高中物理實驗教學視域下創新思維的生成路徑

■福建省同安第一中學 張瑯鈺

一、高中物理實驗教學中培養學生創新思維的生成路徑探索

（一）依托教材 拓展延伸

在日常的物理實驗教學過程中，教師要立足于教材，尤其是在分組實驗中要發現其探究性和開放性，讓學生能夠直接獲取學習體驗，梳理實驗原理，通過自主實驗觀察和數據處理，鍛煉學生的質疑、科學推理、創新思維和品質，使學生對物理實驗涉及的物理知識印象更加深刻，掌握更加到位，較好地培養學生的高中物理創新思維。在高中物理必修2中的《探究功與速度變化的關系》分組教學實驗之中，教師要以教材為著眼點和立足點，精心組織學生分組實驗，提出問題讓各實驗小組進行思考和探討：1.功的改變方式是什么呢？功的測量方法如何實現？2.實驗中的小車受到的摩擦力能夠如何實現自身的平衡呢？3.怎樣判斷小車自身的平衡狀態？4.用紙帶記錄小車的運動狀況。

學生通過分組合作實驗，在確保儀器安裝正確和固定的前提下，將紙帶與小車相連接，橡皮筋的一端連至小車，另一端與夾子相連；再使軌道的止動彈簧片與小車相連，接通電源并通過紙帶標記獲悉小車的運動狀況。為了全面考查實驗結果，可以考慮增加橡皮筋的條數以獲悉相應的實驗結果。

通過上述問題的設置，讓學生帶著問題進行實驗研究和思考，啟發學生的自主思考，探索典型性問題，如：當橡皮筋成倍增加時，每條橡皮筋的形變量是否相同？電火花打點計時器的墨粉紙盤和紙帶的具體位置怎樣？從而培養學生的自主觀察能力、實踐操作能力，拓展和發散學生的物理實驗創新思維。

（二）探究實驗 開放深入

1.問題情境驅動下的主動探究。“疑是思之始，學之端。”高中物理實驗課堂的問題情境創設，對于培育學生的“問題意識”有不可小覷的作用，能夠有效激活學生新舊知識之間的矛盾沖突，使學生積極主動地進行思維探究，深入透徹地理解高中物理實驗原理和知識。例如：以高中物理“微小形變”的實驗教學為例，由于學生缺乏對微小形變的感性認知，可以結合學生日常熟悉的生活物品進行實驗設計，預先準備1個塑料可樂瓶、底面橢圓形扁玻璃瓶、帶孔的橡皮塞、細塑料管和水，自己動手擠壓塑料瓶并觀察其形變現象及瓶中水面的變化，再拿出一個玻璃瓶讓學生用力擠壓，思考如下問題：（1）玻璃瓶是否出現了明顯的形變？如果觀察不到應當如何清晰地觀察其形變呢？（2）在裝水的玻璃瓶中會不會存在較小的形變呢？怎樣才能使之產生視覺上的較大改變呢？（3）將橡皮塞穿入有水的塑料管，再對盛滿水的玻璃瓶進行擠壓，可以看到塑料管中的水面有變化嗎？玻璃瓶中水面的變化是否是因為手溫而使瓶內的水熱脹冷縮而出現改變的呢？在上述問題情境的精心創設下，教師要對學生進行適時的質疑、引導和點撥，剖析學生在實驗探究活動中的思維過程，總結和歸納與實驗相符的思維方法，從而有效地提高學生的探索意識，誘發新的創造動機。

2.勇于質疑和猜測。高中物理實驗教學要鼓勵學生大膽猜測、勇于質疑，激發學生的創新創造潛能和發散性思維，獲得對物理知識的科學探索和本質理解。以高中物理教材魯科版選修3-4《單擺》教學為例，教師要讓學生通過實驗的探究活動，猜測影響單擺周期的因素，并對猜測結果進行驗證和總結，培養學生嚴謹的科學態度和實驗動手操作能力。具體教學方法為：運用實驗、多媒體手段等方式，引導學生觀察擺錘的擺動和指針的變化，思考擺的振動周期與哪些因素有關，可以從學生熟悉的“蕩秋千”導入，讓學生思考秋千的運動過程，判斷蕩秋千是否是在做簡諧運動，并引導學生分析單擺的回復力，對周期性運動開展發散性的思考和猜想：（1）擺的振動周期可能會與哪些產生關聯呢？是擺球的振幅、擺球的質量、擺球的擺長嗎？（2）學生可以猜一猜，擺的振動周期會與擺線的質量、形狀、體積、重力加速度有關系嗎？如何采用實驗進行設計和驗證呢？由此激發學生的創新發散思維，讓學生采用控制變量法，設計實驗方案，進行觀察、測量和實驗。

（三）利用儀器 參與提升

在部分物理實驗課堂中，相對注重對標準器材的選用，如：小車、砝碼、長木板等，這些對于實驗的準確性和規范性有積極的作用，然而有時卻也會對學生的創新思維產生一定的限制和束縛。為此可以在實驗教學中增加自制教具，進行實驗器材的創新，激發學生的新奇體驗，提高學生在實驗中的參與性。以高中物理中的單擺實驗為例，常規是采用沙擺的演示方式，并僅限于在講桌上開展實驗，不利于學生的觀察，難以激發學生的學習興趣和參與熱情。為此可以對教材中的實驗器材進行改進和創新，做一個類似的實驗儀器——“墨擺”，如下圖所示：

在實驗中采用以墨水替代細砂的創新方式，并將實驗繪制的圖線貼于黑板上，預先準備相關器件，如：圓錐形的塑料瓶蓋、細線、白張、稀釋的墨水，在圓錐瓶蓋的頂部鉆一個小孔，孔徑的大小足夠讓水緩慢流出且越細越好，然后在瓶蓋的圓形口部位鉆兩個對稱的小孔，以細線將其懸掛，再以墨水和清水相混，使之能夠清晰地落于白紙之上。操作方法為：對白紙進行小塊切割，使之保持足夠的長度，并能夠放置于支撐墨擺的兩個支柱之間。再以透明膠對小孔進行密封，在小墨擺中注入稀釋的墨水，再對墨擺設置較小的角度，開啟小孔，使墨擺能夠自由擺動并勻速拉動下方的白紙，墨水由小墨擺中持續流至白紙上形成一條清晰的正統曲線。反復操作，讓學生在觀察和自主操作的過程中，自主思考實驗所傳遞出來的物理相關知識，并提出自己的看法和見解。由此極大地激發學生的創新意識，提高學生的專注力和創新性思維品質，使其積極主動地參與到物理實驗之中，提高物理實驗學習的效果。

二、結語

綜上所述，在高中物理實驗教學中，教師可以通過三種路徑促進學生創新思維的形成。一是以學生的主動性探究學習活動為主體，構建以學生自主活動為基礎的教學過程；二是立足于高中物理實驗教材，將傳統的驗證性實驗創新演變成探究性實驗；三是在物理實驗課堂上引入創新高效精準的物理儀器，提高學生的物理創新品質。最終，依托物理實驗，學生的科學態度和科學素養得到了培養，形成了受益終身的創新思維。