馬純兵

[摘 要]物理是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，因此實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的主要陣地之一，但由于受傳統(tǒng)教育的影響，目前絕大多數(shù)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)仍為“按部就班”的傳統(tǒng)模式，這與新時(shí)期“培養(yǎng)素質(zhì)，提高能力，勇于創(chuàng)新”的教學(xué)思想是極不適應(yīng)的。為此，筆者認(rèn)為優(yōu)化現(xiàn)有物理實(shí)驗(yàn)在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和能力方面有著重大意義。物理是實(shí)驗(yàn)科學(xué)，是“做”出來的，物理規(guī)律也是物理學(xué)家通過無數(shù)次的實(shí)驗(yàn)探索總結(jié)出來的。本文將對(duì)高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)化與創(chuàng)新進(jìn)行探討。

[關(guān)鍵詞]高中物理；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；優(yōu)化與創(chuàng)新

從物理實(shí)驗(yàn)的角度來看，為了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和能力，可以改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，注重實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新與設(shè)計(jì)從而培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)意識(shí)，或利用實(shí)驗(yàn)顯示知識(shí)獲取的過程，以充分發(fā)揮物理實(shí)驗(yàn)在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神、探究能力、創(chuàng)造能力方面的特殊功效。

一、課堂演示實(shí)驗(yàn)的優(yōu)化與創(chuàng)新

從能力角度分析，課堂演示實(shí)驗(yàn)不僅要向?qū)W生提供學(xué)習(xí)某些知識(shí)所需的背景材料，更應(yīng)注重通過演示實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的理論思維能力，因此課堂演示實(shí)驗(yàn)不應(yīng)將其僅僅視為引入課題，激發(fā)學(xué)生興趣的手段，而更應(yīng)多挖掘其在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和能力方面的作用。

1.方法的優(yōu)化與創(chuàng)新---開展隨堂探究性實(shí)驗(yàn)。教材中某些教學(xué)內(nèi)容原為演示實(shí)驗(yàn)，但若將其設(shè)計(jì)為隨堂探索性實(shí)驗(yàn)，則更可激發(fā)和滿足不同層次學(xué)生的探索與創(chuàng)新欲望.使他們?cè)谧约骸疤剿鳌蔽锢硪?guī)律的實(shí)驗(yàn)過程中把動(dòng)手和動(dòng)腦結(jié)合起來，從而培養(yǎng)和鍛煉自身的創(chuàng)新能力，并使教學(xué)達(dá)到不同層次的創(chuàng)新能力培養(yǎng)目標(biāo)。例如“牛頓第二定律”一節(jié)教學(xué)中，在研究物體加速度與什么因素有關(guān)時(shí)，教師可指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用物理學(xué)中控制變量的科學(xué)方法，由學(xué)生隨堂進(jìn)行探究性實(shí)驗(yàn)，從而自己通過研究探尋到物體加速度與外力、質(zhì)量間的關(guān)系。探索性實(shí)驗(yàn)教學(xué)較單一的課堂演示教學(xué)有更廣闊的活動(dòng)空間和思維空間，為學(xué)生創(chuàng)造了物理環(huán)境，擴(kuò)大了師生在課堂內(nèi)的信息交流，有利于在教師主導(dǎo)下發(fā)揮學(xué)生的主體作用。除此之外，高中物理中可開展該種教學(xué)方式的內(nèi)容還有歐姆定律、串聯(lián)并聯(lián)電路、電磁感應(yīng)現(xiàn)象等。

