高中物理教学中创新实验的设计与实践探讨

摘 要：高中物理与初中物理不同，所涉及的内容具有更强的逻辑性和辩证性，对学生的理解能力和立体模型构建能力也相应地提出了更高的要求。现代教育理论下，为了适应社会发展的需要，应培养出具有实践操作能力的综合型人才，高中教师必须重视物理实验教学。本文围绕高中物理教学中创新实验的设计和实践展开论述，就物理实验的创新设计和实验操作发表笔者的一些意见。

关键词：高中物理教学;创新实验设计;实践探讨

物理实验使教材中的物理原理变得立体化和可视化，将原理推导过程动态化，能够帮助学生更加直观、全面地掌握所学内容。实验是物理教学中一种非常重要的教学手段，教育部门也鼓励高中物理教师进行实验创新，根据学科内容特点和学生学习情况有针对性地设计实验，能够帮助学生更加深刻、通透地掌握物理知识。

一、创新实验对高中物理教学的意义

物理学科对学生的逻辑思维要求较高，如果学生只是单纯地对理论进行记忆背诵的话，那么则无法达到理想的学习效果。仔细研究物理学习方式，可以发现，实验是物理学习的有效手段。物理学习不拘泥于字词的运用和句子的整合，更多的是在理解物理原理之后，对原理运用的相关事例进行观察分析，做到举一反三，将这种原理灵活地运用到生活中的更多领域。物理实验能够使学生更加直观地观察到实验现象，并将相关原理代入实验过程的每一个环节。同时，做实验的过程还锻炼了学生的动手操作能力，加上对一些步骤进行规范操作，能够使学生深刻理解一些错误操作导致的错误现象，更加透彻地展开分析，根据实验现象判断“实验操作是否规范”“哪一部分实验操作出现了问题？”

实践的目的是认知，只有不断实践才能推动对新事物发展的深度认识。如果只是进行理论学习，缺乏实践操作的话，会导致学生无法了解实践的相关内容和理论的具体运用，无法达到理想的物理学习效果。为了让学生能够更加灵活地运用物理知识，推动物理知识更好地服务于社会实践，高中物理教师应该改变传统的实验教学模式，根据时代发展特点和学生学习特点进行实验创新，调整实验方案，设计出更有针对性和挑战性的实验教学方案，并在一定程度上给学生留出思考和创新的空间，在确保实验课堂效果的同时，向学生拓展相关实验内容，增加学生对更多物理知识的了解，更加综合、全面地考虑问题，提高学生的逻辑分析能力。除此之外，教师还应该从现代教育教学理论中吸取经验和精华，注重调动学生的主观能动性，改变传统的“填鸭式”教学方法，调整授课模式，帮助学生培养良好的学习习惯，提高对物理的学习兴趣，发展学生的学习思维。通过对实验课程的优化，将实验教学与教材内容结合得更紧密，促进学生循序渐进、由浅入深地掌握基本内容，提高学生的实践操作能力[1]。

二、高中物理教学创新实验的设计与实践方案

（一）细化实验环节，放大实验要点

为了帮助学生能够全面立体地学习新的物理原理，教师应该做出表率，引导学生认真审题，抓住实验题目中的重要信息，细化实验操作，并在实验教学课堂中放大实验要点，及时对实验操作的重难点进行分析延伸。为了实现这一教学目标，教师可以在实验课堂中亲自示范正确的实验操作，根据实验操作的难度，合理地安排示范实验。而且为了确保实验课程的教学效果，将实验全部交由学生来做这种方法并不可取。一方面，学生对实验操作和流程的认识仅来源于课本叙述和课堂讲解，对实验流程还没做到深度了解，可能导致实验的不成功;另一方面，学生对实验的陌生导致他们无法正确处理突发状况，对已出现问题的器材也不知道如何补救，所以延缓了实验进程，出现很多学生没有完成实验操作，仅仅拼凑实验数据就离开实验室，无法起到实验课堂应有的作用。

