談中學(xué)新課程物理實驗教學(xué)方法的創(chuàng)新

1、談中學(xué)新課程物理實驗教學(xué)方法的創(chuàng)新引言：目前，大多數(shù)中學(xué)物理教學(xué)中，教師多注重理論的教學(xué)，而不夠重視甚至忽視實驗教學(xué)，這關(guān)鍵是沒能真正認(rèn)識到實驗教學(xué)在促進(jìn)教學(xué)效果以及對學(xué)生發(fā)展能力方面的重要意義和作用。而實際上，在中學(xué)物理實驗教學(xué)內(nèi)容中蘊含著極其豐富的創(chuàng)新教育內(nèi)容，可以通過各種方式的實驗教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。而培養(yǎng)創(chuàng)新能力正是現(xiàn)代所倡導(dǎo)的素質(zhì)教育的核心。因此，我們有必要對物理實驗教學(xué)的重要性加以論述，并著重談一下通過何種途徑才能在中學(xué)物理實驗教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。我們首先應(yīng)該對創(chuàng)新能力有一個了解。創(chuàng)新能力是個人心理品質(zhì)和能力的復(fù)雜的、高水平的結(jié)合，其中主要的心理品質(zhì)和能力包含著創(chuàng)新意識、

2、創(chuàng)新精神、創(chuàng)新思維和實踐能力、動手能力等基本要素。故此有必要先從這四方面入手，討論在中學(xué)物理實驗教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的途徑。創(chuàng)新是一個民族的靈魂，是一個民族興旺發(fā)達(dá)的不竭動力。在知識經(jīng)濟(jì)的社會中人的最重要的素質(zhì)是創(chuàng)新能力。所以在物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力是實施素質(zhì)教育的重要內(nèi)容。而物理學(xué)從本質(zhì)上說是一門實驗科學(xué)，物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)和物理理論的建立都必須以嚴(yán)格的物理實驗為基礎(chǔ)，并受到實驗的檢驗。因此在物理教學(xué)中，尤其是在實驗教學(xué)中，注意不斷激勵學(xué)生通過觀察、比較、實驗、歸納、類比等探索手段提出種種假設(shè)和猜想發(fā)展他們的創(chuàng)新意識就顯得尤為重要。隨著素質(zhì)教育的深入開展，物理實驗教學(xué)目標(biāo)也隨著實踐的深入

3、而不斷加以調(diào)整。物理實驗教學(xué)目標(biāo)不應(yīng)僅僅局限在操作領(lǐng)域，還應(yīng)包括認(rèn)知領(lǐng)域和情感領(lǐng)域。通過實驗教學(xué)應(yīng)使學(xué)生掌握實驗的基本理論、方法和操作技能，并具備一定的科學(xué)素養(yǎng)，初步養(yǎng)成良好的實驗習(xí)慣。物理實驗教學(xué)的方式主要有四種，即演示實驗，學(xué)生實驗，隨堂實驗和課外實驗。所謂演示實驗是指教師在講授知識的過程中為配合教學(xué)內(nèi)容而演示給學(xué)生看的實驗。因此主要是使學(xué)生獲得感性認(rèn)識，培養(yǎng)觀察能力和思維能力，引起學(xué)習(xí)興趣，同時也能對培養(yǎng)學(xué)生的實驗操作能力起一定的示范作用。學(xué)生實驗是物理實驗教學(xué)的一種重要形式，是培養(yǎng)學(xué)生實驗?zāi)芰Γ莆諏嶒灱寄?，使學(xué)生受到物理學(xué)研究的實驗方法的初步訓(xùn)練的主要措施。隨堂實驗和課外實驗是物理實