2.效果的優(yōu)化與創(chuàng)新---設(shè)計(jì)演示實(shí)驗(yàn)。為了顯示知識(shí)的獲取過程，許多概念和規(guī)律的建立教材中均配置了相應(yīng)的演示實(shí)驗(yàn)，但效果不甚理想，教師在教學(xué)中可運(yùn)用各種創(chuàng)造技法，如缺點(diǎn)列出、逆向、強(qiáng)化、模擬、組合、比較、需求、替代、挖掘潛力等技法，與學(xué)生共同改進(jìn)設(shè)計(jì)演示實(shí)驗(yàn)。例如“振動(dòng)”一節(jié)中簡諧振動(dòng)圖象的描繪，教材上利用一端綁有毛筆的鋼鋸條進(jìn)行，但在實(shí)際操作中發(fā)現(xiàn)如下缺點(diǎn)（1）毛筆、鋼鋸條受到紙面、金屬桿及空氣的較大阻力，故所得圖象并非正弦（余弦）曲線，而是位移隨時(shí)間逐漸減小的圖象；（2）演示時(shí)紙面平鋪在講臺(tái)上，絕大多數(shù)學(xué)生都不能直接觀察到圖象的形成過程。針對(duì)上述問題，運(yùn)用缺點(diǎn)列出技法，在演示之后，我讓學(xué)生自己分析形成實(shí)際圖象的原因，并且提示他們改進(jìn)設(shè)計(jì)的方向。經(jīng)過一段時(shí)間的研究，師生共同探討出如下方案：利用幼兒磁性畫板、畫筆，畫筆與彈簧、金屬塊連接形成振子固定在支架上且畫筆為水平位置，畫板豎直放入支架與畫筆之間，且稍與之接觸。操作時(shí)讓畫板水平移動(dòng)（畫筆不動(dòng)），形成時(shí)間軸；再讓振子（畫板不動(dòng)）振動(dòng)，形成位移軸，最后讓振子振動(dòng)的同時(shí)勻速拉動(dòng)畫板，即可得到清晰、正確的振動(dòng)圖象。這一設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于：（1）磁性畫板、畫筆均較為光滑，摩擦阻力很小，故所得的圖象較為正確且可直接得到時(shí)間軸和位移軸。（2）操作、演示、觀察均簡便易行。再如“牛頓管”實(shí)驗(yàn)若運(yùn)用逆向技法改抽氣為充氣，則可將空氣阻力的作用明顯表現(xiàn)出來，從而推出若空氣越稀薄物體下落速度越接近的結(jié)論。又如“液體的表面張力”若運(yùn)用比較技法采用一邊帶活動(dòng)金屬桿的光滑矩形金屬框架進(jìn)行演示則金屬桿的移動(dòng)時(shí)間較長，便于學(xué)生觀察思考，且實(shí)驗(yàn)由靜態(tài)改進(jìn)為動(dòng)態(tài)，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的直觀性與學(xué)生的求知欲，激發(fā)了學(xué)生研究探討物理知識(shí)的興趣。

