在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力

林慶峰

實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)的基礎(chǔ)，是自然科學(xué)研究的重要方法，是培養(yǎng)學(xué)生觀察、動(dòng)手、思維能力的重要手段?？疾閷W(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的實(shí)踐能力是高考的指導(dǎo)思想。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中，要明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，正確理解實(shí)驗(yàn)原理，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，安裝、調(diào)整和熟練操作實(shí)驗(yàn)儀器，認(rèn)真觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，對(duì)測(cè)量和記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，深入分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，這些使基礎(chǔ)知識(shí)得到鞏固。且觀察能力、操作能力和思維能力都會(huì)提高，使學(xué)生的創(chuàng)造能力得到發(fā)展。

一、在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中對(duì)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

1、重視實(shí)驗(yàn)方法教學(xué)，比較總結(jié)，易于培養(yǎng)創(chuàng)造性思維

通過(guò)多積累、多比較、多總結(jié)，掌握實(shí)驗(yàn)方法，理解各種方法的內(nèi)在聯(lián)系，并在理解的基礎(chǔ)上對(duì)這些方法加以靈活運(yùn)用。學(xué)會(huì)用同一種方法解決不同實(shí)驗(yàn)中的相同問(wèn)題或用不同方法解決同一個(gè)實(shí)驗(yàn)。通過(guò)舉一反三的訓(xùn)練。能有效地提高我們的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛯?shí)驗(yàn)技能。如“放大法”，高一《彈力》這課中“顯示微小形變”的實(shí)驗(yàn)中，巧妙在一個(gè)大玻璃瓶中插入細(xì)管，將不易觀察的微小形變，顯示出來(lái)。長(zhǎng)度測(cè)量中所使用的螺旋測(cè)微器：固定刻度上前進(jìn)(或后退)0.5毫米，對(duì)應(yīng)可動(dòng)刻度上有50個(gè)等分，實(shí)際上是對(duì)長(zhǎng)度機(jī)械放大。電流表、電壓表是利用一根較長(zhǎng)的指針把通過(guò)電后線圈的偏轉(zhuǎn)角顯示出來(lái)。在《卡文迪許扭實(shí)驗(yàn)》中，其測(cè)定萬(wàn)有引力恒量更加巧妙地將引力對(duì)T形架的扭轉(zhuǎn)力矩與石英絲由于彈性形變產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)力矩轉(zhuǎn)移到利用平面鏡反射光刻度尺上移動(dòng)的距離，間接地達(dá)到了無(wú)法達(dá)到的目的。通過(guò)講解使學(xué)生明白如何進(jìn)行微小量測(cè)量，尤其幾種實(shí)例集中在一起，學(xué)生易于總結(jié)比較，掌握這種方法，為今后設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。解決疑難問(wèn)題打下良好基礎(chǔ)。

2、實(shí)驗(yàn)與相關(guān)知識(shí)的聯(lián)系

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本身就是物理學(xué)習(xí)中的重要內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)所用的原理、方法是與所學(xué)理論知識(shí)相互之間存在著聯(lián)系。如憑“空”生電：準(zhǔn)備電線(最好是多股芯線)50m左右、靈敏電流表一只(300uA左右)。把電線成周長(zhǎng)5m左右的圈，一根線的兩股可并聯(lián)也可串聯(lián)，接上靈敏電流表，組成閉合電路。兩人握住導(dǎo)線兩頭用力甩導(dǎo)線，會(huì)發(fā)現(xiàn)靈敏電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，即導(dǎo)線中產(chǎn)生了電流。難道憑空甩幾下導(dǎo)線，電流就會(huì)“無(wú)”中生有嗎?原因是地球有磁場(chǎng)，甩動(dòng)導(dǎo)線實(shí)際上是在切割地球磁場(chǎng)的磁感線，從而在電線中產(chǎn)生感應(yīng)電流。航天上有系繩衛(wèi)星是航天科學(xué)家們受風(fēng)箏啟發(fā)而發(fā)明的。繩系衛(wèi)星可以發(fā)電。當(dāng)航天飛機(jī)攜帶著繩系衛(wèi)星在空中飛行時(shí)。由導(dǎo)電材料制成的繩系衛(wèi)星的系繩，在繞地球運(yùn)動(dòng)時(shí)切割地球磁力線，它就成為一臺(tái)發(fā)電機(jī)，可以向繩系衛(wèi)星和牽引它的航天器供電。在這種情況下，據(jù)研究。每1000m長(zhǎng)的系繩，可產(chǎn)生200V左右的電壓，若系繩為50km長(zhǎng)，則可產(chǎn)生7.4kV電壓，5A的電流，32kW的功率。因此，若用它來(lái)為各種航天器供電，要比目前廣泛采用的太陽(yáng)能電池板來(lái)得簡(jiǎn)單且經(jīng)濟(jì)。1992和1996年，意大利研制的繩系衛(wèi)星，兩次由美國(guó)航天飛機(jī)攜帶，在太空進(jìn)行試驗(yàn)。第一次由于繩索纏繞，只釋放到250m，為原計(jì)劃20km的1／78，但它產(chǎn)生了40V的電壓及1.5的毫安的電流，第二次釋放到19.3km，產(chǎn)生了3000V電壓。所以，這樣逐步引導(dǎo)學(xué)生要注意將實(shí)驗(yàn)與相關(guān)知識(shí)相聯(lián)接系。有利于形成完整的知識(shí)結(jié)構(gòu)，有利于實(shí)踐能力培養(yǎng)、創(chuàng)新意識(shí)的發(fā)展。也符合現(xiàn)在從生活走向物理，從物理走向社會(huì)的教學(xué)理念。