如果是操作比较复杂的实验，教师则可以要求学生在操作之前先观看教师的实验示范，教师在示范过程中要细化实验环节，与教材内容紧紧相扣，这样才能使学生更加牢固地记住相关内容。而且为了增强学生的参与度，可以选择让学生口述实验步骤，教师进行实际操作，同时在操作过程中对学生的步骤解说进行分析、纠正、补充，让整个实验过程变得丰富充实。比如在进行“物体平抛运动规律探究”“圆周运动规律探究”等比较复杂的实验时，由于涉及的实验器材多，需要控制的物体初始条件比较严格，所以学生的实验成功率普遍不高。在平抛实验中，如果水平槽不水平、抛出的坐标原点不在水平槽的端点或者每次释放小球的位置都不相同，都会影响对小球平抛轨迹的描绘，所以学生很容易在这些实验中出现不规范操作，出现较大误差。所以，教师通过向学生展示正确的实验操作，并且在操作过程中进行分析，让学生真正理解这一实验验证的原理、测量数据所包含的意义，在明白了实验方法是控制变量法之后，也就对上述易错操作的原因有了更加透彻、深刻的理解。如果是操作难度较低的实验，教师可以选择在学生完成实验后再进行正确的实验示范，这样能够起到督促学生反思操作、分析错误的作用，同时教师也要加入对实验步骤的解说和补充，加深学生对实验内容的记忆。比如，在进行“力的合成与分解”实验时，实验器材包括木块、铁块、海绵、水瓶等简单物品，方法就是控制变量法。在进行实验时，通过保证其他条件的一致性，改变实验所研究的那一个特定的变量，然后观察实验现象、分析实验结果。整体来说，操作起来比较简单，但依然有很多易错点，如果学生马虎大意，没有看清实验要求和实验研究对象，则同样会导致很大的实验误差，影响实验结果。

（二）观察实验过程，指导实验操作

为了确保学生实验操作的规范，面对不合适的实验现象时也能够做出科学合理的分析，教师应该在实验开始前，反复强调教学要点，在实验过程中重视对学生在实验操作上的指导，通过“实验”这种简单、直接的方法，能够使学生在思考时有更多的突破方向。虽然高中生具有更强的独立操作能力，但是在第一次做新实验时，也会很容易出现心情紧张、操作失误等现象，所以，教师应该走下讲台，拉近与学生做实验的距离。

为了提高实验课堂上的教学效率，最好的方法就是將班里同学进行实验分组。分组的时候要遵循科学性和规律性，不能随意对班内学生进行小组划分。首先，应该根据不同实验操作的要求，调整各个组的人数，一定要保证在实验课上对每一组都要进行指导分析，教师在走到一个小组面前时，可以随意要求一位成员介绍实验进行的程度，然后再选一位同学解说他们的实验操作。教师的这种教学方法，能够有效地集中学生的课堂注意力。对很多上课走神的学生来说，能够引起一定的紧张意识。因为教师选择学生起来讲解实验和进行实验操作是随机的，所以会更加认真地跟随教师的课上学习，能够有效地提高学生本堂课的学习效率和学习效果。在脱离教材的情况下，根据学生对所做实验的掌握和理解进行实验，这是教师对学生进行纠正强调的最佳时机。比如，在进行“探究匀变速直线运动规律”的实验时，通过计数小车在一定时间内的打点数，计算出小车的加速度和速度。有的学生会由于混淆基础公式出现计算错误;有的学生则会因为对打点计时器操作不当，使纸带上出现打点错乱，从而影响实验结果。在分组的情况下，通过督促每个小组内成员分工合作，在组员的相互提醒和指导下，已经在很大程度上减少了错误操作的发生，帮助学生能够及时地学习到正确操作，取长补短，弥补自己的不足。

（三）增加实验机会，紧密联系实际

创新实验教学的另一个出口点，就是增加实验机会，跳出实验室的限制，将实验带到课堂中，紧密地将物理知识与生活实际联系起来，使学生对逻辑复杂、内容相对枯燥的物理知识产生新的理解[2]。通过将理论知识与生活实际巧妙结合，不仅能够提高学生对物理学习的兴趣与热情，还能够帮助学生理解相关物理原理，扩宽这一原理的应用领域，发散学生的思维，锻炼学生的实践操作能力。

比如，在进行第三单元摩擦力的学习时，教师就可以有效利用教室、学校、生活中的各种物品对学生进行实验展示，帮助学生深刻理解摩擦力的概念，掌握分析摩擦力的技巧和方法，帮助学生在摩擦力相关试题的分析中抓住要点，正确合理地解答。教师可以利用教室内静止的物品向学生举例，询问学生：这些物体是否具有摩擦力？如果有摩擦力的话，又是什么力与它抵消？比如，课桌和黑板上的黑板擦都是静止的物体，那么它们的摩擦力是否都为零？如果不为零，摩擦力的方向和大小怎么分析？通过对这些受力简单的物体进行分析后，教师可以增加提问难度，在讲台上缓慢前行，询问学生：当我走路时，迈出的左脚和未迈出的右脚受到的摩擦力又是如何？是否相同？如果不同，它们各自的大小和方向怎样分析？还有公路上常见的机动车在刹车和加速时受到的摩擦力是不是一样？如果不一样，方向和大小怎么分析？这样，由静止的物体自然地引入到运动的物体，通过教师引导性的帮助，使学生由浅入深地思考关于摩擦力的问题，再让学生接触到各种难度的摩擦力分析情况，能够使学生在初学摩擦力这一内容时就产生清晰、全面的认识，紧密结合日常物品和生活实际，拉近学生与摩擦力这一知识的距离，帮助学生学会以动态的视角看待问题、用发展的思想解决问题，有助于学生在物理学习的过程中不断探索、不断创新。

