高中物理教學(xué)中創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐探討

摘 要：高中物理與初中物理不同，所涉及的內(nèi)容具有更強(qiáng)的邏輯性和辯證性，對(duì)學(xué)生的理解能力和立體模型構(gòu)建能力也相應(yīng)地提出了更高的要求?，F(xiàn)代教育理論下，為了適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需要，應(yīng)培養(yǎng)出具有實(shí)踐操作能力的綜合型人才，高中教師必須重視物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)。本文圍繞高中物理教學(xué)中創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和實(shí)踐展開論述，就物理實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)操作發(fā)表筆者的一些意見。

關(guān)鍵詞：高中物理教學(xué);創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì);實(shí)踐探討

物理實(shí)驗(yàn)使教材中的物理原理變得立體化和可視化，將原理推導(dǎo)過(guò)程動(dòng)態(tài)化，能夠幫助學(xué)生更加直觀、全面地掌握所學(xué)內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)中一種非常重要的教學(xué)手段，教育部門也鼓勵(lì)高中物理教師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新，根據(jù)學(xué)科內(nèi)容特點(diǎn)和學(xué)生學(xué)習(xí)情況有針對(duì)性地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，能夠幫助學(xué)生更加深刻、通透地掌握物理知識(shí)。

一、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)對(duì)高中物理教學(xué)的意義

物理學(xué)科對(duì)學(xué)生的邏輯思維要求較高，如果學(xué)生只是單純地對(duì)理論進(jìn)行記憶背誦的話，那么則無(wú)法達(dá)到理想的學(xué)習(xí)效果。仔細(xì)研究物理學(xué)習(xí)方式，可以發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)習(xí)的有效手段。物理學(xué)習(xí)不拘泥于字詞的運(yùn)用和句子的整合，更多的是在理解物理原理之后，對(duì)原理運(yùn)用的相關(guān)事例進(jìn)行觀察分析，做到舉一反三，將這種原理靈活地運(yùn)用到生活中的更多領(lǐng)域。物理實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚴箤W(xué)生更加直觀地觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并將相關(guān)原理代入實(shí)驗(yàn)過(guò)程的每一個(gè)環(huán)節(jié)。同時(shí)，做實(shí)驗(yàn)的過(guò)程還鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手操作能力，加上對(duì)一些步驟進(jìn)行規(guī)范操作，能夠使學(xué)生深刻理解一些錯(cuò)誤操作導(dǎo)致的錯(cuò)誤現(xiàn)象，更加透徹地展開分析，根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象判斷“實(shí)驗(yàn)操作是否規(guī)范”“哪一部分實(shí)驗(yàn)操作出現(xiàn)了問(wèn)題？”

實(shí)踐的目的是認(rèn)知，只有不斷實(shí)踐才能推動(dòng)對(duì)新事物發(fā)展的深度認(rèn)識(shí)。如果只是進(jìn)行理論學(xué)習(xí)，缺乏實(shí)踐操作的話，會(huì)導(dǎo)致學(xué)生無(wú)法了解實(shí)踐的相關(guān)內(nèi)容和理論的具體運(yùn)用，無(wú)法達(dá)到理想的物理學(xué)習(xí)效果。為了讓學(xué)生能夠更加靈活地運(yùn)用物理知識(shí)，推動(dòng)物理知識(shí)更好地服務(wù)于社會(huì)實(shí)踐，高中物理教師應(yīng)該改變傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，根據(jù)時(shí)代發(fā)展特點(diǎn)和學(xué)生學(xué)習(xí)特點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新，調(diào)整實(shí)驗(yàn)方案，設(shè)計(jì)出更有針對(duì)性和挑戰(zhàn)性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案，并在一定程度上給學(xué)生留出思考和創(chuàng)新的空間，在確保實(shí)驗(yàn)課堂效果的同時(shí)，向?qū)W生拓展相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，增加學(xué)生對(duì)更多物理知識(shí)的了解，更加綜合、全面地考慮問(wèn)題，提高學(xué)生的邏輯分析能力。除此之外，教師還應(yīng)該從現(xiàn)代教育教學(xué)理論中吸取經(jīng)驗(yàn)和精華，注重調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，改變傳統(tǒng)的“填鴨式”教學(xué)方法，調(diào)整授課模式，幫助學(xué)生培養(yǎng)良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，提高對(duì)物理的學(xué)習(xí)興趣，發(fā)展學(xué)生的學(xué)習(xí)思維。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的優(yōu)化，將實(shí)驗(yàn)教學(xué)與教材內(nèi)容結(jié)合得更緊密，促進(jìn)學(xué)生循序漸進(jìn)、由淺入深地掌握基本內(nèi)容，提高學(xué)生的實(shí)踐操作能力[1]。

