改革物理實驗教學培養學生創新意識與實踐能力

張艷娜

新課程的一個重要理念是注重科學探究，提倡學習方式多樣化。科學探究包括以下幾個要素：提出問題、猜想與假設、設計實驗、進行實驗、分析與論證、評估、交流與合作。科學探究的過程需要運用具體的方法，物理實驗作為物理學科開展科學探究的重要思想和方法，是學生科學素養形成和發展的基礎和組成部分。因此加強科學探究，特別是在高中物理課程中，運用科學探究的思想改革物理實驗教學，使科學探究落到實處，能有效地提高學生的科學素養、創新意識和實踐能力。本文從5個方面探討如何在物理實驗教學中落實科學探究的課程目標，培養學生創新意識、科學探究能力和實踐能力。

利用課堂演示實驗進行方法教育，讓學生

學習科學探究的思想方法

課堂演示實驗是教師結合課堂教學內容的需要，用演示的方法進行的實驗教學，是一種直觀的教學手段。它是教師講解物理學概念、規律的基礎，也是培養學生思維能力、觀察能力，掌握科學方法的有效途徑。通過演示實驗進行方法教育，不僅能讓學生學會如何確定實驗的步驟，掌握一些基本的實驗技能，更重要的是引導學生學習實驗設計的思想，研究物理問題的實驗方法，為培養他們的物理創新能力打下良好的基礎[1]。

如初中學生在研究“導體電阻與哪些因素有關”的演示實驗中，實驗的要求是定性的，通過用保證電壓U一定用電流強度 來比較電阻R的大小，讓學生體會到“控制變量”“間接測量”進行實驗是中學階段的一種重要方法。在教師的演示實驗中,學生還可以潛移默化地學習到如“以大量小”“疊加法”“放大法”“替代法”“比較法”和“驗證法”“模型法”以及用圖象處理實驗數據等探究物理問題的重要方法，在以后的學習中就能自主靈活地運用這些方法，培養探究意識。

在多種實驗方案的設計、討論和辨析中

培養學生的科學探究能力

在高中電阻定律的學習中，引導學生在初中定性研究“導體電阻與哪些因素有關”實驗的基礎上深入探究定量關系，學生可以根據控制變量的方法提出設計方案，也可以提出一些具體問題，自己設計實驗方法進行實驗。這里介紹一個案例。

形成猜想和假設

1）有n條材料相同、長度相同、截面積s相等的電阻絲串聯在電路中，設每條電阻絲的電阻為r，請推導出這些電阻串聯的總電阻R的關系式。（根據串聯電路的特點，R=nr，又由于電阻絲的總長L=n ，可得：R/r=L/l）

2）有n條材料相同、長度相同、截面積s相等的電阻絲并聯在電路中，設每條電阻絲的電阻為r，請推導出這些電阻并聯的總電阻R的關系式。（根據并聯電路的特點，R=r/n，又由于電阻絲的總截面積S=ns，可得：R/r=s/S）

3）根據上面推演的關系式，可能提出什么樣的猜想？（電阻絲的電阻與其長度成正比，與其截面積成反比）

設計實驗因為這種關系是在給定的特殊條件下推導出來的，還沒有證明是否具有普遍的意義，所以需要用實驗來驗證。為了設計實驗，引導學生思考以下問題。1）需要驗證的假設是什么？R與L和S的定量關系；2）怎樣測量電阻R？應用歐姆定律。3）怎樣選擇和設計技術方案？學生與教師共同討論，設計和選擇一定的技術方案。

方案1控制電壓相同，分別改變導體的長度、截面積和材料，比較電流強度，如同初中物理實驗中的方案。

方案2控制電流強度相同，比較不同長度、截面積、材料的導體的電壓，電路如圖1所示。

方案3測量電流、電壓，用伏安法計算出導體的電阻，研究電阻與導體參數的關系。

方案4替代法測電阻，即用電阻箱替代待測電阻，在其他條件不變的情況下，調節電阻箱電阻，使替代前后的電流相同。

通過引導學生設計、選擇實驗方案，既體現了科學探究的思想，也是學習實驗設計方法的過程，如間接測量的方法、控制變量的方法、等效替代的方法等。由于課堂上受時間的限制，一般只選擇眾多方案中的一種，不一定是最好的一種，而只是較可行的一種。最后學生從諸多的實驗器材中選擇恰當的實驗器材來進行實驗。從設計實驗方案到確定實驗器材，學生經歷一個從發散到聚合的思維過程，學生在探究中體驗科學方法的運用，這對培養學生的創造性思維和科學探究能力有著獨到的作用。教師應認真體會，提高認識，并努力挖掘有關素材，以有效培養和提升學生的科學探究能力。

變部分演示實驗為隨堂學生實驗，讓學生

感受科學探究的樂趣，培養實踐能力

將一些演示實驗改為隨堂學生實驗，尤其是探索性實驗，可以增加學生動手和合作交流的機會，有利于提高觀察和實驗能力。如在學習電磁感應現象“探究電磁感應的產生條件”這節課時，課堂上在各組討論提出電磁感應產生的可能條件后，讓學生利用實驗臺上的大量儀器進行探究。教師有意識地引導學生進入科學探究的情景中，讓他們親身體驗探索新知識的過程，在實驗和觀察基礎上通過抽象思維和邏輯思維，和同組同學概括得出產生電磁感應的條件，達到理性認識，使自己成為“發現者”或“成功者”。這樣探索性的學生隨堂實驗，使學生經歷與科學家相似的探究過程，親自參加問題的提出、假設、實驗設計、進行實驗及交流與合作等實踐過程，既達到開拓思維、交流合作的目的，又使學生的能力在實驗中得到加強、訓練，充分體現科學探究的樂趣，領悟科學的思想和精神。這對于培養學生實事求是的科學態度，養成同學間交流與合作的良好習慣，以及發展實踐能力都有著非常重要的作用。