二、學(xué)生實(shí)驗(yàn)的優(yōu)化與創(chuàng)新

學(xué)生實(shí)驗(yàn)是學(xué)生在教師指導(dǎo)下進(jìn)行的相對(duì)獨(dú)立的實(shí)踐活動(dòng)，教師若能在原有實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上通過改變實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?，提出新的?shí)驗(yàn)課題，并適當(dāng)增加實(shí)驗(yàn)器材，對(duì)原有實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)新改進(jìn)，設(shè)計(jì)完成新課題的方案，則可培養(yǎng)學(xué)生改進(jìn)實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)新實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新能力。實(shí)驗(yàn)原理的擴(kuò)展與方法的創(chuàng)新，為了同一個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，可以選擇不同的實(shí)驗(yàn)原理，從而創(chuàng)造出不同的實(shí)驗(yàn)情景和操作方法。這是學(xué)生實(shí)驗(yàn)教學(xué)中可挖掘的創(chuàng)新因素，也是培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際能力和實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力的一個(gè)極好素材。例如，在“用電流表和電壓表測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)束后，可向?qū)W生提出：本實(shí)驗(yàn)運(yùn)用了U=ε-Ir的公式通過測(cè)電流和電壓的方法測(cè)電池電動(dòng)勢(shì)ε和內(nèi)阻r的值，那么能否運(yùn)用我們學(xué)過的其它知識(shí)來測(cè)定ε、r的值呢？事實(shí)上，根據(jù)閉合電路歐姆定律I=ε/（R+r）利用電流表和電阻箱可以測(cè)定ε、r的值，或利用電壓表和電阻箱也可以測(cè)定ε、r的值。另外，也有一部分概念和規(guī)律教材中并未配置相應(yīng)的演示實(shí)驗(yàn)，教師有必要想方設(shè)法設(shè)計(jì)相應(yīng)的演示實(shí)驗(yàn)以便取得更好的效果，同時(shí)也體現(xiàn)教師的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新精神，使學(xué)生受到熏陶。例如在“電阻定律”一節(jié)中介紹電阻率隨溫度的變化時(shí)可設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)：儀器、低壓電源、小燈泡一個(gè)、滑動(dòng)變阻器、伏特表、安培表、導(dǎo)線。電路圖如圖3所示：調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器改變燈泡亮度，小燈泡亮度大表示燈絲溫度高，小燈泡亮度小表示燈絲溫度低，讀出相應(yīng)的電流電壓值，算出電阻，可驗(yàn)證燈絲的電阻率隨溫度變化的規(guī)律。然后將小燈泡的玻璃泡去掉，保持變阻器阻值不變，用酒精燈直接加熱燈絲，僅根據(jù)安培表電流變化可很直觀地看到燈絲電阻隨溫度升高而增大，從而證實(shí)了電阻絲的電阻率隨溫度的升高而增大。

總之，物理實(shí)驗(yàn)是理論與實(shí)踐相結(jié)合的物理教學(xué)內(nèi)容和方法，通過實(shí)驗(yàn)可以加深學(xué)生對(duì)物理基本原理及規(guī)律的理解，鞏固學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的掌握。實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的積極主動(dòng)性，激發(fā)其動(dòng)手操作能力，培養(yǎng)其發(fā)散性思維，同時(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)也有利于學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)的態(tài)度和科學(xué)的作風(fēng)，樹立正確的學(xué)習(xí)觀點(diǎn)。文章結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，以創(chuàng)新能力為基本點(diǎn)，提出通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新精神，建立創(chuàng)新思維模式，提高實(shí)踐能力。同時(shí)，闡述了高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中如何培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，以及相對(duì)應(yīng)的教學(xué)理論和方法。在現(xiàn)有條件下，有一部分物理實(shí)驗(yàn)如“α粒子散射實(shí)驗(yàn)”、“查德威克實(shí)驗(yàn)”、“天然放射現(xiàn)象”、“核反應(yīng)”等近代物理實(shí)驗(yàn)在中學(xué)階段因條件所限是無法完成的，若能充分利用現(xiàn)代化的資源——網(wǎng)絡(luò)下載一些圖象、文字、聲音、動(dòng)畫、視頻影像甚至是一些課件，并且將這些形式有機(jī)的融為一體進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)則可產(chǎn)生生動(dòng)、形象、準(zhǔn)確的演示效果，從而突破教學(xué)難點(diǎn)。優(yōu)化物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可使學(xué)生在潛移默化中增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)意識(shí)，切實(shí)加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，更可提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。探索?gòu)建以實(shí)驗(yàn)為主線的中學(xué)物理教學(xué)體系，同時(shí)也可改變教師的教學(xué)方式和學(xué)生不良的學(xué)習(xí)習(xí)慣，從而培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)習(xí)慣和方法以及探索創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]張大同 曹德群 《注重方法 自我發(fā)展》 上海教育出版社.

[2]馮容士 陳言榮 《物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)造技法和實(shí)驗(yàn)研究》 上海教育出版社.

[3]姚文忠 《物理教學(xué)及心理學(xué)研究》 杭州大學(xué)出版社.