二、高中物理教學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐方案

（一）細(xì)化實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，放大實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)

為了幫助學(xué)生能夠全面立體地學(xué)習(xí)新的物理原理，教師應(yīng)該做出表率，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真審題，抓住實(shí)驗(yàn)題目中的重要信息，細(xì)化實(shí)驗(yàn)操作，并在實(shí)驗(yàn)教學(xué)課堂中放大實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)，及時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)操作的重難點(diǎn)進(jìn)行分析延伸。為了實(shí)現(xiàn)這一教學(xué)目標(biāo)，教師可以在實(shí)驗(yàn)課堂中親自示范正確的實(shí)驗(yàn)操作，根據(jù)實(shí)驗(yàn)操作的難度，合理地安排示范實(shí)驗(yàn)。而且為了確保實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)效果，將實(shí)驗(yàn)全部交由學(xué)生來(lái)做這種方法并不可取。一方面，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)操作和流程的認(rèn)識(shí)僅來(lái)源于課本敘述和課堂講解，對(duì)實(shí)驗(yàn)流程還沒做到深度了解，可能導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)的不成功;另一方面，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的陌生導(dǎo)致他們無(wú)法正確處理突發(fā)狀況，對(duì)已出現(xiàn)問(wèn)題的器材也不知道如何補(bǔ)救，所以延緩了實(shí)驗(yàn)進(jìn)程，出現(xiàn)很多學(xué)生沒有完成實(shí)驗(yàn)操作，僅僅拼湊實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)就離開實(shí)驗(yàn)室，無(wú)法起到實(shí)驗(yàn)課堂應(yīng)有的作用。

如果是操作比較復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)，教師則可以要求學(xué)生在操作之前先觀看教師的實(shí)驗(yàn)示范，教師在示范過(guò)程中要細(xì)化實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，與教材內(nèi)容緊緊相扣，這樣才能使學(xué)生更加牢固地記住相關(guān)內(nèi)容。而且為了增強(qiáng)學(xué)生的參與度，可以選擇讓學(xué)生口述實(shí)驗(yàn)步驟，教師進(jìn)行實(shí)際操作，同時(shí)在操作過(guò)程中對(duì)學(xué)生的步驟解說(shuō)進(jìn)行分析、糾正、補(bǔ)充，讓整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程變得豐富充實(shí)。比如在進(jìn)行“物體平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律探究”“圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律探究”等比較復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于涉及的實(shí)驗(yàn)器材多，需要控制的物體初始條件比較嚴(yán)格，所以學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成功率普遍不高。在平拋實(shí)驗(yàn)中，如果水平槽不水平、拋出的坐標(biāo)原點(diǎn)不在水平槽的端點(diǎn)或者每次釋放小球的位置都不相同，都會(huì)影響對(duì)小球平拋軌跡的描繪，所以學(xué)生很容易在這些實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)不規(guī)范操作，出現(xiàn)較大誤差。所以，教師通過(guò)向?qū)W生展示正確的實(shí)驗(yàn)操作，并且在操作過(guò)程中進(jìn)行分析，讓學(xué)生真正理解這一實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的原理、測(cè)量數(shù)據(jù)所包含的意義，在明白了實(shí)驗(yàn)方法是控制變量法之后，也就對(duì)上述易錯(cuò)操作的原因有了更加透徹、深刻的理解。如果是操作難度較低的實(shí)驗(yàn)，教師可以選擇在學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)后再進(jìn)行正確的實(shí)驗(yàn)示范，這樣能夠起到督促學(xué)生反思操作、分析錯(cuò)誤的作用，同時(shí)教師也要加入對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟的解說(shuō)和補(bǔ)充，加深學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的記憶。比如，在進(jìn)行“力的合成與分解”實(shí)驗(yàn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)器材包括木塊、鐵塊、海綿、水瓶等簡(jiǎn)單物品，方法就是控制變量法。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，通過(guò)保證其他條件的一致性，改變實(shí)驗(yàn)所研究的那一個(gè)特定的變量，然后觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。整體來(lái)說(shuō)，操作起來(lái)比較簡(jiǎn)單，但依然有很多易錯(cuò)點(diǎn)，如果學(xué)生馬虎大意，沒有看清實(shí)驗(yàn)要求和實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象，則同樣會(huì)導(dǎo)致很大的實(shí)驗(yàn)誤差，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

