在物理实验中提高学生科技创新能力的探索 创新能力的重要性

　　【摘要】新课程改革背景下，物理实验教学应有助于调动学生学习的积极性，激发他们探索的兴趣和动力，促进学生科学方法、创造性思维以及实验能力的提升。因此，创新物理实验教学以提升学生的科学创新能力具有十分重要的意义和价值。本研究探索了在物理实验教学中提高学生科技创新能力的主要方法和策略：增强物理实验的新、奇、特，让学生在震撼中感受到物理实验的创意；创设问题情景，突出实验的生活化、社会化；重视实验方法的教育和实验思想的挖掘；引进数字化实验和虚拟实验，使学生在体验中学习物理；利用废旧材料和玩具做实验，开发实验教学资源；改变实验的形式，培养思维的灵活性。
　　【关键词】物理实验 科技创新 问题情境
　　
　　传统的物理实验一般分为两类：一是以“老师做，学生看”为主的演示实验；二是在教师指导下，以验证性实验为主的学生分组实验。可以说，传统的物理实验教学模式是以“接受式教学”为主，有一定的局限性，演示实验是老师动手做的，学生只能被动接受演示过程和得出的结论，这影响了学生学习的积极性；传统的分组实验模式通常是由老师讲授实验原理，准备好实验器材，给出固定的实验方案，学生所做的往往只是照方抓药，而很少进行选择、创造甚至思考更好的测量和实验探究方法的机会。
　　新课程对实验的要求不仅仅是进行一些操作的训练，更重要的是通过学生独立自主地完成实验探究的过程，使其科学方法、创造性思维和实验能力都得到升华。为此，在实验教学中，我们力求唤醒学生的创新意识，激发他们探索的兴趣和动力。
　　一、增强物理实验的新、奇、特，让学生在震撼中感受到物理实验的创意
　　物理实验可以激发学生学习物理的兴趣，但做了物理实验，就一定能够激发和保持学生的学习兴趣吗？这是一个很值得思考的问题。国内外的各种调查显示，很多中学生对物理学习的兴趣正在明显降低，导致这一状况的原因比较复杂，物理实验的枯燥性是一个方面的原因。为此，我们创设了许多“趣味实验”，并注意积累、总结，使趣味实验系列化、多样化。
　　例如，演示“内能对外做功” 实验，实验室没有这方面的实验装置，所以我们用胶卷盒和打火机开关做了如上图所示的装置，演示时候，用棉花球涂一些酒精在胶卷盒的内壁擦一擦。然后盖上盖子，等酒精蒸发完了，一打火，“砰”的一声，塞子被崩出去很远，这个实验对学生很有震撼力（见图1）。
　　再如，演示“电动机”实验，实验室的装置很复杂，连接起来很不方便，我们一个干电池、一个线圈、一块磁铁就制成了简易的电动机模型（见图2）。
　　通过这个小发明，学生不但感觉到了实验的惊奇，也对这个教具的创意感到新奇！在玩的过程中学习了物理知识，增强了探索的兴趣。
　　二、创设问题情境，突出实验的生活化、社会化
　　物理情境是蕴涵物理知识和物理思想方法的情境，是物理知识产生的背景，是发现和提出物理问题的重要前提。只有当创设的物理情景进入学生的“最近发展区”，并且在内容上具有“挑战性和探索性”，才能激发学生在已有认知的基础上产生创新欲，促进其与同学、与教师互动合作，从而提出问题，探究问题，解决问题，进而不断发展和完善自己的知识结构与创新能力。因此，我们创设了许多生活化情境，设计出与此相关的实验探究，这不仅使我们的教学内容更真实、亲切，更能体现“从生活走向物理”的理念，更重要的是，贴近生活、社会的问题情景对实验设计还具有指导作用。
　　例如，在八年级下册“大气的压强”的探究中，我们使用提瓷砖的工具（见图3），创设探究情境，引导学生提出为什么能够提瓷砖。通过解决情境中的问题，学生认识到大气压强的存在，并且启发学生提出：“大气压强有多大”的问题供学生思考。为了测量大气压强的大小，学生利用针筒，通过二力平衡测量大气压强的大小。
　　联系学生的生活情境、社会情境，是中学物理实验教学改革的出发点和落脚点。它可以使学生感到物理就在自己的身边，无处不体现物理，进而使学生认识并理解物理学对个人和社会的作用与价值。同时，还可使学生形成运用物理知识解决“生活”问题的思维方式，培养和提高学生的科学素养。
