韋葉平

（江蘇省前黃高級(jí)中學(xué)，江蘇 常州 213161）

1 高中物理課堂為什么要設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

物理實(shí)驗(yàn)體現(xiàn)了自然科學(xué)的重要特點(diǎn)，體現(xiàn)著科學(xué)探究的重要思想和方法，物理實(shí)驗(yàn)的素養(yǎng)（觀念、思想方法、技能方面）是科學(xué)素養(yǎng)、創(chuàng)新精神形成和發(fā)展的基礎(chǔ)和組成部分.其次，考慮到高中物理較難學(xué)的特點(diǎn)，筆者嘗試在高中物理課堂教學(xué)中，有意識(shí)地設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，采取創(chuàng)造教育的科學(xué)方法，使學(xué)生逐步養(yǎng)成科學(xué)精神和提高科學(xué)素質(zhì).

2 高中物理課堂有效滲透創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐與策略

物理實(shí)驗(yàn)在形成物理規(guī)律的教學(xué)過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用.但是，不能等價(jià)于物理實(shí)驗(yàn)越多，創(chuàng)新程度越高，實(shí)驗(yàn)所起到的作用就越大.選擇實(shí)驗(yàn)要注意實(shí)效性，要引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中注意觀察什么，怎樣觀察，由實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得到怎樣的結(jié)論等；要在實(shí)驗(yàn)時(shí)突出主要現(xiàn)象，幫助學(xué)生建立較深的感性認(rèn)識(shí)；要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行“去粗取精、去偽存真、由此及彼、由表及里”的思考.

2.1 課堂實(shí)錄

公開(kāi)課“力的合成”，教師在“設(shè)置情境，提出問(wèn)題→建立模型，研究問(wèn)題→小組合作，解決問(wèn)題→評(píng)價(jià)交流，檢驗(yàn)問(wèn)題”等4個(gè)環(huán)節(jié)中，僅以一個(gè)傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)入手，由此進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)但不脫離該實(shí)驗(yàn)，既增強(qiáng)了趣味性，達(dá)到了實(shí)驗(yàn)的目的，又體現(xiàn)了科學(xué)探究的精神和過(guò)程，提高了學(xué)生的知識(shí)和能力.

（1）設(shè)置情境，提出問(wèn)題.

兩組學(xué)生演示生活中常見(jiàn)的現(xiàn)象：拎水桶.2個(gè)學(xué)生合作拎水桶和1個(gè)學(xué)生單獨(dú)拎水桶，都達(dá)到了同樣的效果.學(xué)生對(duì)“分力、合力以及等效”建立了感性的認(rèn)識(shí)，同時(shí)提出問(wèn)題：等效的分力和合力有什么定量關(guān)系？

（2）建立模型，研究問(wèn)題.

將生活現(xiàn)象簡(jiǎn)化成2個(gè)彈簧秤拉小桶的物理模型，教師引導(dǎo)、師生合作，開(kāi)展定量研究，如圖1所示.這個(gè)經(jīng)過(guò)創(chuàng)新的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)是本節(jié)課的亮點(diǎn)，用細(xì)線(xiàn)連接的2個(gè)彈簧秤分別掛在固定在黑板上方的2個(gè)鐵夾上，可以在黑板上用力的圖示法直接表示出2個(gè)分力的大小和方向（說(shuō)明：此環(huán)節(jié)暫不表示合力的大小與方向）.為進(jìn)一步研究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)；為學(xué)生下一步合作學(xué)習(xí)，找出物理規(guī)律提供了正確的思路.

（3）小組合作，解決問(wèn)題.

提供人教版物理必修1教材中“探究求合力的方法”的實(shí)驗(yàn)器材，讓學(xué)生采用合作學(xué)習(xí)的形式，經(jīng)過(guò)“設(shè)計(jì)研究方案→數(shù)據(jù)收集與處理→猜想和假設(shè)→得出結(jié)論”等過(guò)程，得出力的合成滿(mǎn)足平行四邊形定則.