4、驗教學(xué)的補充形式?？傊囵B(yǎng)學(xué)生觀察、動手實踐能力，邏輯思維能力和辯證唯物主義觀點是當(dāng)前中學(xué)物理實驗教學(xué)的目標(biāo)。培養(yǎng)創(chuàng)新精神已成為素質(zhì)教育的主能和創(chuàng)造性潛能。培養(yǎng)創(chuàng)新的人才成為時代的要求。埃德力富爾在學(xué)會生存教育世界的今天和明天中指出：“未來的文盲不再是不識字的人而是沒有學(xué)會學(xué)習(xí)的人。教育的目的不應(yīng)該培養(yǎng)學(xué)生從事一種特定的終生不變的職業(yè)，而應(yīng)以培養(yǎng)他們有能力在各種專業(yè)中盡可能地流動，并永遠(yuǎn)刺激他們自我學(xué)習(xí)和培訓(xùn)自己的欲望”。物理學(xué)研究的是物質(zhì)的最普遍的運動形式和物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)，它是研究其它自然科學(xué)的基礎(chǔ)，物理學(xué)與科學(xué)技術(shù)之間是緊密聯(lián)系的，物理學(xué)基礎(chǔ)理論的重大創(chuàng)新往往能促進(jìn)整個科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，反

5、過來，科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新對物理學(xué)的研究也能起推動作用。實驗教學(xué)是物理教學(xué)實施創(chuàng)新教育的重要基礎(chǔ)和手段，實驗不僅對激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高實踐能力具有不可替代的作用，而且也是為學(xué)生創(chuàng)設(shè)創(chuàng)新氛圍，培養(yǎng)創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力，提高科學(xué)素質(zhì)的有效途徑。因此，時代要求我們，物理學(xué)科的特點也要求我們，在物理教學(xué)中必須重視培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。具體做法如下：正文1.加強(qiáng)探索性實驗教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識探索性實驗是根據(jù)教材的特點和學(xué)生實際情況，在學(xué)生已有知識和初步具有實驗技能的條件下，由教師提出課題，在教師指導(dǎo)下，讓學(xué)生自己動手、動腦、在實驗中觀察現(xiàn)象，主動探索，然后得出物理規(guī)律的實驗方法。通過設(shè)計探索性實驗

6、，可以把學(xué)生帶入科學(xué)探索情景中，讓學(xué)生在實踐中探索新知識，親身經(jīng)歷尋求并發(fā)現(xiàn)知識的過程，使他們的創(chuàng)新潛能得到開發(fā)，創(chuàng)新意識得以培養(yǎng)。有了創(chuàng)新意識，才能激發(fā)創(chuàng)新精神，產(chǎn)生積極的創(chuàng)新思維，從而引起學(xué)生探索和親自動手欲望，為創(chuàng)新提供了前提條件。具體說來可以通過以下兩種方式實現(xiàn)創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。1.1演示實驗為探索性實驗，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識課堂演示實驗一般都是教師為主體，學(xué)生僅是觀察者，沒有直接參與到實驗中去。這雖然培養(yǎng)了學(xué)生的觀察力和思維能力，但并不利于創(chuàng)新能力的培養(yǎng).變演示性實驗為探索性實驗，學(xué)生可以在自己“探索”物理規(guī)律的實驗過程中把動手與動腦結(jié)合起來，鍛煉并培養(yǎng)自己的創(chuàng)新意識。這就需要教師對實驗

7、進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計，包括教具的改進(jìn)，實驗過程的安排，問題的設(shè)置及解決的辦法等。這種創(chuàng)新設(shè)計對學(xué)生將是一種很好的示范，對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)將起到潛移默化的作用。如在中學(xué)物理“二力平衡”一節(jié)的教學(xué)中，我們可以進(jìn)行如下創(chuàng)新設(shè)計：改進(jìn)演示教具（圖1.），通過在原教具左邊用鐵架臺固定一定滑輪，將小車改為皮鞋盒或泡沫塑料盒，可將二力平衡的四個條件一一加以演示，并提高了實驗的可視性。讓全體學(xué)生都參與到實驗的設(shè)計與操作過程中來，首先在演示前讓學(xué)生就二力平衡的四個條件做出假設(shè)，然后請學(xué)生根據(jù)講臺的演示教具設(shè)計出驗證四條假設(shè)的演示方案，最后變教師演示為學(xué)生兩兩上臺演示，教師以主持人的身份在旁邊指導(dǎo)和解說。 圖1.這樣，

