浅谈物理实验教学中学生创新能力的培养

刘子林

物理实验教学是培养学生创新思维、创新能力和科学素质的重要实践环节，也是全面贯彻党的教育方针，落实科教兴国战略的有效途径。如何在物理实验教学中培养学生的创新能力是本文主要探讨的问题。

一、敏锐的观察能力是创新的基础

物理科学以实验为基础，但实验的成功必须以正确的理论为指导，否则将导致实验的失败或仪器的损坏。因此在进行物理实验之前，必须让学生掌握好这方面的理论知识，只有在科学理论指导下，实验才会成功。

要做好物理实验，首先要学会观察实验。观察是人们通过感觉器官或借助科学仪器对周围存在的事物、现象、过程和人在自然存在条件下进行有目的、有计划的感知和描述。观察不等于看见，观察力决定一个人的感知水平和深度。任何人的观察能力都不是与生俱有的，只有通过长期的实践，才能培养起来。学生观察能力的培养不仅要靠自觉的实践，更需要教师的引导、启迪。培养观察能力，首先要激发学生对观察的热情，这是获得良好观察结果和在观察中有所发现的重要条件。纵观历史上诸多的科学家、发明家，无一不是通过积极主动的细心观察，捕捉蛛丝马迹而取得成功的。阿基米德通过观察洗澡水溢出现象，发现了浮力定律；伽利略通过观察教堂屋顶上吊灯的摆动，发现了摆的等时性原理；牛顿通过观察、分析苹果落地现象而发现了万有引力定律；富兰克林则通过观察研究雷、闪电和云的形成过程，得出了雷电和摩擦带电具有相同属性的结论。

观察的目的是探索和发现，是研究物理现象产生、变化的原因，从而达到对事物及其变化规律的深刻认识。现在有些学生，进入实验室的目的只是想得到一组实验数据，以便写实验报告交作业，对实验的重要性没有深刻的认识，更谈不上去探讨实验的目的、意义和作用。因此，在实验教学中，教师要设法引导学生勤于思考、善于思考，将观察和思考紧密结合，使观察自然地成为分析问题和解决问题的先导。例如在研究物体的浮沉条件实验中，先将一只鸡蛋放入浓盐水中，让学生观察鸡蛋的漂浮状态。然后缓缓倒入清水稀释浓盐水，随着盐水浓度的不断降低，虽然鸡蛋排开液体的体积逐渐增大，但却由漂浮状态慢慢变成悬浮状态，并最终沉入杯底。通过观察分析该实验现象得出结论：浸在液体中物体的上浮和下沉，决定于它所受浮力和重力的合力。

针对实验中遇到的问题，教师要引导学生进行讨论，对实验结果进行科学的分析，提出独立见解，指出实验方法、实验仪器的缺点，并提出改进实验的措施，以增强学生的自信心和进取心，从而把学生做好实验的积极性和主动性充分调动起来。例如在凸透镜成像实验中用蜡烛作为物，由于烛焰的对称性，倒立像的左右位置对调现象观察不出来，使学生得到的知识不全面。若把蜡烛换成空心“1”字屏作为物，另用其他光源照亮该屏，则倒立像的左右位置对调现象一目了然。

二、学生自主实验是创新的关键

在物理实验教学中要大胆培养学生自主实验的能力，在不违犯实验规则和仪器操作要求的前提下，不要管得太细、卡得太死。实验内容要精讲，提出目标和要求即可。应重点介绍仪器使用注意事项，以充分发挥学生的主观能动性。对于某一门课程的实验，可以先对常用仪器设备的结构、性能、使用要求集中讲解，然后进行操作练习。当学生对仪器有了一定的了解后，就要放心地让他们自己动手去研究需要解决的问题。学生在进入实验室前必须明确实验的任务和要求是什么?要达到的目标是什么?教师在指导学生实验操作时，发现问题要巧妙地予以纠正，不要直接指出应该怎样做，而是要启发学生使其知道错在什么地方，为什么会出错，错误的操作会产生什么后果，让学生自己领悟出怎样做才是正确的。只有这样开展实验教学，才能有效地培养学生分析问题和解决问题的能力。