　　三、重视实验方法的教育和实验思想的挖掘
　　李远哲说过，动手能力实际上是动脑能力，做实验时你先要深刻地动脑思考，动手只是动手，真正起作用的还是动脑。所以，实验教学不仅是“做中学”，还要“做中思”,只有重视实验方法的教育，才能有效把握实验的关键点。
　　例如，关于“平面镜成像”的实验探究中，用玻璃板做平面镜，是实验设计的巧妙之处。如何让学生想到这些方法，是教师指导过程中的关键环节。因此，探究中要让学生用镜子进行实验，经历实验失败的过程，然后再换玻璃板进行实验。同样，通过视觉和触觉让学生感知像的“虚”，也是我们对传统实验改革的探索。
　　物理学发展史上有许多著名的实验，其中巧妙的物理思想，独到的处理问题的方法，精心设计的仪器装置，完善合理的实验安排，高超的测量技术，无懈可击的分析推理，对后续的科学发展产生了不可磨灭的影响，是一笔宝贵的思想财富。所以，在教材编写中我们高度重视对这些实验方法进行深入挖掘。
　　四、引进数字化实验和虚拟实验，使学生在体验中学习物理
　　数字化实验，是以计算机为核心搭载各种传感器构成的实验平台。它以强大的技术优势促成良好的教学效果，让学生更快捷、准确地获得实验数据，更简便、直观地处理数据，从而节省了宝贵的教学时间，把更多的时间用于讨论、探究。可以说，在数字化实验中，数字技术是围绕知识的发现，而非知识的传授而展开的，数字技术在其中扮演着“研发工具”的角色，直接优化了师生的实验探究过程。
　　例如，通过两个电流传感器的“伏安法”测电阻实验，学生能动态认识电流和电压的关系（见图4）。
　　虚拟实验是利用计算机及相应的应用软件来模拟实验仪器、实验环境，以人机对话的方式来实现实验的过程。它具有内容丰富，操作简单，能无限复制，易于推广，可实现远程教学等特点。在教科版初中物理教材中，虚拟实验有两种类型：
　　其一，是计算机辅助教学多媒体课件，可用来讲解仪器结构，形象地演示其中某些难以理解的内容，或用图表、动画等展示动态的变化过程，它更多地起到“演示工具”的作用。
　　例如，对真空中不能传声的认识，八年级上册安排了“真空铃”实验，但是学校的抽气机不好使，通过录像展示实验的真实过程，也引导了学生对其进行思维的过程，学生由此可得出真空中不能传声的结论。
　　五、利用废旧材料和玩具做实验，开发实验教学资源
　　在老师的指导下，学生可以在家中和学校收集一些实验材料，如小石子、铁钉、螺母、饮料瓶等物品，再配备（自制、购买或借用）一些最基本的测量仪表和装置，学生不仅能在家做实验，更重要的是能在课堂教学中进行随堂实验。这样，不仅在学校实验室，而且在课堂、家中，学生也能像科学家那样去探究、去发现。利用自配的材料来充实我们的实验室，可以突破时间、空间上的限制，让学生以丰富多彩的形式体验物理实验的过程。
　　利用手边材料、废旧材料和玩具呈现物理现象，更容易引起学生注意力的集中，引发认知的兴趣和欲望。比如用带吸盘的挂衣钩来做马德堡半球实验，学生们会从熟悉的材料产生的实验现象中感知大气压的存在，这使学生兴奋不已，他们感受到物理就在身边，感受到生活中充满了物理现象，因此就会对物理学产生亲近感和愉悦感。
　　六、改变实验的形式，培养思维的灵活性
　　对于课本上有的演示实验和学生实验，供给学生操作的材料有的费时，有的不好取，有的严重脱离学生实际。因此，我们考虑用全新的实验来代替课本上的实验，从而探究相同的道理，这正是等效替代法的应用。
　　例如，“焦耳定律”的改进，我用如下图的方法来探究“电流热效应与电阻的关系”，学生每个人都能参与其中，反响很好。
　　例如“海波的熔化与凝固实验”，实验材料不好找，我们对其进行了改进，并用如下图的方法就比用燃烧皿熔化焊锡直观的多了（见图5）。
　　实验，是探索物理奥秘的工具，是物理学研究的基础，是物理学发展的动力，也是物理教学的内容、方法和手段；实验中追求“科技创新”的主题，也是“物理生活化，生活物理化”永恒的目标。
　　
　　【参考文献】
　　［1］在实验中培养独立自学能力的研究．科技教育网ＫＪ