中学物理实验教学中培养学生创新思维能力的研究

孙鸿坤

（上海交通大学附属中学，上海200439）

中学物理实验教学中培养学生创新思维能力的研究

孙鸿坤

（上海交通大学附属中学，上海200439）

论述了培养创新思维能力的意义，提出了训练和培养创新思维能力的方法.结合教学案例，给出了在中学物理实验教学中培养学生创新思维能力的实施途径实践和思考.

中学物理；实验教学；创新思维能力

1 创新思维释义

创新思维是指以新颖、独特的方法解决问题的思维过程.通过这种思维不仅能揭示客观事物的本质及其内部联系，而且在此基础上产生新颖、独创、具有明显社会意义的思维成果.创新思维是人类创造力的核心和思维的最高级形式，是人类思维活动中最积极、最活跃和最富有成果的一种思维形式.人类社会的进步与发展离不开知识的增长与发展，而知识的增长与发展又是创新思维的结果.所以，创新思维比之思维的其他形式，更能体现人的主观能动性.

《上海市中学物理课程标准》指出：“中学物理课程是以观察和实验为基础，以物理现象、物理概念和规律、物理过程和方法为载体，以科学探究为主线，以提高全体学生科学素养为基本目标的基础性自然科学课程，是中学自然科学学习领域的重要组成部分.”“物理课程必须注重全面提高学生的基本科学素养，使他们不仅掌握物理知识，还具有科学精神和创新能力，为今后走向社会和终身学习奠定坚实的基础.”因此，物理教师应利用好实验教学，培养和提高学生的创新思维能力.

2 物理实验教学中培养学生创新思维能力的主要途径和实践

2.1 做好基础实验，为培养学生创新思维能力提供必要的基础

能力的培养离不开基础知识，离开了知识和技能的积累，就谈不上创新能力的培养.在实验中可以培养学生观察实验现象的能力，培养严谨认真的科学态度和科学方法.学生掌握物理知识要经历“感性－理性－应用”的科学认识过程.实验教学可以帮助学生形成物理概念，理解和巩固物理知识，培养学生观察实验现象、分析问题、解决问题的能力，初步掌握一些常用的物理实验技能，培养学生实事求是、严肃认真的科学态度和科学方法.在演示实验或学生实验中，要求学生认真观察实验现象，并将观察的结果记录好，认真分析，去伪存真，填写于实验报告中.这样要求学生，不仅使学生知道在实验中要观察的内容，还可以使学生获得第一手感性材料，储备坚实的物理基础知识，为培养创新思维打好基础.

2.2 改进学生实验，为培养学生创新思维能力提供深入思考的空间

根据学生的实际学习情况，对教材中的学生实验进行改进，使其更能体现物理概念和规律的形成过程，促进学生实现更深入的思考，发挥主观能动性，从而培养创新思维能力.

教学案例：多用表教学设计

学生在学习了闭合电路欧姆定律之后，学习使用多用表测电流、电压和电阻.教学设计中，笔者增加了欧姆表内部结构及测量原理等内容，将“多用表”这节课从原来重点“学会使用多用电表”的实验课（且劳技课上已经接触过多用表），转变为在实验的基础上与“闭合电路欧姆定律”联系的一堂理论联系实际的课，要求学生利用电流表组装欧姆表.

通过探讨学生熟悉的测电阻的方法出发，引导出等效替代的思想，获得欧姆表的内部结构和测量原理.又从实验中发现问题，进而引发思考，探讨修正方案，深刻理解了欧姆表内部结构中各部分的作用，充分体现物理知识的建立和形成过程.用组装好的欧姆表测量电阻，展示多用表欧姆挡，看到自己设计的欧姆表和多用表欧姆挡的一致性，感受自我设计的成就感.

测电阻的方法和等效替代的思想是学生已有的知识，但在此基础上获得欧姆表内部结构、重新组装欧姆表，并非易事，设计的过程，就是创造性运用知识的过程，学生需要有扎实的基础知识，熟练的实验技能，在“设计—组装—反思—修正—应用”的过程中，思维严谨、层层深入，促进了创新思维能力的发展.

2.3 设计学生实验和演示实验，为培养学生创新思维能力提供更广阔的舞台

物理是一门以实验为基础的学科，来源于生活，又重新应用于实际生活，这也是这门学科的最大魅力所在.因此，教师可以根据教学需要，在概念规律课或习题课中，创造性地引入学生实验.

教学案例：动能定理的应用

学生在学习了“动能定理”之后的习题课，“动能定理的应用”第一课时.教师通过“乒乓球下落”和“单摆摆线碰钉子”2个学生实验，逐步引导学生掌握动能定理在各种情况下的应用.

学生实验1：乒乓球下落实验

通过乒乓球下落的情境引入，提出测量乒乓球下落到最后停下来的总路程的问题，引导学生建立模型，寻找实验原理，设计实验记录表格，最后得到结果.下面是学生实验的任务单.

实验目的：求乒乓球从离桌面0.7m高度由静止下落至桌面，到最后停在桌面经过的总路程.

实验器材：乒乓球，米尺.

建立物理模型（理想化处理）：1）不计乒乓球与桌面碰撞时的能量损失；2）设阻力大小恒定；3）乒乓球看成质点.

实验原理：___________________________________________.数

据记录：___________________________________________.

