高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的探索

李肖杰

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

關(guān)鍵詞：高中物理;實(shí)驗(yàn)教學(xué);創(chuàng)新能力

引言

創(chuàng)新是人類進(jìn)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(shí)驗(yàn)題均在課本基本實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新。因此，在物理的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，創(chuàng)新一方面是為了符合高考要求，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ嵘龑W(xué)生的科學(xué)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(shí)驗(yàn)題得分普遍較低。究其原因，這和物理實(shí)驗(yàn)課有一定關(guān)系[ 1 ]。傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式為：統(tǒng)一的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，規(guī)定的實(shí)驗(yàn)器材，固定的實(shí)驗(yàn)流程，已知的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。學(xué)生在課堂上成了知識的接受者，實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)課限制了學(xué)生的積極性，抑制了學(xué)生的激情，扼殺了學(xué)生的創(chuàng)新能力。因此，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，對常規(guī)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)做出改進(jìn)，勢在必行。那么，如何在高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力呢？

1 ?變換實(shí)驗(yàn)方式，啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)新

物理教學(xué)課堂上，實(shí)驗(yàn)的效果對理解物理規(guī)律意義重大。要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，首先要培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。課堂演示實(shí)驗(yàn)通常都以教師為主體，學(xué)生相當(dāng)于課堂的旁觀者，參與度低，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不高，不利于培養(yǎng)創(chuàng)新能力。而在學(xué)生實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生變成了課堂的主體，學(xué)生在教師的引導(dǎo)下一邊學(xué)習(xí)，一邊實(shí)驗(yàn)，在課堂上學(xué)生會同時(shí)動手和動腦，收獲兩種學(xué)習(xí)體驗(yàn)。課堂結(jié)構(gòu)由教師的邊教邊演示變成學(xué)生的邊學(xué)邊實(shí)驗(yàn)，學(xué)生會表現(xiàn)出極大的學(xué)習(xí)興趣，集中注意力，進(jìn)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(shí)驗(yàn)，有條件的情況下可將其轉(zhuǎn)化為探究性實(shí)驗(yàn)，例如，驗(yàn)證閉合電路歐姆定律實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生測出原電池的內(nèi)電壓和外電壓，啟發(fā)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出電源的內(nèi)電壓和外電壓之間的關(guān)系。

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

2 ?改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案，引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新

教師在原有實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過改變原來的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)器材的方式來實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的再設(shè)計(jì)，通過這種教學(xué)方式來發(fā)散學(xué)生思維，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。電學(xué)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)的電表進(jìn)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(jìn)行電表的改裝，來滿足實(shí)驗(yàn)需求[ 3 ]。

物理實(shí)驗(yàn)經(jīng)常還會利用某一實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行另外一個(gè)實(shí)驗(yàn)，或者用一套實(shí)驗(yàn)裝置同時(shí)進(jìn)行幾種實(shí)驗(yàn)測量。例如：利用伏安法測電阻的實(shí)驗(yàn)裝置，同時(shí)測量電源的電動勢和內(nèi)電阻。這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)裝置，兩種實(shí)驗(yàn)原理，兩個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，這種教學(xué)方式打破了學(xué)生的常規(guī)思維模式。這種教學(xué)方式可以改變學(xué)生的慣性思維，培養(yǎng)學(xué)生的探索能力。

3 ?重視誤差分析，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新

物理實(shí)驗(yàn)離不開測量，精準(zhǔn)的測量數(shù)據(jù)是物理實(shí)驗(yàn)的根本。在物理實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)原理的不完善、實(shí)驗(yàn)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(shí)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(zhǔn)確、操作失誤、作圖偏差等。偶然誤差隨機(jī)出現(xiàn)，且無法確定實(shí)驗(yàn)的測量值相對真實(shí)值偏大還是偏小，但在重復(fù)測量時(shí)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(shí)驗(yàn)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(yùn)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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的缺陷有關(guān)。例如：驗(yàn)證機(jī)械能守恒的實(shí)驗(yàn)中，空氣阻力對實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)物理量進(jìn)行測量，其測量值往往均大于真實(shí)值，或者均小于真實(shí)值，多次測量也無法減小其實(shí)驗(yàn)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(shí)，把測量對象位置交換）、替代法（安阻法測電阻）、補(bǔ)償法（驗(yàn)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(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，應(yīng)該讓學(xué)生掌握一些必要的實(shí)驗(yàn)誤差的基本知識，在分析實(shí)驗(yàn)原理的時(shí)候考慮實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的不足之處，在選擇實(shí)驗(yàn)器材的時(shí)候要考慮它的精準(zhǔn)程度，這個(gè)過程就是創(chuàng)新實(shí)踐的過程。要讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中學(xué)會比較，提出新的設(shè)計(jì)思想。

4 ?優(yōu)化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，助力學(xué)生創(chuàng)新

實(shí)驗(yàn)測出的數(shù)據(jù)，必須通過科學(xué)的分析和處理，才能得到實(shí)驗(yàn)結(jié)論，才能體現(xiàn)相應(yīng)的物理規(guī)律，因此，優(yōu)化數(shù)據(jù)處理也是實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新中的一個(gè)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(jìn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)原理，代入多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，多次計(jì)算待測物理量，把計(jì)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方面得到普遍應(yīng)用。將多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄到表格中，在坐標(biāo)紙上以適當(dāng)物理量為橫軸和縱軸，建立坐標(biāo)系，標(biāo)定好相應(yīng)標(biāo)度，描點(diǎn)，作圖。連線過程中應(yīng)保持相應(yīng)原則：讓盡可能多的點(diǎn)落在這條直線上，其余不在直線上的點(diǎn)要均勻分布在直線兩側(cè)，少數(shù)離直線太遠(yuǎn)的點(diǎn)直接棄掉。再利用數(shù)學(xué)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(shí)驗(yàn)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(diǎn)，導(dǎo)致最后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果比平均值法要更準(zhǔn)確。

綜上所述，在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中如何以更多更好地教學(xué)模式和教學(xué)方法來培養(yǎng)和提高學(xué)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(xiàn)：

[1]李仁喜. 高中設(shè)計(jì)性物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)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(shí)驗(yàn)教學(xué)中如何培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力[J].中學(xué)教學(xué)參考， 2017（14）： 50，59.

[3]高峰. 高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力[J].中學(xué)物理教學(xué)參考， 2016（14）： 24.