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刊名: 教学与研究
        Teaching and Research
主办:  中国人民大学
周期:  月刊
出版地:北京市
语种:  中文;
开本:  大16开
ISSN: 0257-2826
CN:   11-1454/G4
邮发代号: 2-256

历史沿革:
现用刊名:教学与研究
创刊时间:1953

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浅谈高中物理实验的改进与创新

【作者】 董明主

【机构】 安徽师范大学物电学院

【摘要】物理实验是理论与实践相结合的物理教学内容和方法,通过实验可以加深学生对物理基本原理及规律的理解,巩固学生对物理知识的掌握。实验教学可以调动学生学习物理的积极主动性,激发其动手操作能力,培养其发散性思维,同时实验教学也有利于学生养成科学的态度和科学的作风,树立正确的学习观点。文章结合教学实践,以创新能力为基本点,提出通过实验教学培养学生的创新意识和创新精神,建立创新思维模式,提高实践能力。同时,阐述了高中物理实验教学中如何培养学生的创新能力,以及相对应的教学理论和方法。
【关键词】高中物理;实验教学;改进方法;创新能力;教学理论
【正文】

      一、实验与理论相结合,激发学习兴趣

  创新教育的目标是培养学生的创新意识、创新精神和创新能力等综合素质,使学生成为时代发展所需要的创新型人才。高中物理实验教学是培养与训练学生动手操作能力与物理创造性思维能力的重要途径。只有加强实验教学,开放实验室,让学生多动手做实验,才能有利于培养学生创新意识和实践能力;只有教师更新教学观念,促进学生物理实验学习方式发生改变,才能使实验教学走出困境。

  有了对实验事实的探讨和验证最终才有物理概念的形成和规律的建立。学生在教师的引导下,通过自己细致观察、独立思考、参与物理实验验证,从而建立物理概念,总结物理规律,在实验中把课本理论知识运用其中,可以加深对物理基础知识的理解,并能够熟练地掌握和运用。?

  物理是实验科学,是“做”出来的,物理规律也是物理学家通过无数次的实验探索总结出来的。例如做加速度与力、质量关系的实验。各组认真记录参照车与实验车悬挂不同质量的砝码时的位移,通过计算知道在两车质量一样的情况下,实验车受的力是参照车的多少倍,加速度就是参照车的多少倍,说明加速度与力成正比;在两车受力一样的情况下,实验车总质量是参照车的几倍,加速度就是参照车的几分之一,说明加速度与质量成反比。学生通过参与实验,记录数据,得出结论,加深了对加速度与力、质量关系的理解。

  二、高中物理实验教学创新研究

  1.通过探索性实验教学,培养创新意识。探索性实验是教师引导、学生操作的过程,即教师结合教材的实际内容和学生的实际水平,在学生已有知识水平和初步具有实验技能的基础上,给出实验课题,引导学生独立操作,通过认真观察实验现象,独立探索实验原理,最后总结物理规律的实验方法。探索性实验有利于学生创新潜能的激发和创新意识的培养。在探索性实验中,学生进入了科学探索模式,在自己的亲身实践中探索新的知识,是一个由寻求知识到发现知识的过程。我们教师要培养学生的创新意识,激发学生的创新精神,形成创新思维模式,引起学生探索和亲自动手的欲望,为创新提供前提条件。可以通过以下两种方式培养学生的创新意识。

  (1)认真设计探索性实验,有针对性地进行探索性问题提问,引导学生主动独立探索,在解决各种疑难问题和思考的过程中培养创新意识。

  (2)以探索性实验为主,课堂演示实验为辅,培养创新意识。课堂演示实验以教师为主,学生没有直接参与到实验中,只充当观察者的角色。课堂演示实验可以培养学?生的观察能力和思维能力,但是不利于培养学生的创新能力。而探索性实验,学生可以直接参与,在探索物理规律的实验过程中手脑结合,把课本理论知识运用到实验中,从而培养了自己的创新意识。因此,教师要重视实验的创新设计、实验过程的安排、教具的改进、问题的设计和解决办法。探索性实验的创新设计对于学生有着很好的潜移默化的作用。

  2.注重实验的开放性、多变性和创造性,培养学生的创新精神。在教学中,教师要注重实验教学的创新,适当地对实验教学内容进行合理的变化,通过改变条件、器材,变化数据处理方法,改变实验原理、目的,培养学生的创新意识和创新精神。

  (1)改变实验条件。教师可以改变实验的条件,学生根据新的实验条件,结合以往所学的物理知识,重新制定全新的实验方案,记录、计算实验的相关数据,测定相关的物理量,实现独立制定实验方案和独立完成实验的目标。

  (2)改变实验器材。实验器材的改变意味着学生采用全新的实验手段完成实验操作。学生在不偏离物理基本原理的基础上,采用新的实验器材完成实验目的,得出结论。

  (3)改变实验目的。物理原理是在实验的基础上得出来的,在相同的实验器材下,变更实验的条件,便可以实现不同的实验目的。教师可以布置新的实验目的,启发学生的物理发散思维,激发其求知欲,培养学生的物理创新能力。

  3.优化实验教学目标。在实验教学中,教师应在分析教材和研究学生的基础上,把培养学生创新能力的意识渗透在备课的过程中。教师在实现实验教学创新目的时,首先要优化实验教学目标。教学目标的制定既不能太高,也不能随便,除了考虑学生需要掌握的知识、实验操作能力等因素,还要考虑在实验中如何培养学生的发散性创新思维、如何强化创新意识、如何提高其实验创新操作能力。故教师的教学目标及教学方案设计要始终围绕对学生创新意识的培养,实验教学目标要适用于不同水平层次的学生,以学生为主体,从学生的角度来审视物理学习遇到的问题。