（二）觀察實(shí)驗(yàn)過(guò)程，指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)操作

為了確保學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范，面對(duì)不合適的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象時(shí)也能夠做出科學(xué)合理的分析，教師應(yīng)該在實(shí)驗(yàn)開始前，反復(fù)強(qiáng)調(diào)教學(xué)要點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中重視對(duì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作上的指導(dǎo)，通過(guò)“實(shí)驗(yàn)”這種簡(jiǎn)單、直接的方法，能夠使學(xué)生在思考時(shí)有更多的突破方向。雖然高中生具有更強(qiáng)的獨(dú)立操作能力，但是在第一次做新實(shí)驗(yàn)時(shí)，也會(huì)很容易出現(xiàn)心情緊張、操作失誤等現(xiàn)象，所以，教師應(yīng)該走下講臺(tái)，拉近與學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的距離。

為了提高實(shí)驗(yàn)課堂上的教學(xué)效率，最好的方法就是將班里同學(xué)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分組。分組的時(shí)候要遵循科學(xué)性和規(guī)律性，不能隨意對(duì)班內(nèi)學(xué)生進(jìn)行小組劃分。首先，應(yīng)該根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)操作的要求，調(diào)整各個(gè)組的人數(shù)，一定要保證在實(shí)驗(yàn)課上對(duì)每一組都要進(jìn)行指導(dǎo)分析，教師在走到一個(gè)小組面前時(shí)，可以隨意要求一位成員介紹實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的程度，然后再選一位同學(xué)解說(shuō)他們的實(shí)驗(yàn)操作。教師的這種教學(xué)方法，能夠有效地集中學(xué)生的課堂注意力。對(duì)很多上課走神的學(xué)生來(lái)說(shuō)，能夠引起一定的緊張意識(shí)。因?yàn)榻處熯x擇學(xué)生起來(lái)講解實(shí)驗(yàn)和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作是隨機(jī)的，所以會(huì)更加認(rèn)真地跟隨教師的課上學(xué)習(xí)，能夠有效地提高學(xué)生本堂課的學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)效果。在脫離教材的情況下，根據(jù)學(xué)生對(duì)所做實(shí)驗(yàn)的掌握和理解進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這是教師對(duì)學(xué)生進(jìn)行糾正強(qiáng)調(diào)的最佳時(shí)機(jī)。比如，在進(jìn)行“探究勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，通過(guò)計(jì)數(shù)小車在一定時(shí)間內(nèi)的打點(diǎn)數(shù)，計(jì)算出小車的加速度和速度。有的學(xué)生會(huì)由于混淆基礎(chǔ)公式出現(xiàn)計(jì)算錯(cuò)誤;有的學(xué)生則會(huì)因?yàn)閷?duì)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器操作不當(dāng)，使紙帶上出現(xiàn)打點(diǎn)錯(cuò)亂，從而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在分組的情況下，通過(guò)督促每個(gè)小組內(nèi)成員分工合作，在組員的相互提醒和指導(dǎo)下，已經(jīng)在很大程度上減少了錯(cuò)誤操作的發(fā)生，幫助學(xué)生能夠及時(shí)地學(xué)習(xí)到正確操作，取長(zhǎng)補(bǔ)短，彌補(bǔ)自己的不足。