（4）評(píng)價(jià)交流，檢驗(yàn)問(wèn)題.

在探究過(guò)程中，不同小組可能采用不同的方法，得出的結(jié)論也可能有一定的差別，因此評(píng)價(jià)交流是必不可少的環(huán)節(jié).同時(shí)，教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步完善“第2個(gè)環(huán)節(jié)”，用“平行四邊形定則”表示出合力的大小和方向.用重垂線(xiàn)驗(yàn)證合力的方向、刻度尺測(cè)量出合力的大小，發(fā)現(xiàn)用“計(jì)算法”和“實(shí)驗(yàn)法”分別得出的合力非常吻合.

本實(shí)驗(yàn)既引導(dǎo)學(xué)生完成教科書(shū)上的分組實(shí)驗(yàn)，又不拘泥于教材，進(jìn)行了改進(jìn)和創(chuàng)新，如無(wú)論2個(gè)分力的方向怎樣變化，合力的方向始終沿豎直方向.筆者不禁從中找到了近年來(lái)高考的“影子”.

圖1

2.2 “鏈接”高考

隨著新課程改革的不斷深入，高考物理實(shí)驗(yàn)的考查特別注重立足教材，依據(jù)考試說(shuō)明的要求在實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)處理、誤差分析、實(shí)驗(yàn)結(jié)論的分析和評(píng)價(jià)等方面進(jìn)行創(chuàng)新.

2011年江蘇高考物理試卷第10題，某學(xué)生用如圖2所示的實(shí)驗(yàn)裝置在豎直平面內(nèi)驗(yàn)證“力的平行四邊形定則”.本題共3問(wèn)，第1、3兩問(wèn)考查基本儀器彈簧秤的使用（略），第2問(wèn)：下列不必要的實(shí)驗(yàn)要求是

圖2

（A）應(yīng)測(cè)量重物M所受的重力.

（B）彈簧測(cè)力計(jì)應(yīng)在使用前校零.

（C）拉線(xiàn)方向應(yīng)與木板平面平行.

（D）改變拉力，進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，每次都要使O點(diǎn)靜止在同一位置.

該題的正確答案為（D）.但（D）選項(xiàng)與教科書(shū)中的“原型”吻合.而從上述創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)中不難發(fā)現(xiàn)，合力的方向始終沿豎直方向，大小等于重物的重力，不需要“每次都要使O點(diǎn)靜止在同一位置”才能達(dá)到效果相同的目的.可見(jiàn)，選錯(cuò)的學(xué)生是沒(méi)能真正理解實(shí)驗(yàn)的原理，他們的創(chuàng)新意識(shí)需要進(jìn)一步培養(yǎng).

近年來(lái)，筆者一直關(guān)注高考物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)試題所反饋的信息，把物理高考創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)歸納為兩大特點(diǎn)：

（1）實(shí)驗(yàn)素材取于實(shí)驗(yàn)室的基本儀器；實(shí)驗(yàn)原理源于教材及考試說(shuō)明規(guī)定的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)條件和方法適當(dāng)變化，要求學(xué)生善于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、找出異同、解決問(wèn)題，培養(yǎng)其探究精神和創(chuàng)新能力.

（2）以生活現(xiàn)象、社會(huì)實(shí)際、新科技應(yīng)用為背景，考查學(xué)生用已學(xué)過(guò)的實(shí)驗(yàn)原理、研究方法解決教材未涉及的創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生了解科技前沿，考查學(xué)生從理論到實(shí)際的應(yīng)用創(chuàng)新能力.

可見(jiàn)，以教材中的基本實(shí)驗(yàn)為原型進(jìn)行拓展創(chuàng)新是創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)的前提.必須理解和掌握教材和考試說(shuō)明上要求的基本實(shí)驗(yàn)，為學(xué)生實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新思維的發(fā)展夯實(shí)基礎(chǔ)，從而適當(dāng)拓展創(chuàng)新.

