高中物理實驗教學中培養學生創新能力的探索

李肖杰

摘 ? 要：創新能力培養是當今社會教育的趨勢，實驗是高中物理課堂的基礎，在高中物理實驗教學中很有必要培養學生的創新能力。本文在實驗的原理分析、器材改進、數據處理、開展方式等方面展開分析，探索培養學生創新能力的途徑。

關鍵詞：高中物理;實驗教學;創新能力

引言

創新是人類進步的永恒主題，在科技高速發展的今天，創新的意義顯得更加突出。在近幾年的全國高考試卷中，物理實驗題均在課本基本實驗的基礎上，實現了創新。因此，在物理的實驗教學中，創新一方面是為了符合高考要求，提高學生的實驗能力，提升學生的科學素養;另一方面為國家、社會提供具有創新意思和創新能力的高素質人才。但是，近幾年的高考實驗題得分普遍較低。究其原因，這和物理實驗課有一定關系[ 1 ]。傳統的物理實驗教學模式為：統一的實驗設計，規定的實驗器材，固定的實驗流程，已知的實驗結論。學生在課堂上成了知識的接受者，實驗要用什么？怎么操作？數據怎么處理？有了統一的模板。這樣的物理實驗課限制了學生的積極性，抑制了學生的激情，扼殺了學生的創新能力。因此，培養學生創新能力，對常規物理實驗教學做出改進，勢在必行。那么，如何在高中物理實驗教學中培養學生創新能力呢？

1 ?變換實驗方式，啟發學生創新

物理教學課堂上，實驗的效果對理解物理規律意義重大。要培養學生的創新能力，首先要培養學生的學習興趣。課堂演示實驗通常都以教師為主體，學生相當于課堂的旁觀者，參與度低，學生的學習興趣不高，不利于培養創新能力。而在學生實驗中，學生變成了課堂的主體，學生在教師的引導下一邊學習，一邊實驗，在課堂上學生會同時動手和動腦，收獲兩種學習體驗。課堂結構由教師的邊教邊演示變成學生的邊學邊實驗，學生會表現出極大的學習興趣，集中注意力，進行積極的邏輯思維，有助于加深理解和培養他們的創新能力[ 2 ]。對于部分演示實驗，有條件的情況下可將其轉化為探究性實驗，例如，驗證閉合電路歐姆定律實驗，讓學生測出原電池的內電壓和外電壓，啟發學生分析實驗結果，得出電源的內電壓和外電壓之間的關系。

在物理實驗室找不到適合的實驗設備時，教師還可以自制實驗器材。自制的實驗器材往往會引起學生更大的興趣。器材用到的材料通常來源于我們身邊，學生對這些物品都比較熟悉，這讓學生能更好地把物理知識和現實生活聯系到一起，同時自制器材可以激發學生的探索欲望，有助于培養學生創新能力。例如：在講到電風扇通過安培力做功，把電能轉化為機械能時，有一個學生問道：“如果用手去轉電風扇，能把機械能轉化為電能嗎？”筆者沒有當堂給予回答，回家后找到一個舊的小風扇，拆掉插頭，焊接上一個LED燈泡。第二天筆者再把電風扇帶到班級進行演示，同學們當時都非常驚喜，也比較輕松地理解了電動機、發電機中安培力的做功和能量之間的關系。

2 ?改進實驗方案，引導學生創新

教師在原有實驗的基礎上，通過改變原來的實驗目的、實驗原理、實驗器材的方式來實現實驗的再設計，通過這種教學方式來發散學生思維，培養創新能力。電學實驗測量中通常會遇到找不到適用電表的問題，這就要求教師不妨對實驗的電表進行篩選或者改裝，由于電流表和電壓表的工作原理是一樣的，核心部件都是表頭，所以在電表內阻已知的情況下兩表是可以互相混用的，在找不到合適電表的情況下，還可以利用已知內阻電表和定值電阻進行電表的改裝，來滿足實驗需求[ 3 ]。