从生活中抽象出物理模型，引发学生思考，把自己所学的动能定理的知识用于解决实际问题，使教学更生动直观、更贴近生活实际，提高了学生学习物理的兴趣、拓展了学生的思维.实验中突出了物理模型的建立方法，使学生认识到在复杂多阶段直线运动中，牛顿定律求解比较繁琐，选择对整个过程应用动能定理更简捷，这样的设计，远比单纯以讲授习题的形式更吸引人，更能调动学生的学习热情，引发学生在生活中更多观察、更多思考，促进了创新思维能力的培养.

学生实验2：单摆摆线碰钉子实验

教师演示单摆碰钉子的实验，提出要完成圆周运动，小球由静止下落的位置A离钉子（圆心）的距离为多少？在这样一个多段曲线运动的模型中，学生运用动能定理和圆周运动的知识获得了理论上的结果，又通过学生实验进行了验证.在此基础上，教师播放过山车的录像，并进行模型演示，提出过山车至少在多高处下落才是安全的，有的学生稍作思考，就马上回答出了结论，有的学生经过计算得到结论，发现过山车和单摆碰钉子是相同的结论.因此，学生能够深刻理解，动能定理应用关注的是初、末状态的动能及过程中的总功，而不是具体的路径.

实验的探究过程看上去不如理论推导和讲解习题来得快捷，但学生在“观察—思考—实践—反思”的过程中，促进了逻辑推理能力、发散性思维能力的提高，从而促进了创新思维能力的发展.

2.4 指导课外实验，为培养学生创新思维能力提供更多实践机会

根据课内所学知识，有针对性地指导学生课外探究实验，既能加深对课内知识的理解，又能激发学生的学习热情.

课题：滴水法测量重力加速度

背景：学习了自由落体运动之后，学生通过查资料，发现可以应用自由落体运动，用滴水的方法测重力加速度.

下面是课题小组的实验报告.

课题：滴水法测量重力加速度

实验目的：测量重力加速度g.

实验原理：利用观察测量水滴的自由落体运动，计算出水滴匀加速运动的加速度，以此来获得重力加速度g的大小.

实验器材：录音用设备（在此使用手机），不锈钢碗，医用点滴袋及配套滴液瓶、针头（一定要可调控滴水速率），蓝黑墨水，固定高度的架子（在此运用寝室梯子），皮尺.

实验过程：

1）向点滴瓶中注入蓝黑墨水（为使水滴在空中能看见，便于控制计数）.

2）将点滴瓶固定于架子顶端，将输液管、针头等竖直悬于空中，在地面正下方放置碗，碗倒扣在地面，并在里面放上手机.

3）测量针头底端到碗的竖直距离h.

4）打开滴液阀，由快至慢调节水滴的速率，确定每次滴水空中只有1滴水滴，并且每次刚听到水滴声时刚好之后1滴水从针管中落下（一定要精确）.

5）之后用耳听，调整至人耳估算大约为1s间隔时，打开碗下手机录音，待录至n滴声响后停止.取出手机重播录音，计算第1滴声响和最后1滴声响的时间差t［应该正好是（n－1）份水滴间隔］，则可精确计算出水滴间隔.

6）反复进行第4步，在水滴速率不变的情况下多次测量，取得多组数据.

7）多次测量后取得平均值，计算得出重力加速度g.

注意：第5步中的过程一定要细致，是整个实验的关键，若水滴间隔计算出来仅偏差0.1s，最后得出的结果误差很大，故一定要在确认无误后再进行数据采集！建议n≥50.

实验计算：

由于本实验对精确度要求十分高，我们小组刚开始做时误差十分大（g为5左右），本实验总共有3处容易引入误差之处：

1）要保证1滴水落到碗上发出声响的同时，第2滴刚好从针管下落，且空中只有1滴水滴.起初因为看不清透明的水滴而无法确定空中是否真的是1滴水，于是使用注入钢笔墨水给水滴染色的方法解决了这个问题（个人建议蓝黑，黑色容易堵住针管）.

2）要控制每次水滴下落间隔相同，由于没有专用的器材，医院打点滴用的滴液瓶和配套设施再适合不过了.

3）要精确测量每一滴水滴的间隔，用秒表测量很不精确.哪怕是运用整体测量法（即50滴测出总时间再除以50）也有相当大的误差（人的反应延迟计时误差）.因此想出了运用录音的方法，因为这样既能够从录音中听见每次水滴的声音，更可以从录音文件的时间显示上十分精确地得出总时间.

充满好奇心和求知欲，这是培养创新思维能力的重要环节.不能轻易抹杀学生的学习热情.爱因斯坦说过“如果把学生的热情激发起来，那学校所规定的功课，会被当做一种礼物来接受.”

总之，物理教师要树立实验的意识，精心设计实验课，以学生为学习的主体，立足学生的长远发展，逐步培养学生创新思维能力.

课题中遇到的困难：

Research on the cultivation of innovative thinking ability of students in middle school physics experiment teaching

SUN Hong－kun
（High School Affiliated to Shanghai Jiaotong University，Shanghai 200439，China）

This paper discussed the significance of cultivating students’ability of innovative thinking，showed that the innovative thinking ability could be trained and cultivated.Combining teaching case，it presented some approaches and thinking of cultivating the innovative thinking ability of students in middle school physics experiment teaching process.

middle school physics；experiment teaching；innovative thinking ability

G633.7

A

1005－4642（2012）11－0033－03

［责任编辑：尹冬梅］

2012－08－06

孙鸿坤（1976－），女，黑龙江齐齐哈尔人，上海交通大学附属中学一级教师，学士，从事中学物理教学工作.