在實驗教學中培養學生創新意識的實施策略

摘 要：實驗教學是物理教學重要組成部分，要優化實驗教學的效果就要不斷改進實驗.在改進實驗時利用好實驗的靈活性、多變性、易錯性等特點，采用變演示實驗為分組實驗、變教師提問為學生生疑、變定向探究為自由探究等策略，可以在實驗教學中培養學生創新意識.

關鍵詞：實驗教學、創新意識、實施策略

中圖分類號：G632 文獻標識碼：A 文章編號：1008-0333（2023）18-0062-03

收稿日期：2023-03-25

作者簡介：陳慶濤（1991.11-），男，甘肅省慶陽人，碩士，中學一級教師，從事高中物理教學研究.

創新意識的培養是一個慢的過程，不僅需要國家在社會上營造良好的氛圍，也需要學生在學校教育中接受熏陶.學校教育可以在科技活動等專題活動對學生創新意識進行培養，也可以在學科教學中滲透.物理是基礎教育階段的一門重要課程，肩負培養學生科學素養，形成學生終身發展關鍵能力的重要使命.物理學科是自然科學的基礎，是科技進步的源動力.所以，在物理教學中理應承擔培養學生創新意識的任務.

實驗教學是物理教學的重要組成部分.學生要順利完成實驗，不僅要有扎實的物理知識，還要有遷移物理方法的能力，具備一定的實驗技能，這對學生的要求比較高.實驗中學生需要經歷方案設計、實驗操作、數據分析、結果表達等關鍵環節，要優化實驗教學的效果就要不斷改進實驗.

1 變演示實驗為分組實驗

演示實驗可以讓學生直觀感受物理現象、物理過程，讓學生在物理學習中積累感性素材，為后續學習中科學抽象概念、歸納規律夯實基礎.演示實驗教師只需要準備一套實驗器材，課前準備的時間成本相對于分組實驗大大降低，演示實驗在物理教學中有不可替代的作用.但是，演示實驗學生的角色是一個“旁觀者”，學生沒有參與到實驗過程中，而只是“看實驗”，這樣的實驗教學過程學生難有深刻的體驗，對實驗目的、原理、操作等難有深刻的理解.實驗對學生課堂參與程度、對學生學習積極性的要求都比較高，沒有深度參與到課堂中就無法深刻理解實驗現象背后的本質，也就沒法對實驗提出疑問、提出改進建議，也就談不上在實驗中培養學生的創新意識.為此對一些重要的演示實驗——基于該實驗得出重要物理概念、物理規律，或者依托該實驗突破教學重難點，可以將其變為分組實驗，以此來增加學生課堂參與度，來提升學生學習體驗，激發學生在實驗中的靈感，學生在親自操作實驗過程中往往會產生一些“異想天開”.學生的這些“異想天開”有些可能是對知識理解有偏差導致的錯誤，而有些則對改進實驗有較好的幫助.

摩擦力的教學是高中物理的難點，也是重點.摩擦力這一重難點的突破對后面學習物理有重要作用.摩擦力一節的實驗為演示實驗，鑒于其重要性，教學中可以將其變為分組實驗.實驗先研究靜摩擦力，后研究滑動摩擦力，實驗裝置如圖1所示.

學生親自參與實驗后對如下兩點印象特別深刻.其一，研究滑動摩擦力時，要用彈簧拉著木塊勻速運動，很難做到，做不到勻速就不滿足二力平衡，彈簧秤的示數就不等于木塊所受摩擦力的大小.其二，研究靜摩擦力時，為了記錄下木塊剛運動瞬間的摩擦力，在測力計指針下面放一個小紙團來“記錄”最大值.這兩點其實為后續的實驗創新奠定了基礎.前者，可以引導學生思考改進摩擦力的實驗，降低操作難度，提升實驗效果和實驗成功率.后者，這可以在第四章學習超重失重時將其遷移到記錄彈簧秤懸掛鉤碼演示超重、失重現象時其示數的最大、最小值.

