淺談高中物理教學中創新實驗的設計與實踐

摘 要：在高中物理實驗教學中，教師要創造創新的實驗氛圍，讓學生對創新實驗感興趣；注重“演示實驗”的作用，要根據實際情況進行演示實驗的設計和實踐；要讓學生多參與，鍛煉動手能力，從而在實驗中引導學生不斷探索，提高課堂教學質量。

關鍵詞：高中物理；實驗教學；創新實驗

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 收稿日期：2018-07-18

作者簡介：何國泉（1980—），男，江蘇如皋人，江蘇省如皋中學政教處副主任，一級教師，研究方向：物理教育。

實驗是物理學科的基石，當前執行的課標中也大大提高了實驗在物理學習中的地位。創新實驗是高中物理知識的基本理論與創新實踐能力的一種結合，它不僅能讓學生從中明白高中物理實驗的基本操作要求和物理的自然規律，更能讓學生通過高中物理創新實驗提高自己的動手操作能力和物理創新意識。當前高中物理教學中的物理實驗遠遠沒有達到我們預期的教學要求，它對學生學習物理實驗的興趣的激發以及物理教學質量的提高都沒有起到預期的效果。因此創新實驗的設計與實踐在高中物理教學中的應用是我們應該提高的一個方面。

一、創新實驗的功能認識

1. 演示實驗

演示實驗即教師作為主要的操作者進行示范表演的一種實驗。這類實驗可以將需要進行研究的物理方面的現象直觀地展示給學生，進而對學生的觀察思考進行引導，再配合課堂討論或講授等一些方式，促使學生去認識規律以及建立概念。

演示實驗為學生提供一些問題的感性、直觀認識。這樣的演示實驗設計有利于學生認識規律與建立概念，并就物理規律進一步加深理解。教師可以利用演示實驗對物理的過程以及現象進行展示，促使學生的感性知識更加豐富，對物理表象有更加鮮明的認識，進而使得認知沖突可以被更有效地激發，保證學生正確地建立概念，并為學生認識規律奠定一個良好的基礎。

教師要利用演示實驗去引出課題，從而激起學生進行探究的欲望，同時也需要注重做到首尾呼應。由于創新實驗有著生動、形象、真實的優點，進而可以吸引學生的注意力，喚起學生的興趣，在導入新課的時候，教師就可以選擇會讓學生意外、新奇和有趣的一些演示類實驗，建造一個輕松、愉悅的物理學習環境，激起學生求知的欲望。

演示實驗可以促進思維的訓練、引發思維的沖突。思維的沖突就是教師經過精心設計后得到的實驗現象和正確的規律之間出現矛盾的狀況。解決這樣一個問題能夠對學生的理性思維進行優化，將學生的視野拓寬，提高學生的認知水平。

演示實驗對教師而言要求更高了，教師需要在示范實驗的技能、步驟以及方法的過程中，充分展示認真嚴肅的作風與尊重事實的態度，進而潛移默化地影響學生。

2. 分組實驗

在課堂的教學當中對分組實驗進行設計，就是在教師指導之下學生親自去觀察測量、動手操作、得出結論、得到資料與數據，同時分析、交流以及評估實驗的過程。這類實驗是學生對物理知識進行學習以及應用、對科學方法進行學習的一個重要環節，也有利于對學生進行科研方面的啟蒙教育。進行分組實驗主要有以下三種方式：一是徒手去分組的小實驗，這種方式不需要其他的一些實驗材料，基本上通過雙手去做實驗，優點是適應性強、突破了材料的限制以及親近感較強；二是自組器具或物件，對分組的小實驗進行巧妙的設計，在進行實驗的設計時，需要力求操作方便、器材簡單、全員參與以及現象明顯；三是設計具有較強探究性和趣味性的分組的大實驗，這種方式的主要作用是可以使學生經歷提出問題、猜想假設、設計實驗、實施實驗、分析評估以及交流總結這樣的探究過程。

