淺談物理實驗教學中學生創新能力的培養

物理實驗教學是培養學生創新思維、創新能力和科學素質的重要實踐環節，也是全面貫徹黨的教育方針，落實科教興國戰略的有效途徑。如何在物理實驗教學中培養學生的創新能力是本文主要探討的問題。

一、敏銳的觀察能力是創新的基礎

物理科學以實驗為基礎，但實驗的成功必須以正確的理論為指導，否則將導致實驗的失敗或儀器的損壞。因此在進行物理實驗之前，必須讓學生掌握好這方面的理論知識，只有在科學理論指導下，實驗才會成功。

要做好物理實驗，首先要學會觀察實驗。觀察是人們通過感覺器官或借助科學儀器對周圍存在的事物、現象、過程和人在自然存在條件下進行有目的、有計劃的感知和描述。觀察不等于看見，觀察力決定一個人的感知水平和深度。任何人的觀察能力都不是與生俱有的，只有通過長期的實踐，才能培養起來。學生觀察能力的培養不僅要靠自覺的實踐，更需要教師的引導、啟迪。培養觀察能力，首先要激發學生對觀察的熱情，這是獲得良好觀察結果和在觀察中有所發現的重要條件。縱觀歷史上諸多的科學家、發明家，無一不是通過積極主動的細心觀察，捕捉蛛絲馬跡而取得成功的。阿基米德通過觀察洗澡水溢出現象，發現了浮力定律；伽利略通過觀察教堂屋頂上吊燈的擺動，發現了擺的等時性原理；牛頓通過觀察、分析蘋果落地現象而發現了萬有引力定律；富蘭克林則通過觀察研究雷、閃電和云的形成過程，得出了雷電和摩擦帶電具有相同屬性的結論。

觀察的目的是探索和發現，是研究物理現象產生、變化的原因，從而達到對事物及其變化規律的深刻認識。現在有些學生，進入實驗室的目的只是想得到一組實驗數據，以便寫實驗報告交作業，對實驗的重要性沒有深刻的認識，更談不上去探討實驗的目的、意義和作用。因此，在實驗教學中，教師要設法引導學生勤于思考、善于思考，將觀察和思考緊密結合，使觀察自然地成為分析問題和解決問題的先導。例如在研究物體的浮沉條件實驗中，先將一只雞蛋放入濃鹽水中，讓學生觀察雞蛋的漂浮狀態。然后緩緩倒入清水稀釋濃鹽水，隨著鹽水濃度的不斷降低，雖然雞蛋排開液體的體積逐漸增大，但卻由漂浮狀態慢慢變成懸浮狀態，并最終沉入杯底。通過觀察分析該實驗現象得出結論：浸在液體中物體的上浮和下沉，決定于它所受浮力和重力的合力。

針對實驗中遇到的問題，教師要引導學生進行討論，對實驗結果進行科學的分析，提出獨立見解，指出實驗方法、實驗儀器的缺點，并提出改進實驗的措施，以增強學生的自信心和進取心，從而把學生做好實驗的積極性和主動性充分調動起來。例如在凸透鏡成像實驗中用蠟燭作為物，由于燭焰的對稱性，倒立像的左右位置對調現象觀察不出來，使學生得到的知識不全面。若把蠟燭換成空心“1”字屏作為物，另用其他光源照亮該屏，則倒立像的左右位置對調現象一目了然。

二、學生自主實驗是創新的關鍵

在物理實驗教學中要大膽培養學生自主實驗的能力，在不違犯實驗規則和儀器操作要求的前提下，不要管得太細、卡得太死。實驗內容要精講，提出目標和要求即可。應重點介紹儀器使用注意事項，以充分發揮學生的主觀能動性。對于某一門課程的實驗，可以先對常用儀器設備的結構、性能、使用要求集中講解，然后進行操作練習。當學生對儀器有了一定的了解后，就要放心地讓他們自己動手去研究需要解決的問題。學生在進入實驗室前必須明確實驗的任務和要求是什么?要達到的目標是什么?教師在指導學生實驗操作時，發現問題要巧妙地予以糾正，不要直接指出應該怎樣做，而是要啟發學生使其知道錯在什么地方，為什么會出錯，錯誤的操作會產生什么后果，讓學生自己領悟出怎樣做才是正確的。只有這樣開展實驗教學，才能有效地培養學生分析問題和解決問題的能力。