再如，在課堂演示彈簧振子做簡諧振動的基礎上，可以引導學生隨堂探究“研究彈簧振子的周期和小球質量的關系”，培養學生分析和處理實驗數據的能力。要求學生在測出若干組數據后列表，通過在坐標紙上描點，做出擬合曲線，用相應的函數表達這條曲線。在這個實驗中，學生事先并不知道它的圖象是什么樣的，只是在看到這些點的分布和走向之后，才意識到也許能用某個二次函數來近似地表示。在這種想法的指導下，有些學生會嘗試做出T2和m的關系曲線，在這之后就會明確地得到周期與小球質量的定量關系。如引導學生再換其他幾個彈簧做這個實驗，還可以進一步解釋彈簧振子周期和小球質量關系函數式中參數的物理意義。這個實驗所用的方法是科學實驗中一個非常典型的方法，學會這個方法將會使學生在今后的學習和工作中受益良多。

利用分組實驗進行一量多測，給學生

提供充分的探究機會

如果教師提供給學生的器材不是唯一的，而是多樣和開放的，那么學生的實驗方法也將是多樣和開放的。從諸多器材中恰當地選擇出所需的實驗器材，對提高學生選擇器材的能力無疑是一種很有效的途徑。如在電學分組實驗中，在學生掌握實驗原理的基礎上，允許學生用不同的器材、不同的實驗步驟進行操作實驗，可以極大地提高學生學習物理的興趣，發展學生的個性，活躍學生的創新思維。如測電源的電動勢和內阻的實驗，如果再提供一個電阻箱，學生通過外電路U、I、R關系的變換，閉合電路歐姆定律可以寫成E=U+Ir、E=U+U/R和E=I（R+r）。因此，通過測量U和I，或者U和R，或者I和R，都可以求得電動勢和內阻。實驗方法的多樣性可以拓展學生的思路，使統一、基本的實驗要求和靈活、多樣的實驗方法相結合，培養學生的科學探究意識。

利用實驗中的“錯誤”創設學習情境，挖掘

探究潛能，培養學生解決實際問題的能力

一些教師在指導實驗時，往往把注意力集中在使學生不犯錯誤，盡快得到自己希望的正確結論。這樣做固然可使實驗進程順利，但卻使學生失去許多鍛煉的機會。可以說，影響實驗功能發揮最活躍的因素存在于實踐過程中，因此教師必須盡量提供給學生參與體驗的機會，讓學生在實踐中提出問題、思考問題和解決問題，學會觀察和獨立思考，并適時利用實驗中的“錯誤”來提升學生的科學探究能力。

例如描繪小燈泡的伏安特性曲線的實驗中，學生第一次動手接變阻器的分壓式接法，在連接圖2所示電路時常會出現錯誤，因此就成了一個很好的訓練排除電路故障的機會。通常學生遇到問題時，表現得“手忙腳亂”，盲目地檢查導線的連接，仍不能解決問題時就重新連接電路。實際上，該實驗控制的部件是開關和變阻器，觀察獲取信息的對象是電流表和電壓表（例如電流表有讀數、電壓表沒有讀數；電流表和電壓表都沒有讀數；電壓表讀數有變化、電流表讀數很小且幾乎沒有變化等），應當根據呈現的現象進行分析，提出一種猜想，再嘗試排除故障；如不能排除再修正猜想和嘗試驗證，直到故障排除。對于可能斷路或接觸不良的情況，可以有針對性地檢查某局部電路，拆除某一導線以嘗試驗證，也可以用一根好的導線逐段短接替代原有的導線，以迅速地找出故障所在。這種排除故障的過程就是一次探究學習的過程，它對于提高學生的科學探究能力是非常有幫助的。

當然，除了上述談到的幾個方面之外，引導學生做體驗性實驗，利用實驗對習題中的情景進行實驗操作，建立理論和實際的聯系，加強自制教具在實驗教學中的應用，建立中學物理實驗數字化平臺等，都是培養科學探究能力的有效途徑。

總之，物理實驗是中學物理教學的重要環節，天然地具有進行科學探究、培養學生科學探究精神和科學方法的功能。在實驗教學中，教師應該努力挖掘實驗教學的潛力，更好地培養學生的創新能力；使學生的學習變成一個主動探索的過程，變“要我學”為“我要學”；不但使學生獲得知識，學會實驗技能，更重要的是要通過實驗教學，啟迪學生的思維，培養學生的創新意識、實踐能力和科學探究能力，使他們健康成長，成為時代所需要的創新人才。

參考文獻

[1]劉炳昇.繼承與創新——新課程理念下高中物理實驗教學的幾點建議[J].中學物理教學參考,2007(06):2-4

（作者單位：浙江省樂清市二中）