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與訓練學生創新能力最有效的途徑，如何使實驗教學更有效地培養學生的創新能力呢？要達到理想的效果，必須對教材中的演示實驗和學生分組實驗進行創新設計，并在課堂教學中科學實施。

一、注重實驗導入，構建科學探索的課堂氛圍

一個好的實驗引入，不僅能激發學生強烈的興趣和求知欲望，還能為學生提供發現問題，運用知識的機會，提供創造性地解決問題的條件，使他們的創新能力得到培養和發展。例如：筆者在進行學生實驗《長度的測量》教學時，并不是直接拿出游標卡尺給學生介紹它的構造及用法，因為這樣會使學生感到莫名——怎么又出了一個這樣的東西?使學生對游標卡尺的用法不能很好地掌握，甚至出現用左右手分別抓住測量爪來進行測量的錯誤操作。為此，筆者設置了以下情景促使學生積極思考并設計出自己的測量工具。

①如何用刻度尺來測量桌子上一鋼球的直徑，還需要什么工具?(學生很快地提出如圖1所示的方案)

②若此鋼球用細線懸掛在空中，又該如何來測量它的直徑呢?用圖1所示的方案方便嗎?

③(緊接著)如何改進呢?以達到用一只手就可操作，騰出另一只手來拿被測物體或記錄數據。(啟發學生想到左邊的三角板可固定在刻度尺：上，并且刻度尺與其豎直的直角邊對齊處改刻為“0”；右邊的三角板可以在刻度尺上左右移動，以便測量不同直徑的物體。這樣非常自然地由學生設計出一個新的、方便的測量工具，接著用粉筆在黑板上不停地上下運動，粉筆的痕跡不斷重疊，仍呈現一條豎直線，這同振子的閃光照片相似；這時，教師提問引發思考“如何將不同時刻的位移分別顯示出來呢?——也就是使粉筆在每個振動周期內的痕跡不重疊”。學生會想到在上下畫的同時，向右移動，教師進而啟發——如果不移動手是否可以拖動記錄的板；教師出示圖2實驗裝置并予以介紹，同時引導學生思考：為使紙帶運動的距離代表時間，應該讓紙帶如何運動?

④進行實驗演示：搖動手柄使記錄紙勻速運動，記錄筆P在紙上畫出一條正弦或余弦曲線，就可以顯示各個時刻小球的位移。

再如在《運動電荷在磁場中的作用》一節教學中，筆者用上一節課所學的知識“通電導線在磁場中受到安培力作用”引導學生分析，并作出猜測：“運動電荷在磁場中會受磁場力的作用”，當然，這還需要實驗進一步驗證。但實驗如何導入呢?筆者是這樣設計的。

①我們要檢驗的觀點中，它們的因果關系怎樣呢?為此，實驗時必須提供什么?(需驗證：運動電荷(因)在磁場中(因)會受到磁場力(果)的作用，這樣，必須提供運動電荷與磁場)。

②用什么提供磁場呢?如何產生離開導體的運動電荷呢?(磁場可用蹄形磁鐵或通電線圈產生，運動電荷用熱電子發生器可產生。本次實驗中擬用高電壓產生運動電子。)

③運動電荷是微觀粒子，還要有能顯示其受力的辦法，那么該如何顯示它的受力情況呢?(可通過顯示徑跡的方法，徑跡的顯示可用涂有熒光粉的熒光屏，也可用低壓的水銀蒸氣或氫氣發出輝光來顯示，繼而教師介紹電子射線管、感應圈和磁鐵等器材，再進行實驗演示。)

實驗導入時，可以先推導出即將演示的實驗原理，也可以先導入其所用器材，進而介紹實驗裝置和實驗操作。學生一旦有機會運用知識解決一些問題，他們就會在推導過程中積極應用分析與綜合、演繹與歸納、分類與比較等各種思維方法進行思考，同時也激勵了他們的創新精神和創造能力。

