例談在高中物理隨堂實驗中培養學生創新能力

吳嶠

摘 要：物理隨堂實驗由于其特殊性，對培養學生的創新能力具有積極的作用。本文從妙用肢體設計隨堂實驗，將演示實驗改造成隨堂實驗，利用生活中的物品或已有實驗儀器設計隨堂實驗等三個方面闡述如何在高中物理隨堂實驗教學中培養學生創新能力。

關鍵詞：高中物理；隨堂實驗；創新能力

縱觀幾千年來的國內外科學發展，可以說沒有創新就沒有社會進步，沒有創新就沒有人類的發展。創新能力的培養是素質教育的核心，是高中物理新課程的總目標之一，是物理教學的一個重要任務。物理是一門以實驗為基礎的學科，而實驗是發展學生創新能力的重要途徑，物理隨堂實驗由于其特殊性，對培養學生的創新能力具有積極的作用。

1 妙用肢體設計隨堂實驗，激發學生的創新意識

許多物理現象與人肢體的各種特性有關，妙用肢體設計的隨堂實驗能在抽象與具體的銜接中，有效激發學生的創新意識。

例如，在高一物理《靜摩擦力》教學中，教師組織課堂上同桌的兩名同學互相配合，如圖1：甲同學伸開左手（或者右手），平放，手心朝上，乙同學用手指豎直捏住一只筆，筆尖朝下，放在甲同學的手心上方，保持靜止狀態幾秒，然后交換，讓全體學生親身體會到由于筆存在相對手指向下運動的趨勢，從而產生恐懼心理，但筆并未向下運動扎到手心，有力說明了手指與筆之間靜摩擦力的客觀存在。

再如，在幫助學生理解如何按照作用效果進行力的分解時，組織同桌的兩名同學配合進行，共同參與隨堂實驗，如圖2：甲同學單手叉腰站立，乙同學用手對甲同學的肘部持續施加一個豎直向下的拉力，然后交換，體會拉力對手臂產生的兩個作用效果：上臂受拉，下臂受壓，從而真切理解了一個力產生的兩個實際作用效果。

這兩個簡單化、生活化的隨堂實驗，由教師獨立設計，學生熱情高漲，他們意想不到，巧妙利用自己的肢體，短短幾分鐘的隨堂實驗，能切身體驗到抽象的物理情景，化難為易，教師的創新示范有效激發了學生的創新意識。

2 改造演示實驗為隨堂實驗，教給學生創新技法

培養創新能力，要讓學生有創新意識，具備堅實的知識基礎，也要掌握一定的創新技法。將傳統的演示實驗改造成隨堂實驗，充分發揮學生的主體作用，更讓學生具體感知創新技法。

例如，圖3為魯科版選修3-4教材迷你實驗室的丁達爾實驗：所用器材因離生活較遠，僅為教師演示，學生僅僅是旁觀者，且只能在暗室里進行，未能激起學生足夠興趣。

教師將這個演示實驗改造如下：在一個不透光空罐子（如奶粉罐）的側面鉆一個小孔，里面放一個燈泡并作防水處理，當水從空罐子中流出來時，光也順著水流了出來，形成了一個很亮的點，如圖4。光為什么僅僅限制在那一小股彎曲的流水之中而不向其他方向傳播呢？這一現象讓學生驚異不已，躍躍欲試。然后，讓學生動手利用與之相同的材料（實驗老師事先協助備齊），動手實驗，實驗過程中發現加入的水深度不同，影響亮點的出現，這又是什么原因呢？學生帶著濃厚的探究欲望，主動進入學習狀態。

之后，教師引導學生將改造后的隨堂實驗與教材提供的演示實驗進行比較，反思實驗過程，提出本改造實驗主要應用的創新技法之——缺點列舉法。所謂缺點列舉法是發現已有事物的缺點，將其一一列舉，通過分析選擇，確定創新目標，制定革新方案，從而進行創造發明的創新技法。

此外，適時讓學生了解希望點列舉法、聚焦發明法、逆向思維法、類比模擬發明法等創新技法 [1 ]，這些創造技法，在培養學生的創新能力過程中，都是十分必要和有效的。

3 利用生活中的物品或已有實驗儀器設計隨堂實驗，訓練學生的創新思維

在學生充分理解實驗原理的基礎上，教給學生歸納法和推理驗證法等實驗研究方法，讓學生熟悉實驗所涉及的等效法，控制變量法，累積法，留跡法，模擬法和放大法等主要設計方法 [2 ]，結合必要的實驗設計思想和創新技法，設計隨堂實驗，能有力地訓練創新思維，培養創新能力。

3.1 利用生活中的物品，設計隨堂實驗

教師課前布置，引導學生課余利用生活中的物品，設計隨堂實驗，在課堂上交流。

例如，在高一物理《彈力》教學中，微小形變是學生費解的， 學生設計了不少方案：

實驗方案一：在乒乓球上打一小孔，內裝上有顏色的水，插入一只透明的細吸管，用手擠壓球的內側，可看到管中水位明顯發生變化。這個實驗簡單易行，效果明顯。

實驗方案二：在平整較光滑桌面上放兩個玻璃球，相隔一定距離，在兩球中間用力往下壓，可以看到兩球向手按的地方滾動，說明桌面發生了形變。

蘇聯教育家蘇霍姆林斯基說過“興趣的源泉在于運用，使學生體驗到理智高于事實和現象的權威感”。學生往往都懷有極大的興趣去探尋適合的物品，此時沒有條條框框的束縛，有的是自由的時空，在實驗過程中摸索設計出獨特的實驗方案，這一切，無不包含著創新的成分。同時，身邊物品的用途本來并不是用來做物理實驗的，這種做法本身就是一種創新，而通過課堂上的隨堂匯報交流，學生的創新能力得到展示和交流，進一步激發學生的創新熱情。

