李肖杰

摘 ? 要：創(chuàng)新能力培養(yǎng)是當今社會教育的趨勢，實驗是高中物理課堂的基礎，在高中物理實驗教學中很有必要培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。本文在實驗的原理分析、器材改進、數(shù)據(jù)處理、開展方式等方面展開分析，探索培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的途徑。

關鍵詞：高中物理;實驗教學;創(chuàng)新能力

引言

創(chuàng)新是人類進步的永恒主題，在科技高速發(fā)展的今天，創(chuàng)新的意義顯得更加突出。在近幾年的全國高考試卷中，物理實驗題均在課本基本實驗的基礎上，實現(xiàn)了創(chuàng)新。因此，在物理的實驗教學中，創(chuàng)新一方面是為了符合高考要求，提高學生的實驗能力，提升學生的科學素養(yǎng);另一方面為國家、社會提供具有創(chuàng)新意思和創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才。但是，近幾年的高考實驗題得分普遍較低。究其原因，這和物理實驗課有一定關系[ 1 ]。傳統(tǒng)的物理實驗教學模式為：統(tǒng)一的實驗設計，規(guī)定的實驗器材，固定的實驗流程，已知的實驗結(jié)論。學生在課堂上成了知識的接受者，實驗要用什么？怎么操作？數(shù)據(jù)怎么處理？有了統(tǒng)一的模板。這樣的物理實驗課限制了學生的積極性，抑制了學生的激情，扼殺了學生的創(chuàng)新能力。因此，培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力，對常規(guī)物理實驗教學做出改進，勢在必行。那么，如何在高中物理實驗教學中培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力呢？

1 ?變換實驗方式，啟發(fā)學生創(chuàng)新

物理教學課堂上，實驗的效果對理解物理規(guī)律意義重大。要培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，首先要培養(yǎng)學生的學習興趣。課堂演示實驗通常都以教師為主體，學生相當于課堂的旁觀者，參與度低，學生的學習興趣不高，不利于培養(yǎng)創(chuàng)新能力。而在學生實驗中，學生變成了課堂的主體，學生在教師的引導下一邊學習，一邊實驗，在課堂上學生會同時動手和動腦，收獲兩種學習體驗。課堂結(jié)構(gòu)由教師的邊教邊演示變成學生的邊學邊實驗，學生會表現(xiàn)出極大的學習興趣，集中注意力，進行積極的邏輯思維，有助于加深理解和培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力[ 2 ]。對于部分演示實驗，有條件的情況下可將其轉(zhuǎn)化為探究性實驗，例如，驗證閉合電路歐姆定律實驗，讓學生測出原電池的內(nèi)電壓和外電壓，啟發(fā)學生分析實驗結(jié)果，得出電源的內(nèi)電壓和外電壓之間的關系。

在物理實驗室找不到適合的實驗設備時，教師還可以自制實驗器材。自制的實驗器材往往會引起學生更大的興趣。器材用到的材料通常來源于我們身邊，學生對這些物品都比較熟悉，這讓學生能更好地把物理知識和現(xiàn)實生活聯(lián)系到一起，同時自制器材可以激發(fā)學生的探索欲望，有助于培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力。例如：在講到電風扇通過安培力做功，把電能轉(zhuǎn)化為機械能時，有一個學生問道：“如果用手去轉(zhuǎn)電風扇，能把機械能轉(zhuǎn)化為電能嗎？”筆者沒有當堂給予回答，回家后找到一個舊的小風扇，拆掉插頭，焊接上一個LED燈泡。第二天筆者再把電風扇帶到班級進行演示，同學們當時都非常驚喜，也比較輕松地理解了電動機、發(fā)電機中安培力的做功和能量之間的關系。

2 ?改進實驗方案，引導學生創(chuàng)新

教師在原有實驗的基礎上，通過改變原來的實驗目的、實驗原理、實驗器材的方式來實現(xiàn)實驗的再設計，通過這種教學方式來發(fā)散學生思維，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。電學實驗測量中通常會遇到找不到適用電表的問題，這就要求教師不妨對實驗的電表進行篩選或者改裝，由于電流表和電壓表的工作原理是一樣的，核心部件都是表頭，所以在電表內(nèi)阻已知的情況下兩表是可以互相混用的，在找不到合適電表的情況下，還可以利用已知內(nèi)阻電表和定值電阻進行電表的改裝，來滿足實驗需求[ 3 ]。

物理實驗經(jīng)常還會利用某一實驗裝置進行另外一個實驗，或者用一套實驗裝置同時進行幾種實驗測量。例如：利用伏安法測電阻的實驗裝置，同時測量電源的電動勢和內(nèi)電阻。這兩個實驗的電路完全相同，伏安法測電阻用到的原理是歐姆定律，而測電源電動勢和內(nèi)電阻用到的原理是閉合電路歐姆定律。一套實驗裝置，兩種實驗原理，兩個實驗目的，這種教學方式打破了學生的常規(guī)思維模式。這種教學方式可以改變學生的慣性思維，培養(yǎng)學生的探索能力。