8、在實驗教學(xué)中，教師因勢利導(dǎo)，及時對學(xué)生中那些標(biāo)新立異，獨樹一幟的做法予以肯定、支持和幫助，鼓勵學(xué)生用自己的頭腦思考問題，不人云亦云，敢于另辟蹊徑，勇于探索，不斷創(chuàng)新。從而調(diào)動起學(xué)生的積極創(chuàng)新意識。1.2精心設(shè)計探索性實驗，注意提出和啟發(fā)探索問題，引導(dǎo)學(xué)生自行探索，在解決各種疑問和設(shè)想的過程中培養(yǎng)創(chuàng)新意識例如：在探索“串并聯(lián)電路的功率與電阻的關(guān)系”的實驗中，給“6v，3w和6v,6w”兩個燈，比較在串并聯(lián)中，那個燈較亮，啟發(fā)學(xué)生思考，燈的亮暗表示什么？在學(xué)生認(rèn)識電功率與電阻關(guān)系的基礎(chǔ)上，再給出兩個變阻器，讓學(xué)生再動手探索，如何在串聯(lián)電路中，讓兩個燈同時正常發(fā)光。使學(xué)生在解決實際問題的過程中培養(yǎng)了

9、探索意識和探索精神，增強(qiáng)了應(yīng)用科學(xué)知識解決實際問題的創(chuàng)新能力。2.注重實驗的開放性，多變性和創(chuàng)造性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神中學(xué)物理教材中安排了演示實驗和學(xué)生分組實驗，其方法都只有一種，比如學(xué)生分組實驗，教材從實驗?zāi)康?、實驗原理、儀器、操作步驟到注意事項，寫的面面俱到。每次實驗課，教師還要花相當(dāng)長的時間根據(jù)實驗講實驗?zāi)康?、原理，然后學(xué)生照著現(xiàn)成的步驟，用相同的儀器，同一種方法，在規(guī)定時間內(nèi)做完同一個實驗，最后得出同一結(jié)論。這對教師來說當(dāng)然是省事了，但是不利于學(xué)生創(chuàng)新精神的培養(yǎng)，不利于學(xué)生智能的發(fā)展。因此在實驗教學(xué)活動中，我們可以對實驗教學(xué)的內(nèi)容進(jìn)行合理的變化，通過改變器材、條件，變化數(shù)據(jù)處理方法，以

10、及改變實驗原理、目的來增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，培養(yǎng)創(chuàng)新精神。2.1在實驗器材上進(jìn)行創(chuàng)新實驗器材的改變將會給學(xué)生提供一個嶄新的實驗手段，學(xué)生必須在不脫離基本的實驗原理的情況下，創(chuàng)造性地運用新的實驗器材完成類似實驗。例如；對于“測定玻璃的折射率”實驗，在學(xué)生采用兩面平行的玻璃磚，用插針法完成了實驗后，可進(jìn)一步要求學(xué)生思考。若將該玻璃磚換成三棱鏡或厚度均勻的圓形玻璃，則又如何進(jìn)行實驗？2.2在實驗條件上進(jìn)行創(chuàng)新實驗條件的改變，也就是要求學(xué)生在新的條件下，運用所學(xué)的物理知識，創(chuàng)新性地確定實驗方案，測定相關(guān)物理量，處理實驗數(shù)據(jù)，從而達(dá)到實驗?zāi)康?。例如：對于“用單擺測定重力加速度”實驗，若把均勻小球換成不規(guī)則