3.2 利用已有實驗儀器，設計隨堂實驗

教師在學生掌握相關知識的前提下，讓學生用不同的器材，不同的實驗方案，不同的實驗步驟進行隨堂實驗。

例如，學生學習了牛頓運動定律及動能定理之后，讓學生設計隨堂實驗并且測量出木板和木塊之間的動摩擦因數。提供打點計時器，彈簧秤，木塊，長木板等器材。

實驗方案一：利用共點力的平衡

如圖5所示，長木板放在水平桌面上，物塊放在長木板的上面，左側連接著彈簧秤，彈簧秤固定在豎直墻壁上。

實驗原理：用力F拉動長木板沿水平方向做加速運動（相對物塊滑動），物塊靜止，因此與長木板之間的滑動摩擦力等于彈簧秤的示數。讀出此時彈簧秤的示數F1，則有滑動摩擦力Ff=F1，再用彈簧秤測出物塊重力G，根據FN=G和Ff=μFN，則有：μ=■=■。

實驗方案二：利用牛頓第二定律

如圖6所示，打點計時器固定在帶有定滑輪的長木板的左端，物塊靠近打點計時器放在長木板上，左側固定一條紙帶并穿過打點計時器，右邊栓著細繩跨過長木板右端的定滑輪，繩子末端掛有一個托盤。

實驗過程和原理：打點計時器接入電源，用手壓住物塊，在托盤上放置一個質量為m的鉤碼；接通電源，放開物塊，使物塊做勻加速直線運動，打點計時器記錄紙帶如圖7。

打點周期T=0.02s，根據勻變速運動的規律，相鄰的時間間隔的位移之差，運用逐差法求解物塊做勻加速運動的加速度：a1=■；a2=■；a3=■，則加速度的平均值a=■=■。

測量物塊的質量為M，根據牛頓第二定律得，mg-μMg=Ma ，所以，μ=■=■-■，

實驗方案三： 利用動能定理

如圖8所示，兩塊粗糙程度相同的木板AD、CD組成斜面和水平面，斜面的傾角為θ，D為兩板的連接處（光滑且圓滑，物塊在此處運動不損失機械能）。

將物塊放在A點，讓它自由下滑，物塊停止在水平木板的C點。根據動能定理得：物塊從A運動到C時，重力和摩擦力做的總功為0，則有：

mgs1sinθ-μmgs1cosθ-μmgs2=0。

用刻度尺測出A點到A點在CD所在平面的投影B的高度差h和B到C的水平距離L，由于L=s2+s1cosθ，h=s1sinθ，因此μ=■=■。

以上實驗方案是學生自主設計，在實驗中，學生需要在各種因素中進行取舍，對所得信息進行篩選，學生在即定目標的過程中，在不同情況下要善于應變 [3 ]，這樣有效訓練了學生的創新思維，培養學生的創新能力。

系統科學的教育哲學認為， 教育的最終目的是創造和發展。物理學是自然科學的基礎學科，物理實驗是學生理論聯系實際的橋梁，是把所學知識向應用延伸的重要途徑，對學生創新能力的培養有獨到之處。隨堂實驗穿插于教師的講授和學生的學習中，將演示實驗和學生分組實驗結合成優化的整體，益于學生動腦動手，隨堂實驗不像學生分組實驗要求學生嚴格按照實驗步驟進行，能充分調動學生的積極性和創造性，同時隨堂實驗靈活多變，學生往往在出其不意中體會到創新的過程，教師在這一過程中不是向學生“奉獻真理”，而是指導學生去“發現真理”和“探索真理”。通過師生、生生間的交流，大大增強了學生的學習興趣和創新熱情，提升了學生在物理學習中的幸福感。

眾所周知，創新能力的培養并不是一兩次的隨堂實驗就能點石成金，必須經過日積月累的培養才能形成，隨著新課程的全面實施，物理隨堂實驗在教學中的重要性越來越得到彰顯，實驗在中學物理教學中的作用是其他方法不能替代的 [4 ]，作為高中物理教師，應該積極探索，發揮物理隨堂實驗的作用，引導學生觀察思考，分析歸納 [4 ]，促進學生創新思維，培養學生的創新能力。

參考文獻：

[1] 李秀美.改進物理教學 培養創新能力[J].中學物理，2000（2）： 10-12.

[2] 徐旭東.注重實驗方法，培養創新能力[J].中學物理，2004（3）：2-3.

[3] 趙樹東.改革實驗教學培養學生創新能力的嘗試[J].中學物理，2004（4）：11-12.

[4] 方明.中學物理教學中創新能力的培養[J].中學物理，2013（3）： 44.