物理實驗經常還會利用某一實驗裝置進行另外一個實驗，或者用一套實驗裝置同時進行幾種實驗測量。例如：利用伏安法測電阻的實驗裝置，同時測量電源的電動勢和內電阻。這兩個實驗的電路完全相同，伏安法測電阻用到的原理是歐姆定律，而測電源電動勢和內電阻用到的原理是閉合電路歐姆定律。一套實驗裝置，兩種實驗原理，兩個實驗目的，這種教學方式打破了學生的常規思維模式。這種教學方式可以改變學生的慣性思維，培養學生的探索能力。

3 ?重視誤差分析，促進學生創新

物理實驗離不開測量，精準的測量數據是物理實驗的根本。在物理實驗中，由儀器精度所限、人的觀察和操作等因素產生的偶然誤差，以及實驗原理的不完善、實驗器材的缺陷等因素產成的系統誤差，造成了測量值和真實值之間存在一定的差異。

產生偶然誤差原因有：讀數不準確、操作失誤、作圖偏差等。偶然誤差隨機出現，且無法確定實驗的測量值相對真實值偏大還是偏小，但在重復測量時偏大和偏小的概率比較接近，因此可以通過多次測量求平均值的方式來減小實驗誤差。減小偶然誤差常用的方法有：累積法（測單擺的振動周期）、平均值法（測金屬絲的直徑）、逐差法（測勻變速直線運動中紙帶的加速度）。

系統誤差產生的原因有很多種，大多和實驗設計的缺陷有關。例如：驗證機械能守恒的實驗中，空氣阻力對實驗結果的影響。系統誤差的出現呈固定規律，在相同情況下，對實驗物理量進行測量，其測量值往往均大于真實值，或者均小于真實值，多次測量也無法減小其實驗誤差。因此，減小系統誤差常用的方法有：修正法（利用零刻度被磨損的刻度尺測量長度）、交替法（用等臂天平測量物體質量時，把測量對象位置交換）、替代法（安阻法測電阻）、補償法（驗證牛頓第二定律中，傾斜木板平衡摩擦力）。

誤差往往是創新的源頭，發現問題才能想到解決問題的辦法。在實驗教學過程中，應該讓學生掌握一些必要的實驗誤差的基本知識，在分析實驗原理的時候考慮實驗設計的不足之處，在選擇實驗器材的時候要考慮它的精準程度，這個過程就是創新實踐的過程。要讓學生在實驗中學會比較，提出新的設計思想。

4 ?優化實驗數據處理，助力學生創新

實驗測出的數據，必須通過科學的分析和處理，才能得到實驗結論，才能體現相應的物理規律，因此，優化數據處理也是實驗創新中的一個重要環節。數據處理通常有這么幾種方法：

（1）平均法。如果所求物理量可以直接測量，我們可以對待測物理量進行多次測量，把測量出來的數據相加，再除以測量次數。如：測金屬的電阻率實驗中測金屬絲的直徑;如果所求物理量不能直接測量得出，我們要根據其實驗原理，代入多組實驗數據，多次計算待測物理量，把計算所得結果再取平均值。在測量次數不是很多的情況下，偶然誤差會對實驗結果產生一定的影響。

（2）圖象法。圖象法使用起來簡潔、直觀，在實驗數據處理方面得到普遍應用。將多組實驗數據記錄到表格中，在坐標紙上以適當物理量為橫軸和縱軸，建立坐標系，標定好相應標度，描點，作圖。連線過程中應保持相應原則：讓盡可能多的點落在這條直線上，其余不在直線上的點要均勻分布在直線兩側，少數離直線太遠的點直接棄掉。再利用數學的方法，結合圖象的斜率和截距求出待測物理量。這種方法處理的實驗數據跟平均法有些相似，但由于棄掉了少數偶然誤差太大的點，導致最后的實驗結果比平均值法要更準確。

綜上所述，在物理實驗教學中如何以更多更好地教學模式和教學方法來培養和提高學生的創新能力——我的探索才剛剛起步。在未來的教育生涯中，我將繼續努力，以積極大膽，勇于嘗試的心態去追尋。

參考文獻：

[1]李仁喜. 高中設計性物理實驗教學中培養學生的創新能力的研究[J].課程教育研究， 2019（17）： 173-174.

[2]姚宇平. 高中物理實驗教學中如何培養學生的創新能力[J].中學教學參考， 2017（14）： 50，59.

[3]高峰. 高中物理實驗教學中培養學生的創新能力[J].中學物理教學參考， 2016（14）： 24.