（四）探究实验原理，还原实验模型

无论实验过程是否复杂，教师都应该组织学生开展实验操作，改变学生对物理学习的刻板印象，在动手的同时理解相关原理，加深理解并掌握举一反三的能力。

比如，在进行“力的平行四边形法则”时，由于原理简单易懂，而且学生也容易理解字面定义，但是恰恰是因为对这个实验的忽视，导致很多学生只具备简单运用此原理的能力，一旦题目难度稍有上升，就完全找不到解题思路。举例说明，物体的平抛运动可以拆解成“水平方向的匀速直线运动与垂直方向上的初速度为0的匀加速运动”，又有多少同学将这一突破点与“平行四边形法则”联系起来？仔细思考，两者有很巧妙的异曲同工之处，而且在做“平抛运动”相关试题时，如果能够学会利用“平行四边形法则”拆解分析，那么再难的题目也会迎刃而解。除了要重视每一个实验原理的验证，教师也应该分配大量精力去探讨实验原理的呈现形式[3]。以“力的平行四边形法则”为例，课本上的实验验证是利用橡皮条的伸缩性与图钉的固定作用来验证此原理，实验道具的简单易得也提高了实验的可行性。但同时也将“平行四边形法则”的内涵易化，使学生的思考范围局限在简单的原理应用，难以学会外推原理，无法解决更加有难度更加需要解题技巧的题目。为了弥补这一不足，教师可以将橡皮条实验作为课堂导入，让学生对“力的分解与合成”有初步的认知，然后利用多媒体教学设备设置更多的参数，将力的方向与大小讲得更加透彻。在此基础上进行实验创新，教师作为引导者，通过对生活中的相关现象进行联系、解释，让学生依靠自己的逻辑整理出不同的实验设计。在讲述“同一方向上的合力与分力”时，教师可以举出拔河比赛的例子，然后引导学生说出“在光滑平面上使两个小车相背而行，通过增减砝码来改变小车的拉力”或者“设计两个在水平方向上的動滑轮，通过增减砝码改变滑轮拉力”等实验设想，不仅可以检验学生对实验原理的掌握程度，还能促使学生思考，培养其形成规范的实验思维。而且在学习“物体的平抛运动”时，为了帮助学生学会将所学知识融会贯通，教师就应该渗透“平行四边形法则”，使学生对“分解与合成”相关理论形成更加牢固的认知[4]。因此，任何一个原理的验证都必须通过实验来说明，实验模型建立的重要性也就不言而喻。

结束语

综上所述，为了让学生能够更加深入、全面地理解物理知识，并不断地将物理学科内容应用到社会实践中，教师必须增加物理实验课时，积极地对教学方案做出调整，设计出科学合理的教学计划，采用课堂与实践相结合的教学模式，使学生对相关物理原理有更加充分、全面的认识。在将物理知识运用于物理实验这一过程中，学生不仅完成了对物理所学内容的理解和实践，还在无形之中锻炼了自己的动手操作能力。随着科学技术的不断发展，物理学科方面的人才需求不断扩大，因此，物理教师进行创新实验教学具有更大的意义，应该积极地进行实验设计并投入教学实践中。

参考文献

[1]谢石荫.如何通过创新实验设计提高高中物理教学成效[J].中学生数理化（教与学），2021（3）：30.

[2]蒲燕君.浅谈高中物理教学中创新实验的设计与实践[J].学周刊，2020（25）：79-80.

[3]王春林.浅析高中物理教学中的创新实验设计[J].侨园，2020（1）：146.

[4]费腾.刍议高中物理教学中创新实验的设计与实践[J].高考，2019（22）：62.

作者简介：张永好（1980— ），男，汉族，陕西米脂人，陕西省榆林市靖边中学，中学高级，本科。研究方向：高中物理教学。