2.3 教學(xué)策略

高中物理課堂有效滲透創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)有助于學(xué)生更好地掌握知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手、合作、創(chuàng)新等多種能力，是實(shí)施素質(zhì)教育的主要渠道和有效手段.下面就物理課堂實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和實(shí)踐，談幾點(diǎn)想法.

（1）物理課堂設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)要突出“創(chuàng)新”.

物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)是物理教學(xué)不可或缺的組成部分，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中開(kāi)展創(chuàng)新教育，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維尤為重要.筆者對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)進(jìn)行比較，歸納為以下幾個(gè)方面（見(jiàn)下表1）.比較認(rèn)識(shí)這些區(qū)別，有助于我們從根本上理解和運(yùn)用創(chuàng)新實(shí)驗(yàn).

表1

續(xù)表

突出創(chuàng)新，并不意味著我們要摒棄傳統(tǒng).許多傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)是科學(xué)家探究物理規(guī)律，反映探究歷程的重要依據(jù)，凝聚著科學(xué)家的心血.教師要引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系社會(huì)實(shí)際和生活經(jīng)驗(yàn)，在保留傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)精神的前提下對(duì)實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行改進(jìn)，在可視性、實(shí)驗(yàn)效果、啟發(fā)性等方面作精心設(shè)計(jì).

“伽利略理想斜面實(shí)驗(yàn)”是引入“牛頓第一定律”的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，但傳統(tǒng)的做法受摩擦力的影響較大；斜面傾斜角的連續(xù)可調(diào)性難以實(shí)現(xiàn)等因素，實(shí)驗(yàn)效果不令人滿(mǎn)意.筆者在一節(jié)公開(kāi)課中，通過(guò)對(duì)其進(jìn)一步設(shè)計(jì)，將“傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)”轉(zhuǎn)化為“創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)”，如圖3所示.

實(shí)驗(yàn)器材：彩鋼板1塊（長(zhǎng)約150cm，寬約10cm）；木地板邊線(xiàn)2條（長(zhǎng)約150cm）；鋼球1個(gè)（直徑約2cm）；棉布1塊（長(zhǎng)約160cm，寬約6cm）；書(shū)立2個(gè)（高約19cm）；攝像頭1個(gè)（大約130萬(wàn)像素）等.

實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)：彩鋼板的韌性適中，斜面的傾斜角可以任意調(diào)節(jié)；2條邊線(xiàn)組成軌道，減小了摩擦力；利用2個(gè)書(shū)立等高的特點(diǎn)規(guī)定了小球運(yùn)動(dòng)的等高線(xiàn)；攝像頭將實(shí)驗(yàn)過(guò)程同時(shí)放大在屏幕上，現(xiàn)象明顯直觀，效果很好.

（2）物理課堂滲透創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)要強(qiáng)調(diào)“有效”.

課堂實(shí)驗(yàn)又叫隨堂實(shí)驗(yàn)或邊教（學(xué)）邊實(shí)驗(yàn)，即課堂教學(xué)中，為實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)的一個(gè)或一組系列小實(shí)驗(yàn).各個(gè)小實(shí)驗(yàn)之間可能沒(méi)有相互關(guān)聯(lián)性，但都是為教學(xué)目標(biāo)服務(wù)而貫穿整節(jié)課堂.因此，必須有效.避免為了突出探究過(guò)程、合作學(xué)習(xí)，而精心設(shè)計(jì)很多實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行簡(jiǎn)單的羅列，反而適得其反.