二、創新實驗的設計與實踐的教學探討

1. 創造創新的實驗氛圍，提高學生的興趣

在高中物理教學中，教師在設計創新實驗時要站在學生的角度，充分為學生的學習能力和動手能力考慮，要合理安排實驗的難易順序，讓學生不對物理創新實驗產生畏難情緒，從而讓學生樂于接受創新實驗在高中物理教學中的應用。高中物理教學中融入創新實驗也是為了更好地激發學生的創新思維和創造意識，讓學生提高動手實踐能力和探究學習能力，而這些都是傳統的物理教學模式所達不到的教學效果。以往的高中物理教學大都是教師通過口述把一些物理常識和常見的物理現象傳達給學生，在這個過程中學生只是物理實驗中的局外人。所以，教師應該讓學生參與教學的過程，增加課堂趣味性，從而提高學生對物理這門學科的興趣，提高學生對物理創新實驗的興趣，一步步引導學生在實驗中找尋物理答案。

比如，在學習“摩擦力”這一章節時，教師直接進行物理理論知識的灌輸并不是一個好的方法。課堂上教師可以先列舉生活中常見的摩擦現象，然后指出擰礦泉水瓶蓋這一具有代表性的實驗內容。教師可以準備兩瓶相同的未開封的礦泉水，一瓶涂上油，一瓶不做任何處理，然后在班級里選兩個力量相差懸殊的學生，最好是一個男學生一個女學生，讓男學生擰那瓶瓶蓋上涂了油的礦泉水瓶，讓女學生擰那瓶正常的礦泉水瓶，這時力氣較小的女生會很輕易地擰開礦泉水瓶，而力氣較大的男生卻怎么也擰不開礦泉水瓶。這種明顯不符合我們日常認知的現象就會讓學生們產生強烈的好奇心。接著再讓女生去擰男生那瓶涂了油的礦泉水瓶，就會發現女生也擰不開了，男生卻能很輕易地擰開女生的那瓶正常的礦泉水。教師這時就可以引導學生思考：是這一會兒的時間讓男女生的力量發生變化了嗎？很明顯，并不是的。那是什么原因呢？最后教師可以用抹布擦去礦泉水瓶蓋上的油，再讓男女學生分別來擰這瓶礦泉水，結果兩人都能很輕易地擰開。教師再讓兩個參與者分別說一下自己在擰兩瓶礦泉水時有什么不同的感受，是否是這種不同造成了這種匪夷所思的現象呢？這時學生們就會思考：為什么老師擦了一下瓶蓋就會有這種變化，是什么導致了這種奇妙的變化呢？帶著這種問題，學生學習物理知識的動力就會增加，當有了這種問題意識以后，學生也就會積極尋求答案，積極參與這種物理創新實驗。在學生們差不多根據預習得出一個大致結論之后，教師根據未能解決的問題，激發學生探索的興趣，使其在實驗中理解、探索摩擦力的概念、產生以及影響因素等相關知識，肯定會達到事半功倍的教學效果。

2. 注重演示實驗的作用，要根據實際情況進行演示實驗的設計和實踐

對于一些簡單的創新實驗，物理教師可以直接讓學生自己進行實驗操作，但是對于實驗操作技巧要求較高的物理實驗，物理教師就可以先進行演示實驗，幫助學生更好地理解實驗內容和操作要求。

演示實驗的主導操作者就是教師，教師的主要任務就是給學生的物理實驗操作做一個良好的示范，要把研究對象剖析開來，完整地讓學生觀察到實驗現象，并在操作過程中引導學生對所看到的實驗現象進行深入的觀察與思考，在演示實驗的過程中也可以穿插著講課和互動討論，在演示實驗的最后，教師可以對整個實驗做一個實質性的總結，幫助學生對這一節的內容做一個分析概括。而且教師的演示實驗可以讓學生加深對物理現象的理解和思考。

