借助非常规实验设计，培养学生创新能力

陈峰

【摘  要】物理核心素养中提出：要让学生经历与科学工作者相似的探究过程，从而领悟科学探究方法，发展科学探究能力，体验科学探究的乐趣，养成勇于创新的科学精神。因此，在物理教学的启蒙阶段，必须借助实验来培养学生的初步创新能力，让学生形成一定的创新意识。而“非常规”实验恰好在器材的选取不受时空的限制，易获、灵活、简便、有趣的先天优势，能让学生在愉悦、松弛、开放的状态下，充分利用自己直感、想象、灵感，依据实验目的地提出多种假设，改进实验方法，设计新实验，再利用重组、整合、改变等从不同的角度考虑问题，以不同的方式解决问题，以增强学生探索新知識的勇气，激发好奇，挑战困难、克服困难，让创新能力得以培养。

【关键词】非常规实验设计;培养;学生创新能力

1.“非常规”实验设计物理情境的巧设，唤醒学生的创新意识

学生对新知的学习往往“好的开头就等于成功的一半”，因而我们在每个新知的学习过程中，就要利用“非常规”实验器材获取的优点，以“非常规”实验设计进行物理情境创设，达到激趣激疑，引发问题，触动学习新知的欲望。如在学习《电动机》一节时，利用如图所示的实验或类似的实验创设教学情境，就能达到新、奇、巧的效果。立即吸引学生，激发他们急切地想知道这其中的原因，教师顺势提出问题，引导学生讨论、猜想、假设。这种的情境创设，往往与学生原有的认知相冲突或给他们一种臆想不到的结果产生，若持久坚持，学生将肯定渴望上你的物理课，渴望你每节课会带来哪些新奇的东西。在学生对物理产生兴趣后，教师要及时的转换角色，引导学生自带器材，用“非常规”实验设计引入新课，进一步激发学生的学习兴趣，学生的主动性与积极性将充分的被调动，将会不断的增强他们学习物理的内驱力。引发他们关注生活，观察世界，意识到“事事处处有物理”。在唤起学生问题意识的同时，通过视频展示制作过程，让学生尝试去完成或进行不断的改进，从而达到课堂到课外的延伸，创新意识就会唤醒和逐步提高。所以，“非常规”趣味性的实验设计对学生的创新能力的培养起着引领作用。

2.“非常规”实验探究过程的设计，挖掘学生的创新潜能

2.1变演示实验为学生实验，激发学生的创新灵感

不少演示实验由于受到实验室条件的限制，实验的可视性较差，常常影响后排学生的观察，即使看的清的也由于学生缺少自己动手参与，学生的主动性、积极性、主体性就难以体现，学生的实验能力、创新能力就难以得到充分的培养。而利用“非常规”实验设计，变演示为学生实验，必将获得丰满的感性认识，从中体会、感悟物理知识。同时通过动手、动脑，锻炼自己的观察能力，问题意识，从而发展思维，挖掘创新潜能。

一是利用学生身体器官，进行徒手实验设计，变演示实验为学生实验。如用手抓重物，感受费力杠杆;用手在桌面滑动、向后拖（不动）、垫上水笔滚动，就可以感受三种摩擦力，同时也可以体会什么是相对运动和相对运动的趋势。两同学站蹲中相互击掌，感受力的作用的相互性……，充分挖掘身体的各种器官，进行师生互动的徒手实验设计，调动课堂气氛，和谐师生关系，有利于增强教师的教学艺术和教师的个人魅力。反衬过来，学生也会时不时的进行这种徒手实验设计，从而在做中思、思中学、学中悟。以开阔学生的创新空间，训练思维，锻炼能力。

二是学生自带生活废器具，进行实验设计，把演示实验改为分组实验。如婚车上固定鲜花用的“吸盘”在《大气压》的教学中就有很大的妙用。首先，按压窗户上的玻璃，让学生探究大气压的存在。其次，学生拔出“吸盘”的过程中感知“大气压很大”。再次，通过添加弹簧测力计和刻度尺，引导学生用此初测大气压的值。再如用浇花用的喷雾器，来感受流体压强与流速的关系，并用两笔管进行模拟，从中体会喷雾器的原理，等等。这样的做法会点燃起学生创新的灵感，他们会经常收集各种废旧物品，等着物理老师哪天要求带哪些器材，会去发掘这些器材有哪些再利用的功能，或者这些器材中哪些包含着物理知识，设法改变一品专用的思想，从中发现问题，带着问题去学习物理，也会利用收集的废品探究自己的疑问，就会激发学生源源不断的创新灵感。

