高中物理實驗教學中培養學生創新能力的探討

20世紀初以來，創新研究和實踐逐步受到重視。物理課程這門以物理學的內容為素材，以提高全體學生的科學素質，促進學生的全面發展為主要目標的基礎課程，不僅是學生學習科學技術和就業的必要基礎，而且對培養學生的創新能力也具有極為重要的地位，是其他學科所不能替代的。創新教育是素質教育的核心，是物理新課改的立足點。物理科《新課程標準》在課程價值，課程理念，課程目標以及課程實施建議中都出現“創新”一詞，滲透了創新教育理念的中學物理新課程教學，特別在物理實驗教學中，有著不同于傳統物理教學的特征。

一、注重實驗探究中的選擇意識，激發學生的探究興趣，逐步形成創新能力

新課程理論認為，人們對未知事物的探求精神是與生俱來的，科學教育應該保護并發揚青少年的探究精神。沒有探究，就沒有科學。實施高中物理新課程就要在實驗方面給學生提供必要的科學探究機會，讓學生通過自己的思維，動手實驗，體驗實驗探究過程的曲折和樂趣。培養科學探究的能力，增強對科學探究的理解，但探究什么內容，用什么樣的方式進行探究，卻具有較大的選擇性。有些知識往往是一些事實和陳述性記錄，難以觀察、探究，運用聽講、閱讀、理解和訓練等接受性學習方式 往往更有效。如講到“萬有引力常量的測定”時，由于該實驗裝置較為復雜、精密，在高中物理實驗教學中，學生極難想到這種方法，學生的思維跨度大，容易形成“跳一跳，夠不著”的現象。在選擇探究的內容上，一定要明確問題的情景，保證這些問題是在學生的最近發展區之內可以解決，設置難易適度的問題，太容易使學生喪失興趣，沒有足夠的動機，太難則使學生產生過多的挫折，失去了進一步探究的信心。在高中物理實驗探究中，讓學生養成尊重實驗事實，大膽想象的科學態度和科學精神，以此充分激發學生學習物理的興趣，使學生在自覺自愿的探究過程中逐步形成創新能力。如：“探究動能定理”的實驗教學中，可先引導學生猜想恒力做功與物體動能改變的關系，再類比“驗證牛頓第二定律”的實驗原理，借助“驗證牛頓第二定律”的實驗方法，采用類似的實驗，尋找恒力做功的途徑，測出力對物體做不同的功以及對應物體動能的變化，這樣學生就能發現問題，探究解決問題的途徑和方法，親身經歷科學探究活動的全過程，才能滿足他們的好奇心，體會到學習的興趣，才會有成就感。

二、注重發展學生的直覺思維，有效培養創新能力

為了培養學生的創新思維與創新能力，應當在物理實驗教學中有意識地發展直覺思維。“驗證機械能守恒定律”實驗就可以培養學生直覺思維。該實驗給出的器材有鐵架臺、打點計時器、學生電源、紙帶、復寫紙、導線、毫米刻度尺、重物。要求學生利用自由落體運動驗證只有重力作用下的物體機械能守恒，這樣的實驗由于前面有使用過打點計時器等基本器材，學生對儀器比較熟悉，但結果未知且有懸念，學生好奇心、探索欲受到了一定的刺激，實驗興趣濃厚。學生在實驗中帶著探究的心情去確定測量的方法，有意識地觀察，進而提出猜想，嘗試解決出現的問題并預示新的問題。在這里既要求學生有扎實的理論基礎，又要求學生能直接運用，從而培養學生的直覺思維。

