例談在高中物理隨堂實(shí)驗(yàn)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力

吳嶠

摘 要：物理隨堂實(shí)驗(yàn)由于其特殊性，對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力具有積極的作用。本文從妙用肢體設(shè)計(jì)隨堂實(shí)驗(yàn)，將演示實(shí)驗(yàn)改造成隨堂實(shí)驗(yàn)，利用生活中的物品或已有實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)計(jì)隨堂實(shí)驗(yàn)等三個(gè)方面闡述如何在高中物理隨堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：高中物理；隨堂實(shí)驗(yàn)；創(chuàng)新能力

縱觀幾千年來的國內(nèi)外科學(xué)發(fā)展，可以說沒有創(chuàng)新就沒有社會(huì)進(jìn)步，沒有創(chuàng)新就沒有人類的發(fā)展。創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是素質(zhì)教育的核心，是高中物理新課程的總目標(biāo)之一，是物理教學(xué)的一個(gè)重要任務(wù)。物理是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，而實(shí)驗(yàn)是發(fā)展學(xué)生創(chuàng)新能力的重要途徑，物理隨堂實(shí)驗(yàn)由于其特殊性，對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力具有積極的作用。

1 妙用肢體設(shè)計(jì)隨堂實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)

許多物理現(xiàn)象與人肢體的各種特性有關(guān)，妙用肢體設(shè)計(jì)的隨堂實(shí)驗(yàn)?zāi)茉诔橄笈c具體的銜接中，有效激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

例如，在高一物理《靜摩擦力》教學(xué)中，教師組織課堂上同桌的兩名同學(xué)互相配合，如圖1：甲同學(xué)伸開左手（或者右手），平放，手心朝上，乙同學(xué)用手指豎直捏住一只筆，筆尖朝下，放在甲同學(xué)的手心上方，保持靜止?fàn)顟B(tài)幾秒，然后交換，讓全體學(xué)生親身體會(huì)到由于筆存在相對手指向下運(yùn)動(dòng)的趨勢，從而產(chǎn)生恐懼心理，但筆并未向下運(yùn)動(dòng)扎到手心，有力說明了手指與筆之間靜摩擦力的客觀存在。

再如，在幫助學(xué)生理解如何按照作用效果進(jìn)行力的分解時(shí)，組織同桌的兩名同學(xué)配合進(jìn)行，共同參與隨堂實(shí)驗(yàn)，如圖2：甲同學(xué)單手叉腰站立，乙同學(xué)用手對甲同學(xué)的肘部持續(xù)施加一個(gè)豎直向下的拉力，然后交換，體會(huì)拉力對手臂產(chǎn)生的兩個(gè)作用效果：上臂受拉，下臂受壓，從而真切理解了一個(gè)力產(chǎn)生的兩個(gè)實(shí)際作用效果。

這兩個(gè)簡單化、生活化的隨堂實(shí)驗(yàn)，由教師獨(dú)立設(shè)計(jì)，學(xué)生熱情高漲，他們意想不到，巧妙利用自己的肢體，短短幾分鐘的隨堂實(shí)驗(yàn)，能切身體驗(yàn)到抽象的物理情景，化難為易，教師的創(chuàng)新示范有效激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

2 改造演示實(shí)驗(yàn)為隨堂實(shí)驗(yàn)，教給學(xué)生創(chuàng)新技法

培養(yǎng)創(chuàng)新能力，要讓學(xué)生有創(chuàng)新意識(shí)，具備堅(jiān)實(shí)的知識(shí)基礎(chǔ)，也要掌握一定的創(chuàng)新技法。將傳統(tǒng)的演示實(shí)驗(yàn)改造成隨堂實(shí)驗(yàn)，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，更讓學(xué)生具體感知?jiǎng)?chuàng)新技法。

例如，圖3為魯科版選修3-4教材迷你實(shí)驗(yàn)室的丁達(dá)爾實(shí)驗(yàn)：所用器材因離生活較遠(yuǎn)，僅為教師演示，學(xué)生僅僅是旁觀者，且只能在暗室里進(jìn)行，未能激起學(xué)生足夠興趣。

教師將這個(gè)演示實(shí)驗(yàn)改造如下：在一個(gè)不透光空罐子（如奶粉罐）的側(cè)面鉆一個(gè)小孔，里面放一個(gè)燈泡并作防水處理，當(dāng)水從空罐子中流出來時(shí)，光也順著水流了出來，形成了一個(gè)很亮的點(diǎn)，如圖4。光為什么僅僅限制在那一小股彎曲的流水之中而不向其他方向傳播呢？這一現(xiàn)象讓學(xué)生驚異不已，躍躍欲試。然后，讓學(xué)生動(dòng)手利用與之相同的材料（實(shí)驗(yàn)老師事先協(xié)助備齊），動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)加入的水深度不同，影響亮點(diǎn)的出現(xiàn)，這又是什么原因呢？學(xué)生帶著濃厚的探究欲望，主動(dòng)進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)。