3 ?重視誤差分析，促進學生創(chuàng)新

物理實驗離不開測量，精準的測量數(shù)據(jù)是物理實驗的根本。在物理實驗中，由儀器精度所限、人的觀察和操作等因素產(chǎn)生的偶然誤差，以及實驗原理的不完善、實驗器材的缺陷等因素產(chǎn)成的系統(tǒng)誤差，造成了測量值和真實值之間存在一定的差異。

產(chǎn)生偶然誤差原因有：讀數(shù)不準確、操作失誤、作圖偏差等。偶然誤差隨機出現(xiàn)，且無法確定實驗的測量值相對真實值偏大還是偏小，但在重復測量時偏大和偏小的概率比較接近，因此可以通過多次測量求平均值的方式來減小實驗誤差。減小偶然誤差常用的方法有：累積法（測單擺的振動周期）、平均值法（測金屬絲的直徑）、逐差法（測勻變速直線運動中紙帶的加速度）。

系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因有很多種，大多和實驗設計的缺陷有關。例如：驗證機械能守恒的實驗中，空氣阻力對實驗結(jié)果的影響。系統(tǒng)誤差的出現(xiàn)呈固定規(guī)律，在相同情況下，對實驗物理量進行測量，其測量值往往均大于真實值，或者均小于真實值，多次測量也無法減小其實驗誤差。因此，減小系統(tǒng)誤差常用的方法有：修正法（利用零刻度被磨損的刻度尺測量長度）、交替法（用等臂天平測量物體質(zhì)量時，把測量對象位置交換）、替代法（安阻法測電阻）、補償法（驗證牛頓第二定律中，傾斜木板平衡摩擦力）。

誤差往往是創(chuàng)新的源頭，發(fā)現(xiàn)問題才能想到解決問題的辦法。在實驗教學過程中，應該讓學生掌握一些必要的實驗誤差的基本知識，在分析實驗原理的時候考慮實驗設計的不足之處，在選擇實驗器材的時候要考慮它的精準程度，這個過程就是創(chuàng)新實踐的過程。要讓學生在實驗中學會比較，提出新的設計思想。

4 ?優(yōu)化實驗數(shù)據(jù)處理，助力學生創(chuàng)新

實驗測出的數(shù)據(jù)，必須通過科學的分析和處理，才能得到實驗結(jié)論，才能體現(xiàn)相應的物理規(guī)律，因此，優(yōu)化數(shù)據(jù)處理也是實驗創(chuàng)新中的一個重要環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)處理通常有這么幾種方法：

（1）平均法。如果所求物理量可以直接測量，我們可以對待測物理量進行多次測量，把測量出來的數(shù)據(jù)相加，再除以測量次數(shù)。如：測金屬的電阻率實驗中測金屬絲的直徑;如果所求物理量不能直接測量得出，我們要根據(jù)其實驗原理，代入多組實驗數(shù)據(jù)，多次計算待測物理量，把計算所得結(jié)果再取平均值。在測量次數(shù)不是很多的情況下，偶然誤差會對實驗結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。

（2）圖象法。圖象法使用起來簡潔、直觀，在實驗數(shù)據(jù)處理方面得到普遍應用。將多組實驗數(shù)據(jù)記錄到表格中，在坐標紙上以適當物理量為橫軸和縱軸，建立坐標系，標定好相應標度，描點，作圖。連線過程中應保持相應原則：讓盡可能多的點落在這條直線上，其余不在直線上的點要均勻分布在直線兩側(cè)，少數(shù)離直線太遠的點直接棄掉。再利用數(shù)學的方法，結(jié)合圖象的斜率和截距求出待測物理量。這種方法處理的實驗數(shù)據(jù)跟平均法有些相似，但由于棄掉了少數(shù)偶然誤差太大的點，導致最后的實驗結(jié)果比平均值法要更準確。

綜上所述，在物理實驗教學中如何以更多更好地教學模式和教學方法來培養(yǎng)和提高學生的創(chuàng)新能力——我的探索才剛剛起步。在未來的教育生涯中，我將繼續(xù)努力，以積極大膽，勇于嘗試的心態(tài)去追尋。

參考文獻：

[1]李仁喜. 高中設計性物理實驗教學中培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力的研究[J].課程教育研究， 2019（17）： 173-174.

[2]姚宇平. 高中物理實驗教學中如何培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力[J].中學教學參考， 2017（14）： 50，59.

[3]高峰. 高中物理實驗教學中培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力[J].中學物理教學參考， 2016（14）： 24.