物理实验教学中自主创新能力的培养

陈爱永

物理学是一门以实验为基础的自然科学,实验在物理教学中占有重要的地位。在中学的各门课程中,物理课在提高学生的科学素质方面起着无可替代的作用,实验在物理教学中更是占有着重要的地位。现代理科教学的一个重要的特征是从强调知识内容向获取知识的科学过程的转变,从单纯积累知识向探求知识的转变。重视科学过程构成了现代理科教学的基本原则,如何培养学生的自主创新能力成为物理实验教学改革的重要探索课题,也是物理实验教学改革的发展趋势。

一、演示实验——“自主”

传统的演示实验的教学是教师做,学生看。学生由于缺少“参与”意识,往往调动不起积极性,发挥不了主体作用,独立操作能力及创造力难以得到充分培养。变演示实验为分组实验,就是教师启发、指导学生,将演示的过程转化为学生自己独立地运用实验去探求知识或获取必要的感性知识,从而自己得出结论的过程。这样做不仅可以在课堂上增加学生动手动脑的机会,加强实验基本功的训练,而且可以通过实验探求知识,获取知识。对学生来说,按照思维发展获取新知识的过程,本身就是创造的过程。变演示实验为分组实验,增加的就是学生的创造体验。这种效果是单纯的演示实验所不能达到的。

1.学生自主设计实验方案

实验方案的设计关键是让学生考虑好实验目的、原理。在研究焦耳定律的演示实验时,笔者先向学生提出了这节课的课题:“电流通过导体产生的热量跟哪些因素有关”,怎样才能看到电流通过导体产生热量的现象(要用到物理研究的转换法)。学生经过笔者的启发、引导,再经过认真思考,自愿组合的小组讨论,设计出不同的方案,有的方案效果特别好。例如:有的学生取两根阻值不同的电阻丝,在电阻丝上分别用凡士林粘上若干根火柴梗,通电后发现阻值较大的电阻丝上的火柴梗依次掉了下来;有的学生让烧瓶中的空气受热压强增大,推动管中的红水柱移动;有的学生想到使木条吸收电热升温达到着火点而燃烧……这样变限制性的演示实验为开放性探究性实验,极大地激发了学生学习和探究物理的积极性,培养了学生的发散思维和创造性思维能力,学生自主探究能力得到了提升,学生为主体、教师为主导的教学理念得到了实践。

2.学生自主选制实验器材

学生设计出实验方案后,可以向实验室借一些仪器,还可以利用废旧物品自制一些器材。如:一些学生把废电炉丝制成电热丝研究焦耳定律,把废干电池中的锌片取出做电极,制作水果电池;用废弃的可乐瓶研究液体压强与深度关系;用家里废弃的花线与大铁钉做成电磁铁,研究电流的磁效应;用废弃的薯片筒和薄膜纸模拟照相机,等等。这样学生不仅有效地利用了废物,减少对环境污染,而且锻炼了动脑动手的能力,更充分发挥了创新能力与实验构建能力,开阔了视野,增长了见识。

3.学生自主演示自己设计的实验

学生把实验设计出来,都想主动地把实验演示给同学观摩,每个学生都希望得到同学的赞许而得到满足成功感。当演示实验成功时,会得到同学的掌声与敬慕;当演示实验失败时,同学会伸出友谊之手,在精神上鼓励他们,在设计实验中辅导他们,在操作上帮助他们。学生演示的实验可以相互探讨、相互磋商,相互学习,从而达到共同成功、共同提高的效果。这样做的好处之一:可以增加学生知识与情感的沟通与交流;之二:可以展示学生的成功喜悦感,树立学生的学习自信心;之三:可以培养学生的观察能力,数据处理能力,以及现象分析能力;之四:不仅可以发挥学生的主观能动性,而且可以培养学生的动手操作能力。

二、学生实验——“开放”

1.实验方法开放

以测导体电阻为例,在上课时笔者对学生讲明实验目的,至于实验方法由各小组讨论决定,并要求学生画出相应的电路图。学生通过相互讨论、研究后,设计了多种实验方法,如伏安法、伏阻法、安阻法、极端法等,一些学生还采用了单表间接的测量方法,大大提高了运用知识的综合能力,同时培养了发散思维和勇于创新的精神。学生主动性学习与研究性学习的精神得到了充分发挥,在宽松和谐的气氛中学到了知识,在乐学环境中锻炼了能力。

2.实验步骤与目的开放

在伏安法测电阻的实验中,笔者要求学生只带课本进入物理实验室,不带实验报告手册。在学生动手做实验前笔者只强调了各种电表的使用方法和注意事项。在实验过程中,有的学生用伏安法测电阻时,分别用内接法和外接法;有的学生还用该电路图验证了影响电阻大小大的因素,取两段横截面积相同、长度不同的铁导线,或长度相同而横截面积不同的铁导线,或长度横截面积相同的铜和铁导线,分别测出它们的电阻并进行分析。培养学生观察、分析问题的能力,实验中的应变能力,并熟练掌握了实验探究的方法(如控制变量法)。

3.实验归纳开放

在实验后笔者让学生多角度、多层次深入细致地观察、分析实验现象和数据,从而开放性地归纳出实验结论。如:有的小组分析实验数据,得出如下结论:A.伏安法测电阻时,用内接法测量值偏大,用外接法测量值偏小;B.多次测量,求平均值可减小误差;C.影响电阻的因素除了长度、横截面积、材料外,还与温度有关。通过以上几个方面的归纳与总结,学生培养了分析、概括实验结论的能力,还拓展了知识领域。

总之,在教学过程中,教师既要遵循“教师为主导,学生为主体”的教学规律,又要不断加强实验教学的改革与创新,以激发学生的学习兴趣为核心,注重培养学生的能力,不断提升教学效果。