之后，教師引導(dǎo)學(xué)生將改造后的隨堂實(shí)驗(yàn)與教材提供的演示實(shí)驗(yàn)進(jìn)行比較，反思實(shí)驗(yàn)過程，提出本改造實(shí)驗(yàn)主要應(yīng)用的創(chuàng)新技法之——缺點(diǎn)列舉法。所謂缺點(diǎn)列舉法是發(fā)現(xiàn)已有事物的缺點(diǎn)，將其一一列舉，通過分析選擇，確定創(chuàng)新目標(biāo)，制定革新方案，從而進(jìn)行創(chuàng)造發(fā)明的創(chuàng)新技法。

此外，適時(shí)讓學(xué)生了解希望點(diǎn)列舉法、聚焦發(fā)明法、逆向思維法、類比模擬發(fā)明法等創(chuàng)新技法 [1 ]，這些創(chuàng)造技法，在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力過程中，都是十分必要和有效的。

3 利用生活中的物品或已有實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)計(jì)隨堂實(shí)驗(yàn)，訓(xùn)練學(xué)生的創(chuàng)新思維

在學(xué)生充分理解實(shí)驗(yàn)原理的基礎(chǔ)上，教給學(xué)生歸納法和推理驗(yàn)證法等實(shí)驗(yàn)研究方法，讓學(xué)生熟悉實(shí)驗(yàn)所涉及的等效法，控制變量法，累積法，留跡法，模擬法和放大法等主要設(shè)計(jì)方法 [2 ]，結(jié)合必要的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想和創(chuàng)新技法，設(shè)計(jì)隨堂實(shí)驗(yàn)，能有力地訓(xùn)練創(chuàng)新思維，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。

3.1 利用生活中的物品，設(shè)計(jì)隨堂實(shí)驗(yàn)

教師課前布置，引導(dǎo)學(xué)生課余利用生活中的物品，設(shè)計(jì)隨堂實(shí)驗(yàn)，在課堂上交流。

例如，在高一物理《彈力》教學(xué)中，微小形變是學(xué)生費(fèi)解的， 學(xué)生設(shè)計(jì)了不少方案：

實(shí)驗(yàn)方案一：在乒乓球上打一小孔，內(nèi)裝上有顏色的水，插入一只透明的細(xì)吸管，用手?jǐn)D壓球的內(nèi)側(cè)，可看到管中水位明顯發(fā)生變化。這個(gè)實(shí)驗(yàn)簡單易行，效果明顯。

實(shí)驗(yàn)方案二：在平整較光滑桌面上放兩個(gè)玻璃球，相隔一定距離，在兩球中間用力往下壓，可以看到兩球向手按的地方滾動(dòng)，說明桌面發(fā)生了形變。

蘇聯(lián)教育家蘇霍姆林斯基說過“興趣的源泉在于運(yùn)用，使學(xué)生體驗(yàn)到理智高于事實(shí)和現(xiàn)象的權(quán)威感”。學(xué)生往往都懷有極大的興趣去探尋適合的物品，此時(shí)沒有條條框框的束縛，有的是自由的時(shí)空，在實(shí)驗(yàn)過程中摸索設(shè)計(jì)出獨(dú)特的實(shí)驗(yàn)方案，這一切，無不包含著創(chuàng)新的成分。同時(shí)，身邊物品的用途本來并不是用來做物理實(shí)驗(yàn)的，這種做法本身就是一種創(chuàng)新，而通過課堂上的隨堂匯報(bào)交流，學(xué)生的創(chuàng)新能力得到展示和交流，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新熱情。

3.2 利用已有實(shí)驗(yàn)儀器，設(shè)計(jì)隨堂實(shí)驗(yàn)

教師在學(xué)生掌握相關(guān)知識(shí)的前提下，讓學(xué)生用不同的器材，不同的實(shí)驗(yàn)方案，不同的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行隨堂實(shí)驗(yàn)。

例如，學(xué)生學(xué)習(xí)了牛頓運(yùn)動(dòng)定律及動(dòng)能定理之后，讓學(xué)生設(shè)計(jì)隨堂實(shí)驗(yàn)并且測量出木板和木塊之間的動(dòng)摩擦因數(shù)。提供打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，彈簧秤，木塊，長木板等器材。

