物理實驗教學(xué)中學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)的培育

鈄方健

摘要：闡述通過實驗教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)的重要性，并針對中學(xué)物理實驗教學(xué)中存在的問題，提出了從演示實驗、基礎(chǔ)實驗、設(shè)計實驗三個方面的實驗教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)的策略。

關(guān)鍵詞：物理實驗教學(xué)、創(chuàng)新素養(yǎng)

創(chuàng)新素養(yǎng)，是指一個人創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的養(yǎng)成和修養(yǎng)，也就是學(xué)生在日常學(xué)習(xí)和生活中養(yǎng)成的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力。在物理教學(xué)中，創(chuàng)新精神包括學(xué)生學(xué)習(xí)物理的創(chuàng)新動力和創(chuàng)新意識；而創(chuàng)新能力包括學(xué)生的自主探究能力、發(fā)散思維能力、形象思維能力等。本文對高中物理實驗教學(xué)的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，強調(diào)中學(xué)物理實驗教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)的重要性，并對如何在實驗教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新素養(yǎng)進(jìn)行了深入的實踐研究，提出了一些具體的教學(xué)策略：

1.課堂演示實驗激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新精神。

2.基礎(chǔ)實驗啟迪學(xué)生的思維能力。

3.設(shè)計實驗培養(yǎng)學(xué)生探究能力。

一、物理實驗教學(xué)對培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)的重要性

1、培養(yǎng)具有創(chuàng)新素養(yǎng)的人才是時代發(fā)展的需要

21世紀(jì)是知識經(jīng)濟(jì)的時代，知識經(jīng)濟(jì)是建立在知識的產(chǎn)生、傳播、轉(zhuǎn)移、分配和使用之上的經(jīng)濟(jì)，它所依賴的主要資源不是有形的物質(zhì)資源，而是無形的智力資源。如果我們培養(yǎng)出來的學(xué)生強于記憶而拙于發(fā)現(xiàn)，強于接受而拙于實踐，那么實踐能力和創(chuàng)新精神的提高就無從談起。因此，新時期的物理教學(xué)，尤其是物理實驗教學(xué)，在全面提高學(xué)生的物理科學(xué)素養(yǎng)的同時，應(yīng)著重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

2、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力是新課程的目標(biāo)之一

教育部最新制訂的普通高中《物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實驗）》中規(guī)定：物理課程的性質(zhì)應(yīng)有助于學(xué)生繼續(xù)學(xué)習(xí)基本的物理知識與技能；體驗科學(xué)探究過程，了解科學(xué)研究方法，增強創(chuàng)新意識和實踐能力等等。在課程目標(biāo)中規(guī)定：學(xué)生應(yīng)具有敢于堅持真理，勇于創(chuàng)新和實事求是的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神。這些都說明物理課堂是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和能力的重要陣地之一，高中的物理教學(xué)特別是實驗教學(xué)應(yīng)注重對學(xué)生這一能力的培養(yǎng)。

3、物理實驗教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要途徑

科學(xué)源于實踐，物理源于實驗。物理學(xué)科的發(fā)展離不開實驗的發(fā)展，物理學(xué)科的特點決定了物理課的基礎(chǔ)是實驗。從實驗教學(xué)和實驗方法的概念可以看出，實驗教學(xué)是一種非常有利于促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)及創(chuàng)新能力培養(yǎng)的教學(xué)形式。

二、目前中學(xué)物理實驗教學(xué)現(xiàn)狀

1、實驗的教學(xué)方式單一

為了使學(xué)生在考試中得到一個高分，教師對實驗尤其是演示實驗教學(xué)采用的是講授法，即在課堂上或黑板上講實驗的步驟、原理、結(jié)果、注意事項等。使學(xué)生只是在感性上了解實驗，而學(xué)生的動手能力卻得不到提高，缺少參與意識，學(xué)生參與實驗的積極性難以被調(diào)動起來。

2、教師對實驗的重要性認(rèn)識不夠

教師在實驗課上不是引導(dǎo)學(xué)生探索、創(chuàng)新，而是為了按時完成教學(xué)任務(wù)，在實驗中，教師只要求學(xué)生按實驗報告上的內(nèi)容、步驟重復(fù)“實驗”一遍，學(xué)生的實驗過程是形式化的，實驗的結(jié)果也是唯一化的。這種僵化的實驗教學(xué)，使學(xué)生的積極性和創(chuàng)新精神受到壓抑。

3、學(xué)生對實驗的認(rèn)識不夠積極

由于學(xué)生在思想上對實驗的不重視，導(dǎo)致他們在做實驗時，不愿動手或不知道怎樣動手，在做實驗時也是機械地操作書上的實驗步驟，不去動腦想一想實驗中涉及到的知識，對實驗中的數(shù)據(jù)和結(jié)論沒有進(jìn)行深入探討，在有限的實驗時間內(nèi)只是驗證了一遍，沒有達(dá)到實驗?zāi)康模劜簧吓囵B(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新素養(yǎng)了。