二、通過(guò)探究式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力

物理實(shí)驗(yàn)作為物理教學(xué)中的重要組成部分同時(shí)也是物理科學(xué)探究的重要思想和方法，新課程要求重視物理實(shí)驗(yàn)，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新。如在“自然現(xiàn)象”教學(xué)中，讓學(xué)生做斷電自感實(shí)驗(yàn)，當(dāng)斷開(kāi)電鍵時(shí)，實(shí)驗(yàn)學(xué)生一起跳與尖叫，有“觸電”的感覺(jué)，會(huì)引發(fā)學(xué)生極大興趣，從而激發(fā)學(xué)生的求知欲，探究為什么會(huì)這樣。從高考物理實(shí)驗(yàn)試題的考查來(lái)看，特別重視讓學(xué)生能利用已學(xué)知識(shí)、原理和方法在題設(shè)的條件和情境下，按照題設(shè)的要求設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)方案，選擇實(shí)驗(yàn)器材、安排實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法及實(shí)驗(yàn)誤差分析。對(duì)于實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，首先要重視用已學(xué)過(guò)和掌握的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?、方法?lái)類(lèi)比分析并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。探索性實(shí)驗(yàn)教學(xué)較課堂教學(xué)有廣闊的活動(dòng)空間和思維空間?？梢约ぐl(fā)和滿足不同層次學(xué)生的探索與創(chuàng)新欲望。學(xué)生在自己“探索”物理規(guī)律的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可以把動(dòng)手和動(dòng)腦結(jié)合起來(lái)，鍛煉的培養(yǎng)自己的創(chuàng)新能力。如測(cè)電阻：

探究1：若現(xiàn)在只提供一只安培表和一個(gè)電阻箱，那又如何測(cè)電阻呢?(如圖1)

探究2：如果只提供一個(gè)伏特表和一個(gè)變阻箱，那又如何測(cè)電阻呢?(如圖2)

探究3：若提供的電流表(電壓電)讀數(shù)不準(zhǔn)確，但能用指針偏轉(zhuǎn)的大小來(lái)表示流過(guò)電阻的電流大小，是否可以測(cè)未知電阻?(使兩次指針偏轉(zhuǎn)角度一樣，電阻箱的示數(shù)即為待測(cè)電阻的阻值)

再如要測(cè)量電壓表的內(nèi)阻，這樣的實(shí)驗(yàn)如何設(shè)計(jì)?如果我們聯(lián)想到教材中有半偏法測(cè)電流表內(nèi)阻的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，就可以根?jù)這個(gè)實(shí)驗(yàn)的原理和方法，類(lèi)比分析用半偏法測(cè)量電壓表的內(nèi)阻(如圖3)。這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)雖然都是用同一方法，但實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)電路完全不同，減少實(shí)驗(yàn)誤差的原理也不同。這就要求設(shè)計(jì)者有自己的思想和解決問(wèn)題的方法。其次要用猜想、假設(shè)的方法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。然后再對(duì)這幾種方案進(jìn)行整理、總結(jié)，從中找出最佳方案來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。

