例谈在高中物理随堂实验中培养学生创新能力

吴峤

摘 要：物理随堂实验由于其特殊性，对培养学生的创新能力具有积极的作用。本文从妙用肢体设计随堂实验，将演示实验改造成随堂实验，利用生活中的物品或已有实验仪器设计随堂实验等三个方面阐述如何在高中物理随堂实验教学中培养学生创新能力。

关键词：高中物理；随堂实验；创新能力

纵观几千年来的国内外科学发展，可以说没有创新就没有社会进步，没有创新就没有人类的发展。创新能力的培养是素质教育的核心，是高中物理新课程的总目标之一，是物理教学的一个重要任务。物理是一门以实验为基础的学科，而实验是发展学生创新能力的重要途径，物理随堂实验由于其特殊性，对培养学生的创新能力具有积极的作用。

1 妙用肢体设计随堂实验，激发学生的创新意识

许多物理现象与人肢体的各种特性有关，妙用肢体设计的随堂实验能在抽象与具体的衔接中，有效激发学生的创新意识。

例如，在高一物理《静摩擦力》教学中，教师组织课堂上同桌的两名同学互相配合，如图1：甲同学伸开左手（或者右手），平放，手心朝上，乙同学用手指竖直捏住一只笔，笔尖朝下，放在甲同学的手心上方，保持静止状态几秒，然后交换，让全体学生亲身体会到由于笔存在相对手指向下运动的趋势，从而产生恐惧心理，但笔并未向下运动扎到手心，有力说明了手指与笔之间静摩擦力的客观存在。

再如，在帮助学生理解如何按照作用效果进行力的分解时，组织同桌的两名同学配合进行，共同参与随堂实验，如图2：甲同学单手叉腰站立，乙同学用手对甲同学的肘部持续施加一个竖直向下的拉力，然后交换，体会拉力对手臂产生的两个作用效果：上臂受拉，下臂受压，从而真切理解了一个力产生的两个实际作用效果。

这两个简单化、生活化的随堂实验，由教师独立设计，学生热情高涨，他们意想不到，巧妙利用自己的肢体，短短几分钟的随堂实验，能切身体验到抽象的物理情景，化难为易，教师的创新示范有效激发了学生的创新意识。

2 改造演示实验为随堂实验，教给学生创新技法

培养创新能力，要让学生有创新意识，具备坚实的知识基础，也要掌握一定的创新技法。将传统的演示实验改造成随堂实验，充分发挥学生的主体作用，更让学生具体感知创新技法。

例如，图3为鲁科版选修3-4教材迷你实验室的丁达尔实验：所用器材因离生活较远，仅为教师演示，学生仅仅是旁观者，且只能在暗室里进行，未能激起学生足够兴趣。

教师将这个演示实验改造如下：在一个不透光空罐子（如奶粉罐）的侧面钻一个小孔，里面放一个灯泡并作防水处理，当水从空罐子中流出来时，光也顺着水流了出来，形成了一个很亮的点，如图4。光为什么仅仅限制在那一小股弯曲的流水之中而不向其他方向传播呢？这一现象让学生惊异不已，跃跃欲试。然后，让学生动手利用与之相同的材料（实验老师事先协助备齐），动手实验，实验过程中发现加入的水深度不同，影响亮点的出现，这又是什么原因呢？学生带着浓厚的探究欲望，主动进入学习状态。

之后，教师引导学生将改造后的随堂实验与教材提供的演示实验进行比较，反思实验过程，提出本改造实验主要应用的创新技法之——缺点列举法。所谓缺点列举法是发现已有事物的缺点，将其一一列举，通过分析选择，确定创新目标，制定革新方案，从而进行创造发明的创新技法。

此外，适时让学生了解希望点列举法、聚焦发明法、逆向思维法、类比模拟发明法等创新技法 [1 ]，这些创造技法，在培养学生的创新能力过程中，都是十分必要和有效的。

3 利用生活中的物品或已有实验仪器设计随堂实验，训练学生的创新思维

在学生充分理解实验原理的基础上，教给学生归纳法和推理验证法等实验研究方法，让学生熟悉实验所涉及的等效法，控制变量法，累积法，留迹法，模拟法和放大法等主要设计方法 [2 ]，结合必要的实验设计思想和创新技法，设计随堂实验，能有力地训练创新思维，培养创新能力。

3.1 利用生活中的物品，设计随堂实验

教师课前布置，引导学生课余利用生活中的物品，设计随堂实验，在课堂上交流。

例如，在高一物理《弹力》教学中，微小形变是学生费解的， 学生设计了不少方案：

实验方案一：在乒乓球上打一小孔，内装上有颜色的水，插入一只透明的细吸管，用手挤压球的内侧，可看到管中水位明显发生变化。这个实验简单易行，效果明显。

实验方案二：在平整较光滑桌面上放两个玻璃球，相隔一定距离，在两球中间用力往下压，可以看到两球向手按的地方滚动，说明桌面发生了形变。

苏联教育家苏霍姆林斯基说过“兴趣的源泉在于运用，使学生体验到理智高于事实和现象的权威感”。学生往往都怀有极大的兴趣去探寻适合的物品，此时没有条条框框的束缚，有的是自由的时空，在实验过程中摸索设计出独特的实验方案，这一切，无不包含着创新的成分。同时，身边物品的用途本来并不是用来做物理实验的，这种做法本身就是一种创新，而通过课堂上的随堂汇报交流，学生的创新能力得到展示和交流，进一步激发学生的创新热情。

