中学物理实验创新的来源

殷竹花

摘  要：随着新课程改革的深入推进，对传统物理实验的设计理念、器材选择、现象观察和数据处理等方面都提出了新的挑战。作者通过举例简单阐述了物理创新实验的来源，旨在提高学生的观察能力，探究能力和创新意识，培养学生的物理学科核心素养。

关键词：物理实验;创新;核心素养

引言

物理学作为一门以实验为基础的自然学科，实验是其研究问题的最基本手段。课程标准明确提出要把培养学生的实验技能作为学科教学的目的之一，要培养学生的观察能力、操作能力以及分析能力。在当前中学教育课堂上，物理实验教学主要以教师授课为主，此种模式难以落实培养学生物理学科核心素养的要求。物理实验创新则有助于实现国家要求的立德树人目标。中学物理实验创新可以从哪些方面开展，笔者通过查阅文献与亲身体验，简单介绍如下：

一、化抽象物理概念为形象探究实验

为了阐述新知识的物理规律，教材通常会引入新的物理量或物理概念，阐述各物理量之间的关系。但单纯口头讲授物理概念，不利于学生深入理解其物理内涵与本质。为此，借助简易实验进行探究，有助于学生形成正确的物理观念，落实学科核心素养。例如在人教社2019年版的普通高中（以下简称“人教社”）《物理必修一》教材中，《摩擦力》一文给出求滑动摩擦力的公式F=uN，学生容易把正压力N错理解为物体的重力。为了深化学生对正压力N的理解，丘礼贤在《探究小车（自行车）前后轮刹车距离与摩擦力的关系》一文中，用简易的玩具小车演示前后轮刹车距离与摩擦力的关系，帮助学生正确理解正压力。

学生通过对探究实验的观察和思考，不仅对物理内涵的掌握更加牢固，而且培养了观察能力，激发求知欲，有助于促进学生全面发展。

二、化定性实验為定量实验

物理实验是物理学的重要组成部分。中学物理包含定性和定量实验。通常，定性实验能粗略判断因素是否存在，以及它们之间的大致关系。为了更加精确的得到某些物理量之间的关系，往往需要通过定量实验来解决。

例如在人教社《物理选择性必修二》教材中，为了探究通电导线在磁场中所受的安培力与哪些因素有关，教材设计了演示实验来定性探究通电导线在磁场中所受的安培力的影响因素。磁感应强度是电磁学中一个非常重要的物理量，如果能定量分析磁感应强度，能够加深学生对其物理内涵的理解。笔者在《用电流天平测安培力与磁感应强度的创新演示实验》中，设计制作了电流天平来定量描述安培力的影响因素。在该创新实验中，笔者利用电流天平的基本原理来定量测量线圈所受的安培力，并求出线圈所处位置的磁感应强度的大小。

通过定性到定量实验的转变，不仅对学生的操作能力、数学素养提出了更高的要求，而且使学生对物理量和物理规律有更加深刻的理解，深化了学生科学探究能力，培养了学生严谨的科学态度与探究精神。

三、化粗糙器材为精细器材

课程标准提出，要让探究成为科学学习的主要方式。要进行合理有效的实验探究，优化实验器材往往成为了探究实验的关键。教材中的很多传统物理实验存在器材粗糙、实验误差较大和实验结论说服力不强的缺点。如果改进实验器材，精细操作，可以得到更准确的结论，将会提升实验的预设效果。例如在人教社《物理必修一》教材《探究两个互成角度的力的合成规律》实验中，由于弹簧测力计本身结构以及操作读数、作图等方面的误差较大，不能很好地呈现力的合成规律。为此，古福荣在《力的平行四边形定则探究仪的制作》一文中对课本的实验器材进行了改进：通过在同一水平面上移动滑轮的位置来避免传统实验中用测力计操作时产生的误差;绳子的节点和滑轮的位置可以任意调节，操作简单;绳子所受的拉力等于滑轮下悬挂钩码的重力，三边拉力成整数倍关系，方便作力的图示，结论比较明显。通过对实验器材进行改进，不仅能帮助学生更好的理解实验原理，而且能增加学习兴趣与培养探究精神，提高物理学科核心素养。

四、化细微现象为显著现象

在做实验时，通常需要观察和记录一些实验现象，有些实验现象细微且短暂，不容易观察。对此，需要对实验进行改进来放大实验现象。以有利于于学生观察与记录，改善实验效果。人教社《物理选择性必修二》教材在《探究影响感应电流方向的因素》实验中，在磁铁插入和拔出线圈时，通过观察灵敏电流计指针的瞬时偏转来判断感应电流方向。由于偏转时间很短，实验现象不明显，学生对电流方向判断不清。为了解决该问题，洪华标在《楞次定律的创新演示实验》一文中，对这一探究实验进行了改进：利用红蓝二极管的发光情况来确定感应电流的方向，实验现象明显，结论清晰。将细微实验现象转化为显著现象，不仅实验演示效果好，而且能极大地引起学生的注意力，激发学生的科学探究精神。

五、化传统实验数据处理方法为信息技术手段

在实验过程中，需要对实验数据进行记录、整理、计算、分析、拟合等，进而获得实验结果、发现规律。在传统的实验中往往采用公式法或图像法等方法处理实验数据，这引起的实验误差相对较大，如果可以运用信息技术仿真实验和编辑实验处理程序，就可以有效降低实验误差。例如在人教社《物理必修三》教材《测量电池电动势和内阻》的实验通过使用公式法、图像法对实验数据进行处理并分析误差。但学生对于误差的分析往往较难掌握。熊亮在《基于信息技术的高中物理实验教学创新设计——以“测量电源电动势和内阻”为例》一文中，采用了MATLAB自编的实验数据处理软件对实验数据进行了处理。这样既可以快速处理实验数据，验证实验结果的正确性，又可以准确直观地得出教学内容和实验结论。

六、课程小结

对物理实验进行创新是物理教学的一个重要内容。物理课堂教学，要高度重视物理实验，培养学生的物理科学思维、实验探究分析能力、感受物理学的奥妙、增强实践意识、养成良好的习惯、培养创新能力等。通过对物理实验的创新，不仅能够帮助教师更有效的完成实验，达到良好的教学效果，而且能提高学生的学习兴趣，培养学生的物理学科素养。

参考文献：

[1]陈丽琴. 创新实验教学，落实学科核心素养[J].实验教学，2019（15）：53—54.

[2]张书良. 高中物理教师实验能力提升的研究与实践[M].广东音像教材出版社.