實(shí)驗(yàn)方案一：利用共點(diǎn)力的平衡

如圖5所示，長木板放在水平桌面上，物塊放在長木板的上面，左側(cè)連接著彈簧秤，彈簧秤固定在豎直墻壁上。

實(shí)驗(yàn)原理：用力F拉動(dòng)長木板沿水平方向做加速運(yùn)動(dòng)（相對物塊滑動(dòng)），物塊靜止，因此與長木板之間的滑動(dòng)摩擦力等于彈簧秤的示數(shù)。讀出此時(shí)彈簧秤的示數(shù)F1，則有滑動(dòng)摩擦力Ff=F1，再用彈簧秤測出物塊重力G，根據(jù)FN=G和Ff=μFN，則有：μ=■=■。

實(shí)驗(yàn)方案二：利用牛頓第二定律

如圖6所示，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在帶有定滑輪的長木板的左端，物塊靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器放在長木板上，左側(cè)固定一條紙帶并穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，右邊栓著細(xì)繩跨過長木板右端的定滑輪，繩子末端掛有一個(gè)托盤。

實(shí)驗(yàn)過程和原理：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接入電源，用手壓住物塊，在托盤上放置一個(gè)質(zhì)量為m的鉤碼；接通電源，放開物塊，使物塊做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄紙帶如圖7。

打點(diǎn)周期T=0.02s，根據(jù)勻變速運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，相鄰的時(shí)間間隔的位移之差，運(yùn)用逐差法求解物塊做勻加速運(yùn)動(dòng)的加速度：a1=■；a2=■；a3=■，則加速度的平均值a=■=■。

測量物塊的質(zhì)量為M，根據(jù)牛頓第二定律得，mg-μMg=Ma ，所以，μ=■=■-■，

實(shí)驗(yàn)方案三： 利用動(dòng)能定理

如圖8所示，兩塊粗糙程度相同的木板AD、CD組成斜面和水平面，斜面的傾角為θ，D為兩板的連接處（光滑且圓滑，物塊在此處運(yùn)動(dòng)不損失機(jī)械能）。

將物塊放在A點(diǎn)，讓它自由下滑，物塊停止在水平木板的C點(diǎn)。根據(jù)動(dòng)能定理得：物塊從A運(yùn)動(dòng)到C時(shí)，重力和摩擦力做的總功為0，則有：

mgs1sinθ-μmgs1cosθ-μmgs2=0。

用刻度尺測出A點(diǎn)到A點(diǎn)在CD所在平面的投影B的高度差h和B到C的水平距離L，由于L=s2+s1cosθ，h=s1sinθ，因此μ=■=■。

以上實(shí)驗(yàn)方案是學(xué)生自主設(shè)計(jì)，在實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生需要在各種因素中進(jìn)行取舍，對所得信息進(jìn)行篩選，學(xué)生在即定目標(biāo)的過程中，在不同情況下要善于應(yīng)變 [3 ]，這樣有效訓(xùn)練了學(xué)生的創(chuàng)新思維，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

系統(tǒng)科學(xué)的教育哲學(xué)認(rèn)為， 教育的最終目的是創(chuàng)造和發(fā)展。物理學(xué)是自然科學(xué)的基礎(chǔ)學(xué)科，物理實(shí)驗(yàn)是學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的橋梁，是把所學(xué)知識(shí)向應(yīng)用延伸的重要途徑，對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)有獨(dú)到之處。隨堂實(shí)驗(yàn)穿插于教師的講授和學(xué)生的學(xué)習(xí)中，將演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)結(jié)合成優(yōu)化的整體，益于學(xué)生動(dòng)腦動(dòng)手，隨堂實(shí)驗(yàn)不像學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行，能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性，同時(shí)隨堂實(shí)驗(yàn)靈活多變，學(xué)生往往在出其不意中體會(huì)到創(chuàng)新的過程，教師在這一過程中不是向?qū)W生“奉獻(xiàn)真理”，而是指導(dǎo)學(xué)生去“發(fā)現(xiàn)真理”和“探索真理”。通過師生、生生間的交流，大大增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新熱情，提升了學(xué)生在物理學(xué)習(xí)中的幸福感。

眾所周知，創(chuàng)新能力的培養(yǎng)并不是一兩次的隨堂實(shí)驗(yàn)就能點(diǎn)石成金，必須經(jīng)過日積月累的培養(yǎng)才能形成，隨著新課程的全面實(shí)施，物理隨堂實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的重要性越來越得到彰顯，實(shí)驗(yàn)在中學(xué)物理教學(xué)中的作用是其他方法不能替代的 [4 ]，作為高中物理教師，應(yīng)該積極探索，發(fā)揮物理隨堂實(shí)驗(yàn)的作用，引導(dǎo)學(xué)生觀察思考，分析歸納 [4 ]，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新思維，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

參考文獻(xiàn)：

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[4] 方明.中學(xué)物理教學(xué)中創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[J].中學(xué)物理，2013（3）： 44.