3.2 利用已有实验仪器，设计随堂实验

教师在学生掌握相关知识的前提下，让学生用不同的器材，不同的实验方案，不同的实验步骤进行随堂实验。

例如，学生学习了牛顿运动定律及动能定理之后，让学生设计随堂实验并且测量出木板和木块之间的动摩擦因数。提供打点计时器，弹簧秤，木块，长木板等器材。

实验方案一：利用共点力的平衡

如图5所示，长木板放在水平桌面上，物块放在长木板的上面，左侧连接着弹簧秤，弹簧秤固定在竖直墙壁上。

实验原理：用力F拉动长木板沿水平方向做加速运动（相对物块滑动），物块静止，因此与长木板之间的滑动摩擦力等于弹簧秤的示数。读出此时弹簧秤的示数F1，则有滑动摩擦力Ff=F1，再用弹簧秤测出物块重力G，根据FN=G和Ff=μFN，则有：μ=■=■。

实验方案二：利用牛顿第二定律

如图6所示，打点计时器固定在带有定滑轮的长木板的左端，物块靠近打点计时器放在长木板上，左侧固定一条纸带并穿过打点计时器，右边栓着细绳跨过长木板右端的定滑轮，绳子末端挂有一个托盘。

实验过程和原理：打点计时器接入电源，用手压住物块，在托盘上放置一个质量为m的钩码；接通电源，放开物块，使物块做匀加速直线运动，打点计时器记录纸带如图7。

打点周期T=0.02s，根据匀变速运动的规律，相邻的时间间隔的位移之差，运用逐差法求解物块做匀加速运动的加速度：a1=■；a2=■；a3=■，则加速度的平均值a=■=■。

测量物块的质量为M，根据牛顿第二定律得，mg-μMg=Ma ，所以，μ=■=■-■，

实验方案三： 利用动能定理

如图8所示，两块粗糙程度相同的木板AD、CD组成斜面和水平面，斜面的倾角为θ，D为两板的连接处（光滑且圆滑，物块在此处运动不损失机械能）。

将物块放在A点，让它自由下滑，物块停止在水平木板的C点。根据动能定理得：物块从A运动到C时，重力和摩擦力做的总功为0，则有：

mgs1sinθ-μmgs1cosθ-μmgs2=0。

用刻度尺测出A点到A点在CD所在平面的投影B的高度差h和B到C的水平距离L，由于L=s2+s1cosθ，h=s1sinθ，因此μ=■=■。

以上实验方案是学生自主设计，在实验中，学生需要在各种因素中进行取舍，对所得信息进行筛选，学生在即定目标的过程中，在不同情况下要善于应变 [3 ]，这样有效训练了学生的创新思维，培养学生的创新能力。

系统科学的教育哲学认为， 教育的最终目的是创造和发展。物理学是自然科学的基础学科，物理实验是学生理论联系实际的桥梁，是把所学知识向应用延伸的重要途径，对学生创新能力的培养有独到之处。随堂实验穿插于教师的讲授和学生的学习中，将演示实验和学生分组实验结合成优化的整体，益于学生动脑动手，随堂实验不像学生分组实验要求学生严格按照实验步骤进行，能充分调动学生的积极性和创造性，同时随堂实验灵活多变，学生往往在出其不意中体会到创新的过程，教师在这一过程中不是向学生“奉献真理”，而是指导学生去“发现真理”和“探索真理”。通过师生、生生间的交流，大大增强了学生的学习兴趣和创新热情，提升了学生在物理学习中的幸福感。

众所周知，创新能力的培养并不是一两次的随堂实验就能点石成金，必须经过日积月累的培养才能形成，随着新课程的全面实施，物理随堂实验在教学中的重要性越来越得到彰显，实验在中学物理教学中的作用是其他方法不能替代的 [4 ]，作为高中物理教师，应该积极探索，发挥物理随堂实验的作用，引导学生观察思考，分析归纳 [4 ]，促进学生创新思维，培养学生的创新能力。

参考文献：

[1] 李秀美.改进物理教学 培养创新能力[J].中学物理，2000（2）： 10-12.

[2] 徐旭东.注重实验方法，培养创新能力[J].中学物理，2004（3）：2-3.

[3] 赵树东.改革实验教学培养学生创新能力的尝试[J].中学物理，2004（4）：11-12.

[4] 方明.中学物理教学中创新能力的培养[J].中学物理，2013（3）： 44.