4、實驗設(shè)計過程面面俱到，沒有留給學(xué)生發(fā)展和思維的空間

教材從實驗?zāi)康?、實驗原理、儀器設(shè)備、操作步驟到注意事項，都寫得十分詳盡，這客觀上會造成學(xué)生不去深入的思考實驗。

三、物理實驗教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)的策略

1、課堂演示實驗激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新精神

（1）提高演示實驗的趣味性，激發(fā)創(chuàng)新意識

教育家烏申斯基說：沒有絲毫興趣的強制性學(xué)習(xí)，將會扼殺學(xué)生探求真理的欲望。”興趣能促進(jìn)學(xué)生認(rèn)真思考、積極探究、努力創(chuàng)新。中國科技館的“飲水鳥”被科學(xué)家愛因斯坦稱為中國最神奇的玩具。先讓同學(xué)們看飲水鳥的視頻，因為“飲水鳥”會永不停息地喝水，被懷疑是人類發(fā)明的永動機，那么它究竟是怎么工作的呢？涉及到物理學(xué)中的哪些知識？等等。引起了同學(xué)們極大的興趣，從而激發(fā)了創(chuàng)新意識。

（2）講述演示實驗中物理學(xué)家的故事，激活創(chuàng)新動力

在教學(xué)中應(yīng)充分挖掘教材中蘊藏的豐富的情感因素，精心設(shè)計，組織教學(xué)活動。結(jié)合課本中介紹的伽利略、牛頓、愛因斯坦等科學(xué)家，是如何推動物理學(xué)的發(fā)展及他們在研究過程中的一些故事，讓學(xué)生利用課余時間找關(guān)于這些物理學(xué)家創(chuàng)造發(fā)明、生活中的資料，從中體會到科學(xué)家的那種強烈的事業(yè)心和積極的進(jìn)取心，遇到困難堅忍不拔、艱苦奮斗的精神。例如：牛頓看見蘋果落地而發(fā)現(xiàn)了“萬有引力定律”、法拉第用了十年時間發(fā)現(xiàn)“電磁感應(yīng)現(xiàn)象”等等。

（3）通過演示實驗創(chuàng)設(shè)問題情境，增強創(chuàng)新動力

強烈的好奇心，旺盛的求知欲是引發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維的動力和源泉。而實驗?zāi)苁刮锢憩F(xiàn)象在課堂中生動地呈現(xiàn)出來，讓學(xué)生感到驚奇、有趣，極大地激發(fā)學(xué)生的求知欲，促使學(xué)生去探究和深思。在置疑釋疑的過程中，既能豐富學(xué)生的知識又能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。

2、基礎(chǔ)實驗啟迪學(xué)生的思維能力

（1）奠定知識基礎(chǔ)

新課程教材對實驗分類進(jìn)行了改革，由原來的演示實驗和學(xué)生實驗拓展為學(xué)生實驗、演示實驗、做一做、問題和練習(xí)等。極大地豐富了高中物理實驗的內(nèi)容，同時也提高了對實驗的要求。物理基礎(chǔ)實驗可以開闊學(xué)生的知識視野，多方面思考問題，便于學(xué)生進(jìn)一步奠定基礎(chǔ)知識，加深物理基礎(chǔ)概念的理解，從而構(gòu)建科學(xué)合理的知識結(jié)構(gòu)，有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

（2）感悟?qū)嶒炦^程

物理概念和規(guī)律，都是物理現(xiàn)象（過程）的本質(zhì)聯(lián)系在人們頭腦中的反映。但現(xiàn)象本身不能揭示其本質(zhì)和隱蔽的內(nèi)涵，只有通過觀察實驗現(xiàn)象進(jìn)行科學(xué)的抽象，通過分析判斷對感性材料去粗存精，引導(dǎo)學(xué)生多方面討論思考，把握思維的深刻性，才能揭示本質(zhì)和隱蔽的內(nèi)涵。有效地提高學(xué)生思維水平，啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

例如在“楞次定律”一節(jié)教學(xué)中，采用學(xué)生分組實驗，先確定電流表中電流方向與指針偏轉(zhuǎn)的關(guān)系，后把螺線管與電流表串聯(lián)成閉合回路如下圖，觀察電流表指針偏轉(zhuǎn)方向，并做好記錄：

學(xué)生通過對現(xiàn)象的記錄進(jìn)行比較、歸納、分析和綜合，找出感應(yīng)電流的方向與磁通量變化之間的關(guān)系，得出楞次定律之后，讓磁鐵不動，線圈上下運動，要求學(xué)生用楞次定律判斷感應(yīng)電流的方向，然后用實驗進(jìn)行驗證。這一過程充分體現(xiàn)了實踐——理論——實踐的認(rèn)識過程，從而使學(xué)生的思維在認(rèn)識的程度上得到了深化，進(jìn)一步把握事物的現(xiàn)象和本質(zhì)之間的關(guān)系，強化學(xué)生知識的獲取過程，感悟了實驗過程。