  三、精选课外实验活动共同探究,促进学生创新能力的发展

  物理课外实验活动是物理常规实验教学的必要补充,在目前的实验教学中还没有受到应有的重视和进行落实。教师应依照教育规律,通过对课外实验的内容、要求,选择合理的教学策略,使学生获得更多开放的、生动的、民主的、创造性的生活情境体验,提高学生的科学素质。

  1、组织的研究性学习小组进行课题研究。指导研究性学习小组作研究课题,让学生从身边的自己熟悉的事情开始研究。例如:自行车上的力学知识。学习过程中习惯用手指转笔,这其中的力学原理有哪些?足球、乒乓球的弧线球的产生原理。家用电器的人性化设计等……。学生在这些活动中能学到在课堂上不能够体验的知识。又如:在学过《力》后,指导学生写小论文:如果没有摩擦力,世界会是什么样?在讲《库仑定律》时,启发学生将库仑定律与万有引力定律进行比较,发现两者在形式上有着惊人的相似,且都是距离平方反比规律,但是两者为何如此相似,它们之间到底有何联系至今仍是物理学界的一个谜,鼓励大家敢于猜想,勇于探索,使创新意识和实践能力得到培养。

  2、要鼓励家庭小实验。家庭中的许多常用物品都可以用来做小实验。例如可乐瓶具有透明、绝缘性能好、比较牢固、易加工等特点,可用它来做很多的小实验:“完全失重现象”“水流星表演”等……利用玩具手枪测量子弹射出时的速度,利用电视机的荧光屏做静电实验。利用废旧材料制作测电笔、指南针等。又如在学“超重和失重”时,指导学生自己设计一个失重实验装置并观察失重现象,有些学生找了一个用过的易拉罐,在靠近底部的侧面打一个洞,用手指按住洞口,在里面装上水,移开手指,水就从洞中喷射而出;如果放开手,让易拉罐自由落下,在下落过程中,水将不再从洞中射出.甚至有些同学还搜集了有关宇航员在太空中处于超重和失重状态生活的资料……在实验教学中,教师精心创设实验,鼓励学生用自己的头脑思考问题,勇于探索,不断创新。

  3、探究改进实验。有些实验按教科书上做了以后不一定能得到很好的效果,针对这类实验,组织学生课外进行实验探究,提出改进方案,培养学生敢于打破课本知识的禁锢,积极探索的创新意识,提高思维的灵活性与批判性。例如在向心力新课的教学中,我们可以用简单有趣的小游戏来引入课题,游戏的材料是生活中的玻璃杯和乒乓球,用玻璃杯将乒乓球倒扣在桌面上,在不借助其它工具仅用一只手且保证杯口始终朝下的条件下,如何将乒乓球移入托盘中,游戏成功的关键在于:玻璃杯的杯口要小,与内部直径的差别要大,转动过程中操作要快。也可以让学生分析向心力的来源,甚至我们还可以做随着杯子移动速度慢慢变慢,乒乓球下落,也可以让学生进一步进行观察,这是一个非常好的实验素材。又如我们用生活中的锉刀来演示自感现象,将电源正极与锉刀的一端相连,负极连接铜多芯导线,导线的一端在锉刀上来回移动,相当于快速地通断电,可以看到微弱的电火花,如果加快导线在锉刀上移动的速度,我们可以看到更强的电火花,这说明电流变化越快,自感电动势越大,下面我们用一根红色的导线绕在铁锉刀上,相当于增加了铁芯上线圈的匝数,同时将一根蓝色的导线直接接在电源负极,将两根导线同速在锉刀上移动,这时我们可以看到,红色的导线头产生的电火花更强,这说明,匝数越多产生的自感电动势越大。

  4、提倡科技小制作、小发明。组织科技节,鼓励学生参与小制作、小发明。尽管有一些并不是首创,但是通过这些活动可以让学生的动手能力增强,同时思维能力和解决实际问题的能力也增强了。如:利用可乐瓶制作“水火箭”,利用凸透镜制作天文望远镜、利用电动机制作小电扇等。通过体验小制作、小发明时间上、设计上、操作上的高要求和制作成功的喜悦,可促使学生形成良好的意志品质和严谨的科学态度,提高实验操作、实验设计和实验创新能力。

  著名物理学家麦克斯韦早有精辟的论述:“一项实验使用的材料越简单,学生越熟悉,就越想彻底地获得所验证的结果,这种实验的教育价值往往与仪器复杂程度成反比”。科学素养无法像知识那样直接“教”给学生。通过这些丰富多彩的实验活动,使学生产生关注周围世界,探索其中奥秘的欲望,体会到科学精神和人文精神的和谐统一。

  总之,高中物理实验教学不应墨守成规和填鸭式教学,而应通过多种途径培养学生的创新意识、创新精神、创新思维和实际动手能力,通过有目的地设置启发性问题,激发学生独立思考的创造性和发散性思维。一定要改变传统的教育模式,改进教学方法,巧妙设计演示实验,精心创设探究实验,鼓励学生采用多种实验方法,积极开展课外实验,把培养学生的创新意识和实践能力放在首位,激发学生探究未知世界的志趣。只有这样,学生才能真正理解物理概念和规律。