（三）增加實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)，緊密聯(lián)系實(shí)際

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)的另一個(gè)出口點(diǎn)，就是增加實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)，跳出實(shí)驗(yàn)室的限制，將實(shí)驗(yàn)帶到課堂中，緊密地將物理知識(shí)與生活實(shí)際聯(lián)系起來(lái)，使學(xué)生對(duì)邏輯復(fù)雜、內(nèi)容相對(duì)枯燥的物理知識(shí)產(chǎn)生新的理解[2]。通過(guò)將理論知識(shí)與生活實(shí)際巧妙結(jié)合，不僅能夠提高學(xué)生對(duì)物理學(xué)習(xí)的興趣與熱情，還能夠幫助學(xué)生理解相關(guān)物理原理，擴(kuò)寬這一原理的應(yīng)用領(lǐng)域，發(fā)散學(xué)生的思維，鍛煉學(xué)生的實(shí)踐操作能力。

比如，在進(jìn)行第三單元摩擦力的學(xué)習(xí)時(shí)，教師就可以有效利用教室、學(xué)校、生活中的各種物品對(duì)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)展示，幫助學(xué)生深刻理解摩擦力的概念，掌握分析摩擦力的技巧和方法，幫助學(xué)生在摩擦力相關(guān)試題的分析中抓住要點(diǎn)，正確合理地解答。教師可以利用教室內(nèi)靜止的物品向?qū)W生舉例，詢問(wèn)學(xué)生：這些物體是否具有摩擦力？如果有摩擦力的話，又是什么力與它抵消？比如，課桌和黑板上的黑板擦都是靜止的物體，那么它們的摩擦力是否都為零？如果不為零，摩擦力的方向和大小怎么分析？通過(guò)對(duì)這些受力簡(jiǎn)單的物體進(jìn)行分析后，教師可以增加提問(wèn)難度，在講臺(tái)上緩慢前行，詢問(wèn)學(xué)生：當(dāng)我走路時(shí)，邁出的左腳和未邁出的右腳受到的摩擦力又是如何？是否相同？如果不同，它們各自的大小和方向怎樣分析？還有公路上常見的機(jī)動(dòng)車在剎車和加速時(shí)受到的摩擦力是不是一樣？如果不一樣，方向和大小怎么分析？這樣，由靜止的物體自然地引入到運(yùn)動(dòng)的物體，通過(guò)教師引導(dǎo)性的幫助，使學(xué)生由淺入深地思考關(guān)于摩擦力的問(wèn)題，再讓學(xué)生接觸到各種難度的摩擦力分析情況，能夠使學(xué)生在初學(xué)摩擦力這一內(nèi)容時(shí)就產(chǎn)生清晰、全面的認(rèn)識(shí)，緊密結(jié)合日常物品和生活實(shí)際，拉近學(xué)生與摩擦力這一知識(shí)的距離，幫助學(xué)生學(xué)會(huì)以動(dòng)態(tài)的視角看待問(wèn)題、用發(fā)展的思想解決問(wèn)題，有助于學(xué)生在物理學(xué)習(xí)的過(guò)程中不斷探索、不斷創(chuàng)新。

（四）探究實(shí)驗(yàn)原理，還原實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

無(wú)論實(shí)驗(yàn)過(guò)程是否復(fù)雜，教師都應(yīng)該組織學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)操作，改變學(xué)生對(duì)物理學(xué)習(xí)的刻板印象，在動(dòng)手的同時(shí)理解相關(guān)原理，加深理解并掌握舉一反三的能力。