实验室对学生开放，有利于学生在实验里自主性学习，变被动为主动，使呆板的实验内容和方法变得生动活泼，激发学生对实验的兴趣。通过开放实验室，把老师要求学生做实验转变为学生自己想做实验、自己需要做实验、自己乐于做实验。由于在开放实验室里做实验，没有时间限制，实验内容学生自己选择，实验方法自己设计，具有很大的自主性，这更有利于学生按照自己的想法仔细观察实验现象和分析实验过程中遇到的问题。如学生在研究折射光偏振现象时，观察到折射光的偏振化程度不高。分析其原因是玻璃“片堆”层数太少，因为普通玻璃的厚度为3mm，限制了“片堆”层数的增加。同学们想到在做热学实验时曾观察过“布朗运动”，所用的盖玻片较薄，经测量其厚度只有1mm。若用盖玻片作为制做玻璃“片堆”的材料，在不增加玻璃“片堆”总厚度的情况下，其层数可增加两倍，对提高折射光线的偏振化程度非常有利。实验表明，用盖玻片制作的玻璃“片堆”做折射光偏振实验效果很好。

三、实事求是的科学态度是创新的灵魂

实事求是的科学态度是做好物理实验的前提，是学好物理不可或缺的优秀品质，是创新的灵魂。在物理实验教学中要特别注重学生科学态度的培养，使学生养成实事求是、一丝不苟、按规律办事的作风。在实验过程中要如实记录实验数据，坚决摒弃弄虚作假的做法，促使学生逐步养成崇尚真理、严谨踏实的学习态度，不断提高自己的科学素质。在利用牛顿环研究等厚干涉现象实验时，需要使用读数显微镜，记录数据过程中要求微调轮单方向转动，中途不得反转方向。一旦操作失误，前面测量的数据全部作废，需要重新开始测量。个别学生认为反正老师看不见，倒转了你也不知道，何必费事重测。当实验结果与理论值相差较大时，需要认真分析误差偏大的原因，绝对不能任意改动或拼凑实验数据。一些学生认为这又不是搞科学研究，把数据修改一下就行了，何必如此认真呢?针对这种思想，实验开始前要特别提示学生绝对不能欺骗自己，欺骗老师，在科学面前不能掺杂半点虚假。

四、通过探究性实验提高学生的创新能力

探究性实验也可以认为是开拓性或发挥性实验，它是由教师提出要探究的在课本上没有现成结论或没有惟一答案的问题，让学生通过实验去探索、研究出自己的结论。教学中要突出学生的主体作用，尽可能地发挥其独立自主学习的主观能动性，在教师的指导下学生进行自行设计、独立操作，将所学知识在实践中灵活运用。在整个实验的教学过程中，使学生对实验的探索、研究及过程的确立、问题的解决，自始至终都进行科学有效的思考。让学生充分开拓自己的思维，在一定的要求范围内以不同的方式，运用所掌握的知识，独立地发现、探索、研究和解决实际问题。通过这样的实验过程，学生既巩固了所学到的知识，又培养了基本技能和观察问题、分析问题、解决问题的能力。因此，探究性实验教学对学生创新能力的提高，有着极其重要的意义。例如在中学物理课本中有一个研究大气压强的“覆杯实验”，一般教科书中都要求玻璃杯内装满水，并用一块薄玻璃板盖在杯口。现在让学生探究在玻璃杯内未装满水的情况下会出现什么结果?用硬纸片代替玻璃板会出现什么现象?要求学生仔细观察实验现象，并根据实验结果进行定性或定量的理论分析。该实验需要的材料易得，操作简便，但却包含了大气压强、气体定律、表面张力、重力、液体性质等许多物理知识，需要学生综合利用物理知识去创造性地解决问题。

探究式实验过程涉及的相关因素较多，原理、方法、操作每一环节都要高度重视，稍有疏忽就有可能导致实验的失败。有些学生一旦发现实验结果和预期值不一致，往往归咎于实验仪器或其他客观条件，而不去寻找个人因素。有的学生在实验中遇到挫折就怨天尤人，甚至半途而废。教师应有意识地通过一些物理学家事迹的介绍，对学生进行科学态度、科学探索精神的教育，使学生深刻认识到科学实验的复杂性和艰难性，从而起到丰富学生思想情感、磨炼人格意志、培养严谨学习态度的作用。使物理学家的创造性思维在教学中得以提炼再现，对物理学家分析处理问题的方法思路有所领悟，进而不断提高学生的创新能力。

培养学生的创新能力，是21世纪对人才的需求，这不仅关系到学生以后如何在社会上生存和发展，更关系到一个国家的兴旺发达。因此我们必须转变传统的教育观念，完成从培养“知识型”人才到培养“智慧型”、“创新型”人才的转变。通过物理实验教学这一载体，切实做好学生创新能力的培养工作，为社会培养出大批符合时代要求的合格人才。

责任编辑孙海燕