比如在學習“壓縮氣體點火”這一內容時，學生自己一開始就動手做這個實驗是有很大難度的，不僅理解不了實驗原理，而且實驗操作難度大、危險性高，所以教師就可以對此進行一個規范的演示實驗。首先，教師還是要遵循由易入難的原則，即先選擇與之相關的簡單實驗進行操作和引入。教師可以從給氣球打氣這一實驗出發，先準備幾個未使用的氣球和一支打氣筒，用打氣筒給氣球打氣，來回壓縮打氣筒的活塞，使氣球膨脹，并記下打氣筒運動次數。接著教師可以選擇一兩名學生來觸摸這個剛剛使用過的打氣筒，讓他們說出自己的感受，他們會明顯感覺到打氣筒發熱，針對這一現象，教師可以組織學生們進行分組討論，尋找出使用過的打氣筒會散發熱量的原理。這時學生有可能就會發生分歧，有的認為是摩擦生熱，而有的則會認為是壓縮氣體做功。這時教師不必給出明確的結論，可以繼續進行這個實驗的下半部分。教師可以敞開打氣筒的出氣嘴，直接利用把手推動打氣桿，使打氣筒運動的次數與給氣球打氣時的次數相同，再讓同一位學生觸摸打氣筒，觀察打氣筒是否仍會發熱。當學生發現這兩種實驗結果不同的時候，通過分析討論和教師引導，就會排除摩擦生熱這一認識。這樣會讓學生對摩擦生熱和壓縮氣體做功進行一個整體對比，加深學生對壓縮氣體做功的認識。在完成這一系列的相對簡單的實驗后，教師就可以再進行更加復雜的實驗，即對壓縮氣體點火裝置進行演示操作。在前一個實驗的基礎上，學生對壓縮氣體生火這一現象就會變得容易接受和容易理解。這時候，教師就可以對本次實驗的主要內容和基礎物理理論知識進行進一步的分析總結，也可以讓學生們課下思考生活中壓縮空氣生火的事例，激發他們的實驗興趣和學習興趣。

3. 讓學生多參與，多做探索性實驗，提高他們的動手能力

創新實驗是高中物理教學過程中的一個輔助工具，它的主要目的還是為學生的學習服務，讓學生在獲得豐富的物理知識的同時，也能提高自己的實踐能力和動手操作能力。所以，對于大部分創新實驗，教師還是應該讓學生獨立完成，讓他們深入其中，體會物理實驗帶來的神奇感受。

進行實驗的前提便是教師設計實驗，設計實驗的目標是要讓學生對實驗包含的物理知識做到熟悉掌握，因此教師要對實驗原理有準確的分析，要對實驗現象有明確的解釋，還要對實驗中可能存在的誤差做出合理的推算，要明白從哪個特點入手才能使創新實驗更加有條理、有邏輯。

例如，在學習“自由落體運動”這一物理現象時，教師就可以鼓勵學生自己動手設計一個具有可行性的創新實驗。首先，學生應說明自己設計這個實驗的原理和需要用到的道具，然后列舉出可能出現的實驗現象，以及各種實驗現象所代表的物理結論，最后再分析該實驗可能存在的誤差。學生可以準備兩張完全相同的紙張進行廢紙下落實驗，一張平鋪，不做任何改變，一張揉成一個紙團，讓它們從同一高度做初速度為零的自由落體運動，會發現實驗現象一直是紙團先落地，這也說明紙團的下落速度大于紙張的下落速度。然后學生再對這一現象利用自由落體運動的相關知識進行分析解釋，看看是什么因素造成了這種現象。既然物體下落速度與質量無關，那它又與什么有關呢？然后教師就可以引導學生一步步得出空氣阻力影響物體自由下落速度這一結論。

三、結語

高中物理創新實驗是符合學生發展的一種有效實驗教學方式，它既能讓學生在探索中掌握、鞏固相關的物理知識，也能培養學生的創新意識和思維，鍛煉學生的動手能力，是我們應該大力提倡的。在高中物理創新實驗教學中，教師要注意結合高中生的心理發展水平，科學地設計實驗內容，教學中要善于創設創新的實驗氛圍，并通過演示實驗和學生自主實驗增加學生對物理學習的興趣，在實驗中引導學生不斷探索，提高課堂教學質量。

參考文獻：

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