中學物理實驗創新的來源

殷竹花

摘? 要：隨著新課程改革的深入推進，對傳統物理實驗的設計理念、器材選擇、現象觀察和數據處理等方面都提出了新的挑戰。作者通過舉例簡單闡述了物理創新實驗的來源，旨在提高學生的觀察能力，探究能力和創新意識，培養學生的物理學科核心素養。

關鍵詞：物理實驗;創新;核心素養

引言

物理學作為一門以實驗為基礎的自然學科，實驗是其研究問題的最基本手段。課程標準明確提出要把培養學生的實驗技能作為學科教學的目的之一，要培養學生的觀察能力、操作能力以及分析能力。在當前中學教育課堂上，物理實驗教學主要以教師授課為主，此種模式難以落實培養學生物理學科核心素養的要求。物理實驗創新則有助于實現國家要求的立德樹人目標。中學物理實驗創新可以從哪些方面開展，筆者通過查閱文獻與親身體驗，簡單介紹如下：

一、化抽象物理概念為形象探究實驗

為了闡述新知識的物理規律，教材通常會引入新的物理量或物理概念，闡述各物理量之間的關系。但單純口頭講授物理概念，不利于學生深入理解其物理內涵與本質。為此，借助簡易實驗進行探究，有助于學生形成正確的物理觀念，落實學科核心素養。例如在人教社2019年版的普通高中（以下簡稱“人教社”）《物理必修一》教材中，《摩擦力》一文給出求滑動摩擦力的公式F=uN，學生容易把正壓力N錯理解為物體的重力。為了深化學生對正壓力N的理解，丘禮賢在《探究小車（自行車）前后輪剎車距離與摩擦力的關系》一文中，用簡易的玩具小車演示前后輪剎車距離與摩擦力的關系，幫助學生正確理解正壓力。

學生通過對探究實驗的觀察和思考，不僅對物理內涵的掌握更加牢固，而且培養了觀察能力，激發求知欲，有助于促進學生全面發展。

二、化定性實驗為定量實驗

物理實驗是物理學的重要組成部分。中學物理包含定性和定量實驗。通常，定性實驗能粗略判斷因素是否存在，以及它們之間的大致關系。為了更加精確的得到某些物理量之間的關系，往往需要通過定量實驗來解決。

例如在人教社《物理選擇性必修二》教材中，為了探究通電導線在磁場中所受的安培力與哪些因素有關，教材設計了演示實驗來定性探究通電導線在磁場中所受的安培力的影響因素。磁感應強度是電磁學中一個非常重要的物理量，如果能定量分析磁感應強度，能夠加深學生對其物理內涵的理解。筆者在《用電流天平測安培力與磁感應強度的創新演示實驗》中，設計制作了電流天平來定量描述安培力的影響因素。在該創新實驗中，筆者利用電流天平的基本原理來定量測量線圈所受的安培力，并求出線圈所處位置的磁感應強度的大小。

通過定性到定量實驗的轉變，不僅對學生的操作能力、數學素養提出了更高的要求，而且使學生對物理量和物理規律有更加深刻的理解，深化了學生科學探究能力，培養了學生嚴謹的科學態度與探究精神。

三、化粗糙器材為精細器材

課程標準提出，要讓探究成為科學學習的主要方式。要進行合理有效的實驗探究，優化實驗器材往往成為了探究實驗的關鍵。教材中的很多傳統物理實驗存在器材粗糙、實驗誤差較大和實驗結論說服力不強的缺點。如果改進實驗器材，精細操作，可以得到更準確的結論，將會提升實驗的預設效果。例如在人教社《物理必修一》教材《探究兩個互成角度的力的合成規律》實驗中，由于彈簧測力計本身結構以及操作讀數、作圖等方面的誤差較大，不能很好地呈現力的合成規律。為此，古福榮在《力的平行四邊形定則探究儀的制作》一文中對課本的實驗器材進行了改進：通過在同一水平面上移動滑輪的位置來避免傳統實驗中用測力計操作時產生的誤差;繩子的節點和滑輪的位置可以任意調節，操作簡單;繩子所受的拉力等于滑輪下懸掛鉤碼的重力，三邊拉力成整數倍關系，方便作力的圖示，結論比較明顯。通過對實驗器材進行改進，不僅能幫助學生更好的理解實驗原理，而且能增加學習興趣與培養探究精神，提高物理學科核心素養。

四、化細微現象為顯著現象

在做實驗時，通常需要觀察和記錄一些實驗現象，有些實驗現象細微且短暫，不容易觀察。對此，需要對實驗進行改進來放大實驗現象。以有利于于學生觀察與記錄，改善實驗效果。人教社《物理選擇性必修二》教材在《探究影響感應電流方向的因素》實驗中，在磁鐵插入和拔出線圈時，通過觀察靈敏電流計指針的瞬時偏轉來判斷感應電流方向。由于偏轉時間很短，實驗現象不明顯，學生對電流方向判斷不清。為了解決該問題，洪華標在《楞次定律的創新演示實驗》一文中，對這一探究實驗進行了改進：利用紅藍二極管的發光情況來確定感應電流的方向，實驗現象明顯，結論清晰。將細微實驗現象轉化為顯著現象，不僅實驗演示效果好，而且能極大地引起學生的注意力，激發學生的科學探究精神。

五、化傳統實驗數據處理方法為信息技術手段

在實驗過程中，需要對實驗數據進行記錄、整理、計算、分析、擬合等，進而獲得實驗結果、發現規律。在傳統的實驗中往往采用公式法或圖像法等方法處理實驗數據，這引起的實驗誤差相對較大，如果可以運用信息技術仿真實驗和編輯實驗處理程序，就可以有效降低實驗誤差。例如在人教社《物理必修三》教材《測量電池電動勢和內阻》的實驗通過使用公式法、圖像法對實驗數據進行處理并分析誤差。但學生對于誤差的分析往往較難掌握。熊亮在《基于信息技術的高中物理實驗教學創新設計——以“測量電源電動勢和內阻”為例》一文中，采用了MATLAB自編的實驗數據處理軟件對實驗數據進行了處理。這樣既可以快速處理實驗數據，驗證實驗結果的正確性，又可以準確直觀地得出教學內容和實驗結論。

六、課程小結

對物理實驗進行創新是物理教學的一個重要內容。物理課堂教學，要高度重視物理實驗，培養學生的物理科學思維、實驗探究分析能力、感受物理學的奧妙、增強實踐意識、養成良好的習慣、培養創新能力等。通過對物理實驗的創新，不僅能夠幫助教師更有效的完成實驗，達到良好的教學效果，而且能提高學生的學習興趣，培養學生的物理學科素養。

參考文獻：

[1]陳麗琴. 創新實驗教學，落實學科核心素養[J].實驗教學，2019（15）：53—54.

[2]張書良. 高中物理教師實驗能力提升的研究與實踐[M].廣東音像教材出版社.