物理創新實驗開發應用綜述

白 金，孫春艷

（安慶師范大學 數理學院，安徽 安慶 246133）

物理是自然科學中的一門基礎學科。在物理教學中，實驗不僅是非常重要的內容，也是應用最廣泛的方法。為了增強學生的創新意識和動手能力、充分彌補物理實驗教學的不足、提高實驗教學效果，開發創新實驗來更好地進行教學，激發學生學習物理的興趣。

1 創新實驗的發展歷程

1.1 國外研究現狀

為了能更好地進行教學，國外在物理實驗教學上也開展了創新實驗。

在英國，自從1988年頒布了英國國家課程，物理教學的發展登上了一個新的臺階，學生能力和創新意識的培養受到了高度的重視。

在美國，學生個體和團隊在實驗中的創新能力和動手能力的培養也一直受到重視，能夠讓學生從簡單的選擇實驗器材組裝到獲得實驗結果來進行各種創新實驗的開發與應用，而且在美國很多地方，物理老師都能夠根據地理位置和學生特點獨立設計創新實驗，使實驗具有獨特性和創新性，達到實驗目標。

德國的物理實驗教學更是人們學習的榜樣。德國物理實驗教師一直以“沒有實驗的物理課不是好課”這一信念來完成教學，學生主動通過實驗和思維活動的方式獲取物理規律和物理知識內容，教學大綱明確。通過這種方法，學生更容易掌握物理概念和規律，教師能夠把創新實驗隨時隨地運用到實際教學中。

上述3個國家在物理實驗方面的教學都集中在創新性以及高要求的技術層面，但對于我國偏遠地區以及不發達地區而言，仍然缺乏可行的操作，更無法將此教學方法應用到落后的教學環境中[1-3]。如何把創新實驗自然、有效地運用到物理教學等方面的研究是非常重要的。本研究將從具體的教學實際及當前的國情出發，結合各國的教學特點，探討如何把創新性實驗運用到教學中去。

1.2 國內研究現狀

在我國，隨著科技的發展和學科教學需求的提高，創新實驗越來越重要。對于物理實驗的創新，很多研究者從不同方面進行了詳細的研究。例如，由臧文彧[4]主編的《趣味物理創新實驗》主要介紹了科學創新實驗設計和操作，將“微實驗”視頻植入與“數字模擬實驗”技術相結合，包括趣味物理小制作、小探究和小實驗，分別從知識、實用、觀賞等方面出發，對物理教師的教學起到很好的借鑒作用。

由劉炎松[5]編著的《物理實驗創新研究“非常規”物理實驗設計制作能力培養》，提出以物理新課程改革為原則，對未來教師的教學提出了新的要求，客觀地分析了物理實驗教學中存在的盲點，并研究了“非常規”物理實驗方案和儀器的開發設計，提出了以“非常規”物理實驗方案為設計手段、以創新技術為主要手段的實驗資源開發，為物理教師教育課程體系的構建提供參考，為相關課程設置的必要性和可行性提供研究依據。

朱正元是著名的物理學教育家，提倡實驗的開發和設計建立在日常生活中的常見物品上，并提出了以“壇壇罐罐能當儀器，拼拼湊湊可做實驗”為基礎的設計概念，解決了創新實驗設計的設備和資金短缺問題。除此之外，由劉彬生等[6]編著的《創新中學物理實驗》主要介紹了電子信息技術在創新實驗中的實際應用。

此外，張明亮[1]的碩士論文《中學物理創新實驗開發研究》則闡述了實驗創新思維的過程：問題提出、路徑求解、頓悟閃現、檢驗方法、創新達成，并提出相應的設計過程，介紹了兩例個人的創新實驗教學案例。林廣波[7]的碩士論文《高中物理創新實驗的實踐研究》主要針對高中物理創新實驗的實踐研究，總結出一些在實踐中可行的創新實驗，期望通過創新實驗的設計與實踐，提高學生的動手能力、觀察分析能力、評價提升能力和實踐創新能力。同時，希望本研究的創新實驗能為同行提供參考。

據悉，在中國知網上搜索“中學物理創新實驗”，從1992年1月到2020年12月，共有26篇碩士學位論文以及31篇文章發表在不同的雜志上。物理實驗一直都是物理教學中非常重要的一種手段，新實驗的開發、實施更是非常重要，有助于達到培養和強化學生的創新意識、創新思維以及創新能力的目的。

2 創新實驗的特點及過程

2.1 特點

創新是實驗具備的最大特點，根據巧妙的設計，按照實驗的基本原理，利用簡單的實驗器材、簡捷的實驗方法以及合適的教學手段，合理實施創新實驗，讓傳統與新思想發生碰撞，擦出創新實驗設計火花，極大地豐富教學過程，全面發展學生的個性和思維。

除此之外，實驗設計的選材成本要低，但是設計的思維要巧，獲得的效果要明顯，從而達到教育的實際目標。創新源于學生的日常生活，就如朱正元先生提出的“壇壇罐罐能當儀器，拼拼湊湊可做實驗”，取材于日常生活用品，這樣學生對其特性以及用法都非常了解和熟悉，能真正感受到物理來源于生活，讓創新實驗親切感十足，使學生更容易接受。為了使創新實驗達到更好的效果，首先要讓學生親自參與創新實驗的設計過程，其次要保證實驗的可行性、易操作性、效果明顯性，讓學生感到物理不那么神秘、科學也不那么遙遠。

2.2 過程

在開發與設計創新實驗的過程中，首先，教學者要對教學目標、內容以及學情有深刻的了解和分析，根據科學性、直觀性等原則，設計符合要求的實驗；其次，根據設計的方案框圖進行實驗的制作，邊制作邊修正，以確保正常進行；最后，進行實驗的實施和評價，最終獲得需要的實驗。以上每一步都是實驗成功的關鍵。

3 創新實驗的研究

以上創新實驗研究的成果已被運用到教學中。在創新實驗設計的過程中，除了取材于日常生活，還要與現在的科技發展相聯系。例如，目前智能手機得到普遍應用，開發軟件也越來越成熟。因此，在教學過程中，可以通過智能手機中的開發軟件對物理實驗進行創新設計，這在很多文章中都有體現[8-11]。目前，在教學實踐及實驗競賽中，對于創新實驗的研究也很廣泛，比如在一次創新實驗比賽中，在測量重力加速度時，有的學生設計了簡單的“滴水法”，有的用阿特伍德機測定，還有的利用數字傳感器精確地測量了拉力，并結合阿基米德原理獲得重力加速度。這種創新實驗，讓學生更好地掌握了重力加速度的物理意義以及相關物理知識，拓寬了學生的眼界，鍛煉了學生的動手能力及創新思維。

4 結語

了解基于創新實驗的國內外實驗教學發展歷史以及創新實驗在實驗教學中的重要性，人們將開發出更多的基于日常生活的創新物理實驗，豐富物理實驗教學，使學生更有興趣參與物理實驗學習，進行更多的科學探究，提高學生的自主探究能力。