三、注重實驗教學中創新求異，鼓勵學生的創造性表現，加強創新思維的訓練

注重科學探究是物理新課程的基本理念，從教學活動的角度看，實驗探究是高中物理科學探究的一部分。在實驗探究過程中，教師要從探究內容、教學目標、學生能力出發精心設計、安排，營造民主、快樂、和諧而又充滿智慧與激情的教學氛圍。在觀察、提出問題、猜想、設計方案、實驗驗證、調查訪問、交流合作、分析數據、得出結論等學習活動中，認同并鼓勵學生的創造性表現。比如，在講到“驗證力的平行四邊形定則”的實驗時，有的學生提出這個實驗用一個彈簧測力計也可以完成：先把兩條細繩中的一條細繩與彈簧測力計連接，另一條細繩用手直接抓住，然后同時拉這兩條細繩，使結點至O點，記下兩條細繩的方向和彈簧測力計的示數F1，放回橡皮條后，將彈簧測力計連接到另一細繩上，用手再同時拉這兩條細繩，使結點至O點，并使兩條細繩位于記錄下來的方向上，讀出彈簧測力計的示數F2，其他步驟與提供兩只彈簧測力計均相同。當學生提出這種方法時，教師積極給予肯定、表揚，同時指出這種操作的優點是能減小因兩彈簧測力計的不同而帶來的誤差，但實驗過程稍微麻煩。還有學生在“測定玻璃磚的折射率”實驗操作過程中，發現課本中的做法需要多次插針，較為麻煩，而且玻璃磚需要長時間保持固定不動，一不小心卻很容易被移動，造成測量結果不準確。個別學生把課本上的實驗步驟略為調整，實驗就變得既簡單又準確。由于平行玻璃磚的入射光線和折射光線是平行的，根據光路可逆性原理，首先在紙上畫兩條有一定間距的平行線a、b，在a、b兩條平行線上間隔適當的距離各插上兩顆大頭針，然后移動玻璃磚的位置，直到四顆大頭針的像完全重合，這樣可以保證經過a的入射光線是沿b射出的，最后畫出玻璃磚的位置，測得相應的數據，可測出玻璃磚的折射率。用這種方法可以一次將針插好，而且不需要長時間保持玻璃磚的位置不動，便于操作，有效避免了在測量過程中由于人為的因素而導致測量不準確。通過這樣不斷發現和挖掘學生的創造性潛能，加強學生創新思維的訓練，使學生能自主學習，大膽探索，積極提出自己的新觀點、新設計、新問題、新方法，努力培養學生富于想象，勤于動腦，善于假設，反應敏捷，不拘泥守舊，有主見等創新思維的特征，從而養成學生良好的思維習慣，強化學生的實踐能力和創新思維，并實現師生的共同發展。

四、注重學生綜合運用所學物理知識，培養學生的斂散思維，促進創新能力的提升

長期以來，由于教學實驗的特點，更由于傳統教學方法的影響，實驗教學往往注重實驗的操作及數據的處理，忽視實驗教學中的創新思維培養，常常是教師把實驗的目的、內容、步驟詳細周密地設計好，學生只是被動地做實驗，因而學生的思維顯得單一狹窄，缺乏靈活性和獨創性，遇到新的問題往往束手無策，不知所措。教師應選取一些靈活性、變通性大的問題，鼓勵學生發散思維，進行多方位多角度的聯想，探索出多種解決問題的途徑。也可以對教材中涉及到的物理實驗作適當改進，或者改變實驗器材，讓學生設計新實驗，是培養學生物理實驗設計能力的最基本途徑，也是培養學生創新的設計能力的重要手段。這種方法既能促使學生溫習課本上所學實驗的原理，又能加深對實驗原理的進一步理解，有利于實驗原理、方法的運用和遷移。

例如：從高10米的大樓的天花板上垂下一個單擺，靜止時小球離地面只有幾厘米，實驗者僅有一個滿刻度為1米的刻度尺和一塊秒表，請用上述器材測定當地的重力加速度，簡述測量方法，并推導用測得的物理量計算重力加速度的表達式。本實驗是以《用單擺測定重力加速度》為基礎的改進性設計實驗，雖然擺長無法測量，但聯想到原實驗要變更擺長進行幾次實驗，不妨考慮兩次不同擺長的情況，也就是在擺角小于50時，測出完成N次全振動所用的時間t1，則由=2π 。再使擺線縮短ΔL，測出ΔL，重復實驗，記下時間t2，則由=2π。由以上各式解得：g=。還有，在測量電阻教學中，我們要求學生進行發散思維，設計出不同的測量方法，正確測量電阻的阻值。在教師的啟發下，學生運用所學的知識設計出不同測量方法，然后進行比較、評價、篩選出合理的方法。盡管這些方法并非學生獨創，但對于他們來說卻是一種創新的體驗，有了這么多種方案，哪一種是最優方案呢？這就要求學生收斂思維，對以上多種方案進行評價，分析哪種實驗方案系統誤差相對較小，測量結果最為精確，最終篩選出最佳方案，然后進行實驗操作，這種富有探索和創造性的實驗方式，能使學生獲得全面豐富的實驗方法和知識，又能訓練和發展學生的斂散思維，有效培養學生在新情景下應用、遷移、創新實驗知識和方法的能力，取得良好的教學效果。

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