高中物理學習中創新實驗的設計初探

摘 要：高中物理學習中，實驗是一個非常重要的環節，通過實驗能夠培養學生的物理綜合素養，包括操作能力、實踐能力、創新能力、合作能力等等。隨著高中物理教學改革的不斷深入，創新實驗設計在學生物理學習中的地位也更加重要。高中生應該積極參與創新實驗活動，通過親身體驗、親自參與，提高自己對物理知識的認知和體驗，從而使自己能夠更好的掌握物理知識，并學會運用物理知識解決實際問題。

關鍵詞：高中物理；高中生；創新實驗；設計

引言

高中物理學習中，學生應該重視創新實驗設計，通過創新實驗提高自己的創造力、想象力、實踐能力等，以奠定自己的物理基礎和綜合素養，最終成長為優秀的社會主義建設者和接班人。

一、創新實驗設計應遵循的原則

1科學性原則

物理實驗以實驗原理為基礎，并且要嚴格按照相關規定和順序進行操作。實驗設計要以學生的認知能力與思維特點為出發點，講究嚴謹性、科學性，秉持“因材施教”的原則。創新實驗設計過程中，必須要體現科學性原則，這是實驗獲得成功以及實效的基礎和前提。

2簡單性原則

在進行創新實驗設計的過程中，要盡量保持實驗過程的簡單化、明了化。保障學生能夠自由操作、安全操作。另外，過于繁瑣的實驗裝置還容易分散學生的注意力，從而使學生在實驗中出現差錯。因此，實驗裝置的簡單化原則，使創新實驗設計所必須要遵循的原則。

3直觀性原則

實驗的目的，就是讓學生有一個充分展現自己的平臺，能夠通過自己的實際操作，對微觀現象有所認識，實現由現象到本質的過度。因此在創新物理實驗的過程中，要盡可能秉持直觀性原則，最大限度提升實驗的直觀效果，進而幫助學生更好的完成物理物理。

4安全性原則

安全是任何物理實驗開展的前提，在創新實驗中也是一樣。保障學生安全，減少實驗故障，是創新設計不變的宗旨。整個實驗過程、實驗器材、藥品都要符合標準要求，實驗場要經過嚴格勘察，確保其安全性、可靠性。

5創造性原則

創新實驗的重點在于“創新”，高中生要充分發揮自己的主觀能動性，通過借助一些器材、設備，完成相關的實驗操作，在自主探究的過程中，提高自己的創造能力、想象力以及實踐能力。所以說，創造性原則是物理創新實驗設計的關鍵，是促使學生積極思考以及物理素養提升的關鍵。

二、優化高中物理創新實驗設計的方法研究

1重視學習，奠定創新基礎

知識的學習主要都是來源于課堂，所以重視課堂學習是最基本、最基礎、最有效的學習手段，當然也是激烈創新思維，培養創新能力的有效途徑。首先，明確課內知識重點。其次，找到適合自己的學習方法。最后，積極思考，勤于動腦，善于發現和質疑。唯有如此，才能夠不斷積累自己的物理知識，為創新實驗設計奠定基礎。

2聯系生活，樹立物理思維

生活中處處有物理，學生在平時的生活中應該注意觀察，挖掘生活中有價值的素材，將其應用到物理實驗中，降低實驗成本的同時，還能夠實現資源的循環利用，增強學生的節約環保意識。實際創作中，學生要結合自己已有的物理知識，以及現有的器材、物品，設計操作簡單，直觀易懂的物理實驗。比如：靜電除塵器、超重失重演示儀等。另外，學生還可以結合課本內容，設計一些展示抽象物理概念的實驗，實驗器材取自于生活，既環保又實用，還有一些器材是從物理學視角進行設計的，主要使為了稀罕事相關科學史實。

學生在進行創新物理實驗設計的時候，一定要注意體現物質觀念、能量觀念與實驗應用等要素，這是學生實現理論實踐相結合，理解物質運動、相互作用基本知識的基礎，也是深化物理概念與規律理解的前提。

比如：“靜電除塵器”的創新設計，其設想和原理如下：依據書中“靜電與新技術”的“觀察與思考”的要求，進行靜電除塵小實驗。通過實驗幫助學生理解為什么靜電可以除塵，并且直觀的認識到靜電除塵的過程。

通過實驗現象透視其背后的原理：使用塑料瓶內的螺絲、筆芯制作兩極，在轉速為每秒100轉的時候，其搖動電機可以產生2萬伏高壓，此時由于兩極電廠強大，從而導致瓶內空氣電離產生電子和離子。電場力持續作用，電子想餅內正級移動，然后接觸到煙塵微粒，使其帶有負電，帶負電的煙塵微粒在電場力的作用下，開始向正極移動，最終被吸附在正極版上，這樣就實現了除塵。

這個創新實驗的設計意圖在于：由于原理圖結構被改變，不必使用瓶身繞導線，操作簡單的同時又節約成本；蚊香片所產生的煙霧效果非常好，量大且不易擴散，實驗效果更加直觀。

3沖突假設，強化原理認知

創新實驗設計中，學生要善于運用認知沖突，解決復雜的物理原理。以力學概念為例，可以先暴露出經典力學觀點，然后嘗試解釋一種與其認識構成矛盾的事件，形成概念沖突。

比如：在探討“電子雙縫實驗路徑”問題時，一部分學生根據牛頓定律，局的電子通過一個確定的縫，此時就可以提出這樣一個假設：如果電子通過一個確定的縫，那么電子就不能“知道”另一個縫的狀態（開或者關），因此，它最后在屏幕上所形成的圖案，則不應該被另一個峰的狀態（是否打開）所影響。

結合圖片，對以下兩個實驗進行了解：

（a）同一段時間內兩個縫同時打開

（b）一個縫先開一段時間，之后令一個縫再打開

從實驗的結果來看，同一段時間內，兩個縫同時打開，屏幕上形成了干涉條紋；兩個縫先后打開時，屏幕上并未形成干涉條紋，而是將兩個單縫電子分布直接相加。這種結果與以上假設相互矛盾，因此應該要放棄這種經典力學想法，也就是電子不具備經典意義的路徑概念。通過這樣的設計，學生對電子物理概念的理解以及其中的原理，會有更加深刻的認知。

結束語

總之，高中物理學習中創新思維、創新能力的自我塑造是最為關鍵的，這也是核心素養理念下高中生最應該具備的能力。借助創新實驗設計，能夠很好培養創新思維能力，并提高學生合作意識和操作技能，實現物理理論向物理實驗的轉變，在這個過程中學生會認識到物理學習的重要性，體驗物理學習的快樂，并掌握運用物理知識解決實際問題的方法，這對于高中生未來的學習和成長，都有著非常巨大的幫助。

參考文獻

[1]李月東.如何創新設計高中物理實驗[J].文理導航（中旬），2017（08）：43.

[2]曾芳.高中物理教學中創新實驗的設計[J].中學生數理化（教與學），2017（05）：29.

[3]廖金梅，張煜.高中物理教學中創新實驗的設計與實踐[J].新課程（中學），2015（05）：149.

作者簡介

劉寒（2000.11-），男，漢族，安徽明光人，淮北一中高三（9）班理科生，主要從事理論學習于科研工作。

（作者單位：淮北一中高三9班）