开展自主实验，培养学生的创新精神

杨泰

物理是一门以实验为基础的学科.教师教授学生学习物理，不能只是教会学生公式和定理，以及如何做题，更重要的是要让学生学会如何以物理的思维模式去思考问题，学会如何利用已知的物理知识去探索新的领域.为了达到这个教学目标，我常常在完成课堂教学任务之余鼓励并引导学生自主实验，使学生在积极的探索中培养创新精神.

一、敢于假设，预测结果

有些学生在自主实验中小心翼翼，尽量使实验过程与自己的期望一致，以避免犯错和失误.当然，谨慎的态度对于实验是很重要的，能够避免很多不必要的失誤，但是过度的谨慎往往意味着对未知领域的恐惧，成为培养学生的创新精神的阻碍.因此，在引导学生自主实验时，教师要引导学生大胆设计实验过程，并预测实验结果.例如，在讲“研究平抛运动”实验时，实验过程简要介绍如下：让一个小球从一定高度的光滑斜槽滑下，并在脱离斜槽时以水平速度抛出，以描点或照相等手段描绘出小球的运动轨迹，从而研究平抛运动的特点.在平抛运动中，水平方向物体行走的距离与时间的关系为x=vt，v是物体初始的水平速度，竖直方向则为y=12gt2.我提出问题：如果事先通过公式描出一条曲线，再通过实验得到一条实验曲线，这两条曲线会重合吗？有的学生认为，一定不会重合.因为我们平常计算时只会取g的近似值，所以必有误差.有的学生认为，小球下滑时受到摩擦力的影响，会使我们不能准确地计算出初速度.有的学生认为，小球运动时受到风的阻力，会改变小球的运动轨迹.接着我让学生结合各种因素预测真实曲线与理论曲线相比有什么特点，再让他们自主实验进行论证.在开展自主实验时，学生在一次次的假设与求证中巩固了基础物理知识，培养了创新思维.

二、匠心独运，再度设计

一个物理实验，如果我们更改部分的实验过程，有时会让这个实验变得更科学，有时会以另一种方式证明实验结果，甚至有时会彻底变成一个不同的实验.高中物理自主实验大都是以这样的方式来设计的，不仅考虑了学生设计实验的能力，还能扩展学生的思维，使实验过程尽量符合学生的知识背景.例如，在讲“加速度与力、质量的关系”实验时，实验过程简要介绍如下：一个小车一头系着一个小盘，上面可以添加不同重量的砝码，另一头系一条纸带，可以通过打点计时器在上面打出小点来描述小车运动的速度.这样，改变小盘上的砝码重量，然后分别在坐标系上表示出砝码质量与小车加速度的关系，便可得出实验结果.这个实验通常会通过倾斜木板来平衡摩擦力.在引导学生自主实验时，我提出问题：怎样优化实验，使实验结果更贴近于理论公式F=ma.有的学生认为，可以将小车设计成流线型，减小风的阻力.有的学生认为，可以将细线换为更细、质量更轻的线.有的学生认为，可以在木板上涂一层油，减小小车与木板的摩擦力.我让学生根据自己的想法展开实验，并绘出坐标图加以论证.这样改进实验，使学生发挥了想象力，提高了实验能力.引导学生自主实验，主要目的是培养学生的创新能力，以及利用基础知识探索新事物的能力.用再度设计的方式设计自主实验，能使学生在设计自主实验时容易寻找切入点，也能使实验内容不脱离课本，从而加深学生对基础理论的理解.

三、收集数据，分析论证

在有些物理实验中，实验结果并不会直接显现我们需要的最终结果；或者实验中的偶然因素或其他干扰因素比较多，一次结果并不能充分证明实验原理；有些实验在中学物理实验室中达不到实验需求的理想条件.这些情况，都需要学生学会分析论证实验中得到的一些数据，最终得到想要的结果.例如，在讲“验证机械能守恒定律”实验时，实验简要介绍如下：一个小球一端用一条细绳与纸条连接，小球做自由落体运动，通过用打点计时器在纸带上打点的方式计算小球落下的距离与小球的瞬时速度，从而得出重力势能与动能的变化情况.物体自由落体运动的机械能守恒公式为mgh=12mv2.通过统计各小组的h与v的数据，就能验证机械能守恒定律.我让学生在实验中分别改变部分条件并统计实验数据.有的学生小组改变小球质量，有的学生小组改变统计点的区间，等等.通过各组实验数据的对比，提高了学生利用实验数据的能力.在中学物理中，自主实验的理论依据常常来源于课本上的公式、定理，而这些公式、定理又大都是和数据有关的.因此，在自主实验中，收集数据、分析论证是学生必不可少的基本功，需要引起教师足够的重视.

综上所述，在高中物理教学中，引导学生开展自主实验，是培养学生的创新精神、拓展学生的思维的一种行之有效的方法.