2 變教師提問為學生生疑

學源于疑，小疑則小進.實驗對學生知識、技能、方法等都有較高要求，學生在實驗中一定會產生很多疑問.教學經驗豐富的教師一般會對學生共性疑問了如指掌，然后設計問題，讓學生思考，一起分析，消除疑問.但是這樣的方式學生學習依然是被動的，學生在教師的指引下，一步步思考，一定程度上降低學生學習的難度，是一種比較有效的學習方式，然而對一些基礎較好、學習能力較強的學生而言，這一學習方式可能導致學生缺乏知識的主動構建過程，也缺失師生、生生之間思維的碰撞，因而失去了向更深層次思考的機會，也就失去在實驗中培養創新意識的契機.

為了能夠讓學生更深度參與實驗、思考實驗，可以變教師設問為學生生疑.將學生分組，然后每一個小組互相交流后，整理出本組的疑問，各小組派一名代表發言，將自己的疑問說出來.摩擦力實驗中，學生說出來的典型疑問有：如何才能保證滑動摩擦力等于彈簧秤的示數？如何才能讓彈簧秤的示數不要忽大忽小？如何記錄實驗中最大讀數？為何最大靜摩擦力等于彈簧秤的最大讀數？如何驗證滑動摩擦力比最大靜摩擦力小？如何探究滑動摩擦力大小與接觸面積大小、正壓力、接觸面粗糙程度等的關系？等等.利用學生的疑問，可以引導學生設計、改進實驗方案，讓實驗效果更優，讓實驗操作的難度更低，準確度更高.例如為了讓示數不忽大忽小，為了避免拉木塊時要勻速的難度，可以將木塊和彈簧秤水平放置，彈簧秤一端固定在豎直擋板上，另一端連接木塊，具體如圖2所示.只要將木板B拉出，勻速、加速、減速都可以，這樣就解決了圖1裝置中需保持勻速的問題.

3 變定向探究為自由探究

定向探究中教師為學生提供比較明確的指導.定向探究是在教師提供大量的指導和幫助下完成的，它既包括教師提供具體教學事例和程序，由學生自己尋找答案的探究，也包括教師給定要學的概念或原理，由學生自己發現它與具體事例的聯系的探究.其好處是學生探究難度降低，可以快速完成實驗，實驗準確率也比較高，但是學生的自主性被剝奪，參與實驗的主動性受限.自由探究中教師的指導較少，學生探究的時間充裕，有較大的自由度，學生可以充分發揮主觀能動性，設計方案解決問題.由于學生時空更自由，思維不會受到限制，對那些有較好基礎，學習能力較強的學生而言，在問題解決中可能會產生一些新的想法，會有意外收獲，甚至是驚喜.

在摩擦力實驗的教學中，學生對教材實驗產生疑問，將其設計為圖2所示的裝置，可以讓學生在課后找來木板自己設計、嘗試，看看實驗效果如何，是否如當初設想的一樣.通過嘗試學生發現圖2的裝置依然存在問題：彈簧秤有自重，導致其不能保持水平，彈簧秤對木塊的拉力不是水平的，這會對實驗精確度帶來較大的影響，只有木塊的質量較大時，彈簧秤才能基本水平.為了改進實驗效果，有必要將實驗進一步改進.如何改進可以做為學生課后的實踐活動，將學生分成幾個大組，每一組自己設計方案，教師做好答疑、適當指導等“后勤”工作.學生通過查閱相關文獻提出的設計方案五花八門，比較理想的如圖3所示.圖3是圖2的升級版，用拉力傳感器替代彈簧秤測拉力，用幾乎沒有質量的細線連接木塊和拉力傳感器，這樣就避免了圖2裝置操作難、讀數難的困惑，也解決了圖2裝置彈簧秤自重導致的誤差.

將定向探究變為自由探究，教師對學生指導變少，學生思維更自由，更能充分思考，更能天馬行空般放飛思維，在此過程中學生可能會偏離正確的方向.即使如此，教師應該放手，在學習中，尤其是實驗中，試錯也是一種體驗，也能讓學生有收獲，只要最終學生能回到正確軌道即可.學生的思維活躍，他們天馬行空般的思考，往往會帶來驚喜，這對培養他們創新意識至關重要.

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部制定.普通高中物理課程標準（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018：4-6.

[2] 鄒曉明.對高中物理“探究式課堂教學”探究程度的思考[J].物理教學探討，2005，23（9）：17-18.

[責任編輯：李 璟]