圖3

筆者在設(shè)計(jì)高中“牛頓第一定律”一課時(shí)，這樣思考：本節(jié)內(nèi)容在初中已經(jīng)了解，要使學(xué)生保持新鮮感，突出知識(shí)的深化和科學(xué)研究方法、情感態(tài)度的教育，教師可以讓學(xué)生作為各個(gè)歷史時(shí)期的“探究者”參與相關(guān)問(wèn)題的討論，關(guān)鍵在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用.筆者改變眾多實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單堆砌的做法，著重做好3個(gè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)（如圖4所示），既充分發(fā)揮了學(xué)生的主動(dòng)性和積極性，又讓學(xué)生主動(dòng)參與教學(xué)過(guò)程，親歷思考和探究的過(guò)程，同時(shí)使學(xué)生養(yǎng)成了科學(xué)的態(tài)度、獲得科學(xué)的方法.

圖4

（3）探究過(guò)程要注重“問(wèn)題”引導(dǎo).

擺脫紙上實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)狀，讓學(xué)生親身體驗(yàn)、親自動(dòng)手實(shí)驗(yàn)并真正理解和掌握.這樣對(duì)于新情境、開(kāi)放性的實(shí)驗(yàn)問(wèn)題，也能?chē)L試改進(jìn)和完善實(shí)驗(yàn)方案，逐步養(yǎng)成發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題并解決問(wèn)題的探究能力.因?yàn)槠鋵?shí)質(zhì)往往都是對(duì)基本實(shí)驗(yàn)原理、方法的遷移和靈活運(yùn)用.

筆者在設(shè)計(jì)“變壓器”一課時(shí)，設(shè)置了多種不同的情境讓學(xué)生探究變壓器工作的條件.原線(xiàn)圈通過(guò)開(kāi)關(guān)與干電池連接，副線(xiàn)圈接電壓表，讓學(xué)生先猜想“變壓器可以改變直流電壓?jiǎn)?？電壓表的示?shù)情況怎樣？”，再動(dòng)手實(shí)驗(yàn)并觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.發(fā)現(xiàn)當(dāng)閉合或斷開(kāi)開(kāi)關(guān)時(shí)，電壓表的指針明顯擺動(dòng)，然后緩慢恢復(fù)到0.隨后，讓學(xué)生試著用電磁感應(yīng)知識(shí)解釋.

為了加深理解，可作進(jìn)一步探究：將電壓表?yè)Q成適當(dāng)?shù)摹版u絲燈泡”和“220V，5W的節(jié)能燈”，閉合開(kāi)關(guān)的瞬間，情況如何？學(xué)生分組討論，各持觀點(diǎn).最后，通過(guò)動(dòng)手實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，鎢絲燈泡不亮，而節(jié)能燈卻閃爍一下，并解釋原因.

最后，再次激發(fā)學(xué)生的興趣，若直流電源不變，怎樣才能使電壓表的示數(shù)幾乎不變？經(jīng)過(guò)討論與實(shí)踐，有學(xué)生發(fā)現(xiàn)不斷地閉、斷開(kāi)關(guān)能達(dá)到目的，最后引申到交流電壓有穩(wěn)定的示數(shù).

以問(wèn)題為向?qū)?，循序漸進(jìn)的探究過(guò)程體現(xiàn)了科學(xué)研究的思想和方法；教師在教學(xué)中，突出學(xué)生的主體地位，培養(yǎng)學(xué)生多角度、多方位思考問(wèn)題的思維方式，逐步形成了獨(dú)特新穎、靈活多樣的發(fā)散性思維品質(zhì).

（4）創(chuàng)設(shè)探究環(huán)境，要倡導(dǎo)簡(jiǎn)單、直觀的創(chuàng)新“小實(shí)驗(yàn)”.

教師要有意識(shí)地創(chuàng)設(shè)科學(xué)探究的環(huán)境，充分利用身邊的各種資源，讓學(xué)生在實(shí)踐環(huán)境中感知和體驗(yàn)，進(jìn)而上升至智慧，滿(mǎn)足學(xué)生探究學(xué)習(xí)的需要.研究表明，用學(xué)生熟悉的材料或?qū)W生親手制作的儀器做實(shí)驗(yàn)，不僅容易克服學(xué)生的思維障礙，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，而且能幫助學(xué)生敏銳地洞察其中發(fā)生的物理過(guò)程，從而更加透徹地理解知識(shí).