（3）強化科學(xué)方法

物理實驗創(chuàng)造了理論聯(lián)系實際的學(xué)習(xí)過程，是對學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)造意識訓(xùn)練和科學(xué)方法訓(xùn)練的有效途徑。實驗本身就是基本的科學(xué)方法，實驗過程蘊涵著極其活潑的因素，它不僅能活化學(xué)生學(xué)到的物理知識，而且能引導(dǎo)學(xué)生像科學(xué)家那樣去觀察周圍的事物，用實驗手段去驗證事物的屬性，發(fā)現(xiàn)事物的變化、聯(lián)系和規(guī)律，讓學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的學(xué)習(xí)方法，掌握科學(xué)的研究方法，養(yǎng)成良好的習(xí)慣，逐步提高自身的創(chuàng)新能力。

3、設(shè)計實驗培養(yǎng)學(xué)生的探究能力

（1）設(shè)計驗證性實驗培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新個性品質(zhì)

據(jù)說法拉第在驗證“磁生電”的過程中，口袋里只有線圈、磁鐵和導(dǎo)線，在長達(dá)十年的時間里堅持和他的學(xué)生不斷探索，終于總結(jié)出了“法拉第電磁感應(yīng)定律”，培養(yǎng)了學(xué)生的探索精神和堅韌不拔的意志品質(zhì)。

（2）設(shè)計研究性實驗培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力。

研究性實驗設(shè)計，主要是要求學(xué)生通過已學(xué)的知識，完成相關(guān)物理常量的測量實驗。如測動摩擦因數(shù)，測重力加速度等。要求學(xué)生綜合運用己有知識采用合理的方法進(jìn)行設(shè)計和測量。

例如對于重力加速度的測量，學(xué)生對于重力加速度這一知識的理解，組織學(xué)生討論分析實驗知識原理，可以采用不同的知識內(nèi)容來進(jìn)行設(shè)計實驗：（l）根據(jù)自由落體運動來進(jìn)行測量，（2）根據(jù)平拋運動來測量，（3）根據(jù)單擺的周期公式來測量。同一個知識內(nèi)容的實驗還可以設(shè)計不同的實驗方案。如根據(jù)自由落體運動來測量重力加速度，涉及到運動時間的測量可以選擇不同的儀器，可以用停表，也可以用光電門計時。另外，利用停表如何提高測量的精確度？可以采用累積法，便于精確測量每滴水的下落時間——滴水法：調(diào)節(jié)水龍頭，使得上一滴水落到盆里時，下一滴水剛好滴下，測量n（30至50）滴水的下落時間t，則每滴水下落時間T=t/n。由刻度尺測出水龍頭到盆的高度h，由 ，測得 。聯(lián)系后面單擺知識，使學(xué)生的知識由點到面建立聯(lián)系，構(gòu)建一個合理的知識結(jié)構(gòu)。提高學(xué)生對知識的理解、聯(lián)系、應(yīng)用、拓展的能力，加深學(xué)生思維的廣度和深度，提高學(xué)生的發(fā)散思維能力。

（3）設(shè)計探索性實驗培養(yǎng)學(xué)生的自主探究能力

探索性實驗是用來尋找、探索物理概念、規(guī)律。先分析己有的實驗器材，根據(jù)己有的知識做出大膽猜想和假設(shè)，然后根據(jù)猜想和假設(shè)進(jìn)行自主探究實驗方案，設(shè)計實驗步驟，最后對實驗的結(jié)果和可能出現(xiàn)的問題設(shè)計對策，探索可行的實驗方案。

例如：讓學(xué)生利用秒表、細(xì)線、重錘粗略測量自己的身高。一開始學(xué)生認(rèn)為測身高應(yīng)該用帶刻度的卷尺或米尺來測量，而給的器材中沒有測量長度的，應(yīng)該怎么測量呢？學(xué)生可以分析器材的用途和學(xué)過的知識設(shè)計實驗來完成測量長度的目的，利用單擺的實驗根據(jù)擺長來實現(xiàn)對長度的測量。有單擺周期公式 ，得到 ，可見測出單擺的周期T并且知道當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭，就可以求出單擺的擺長l，而我們只要將擺長設(shè)計為自己的身高就可以了。

總之，在物理實驗教學(xué)過程中，教師可以運用各種手段，深入研究和探討物理實驗的教學(xué)方法，推進(jìn)實驗教學(xué)的改革和發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生對科學(xué)知識的渴望，養(yǎng)成良好的實驗習(xí)慣和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)，激發(fā)他們的創(chuàng)新精神，培養(yǎng)創(chuàng)新思維和探究能力。

參考文獻(xiàn)

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