11、小石塊,則無法測出擺長，那么又如何測的重力加速度呢？根據(jù)“擺長測定”這一實驗條件的改變，我們可引導(dǎo)學(xué)生設(shè)法測出擺線的長度L，并設(shè)擺線下端至小石塊中心的距離為X，由T=，幾次改變L的長度，測出對應(yīng)的T，利用上式解方程組，即可求得g。2.3在實驗數(shù)據(jù)處理上進(jìn)行創(chuàng)新實驗數(shù)據(jù)的處理可采用多種方法，比如列表法，圖像法，解析法等?？梢酝ㄟ^改變采集和處理實驗數(shù)據(jù)的方法進(jìn)而達(dá)到同一實驗?zāi)康?，這些都是對實驗的創(chuàng)新。 2.4在實驗?zāi)康纳线M(jìn)行創(chuàng)新運用同樣的實驗器材，或者稍加改變，可以達(dá)到不同的實驗?zāi)康?，因此，改變學(xué)生實驗的實驗?zāi)康模瑔l(fā)學(xué)生進(jìn)一步思考，同樣可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。例如：“電場中等勢線的描繪”要求學(xué)生

12、用電流場模擬靜電場，描繪兩個異種電荷電場的等勢線，那么，能否采用類似的方法，描繪勻強(qiáng)電場的等勢線或點電荷電場的等勢線?需要配備怎樣的器材？我們可將原實驗中的兩個圓柱形電極換成兩個平行金屬條，接上電源后模擬勻強(qiáng)電場；還可將原實驗中的兩個圓柱形電極換成金屬圓環(huán)處于圓心處的圓柱形電極，接上電源后模擬點電荷電場，操作方法與原實驗相似。2.5在實驗原理上進(jìn)行創(chuàng)新為了達(dá)到同一實驗?zāi)康?，我們可以選擇不同的實驗原理，從而創(chuàng)造出不同的實驗情景和操作方法，這是學(xué)生實驗中又一種創(chuàng)新因素，可以說是一種深層次的創(chuàng)新因素。例如：還是“測定玻璃的折射率”實驗，教材是根據(jù)光的折射現(xiàn)象設(shè)計實驗的。我們可以通過改變其實驗原理，根

13、據(jù)光的全反射現(xiàn)象設(shè)計實驗方案：如圖（2）所示，面向半圓形玻璃磚，在玻璃磚逆時針轉(zhuǎn)動的過程中，調(diào)整視線透過玻璃磚觀察插針P1， P2的像，直至視線沿著直徑恰好看不到P1， P2的像為止，量出C的度數(shù)或AB、OB的長度，由或可確定玻璃的折射率。 圖2. 3.利用設(shè)計性實驗培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維我們知道設(shè)計性實驗是根據(jù)實驗要求理解實驗原理，編寫實驗步驟，設(shè)計實驗表格，正確選用儀器和器材，并進(jìn)行實驗操作得出正確實驗結(jié)果的一種實驗形式。一個成功的實驗，其設(shè)計思想總包含著對已有知識的靈活應(yīng)用和創(chuàng)造性的科學(xué)構(gòu)思。通過領(lǐng)會前人的實驗設(shè)計思想。體驗科學(xué)家所經(jīng)歷的探索過程，可以獲得一條培養(yǎng)創(chuàng)新能力的有效途徑。在利用設(shè)

14、計性實驗教學(xué)過程中首先應(yīng)該遵循“問題實驗”的教學(xué)原則，教師要在激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、提出和解決問題的能力，使學(xué)生逐漸養(yǎng)成獨立獲取知識和創(chuàng)造性地運用知識的習(xí)慣。通過讓學(xué)生設(shè)計多種實驗方案，培養(yǎng)求異的發(fā)散思維；通過讓學(xué)生概括、判斷和總結(jié)各種方案的優(yōu)劣培養(yǎng)求同的集中思維。而發(fā)散思維、集中思維是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的重要環(huán)節(jié)。其次要按照設(shè)計性實驗的內(nèi)容培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。設(shè)計性實驗的內(nèi)容可以分為以下三類：測量某一物理量的課題。如“測平均速度”的課題，給學(xué)生斜面、小車（或小球）、刻度尺、手表（或停表）、金屬片等，由學(xué)生設(shè)計出實驗裝置、實驗原理、注意事項、實驗結(jié)論等內(nèi)容。此類實驗便于結(jié)合