二、突出科學方法，顯化創新技法

一個成功的演示實驗，不僅要有理想的實驗裝置，更重要的是如何實施演示及教學，以充分發揮其教育、教學功能。法國科學家貝爾納說：“良好的方法能使我們發揮天賦和才能，而拙劣的方法卻削弱、甚至扼殺我們的才能”。因此，在教學過程中應把實驗中的技術、豐富的物理思想和物理方法以及蘊含的創造原理與創新技法傳授給學生，對發展學生的物理創新能力可以起到事半功倍的效果。在實驗教學過程中，教師應注意將它們“顯化”，加以突出，給學生產生深刻的印象，可以說，這相當于在培養與訓練學生的物理創新能力的進程中加進了一劑催化劑。

圖3甲中 1為鐵架臺、2為彈簧、3為記錄紙、4為振動小球、5為帶夾的導軌滑輪、6為圖紙導軌、7為固定鐵夾、8為小電動機（繞在電動機的轉軸上的細線帶動記錄紙向左移動）、9為細線；圖3乙中1為圖紙導軌、2為注射器、3為記錄紙、4為帶有一段軟管的一次性注射器針頭、5為直尺、6為鐵架臺。

圖3為《簡諧運動的圖像》實驗裝置。可以說這個裝置比教材給出的實驗裝置(即圖2)有較大的創新，但如果只直接拿出來演示，其功能與圖2實驗裝置相當，也不過是讓學生看到了簡諧運動的圖像為正弦或余弦曲線。如果教師引導學生自主分析原裝置中，存在的弊端，引導學生自行設計，使學生體驗創新的樂趣，同時教師突出其中的物理方法——機械放大法，顯化應用過的“聯想”等創新技法，該實驗的教育教學功能就大大增強。

三、注重實驗創新設計，發揮實驗在培養學生創新能力中的作用

對現有的實驗大膽創新已成為當前物理教學的共識。教師該如何種引導學生對實驗進行創新設計呢?

1.通過改變實驗原理和實驗方法進行創新

每個實驗都是依據一定的理論提出來的，這個理論就是實驗原理。為達到同一實驗目的，可依據不同原理設計出不同的實驗方案。因此可以通過改變原有實驗的原理或實驗過程中使用的具體方法進行創新，依據新的實驗原理、實驗方法提出新的實驗方案。例如：在顯示微小形變的演示實驗，原實驗中應用了光學放大法，也可以根據機械放大的原理設計出如圖4所示的實驗方案。桌子發生微小形變，由于鐵架臺的豎直稈及水平鐵夾的杠桿作用，對形變進行了兩次放大，而右邊滑輪上固定的輕蘆葦桿在重物下降的帶動下，順時針旋轉，又進行了一次放大，其演示效果相當顯著，且比教材中的演示裝置簡單，器材易找，故而更方便。

2.通過改變實驗器材進行創新

這種創新情形需改變原有實驗的使用器材(包括測量對象)，提出了在新的實驗器材基礎上測量原有的物理量或新的物理量的新實驗課題，一般學生應用原有的實驗理論和方法無法解答新的實驗課題，必須重新設計實驗方案或實驗步驟，這些都要求學生創造性地提出解決方法。例如：學生在做完《用單擺測定當地的重力加速度》實驗后，給每小組一把鐵掛鎖，要求每組利用它替代小球重新測出重力加速度g，然后再與用金屬小球測出的g值作比較。

3.通過改變觀察的感覺手段創新

物理科學離不開觀察，觀察就是調動人的視覺、聽覺、觸覺等感觀系統與物理現象、規律或本質發生作用，以獲得感性材料。不同的感觀手段會使人對同一物理現象產生不同程度的認識。因此，實驗創新時可根據其特點，改變觀察實驗的感受器官，以達到更深刻的感性認識。例如在圖5的《自感現象》實驗中，學生通過視覺觀察到斷開S后，燈泡要過一會兒才熄滅。為了使學生留下更深刻的印象，筆者設計了如圖5所示的實驗，讓40W鎮流器與一節干電池連接成圖示電路，并叫一名學生握住導線裸露的兩端MN，在斷開電鍵S時，學生因電擊會感覺到強烈的一震(這個實驗是安全的，但電源不宜采用過高電壓)，通過實驗創新，讓學生以觸覺來認識鎮流器產生的自感電動勢。

(責任編輯 易志毅）