2.2优化实验设计方法，培养学生的创造性思维

一是对教材中原有实验意图不明显时，引导学生对所探究的实验进行“非常规”的优化设计，在起到四两拨千斤的作用的同时，培养学生的创新思维。如学习平面镜中像与物“上下一致，左右相反”的对称关系时，课本没有很好引导学生进行实验验证，从而对此点的理解不透彻，教师就可以引导学生进行“非常规”的优化实验设计进行验证。有的学生就利用实验中的火柴盒，放在蜡烛的左侧时，像就成在蜡烛像的右侧，调换一下位置，像也跟着变化;有的轻吹烛焰，烛焰左飘时，像焰右飘;有的用字母“E”代替蜡烛，环保又能说明问题。二是对学生在实验中出现的异常现象或收集的数据与所验证的结论冲突时，教师不能轻易的一笔带过，应引导学生从实验中寻找原因，以优化实验设计。如在探究“串联电路中的电压关系”时，学生测出的总电压总是大于灯泡两端的电压之和，往往在平时的实验中，教师就用误差一笔带过，其实并不是本质，这时教师就可以进行引导学生分析可能的原因，然后进行“非常规”的实验设计（有别于教材中的常规设计），学生就会去测开关两端的电压，改变粗细，去研究导线分担电压对实验的影响。这样的引导，打破学生唯书论、唯师论，敢于质疑，敢于坚持自己所测数据的观点，探讨不同实验组之间数据不同的原因，避免由于实验数据与书本所学结论不同，而进行涂改实验数据，利于学生科学素养的养成，利于学生对学习中出现的问题，敢于质疑，敢于提出自己的想法。这样的实验教学将让学生在实际问题解决中不拘一格，多方设想，促进学生创造性思维的培养。

2.3用“非常规”实验设计进行实验整合，培养学生的发散性与想象力

一是采用不同的“非常规”实验设计同一个探究问题的知识整合。如测密度实验在中考中的复习，教师打破常规复习，让学生分组随带：牛奶、小石头、橡皮泥、硬币、小木块等物品，老师提供测量器材：量筒、天平、弹簧测力计、刻度尺、杆称等，引导学生从原理出发，选择不同的器材，进行分组实验设计和测量。学生就会在设计与尝试测量的过程中，各抒己见、争锋相对，充分展示自己的想法，结果有自制密度计法;等臂杠杆法（天平法）;称重法;液体压强法等等，各种整合性的“非常规”实验设计。这种的学习，让他们不拘泥于课本，打破了原有的教学框框，给学生提供了一种开放、探究、想象的时空，他们的创新能力将得到很大的培养。

二是用一主体器具进行实验整合，这种方法常用在复习课教学中，如饮料瓶，首先教师举例点燃烟雾就可以研究光沿直线传播;在不同深度戳孔研究液体压强与深度的关系，同类瓶子，装上不同高度的水柱，进行吹气，感受声音音调的区别;等等，不断的引导学生展开想象，应用饮料瓶进行力、热、光、电等知识的“非常规”实验设计，研究力的作用效果;力的作用效果与作用点的关系;研究压力作用效果大小的决定因素……。不是学生不会想象，而是我们没有提供机会，给予锻炼的机会。这样学生充分的进行发散性思维，放飞自己想象的空间，学生的创新思维就能得到很大的发展。

3.指导学生的“非常规”课外实验设计，开发学生的创造个性

创新是以自己独特的个性特征参与社会实践活动，把自己内心的潜能通过外显行为释放或表现出来的过程。因此，教师根据自己的教学进度，安排学生利用生活中的物品，进行课外独立实验，延续课堂学习，而且对于创新能力的培养尤其重要。

课外实验大多数都应该是课堂学习的延续。如电流的热效应一节，学生在课堂上通过演示实验对电流、电阻及通电时间对电流热效应的影响有了初步的了解。在此基础上，教师引导学生课后观察生活的的各种电热器的功率、发热体的外形结构等。就会有许多学生涌现出各种新奇的想法，如有些同学提出生活中的“热得快”有些直棍形的，有些螺旋形是否会影响电流产生的热量;有的提出电热水壶的壶底为什么呈现一圈一圈的波浪形……。老师就可以根据学生的发现，指导学生确定研究课题，引导他们如何利用收集的材料，设计方案，自行探究。然后展示成果，进行点评，引导他们不断改进，在自行探究中，发现问题，解决问题。在问题的解决过程中与不断改进自我设计的过程中，充分调动他们的主观能动性，彰显个性，发挥创造性。一旦获得成功与收获，将极大的满足他们的成就感，更加激发他们的好奇心、求知欲。学生的想象力、挑戰性、冒险性方面的培养都是最高层次。正如古云“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。”

总之，“非常规”实验设计给学生打开一扇思想放飞的门，寻得一片创新的世界。

【参考文献】

[1]陈济豪.初中“非常规”物理实验的设计与案例研究[D].上海师范大学，2020

[2]刘炳昇.基于“随手取材”物理实验的课堂教学设计——评“力的作用是相互的”教学设计与实施[J].物理之友，2014，30（07）：9-12

（福建省宁德市柘荣县第三中学，福建 宁德 355300）