15、實際，促進(jìn)學(xué)生把基礎(chǔ)知識轉(zhuǎn)化為能力。探討研究和應(yīng)用的課題。例如學(xué)習(xí)了“動量守恒”，要求學(xué)生利用一根彈性很好的竹片，幾根繩，兩個帶孔的小球，一把刻度尺，在一個較光滑的桌面上粗略研究動量守恒定律，這個實驗要求利用細(xì)線和刻度尺通過杠桿原理測出質(zhì)量比，利用兩小球離開桌面后平拋運動的水平距離測出水平速度之比。兩個小球事先用一根線拴好，動量守恒和杠桿原理等知識。同時，在思維上不能局限于桌面，還要利用桌子的高度等，這些都有益于訓(xùn)練學(xué)生的思維，開拓他們的思路，從而提高他們創(chuàng)新思維。研究測量方法的課題。例如在伏安法測電阻后，我們提出：“一位無線電修理工手邊有最大阻值為50的滑動變阻器R0和未知電阻RX各一只，除

16、用伏安法測量RX外還有哪些方法能測出它的大?。ㄆ鞑淖赃x）？”這樣的研究課題，讓學(xué)生根據(jù)課題要求，設(shè)計出多種測量方法。這類實驗可使學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握一些實驗中經(jīng)常用到的測量方法，可培養(yǎng)學(xué)生的思維的變通能力，也就是培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維。4開放實驗室，采用多種方式提高學(xué)生的實踐能力、動手能力當(dāng)今從事科研工作，既要善于搞理論研究，科學(xué)發(fā)現(xiàn)，又要具備技術(shù)開發(fā)的實踐能力以及動手操作能力，因此著眼于學(xué)生的未來發(fā)展，應(yīng)該為他們提供更多的動手機(jī)會。這可以通過多種途徑來達(dá)到。教師可以靈活地變課堂演示實驗為“學(xué)生分組實驗”或“學(xué)生隨堂實驗”，增加學(xué)生實驗的能力。學(xué)生親自動手做實驗從中探索并理解物理規(guī)律，比教師枯燥地講解

17、、學(xué)生硬性地記憶好得多，正如“百聞不如一見，一見不如一做”嘛。還可以增加一些課外學(xué)生實驗，開展實驗展覽。學(xué)生可利用課外時間到實驗展覽室動手做實驗，教師可以發(fā)揮主導(dǎo)作用，及時解決學(xué)生實驗過程中所遇到的疑難問題。并且應(yīng)該組織課外實驗興趣小組，并開展實驗競賽活動。教師可以有針對性地向?qū)嶒炁d趣小組的學(xué)生推薦一些課外實驗讀物，配合實驗讀物的指導(dǎo)，并可定期舉行實驗競賽講座，開闊他們的實驗知識，實驗方法和實驗技能的視野。通過開放實驗室，采取多種多樣的實驗活動從而提高學(xué)生的實踐能力。在學(xué)生的興趣驅(qū)動下，必然會促使學(xué)生積極探索，勇于創(chuàng)新的精神，從而提高他們的創(chuàng)造能力。以上從改變或設(shè)計物理實驗談了創(chuàng)新能力的培養(yǎng)途