例如，筆者在物理教學(xué)過(guò)程中，多次用“手”做物理實(shí)驗(yàn).很多物理知識(shí)和物理規(guī)律通過(guò)“手”來(lái)演示，不僅增強(qiáng)了學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，而且充分發(fā)揮了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，教學(xué)效果較好.下面舉出一個(gè)典型的例子來(lái)加以說(shuō)明.

力學(xué)實(shí)驗(yàn)：拿出1支長(zhǎng)鉛筆，左右手各伸一食指水平地支持住它的兩端，當(dāng)兩指慢慢向里靠擾的過(guò)程中，鉛筆將相對(duì)手指交替移動(dòng)；伸出右手，讓手掌與桌面接觸并在桌面上擦動(dòng)，感受受力情況等現(xiàn)象與摩擦力有關(guān).左食指的指肚頂右食指的指肚，兩手指都有力的感覺(jué)，稍一點(diǎn)力，兩只手指都會(huì)彎曲來(lái)說(shuō)明牛頓第三定律；右手平托橡皮，整體向上運(yùn)動(dòng)，突然用左手掌擋住右手運(yùn)動(dòng)，橡皮向上拋出來(lái)說(shuō)明慣性定律等.

電學(xué)實(shí)驗(yàn)：用塑料泡沫與手摩擦，使泡沫帶電，而且可以吸引吊起的乒乓球；干燥的冬天，手與別人的手或別的物體靠近到接觸時(shí)，經(jīng)常有放電現(xiàn)象等.

熱學(xué)實(shí)驗(yàn)：用兩只手掌互相摩擦，體驗(yàn)?zāi)Σ辽鸁?；在手上涂一些酒精，手感覺(jué)比較涼爽，說(shuō)明蒸發(fā)吸熱等.

光學(xué)實(shí)驗(yàn)：并攏手指，將食指與中指的狹縫平行對(duì)準(zhǔn)日光燈，用眼睛透過(guò)手指縫觀察到狹縫周?chē)霈F(xiàn)彩色的衍射條紋.

筆者引導(dǎo)學(xué)生充分利用順手拈來(lái)的物品或自身?xiàng)l件做實(shí)驗(yàn)，發(fā)揮創(chuàng)新小實(shí)驗(yàn)獨(dú)特的教學(xué)功能.一張紙、一只易拉罐、一個(gè)兒童玩具等都能給課堂帶來(lái)精彩，將抽象的物理理論與生活實(shí)際聯(lián)系起來(lái)，極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)造力.

3 結(jié)束語(yǔ)

筆者有意識(shí)地在高中物理教學(xué)過(guò)程中設(shè)計(jì)和實(shí)踐創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)已取得了一定的成效.用正規(guī)的配套儀器，也可用自制教具、學(xué)具，或者利用隨手可取的日常生活用品進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)；學(xué)生的組織形式多樣，實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)不局限在實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)類(lèi)型可以根據(jù)實(shí)際情況選擇；增加學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的比重，提供更多的機(jī)會(huì)，來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?；在?shí)驗(yàn)的間隙穿插教師的啟發(fā)、引導(dǎo)、講解或教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生的討論，擴(kuò)大課堂內(nèi)師生的信息交流等，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)了生動(dòng)的物理學(xué)習(xí)情境，提供了必要的感性素材，幫助他們建立概念、認(rèn)識(shí)規(guī)律，也讓學(xué)生通過(guò)親自動(dòng)手來(lái)學(xué)習(xí)知識(shí)，克服課堂教學(xué)“滿(mǎn)堂灌”的現(xiàn)象.

1 韋葉平.激情·探究·對(duì)話(huà)·生成——“牛頓第一定律”教學(xué)設(shè)計(jì)介紹.物理教師，2012（6）.