學生對物理知識的掌握。實驗教學可以調動學生學習物理的積極主動性，激發其動手操作能力，培養其發散性思維，同時實驗教學也有利于學生養成科學的態度和科學的作風，樹立正確的學習觀點。文章結合教學實踐，以創新能力為基本點，提出通過實驗教學培養學生的創新意識和創新精神，建立創新思維模式，提高實踐能力。同時，闡述了高中物理實驗教學中如何培養學生的創新能力，以及相對應的教學理論和方法。在現有條件下，有一部分物理實驗如“α粒子散射實驗”、“查德威克實驗”、“天然放射現象”、“核反應”等近代物理實驗在中學階段因條件所限是無法完成的，若能充分利用現代化的資源——網絡下載一些圖象、文字、聲音、動畫、視頻影像甚至是一些課件，并且將這些形式有機的融為一體進行模擬實驗則可產生生動、形象、準確的演示效果，從而突破教學難點。優化物理實驗教學，可使學生在潛移默化中增強實驗意識，切實加強實驗教學，更可提高學生的實驗能力。探索構建以實驗為主線的中學物理教學體系，同時也可改變教師的教學方式和學生不良的學習習慣，從而培養學生科學習慣和方法以及探索創新精神和實踐能力。

參考文獻：

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[2]馮容士 陳言榮 《物理實驗創造技法和實驗研究》 上海教育出版社.

[3]姚文忠 《物理教學及心理學研究》 杭州大學出版社.