18、徑，從教師本身和教學(xué)方面來說還應(yīng)該注重以下兩點。5. 滲透物理科學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)創(chuàng)新5.1重視物理科學(xué)方法中學(xué)物理教學(xué)大綱中明確規(guī)定“要重視科學(xué)態(tài)度和科學(xué)方法的教育”。所謂物理科學(xué)方法，就是指在物理學(xué)發(fā)展的過程中，物理學(xué)家研究處理問題的思想方法和手段。常用的方法有：觀察與實驗方法、歸納與演繹方法、科學(xué)抽象與理想化方法、比較與類比方法、分析和綜合方法、數(shù)學(xué)方法及科學(xué)假說的方法，這些方法大多隱含在物理知識當(dāng)中，例如牛頓第一定律就是理想化方法，原子物理學(xué)中經(jīng)常使用的就是科學(xué)假說的方法。知識是寶貴的，但知識只有通過具體的方法加以應(yīng)用才能體現(xiàn)出知識的價值，所以那些得到知識的方法就顯得比知識本身更為重

19、要，只有將方法掌握了，將來才可能利用這些方法去科學(xué)的創(chuàng)新。我們的學(xué)生將來不一定都成為物理學(xué)家，他們在學(xué)校所學(xué)的知識也不一定在實際工作中都能直接應(yīng)用，并且隨著時間的推移，在學(xué)校學(xué)的“完整知識體系”也會變得支離破碎。為此從長遠(yuǎn)觀點看，掌握得來知識的科學(xué)方法比知識本身更為重要。進(jìn)行科學(xué)方法教育，不能脫離物理知識的教學(xué)，我們要寓科學(xué)方法教育于物理教學(xué)之中，挖掘教材中的科學(xué)方法論的素材，以物理知識為背景進(jìn)行科學(xué)方法教育?？茖W(xué)方法教育的具體內(nèi)容，往往是以隱性的方式出現(xiàn)在教材中的，所以科學(xué)方法必須與物理知識教學(xué)相結(jié)合，以知識傳授作為方法教育的載體，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)知識的過程中潛移默化地受到科學(xué)方法的熏陶。例如，

20、在電磁感應(yīng)教學(xué)中，讓學(xué)生作探索性試驗，由載流導(dǎo)體在磁場中的運動來判斷暗箱中連接的電學(xué)元件的種類和接法，并由此引發(fā)一個系列實驗，討論、回答一組學(xué)生輔導(dǎo)題，再讓學(xué)生自己來表述法拉第電磁感應(yīng)定律，并進(jìn)一步加以實際應(yīng)用；又如在用實驗得到單擺公式的時候，可以提示學(xué)生在得到牛頓第二定律時所用的實驗方法（控制變量法），從而讓學(xué)生自己設(shè)計實驗來總結(jié)得到單擺的周期公式，這樣在講知識的同時，潛移默化地將物理學(xué)中一種非常重要的方法告訴學(xué)生，使其在今后的工作中可以利用這種方法去創(chuàng)造性的從事別的工作；再如在原子物理教學(xué)中，通過介紹原子模型的演變、發(fā)展，使學(xué)生認(rèn)識到“實驗假說新實驗新假說”這樣一種科學(xué)假說方法；例如在進(jìn)行

21、力的合成與分解的過程中，只需要適當(dāng)?shù)卣f一句，這個力與那幾個力作用效果相同，從作用效果上看，這個力的作用相當(dāng)于那幾個力的共同作用，就像電阻串并聯(lián)的總電阻一樣，這種利用效果相同的方法是物理學(xué)中常用的方法，學(xué)生自然會從這種這段話中體會出等效方法的內(nèi)涵，也會從一次次的具體應(yīng)用中認(rèn)識到所學(xué)的科學(xué)方法。諸如上述的例子在物理學(xué)中非常多，只要我們仔細(xì)去挖掘并與物理教學(xué)有機(jī)地結(jié)合起來，對于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是大有裨益的。5.2 掌握科學(xué)方法，培養(yǎng)創(chuàng)新能力從學(xué)的方面來說，學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，如同知識的掌握和能力的培養(yǎng)一樣，科學(xué)方法的掌握也必須通過學(xué)生積極的努力、嘗試和體驗才能得到，為此我們必須設(shè)計一些實驗或習(xí)題，讓學(xué)生在解