三、加強(qiáng)隨堂性的實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力

教師的創(chuàng)造性是學(xué)生創(chuàng)造性的源泉，隨堂性實(shí)驗(yàn)是教師提出問(wèn)題，讓學(xué)生自己動(dòng)手實(shí)踐，探索問(wèn)題發(fā)生的原因。從而得到結(jié)論的方式。這種方式有利于培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力、實(shí)際操作的能力和創(chuàng)新的能力，教師應(yīng)盡可能的將演示實(shí)驗(yàn)改成邊教邊實(shí)驗(yàn)的形式。例如在“光的直線傳播”中，教師將激光筆往白墻上照，問(wèn)“看到亮點(diǎn)了嗎?”，學(xué)生答：“看見(jiàn)了”；接著問(wèn)“看見(jiàn)光的路徑了嗎?”。學(xué)生答“看不見(jiàn)”：“如何看見(jiàn)?”，引發(fā)學(xué)生設(shè)法顯示空氣中的光路，如林中的陽(yáng)光，城市夜景旋轉(zhuǎn)的激光柱，接著用空氣清新劑沿光直線傳播方向噴幾下，學(xué)生高興地喊：“看見(jiàn)了，光是沿直結(jié)傳播”。這與1927年諾貝爾獎(jiǎng)威爾遜云室的實(shí)驗(yàn)思路類(lèi)似。再如，對(duì)于摩擦起電現(xiàn)象，教師可讓每個(gè)學(xué)生都用塑料圓珠筆在頭發(fā)上摩擦幾下，然后吸引碎紙屑；在講慣性時(shí)，可讓每個(gè)學(xué)生將鋼筆帽放在紙條上。然后看誰(shuí)抽出紙條時(shí)還能保持筆帽不倒。學(xué)生們邊實(shí)驗(yàn)邊觀察，加深了對(duì)知識(shí)的理解。加上教師有針對(duì)性的提出問(wèn)題，調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，使他們養(yǎng)成動(dòng)手、動(dòng)口、動(dòng)腦的好習(xí)慣。不是只讓學(xué)生的注意力停留在使他們感興趣的現(xiàn)象和事物上，而是引導(dǎo)他們逐步深入、擴(kuò)散思維，從而培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力，有利于調(diào)動(dòng)了學(xué)生實(shí)驗(yàn)的積極性，開(kāi)拓了學(xué)生的創(chuàng)新視野。

四、利用計(jì)算機(jī)模擬，輔助實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力

計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)模擬，使物理現(xiàn)象和過(guò)程直觀、形象、真實(shí)地展現(xiàn)在學(xué)生面前，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)物理教學(xué)手段受環(huán)境器材或其它人為條件限制的不足，從而提高物理教學(xué)效果。同時(shí)，為學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)和創(chuàng)新能力訓(xùn)練，起著至關(guān)重要的作用。例如，用計(jì)算機(jī)可以展現(xiàn)宏觀或微觀世界，生動(dòng)地模擬行星運(yùn)動(dòng)、布朗運(yùn)動(dòng)等。比如一些涉及微觀世界的實(shí)驗(yàn)：a粒子散射實(shí)驗(yàn)、原子核衰變、鏈?zhǔn)椒磻?yīng)等。在中學(xué)物理中的一些光學(xué)實(shí)驗(yàn)可見(jiàn)度差，比如雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，光的衍射實(shí)驗(yàn)和光譜分析等，必須在暗室中進(jìn)行，學(xué)生對(duì)這些現(xiàn)象印象也不深刻。若用計(jì)算機(jī)來(lái)模擬這些實(shí)驗(yàn)，則無(wú)須在暗室中就清楚地展示在同學(xué)們面前。用計(jì)算機(jī)還可很方便地?cái)U(kuò)大實(shí)驗(yàn)的內(nèi)涵和外延，展現(xiàn)一些實(shí)驗(yàn)的原理在現(xiàn)代技術(shù)中的應(yīng)用，讓學(xué)生初步涉獵到一些物理知識(shí)的前沿問(wèn)題。這對(duì)于開(kāi)闊學(xué)生視角，活化他們的知識(shí)有著重要的意義。

在挖掘教材的基礎(chǔ)上、精心設(shè)計(jì)有利于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的教學(xué)切入點(diǎn)，如教學(xué)難點(diǎn)和重點(diǎn)、演示實(shí)驗(yàn)，以激發(fā)學(xué)生的求知和創(chuàng)新欲望。在教學(xué)中可以利用新舊知識(shí)間的聯(lián)系提出需要解決的問(wèn)題。引導(dǎo)學(xué)生在運(yùn)用知識(shí)的探索過(guò)程中有所“創(chuàng)新”地解決問(wèn)題，重視把實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和生活的實(shí)際問(wèn)題聯(lián)系起來(lái)。使創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和物理知識(shí)的學(xué)習(xí)緊密結(jié)合。