比如，在進(jìn)行“力的平行四邊形法則”時(shí)，由于原理簡(jiǎn)單易懂，而且學(xué)生也容易理解字面定義，但是恰恰是因?yàn)閷?duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)的忽視，導(dǎo)致很多學(xué)生只具備簡(jiǎn)單運(yùn)用此原理的能力，一旦題目難度稍有上升，就完全找不到解題思路。舉例說(shuō)明，物體的平拋運(yùn)動(dòng)可以拆解成“水平方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)與垂直方向上的初速度為0的勻加速運(yùn)動(dòng)”，又有多少同學(xué)將這一突破點(diǎn)與“平行四邊形法則”聯(lián)系起來(lái)？仔細(xì)思考，兩者有很巧妙的異曲同工之處，而且在做“平拋運(yùn)動(dòng)”相關(guān)試題時(shí)，如果能夠?qū)W會(huì)利用“平行四邊形法則”拆解分析，那么再難的題目也會(huì)迎刃而解。除了要重視每一個(gè)實(shí)驗(yàn)原理的驗(yàn)證，教師也應(yīng)該分配大量精力去探討實(shí)驗(yàn)原理的呈現(xiàn)形式[3]。以“力的平行四邊形法則”為例，課本上的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證是利用橡皮條的伸縮性與圖釘?shù)墓潭ㄗ饔脕?lái)驗(yàn)證此原理，實(shí)驗(yàn)道具的簡(jiǎn)單易得也提高了實(shí)驗(yàn)的可行性。但同時(shí)也將“平行四邊形法則”的內(nèi)涵易化，使學(xué)生的思考范圍局限在簡(jiǎn)單的原理應(yīng)用，難以學(xué)會(huì)外推原理，無(wú)法解決更加有難度更加需要解題技巧的題目。為了彌補(bǔ)這一不足，教師可以將橡皮條實(shí)驗(yàn)作為課堂導(dǎo)入，讓學(xué)生對(duì)“力的分解與合成”有初步的認(rèn)知，然后利用多媒體教學(xué)設(shè)備設(shè)置更多的參數(shù)，將力的方向與大小講得更加透徹。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新，教師作為引導(dǎo)者，通過(guò)對(duì)生活中的相關(guān)現(xiàn)象進(jìn)行聯(lián)系、解釋，讓學(xué)生依靠自己的邏輯整理出不同的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。在講述“同一方向上的合力與分力”時(shí)，教師可以舉出拔河比賽的例子，然后引導(dǎo)學(xué)生說(shuō)出“在光滑平面上使兩個(gè)小車相背而行，通過(guò)增減砝碼來(lái)改變小車的拉力”或者“設(shè)計(jì)兩個(gè)在水平方向上的動(dòng)滑輪，通過(guò)增減砝碼改變滑輪拉力”等實(shí)驗(yàn)設(shè)想，不僅可以檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的掌握程度，還能促使學(xué)生思考，培養(yǎng)其形成規(guī)范的實(shí)驗(yàn)思維。而且在學(xué)習(xí)“物體的平拋運(yùn)動(dòng)”時(shí)，為了幫助學(xué)生學(xué)會(huì)將所學(xué)知識(shí)融會(huì)貫通，教師就應(yīng)該滲透“平行四邊形法則”，使學(xué)生對(duì)“分解與合成”相關(guān)理論形成更加牢固的認(rèn)知[4]。因此，任何一個(gè)原理的驗(yàn)證都必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)明，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ徒⒌闹匾砸簿筒谎远鳌?/p>

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，為了讓學(xué)生能夠更加深入、全面地理解物理知識(shí)，并不斷地將物理學(xué)科內(nèi)容應(yīng)用到社會(huì)實(shí)踐中，教師必須增加物理實(shí)驗(yàn)課時(shí)，積極地對(duì)教學(xué)方案做出調(diào)整，設(shè)計(jì)出科學(xué)合理的教學(xué)計(jì)劃，采用課堂與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)模式，使學(xué)生對(duì)相關(guān)物理原理有更加充分、全面的認(rèn)識(shí)。在將物理知識(shí)運(yùn)用于物理實(shí)驗(yàn)這一過(guò)程中，學(xué)生不僅完成了對(duì)物理所學(xué)內(nèi)容的理解和實(shí)踐，還在無(wú)形之中鍛煉了自己的動(dòng)手操作能力。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，物理學(xué)科方面的人才需求不斷擴(kuò)大，因此，物理教師進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有更大的意義，應(yīng)該積極地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)并投入教學(xué)實(shí)踐中。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：張永好（1980— ），男，漢族，陜西米脂人，陜西省榆林市靖邊中學(xué)，中學(xué)高級(jí)，本科。研究方向：高中物理教學(xué)。