實驗室對學生開放，有利于學生在實驗里自主性學習，變被動為主動，使呆板的實驗內容和方法變得生動活潑，激發學生對實驗的興趣。通過開放實驗室，把老師要求學生做實驗轉變為學生自己想做實驗、自己需要做實驗、自己樂于做實驗。由于在開放實驗室里做實驗，沒有時間限制，實驗內容學生自己選擇，實驗方法自己設計，具有很大的自主性，這更有利于學生按照自己的想法仔細觀察實驗現象和分析實驗過程中遇到的問題。如學生在研究折射光偏振現象時，觀察到折射光的偏振化程度不高。分析其原因是玻璃“片堆”層數太少，因為普通玻璃的厚度為3mm，限制了“片堆”層數的增加。同學們想到在做熱學實驗時曾觀察過“布朗運動”，所用的蓋玻片較薄，經測量其厚度只有1mm。若用蓋玻片作為制做玻璃“片堆”的材料，在不增加玻璃“片堆”總厚度的情況下，其層數可增加兩倍，對提高折射光線的偏振化程度非常有利。實驗表明，用蓋玻片制作的玻璃“片堆”做折射光偏振實驗效果很好。

三、實事求是的科學態度是創新的靈魂

實事求是的科學態度是做好物理實驗的前提，是學好物理不可或缺的優秀品質，是創新的靈魂。在物理實驗教學中要特別注重學生科學態度的培養，使學生養成實事求是、一絲不茍、按規律辦事的作風。在實驗過程中要如實記錄實驗數據，堅決摒棄弄虛作假的做法，促使學生逐步養成崇尚真理、嚴謹踏實的學習態度，不斷提高自己的科學素質。在利用牛頓環研究等厚干涉現象實驗時，需要使用讀數顯微鏡，記錄數據過程中要求微調輪單方向轉動，中途不得反轉方向。一旦操作失誤，前面測量的數據全部作廢，需要重新開始測量。個別學生認為反正老師看不見，倒轉了你也不知道，何必費事重測。當實驗結果與理論值相差較大時，需要認真分析誤差偏大的原因，絕對不能任意改動或拼湊實驗數據。一些學生認為這又不是搞科學研究，把數據修改一下就行了，何必如此認真呢?針對這種思想，實驗開始前要特別提示學生絕對不能欺騙自己，欺騙老師，在科學面前不能摻雜半點虛假。

四、通過探究性實驗提高學生的創新能力

探究性實驗也可以認為是開拓性或發揮性實驗，它是由教師提出要探究的在課本上沒有現成結論或沒有惟一答案的問題，讓學生通過實驗去探索、研究出自己的結論。教學中要突出學生的主體作用，盡可能地發揮其獨立自主學習的主觀能動性，在教師的指導下學生進行自行設計、獨立操作，將所學知識在實踐中靈活運用。在整個實驗的教學過程中，使學生對實驗的探索、研究及過程的確立、問題的解決，自始至終都進行科學有效的思考。讓學生充分開拓自己的思維，在一定的要求范圍內以不同的方式，運用所掌握的知識，獨立地發現、探索、研究和解決實際問題。通過這樣的實驗過程，學生既鞏固了所學到的知識，又培養了基本技能和觀察問題、分析問題、解決問題的能力。因此，探究性實驗教學對學生創新能力的提高，有著極其重要的意義。例如在中學物理課本中有一個研究大氣壓強的“覆杯實驗”，一般教科書中都要求玻璃杯內裝滿水，并用一塊薄玻璃板蓋在杯口。現在讓學生探究在玻璃杯內未裝滿水的情況下會出現什么結果?用硬紙片代替玻璃板會出現什么現象?要求學生仔細觀察實驗現象，并根據實驗結果進行定性或定量的理論分析。該實驗需要的材料易得，操作簡便，但卻包含了大氣壓強、氣體定律、表面張力、重力、液體性質等許多物理知識，需要學生綜合利用物理知識去創造性地解決問題。

探究式實驗過程涉及的相關因素較多，原理、方法、操作每一環節都要高度重視，稍有疏忽就有可能導致實驗的失敗。有些學生一旦發現實驗結果和預期值不一致，往往歸咎于實驗儀器或其他客觀條件，而不去尋找個人因素。有的學生在實驗中遇到挫折就怨天尤人，甚至半途而廢。教師應有意識地通過一些物理學家事跡的介紹，對學生進行科學態度、科學探索精神的教育，使學生深刻認識到科學實驗的復雜性和艱難性，從而起到豐富學生思想情感、磨煉人格意志、培養嚴謹學習態度的作用。使物理學家的創造性思維在教學中得以提煉再現，對物理學家分析處理問題的方法思路有所領悟，進而不斷提高學生的創新能力。

培養學生的創新能力，是21世紀對人才的需求，這不僅關系到學生以后如何在社會上生存和發展，更關系到一個國家的興旺發達。因此我們必須轉變傳統的教育觀念，完成從培養“知識型”人才到培養“智慧型”、“創新型”人才的轉變。通過物理實驗教學這一載體，切實做好學生創新能力的培養工作，為社會培養出大批符合時代要求的合格人才。

責任編輯 孫海燕