在物理实验教学中培养学生的创新能力

林庆峰

实验是物理学的基础，是自然科学研究的重要方法，是培养学生观察、动手、思维能力的重要手段。考查学生创新意识的实践能力是高考的指导思想。学生在实验中，要明确实验目的，正确理解实验原理，设计实验方案，安装、调整和熟练操作实验仪器，认真观察实验现象，对测量和记录实验数据，深入分析实验结果，这些使基础知识得到巩固。且观察能力、操作能力和思维能力都会提高，使学生的创造能力得到发展。

一、在实验教学中对学生进行创新能力的培养

1、重视实验方法教学，比较总结，易于培养创造性思维

通过多积累、多比较、多总结，掌握实验方法，理解各种方法的内在联系，并在理解的基础上对这些方法加以灵活运用。学会用同一种方法解决不同实验中的相同问题或用不同方法解决同一个实验。通过举一反三的训练。能有效地提高我们的实验能力和实验技能。如“放大法”，高一《弹力》这课中“显示微小形变”的实验中，巧妙在一个大玻璃瓶中插入细管，将不易观察的微小形变，显示出来。长度测量中所使用的螺旋测微器：固定刻度上前进(或后退)0.5毫米，对应可动刻度上有50个等分，实际上是对长度机械放大。电流表、电压表是利用一根较长的指针把通过电后线圈的偏转角显示出来。在《卡文迪许扭实验》中，其测定万有引力恒量更加巧妙地将引力对T形架的扭转力矩与石英丝由于弹性形变产生的扭转力矩转移到利用平面镜反射光刻度尺上移动的距离，间接地达到了无法达到的目的。通过讲解使学生明白如何进行微小量测量，尤其几种实例集中在一起，学生易于总结比较，掌握这种方法，为今后设计实验。解决疑难问题打下良好基础。

2、实验与相关知识的联系

实验内容本身就是物理学习中的重要内容，实验所用的原理、方法是与所学理论知识相互之间存在着联系。如凭“空”生电：准备电线(最好是多股芯线)50m左右、灵敏电流表一只(300uA左右)。把电线成周长5m左右的圈，一根线的两股可并联也可串联，接上灵敏电流表，组成闭合电路。两人握住导线两头用力甩导线，会发现灵敏电流表指针发生偏转，即导线中产生了电流。难道凭空甩几下导线，电流就会“无”中生有吗?原因是地球有磁场，甩动导线实际上是在切割地球磁场的磁感线，从而在电线中产生感应电流。航天上有系绳卫星是航天科学家们受风筝启发而发明的。绳系卫星可以发电。当航天飞机携带着绳系卫星在空中飞行时。由导电材料制成的绳系卫星的系绳，在绕地球运动时切割地球磁力线，它就成为一台发电机，可以向绳系卫星和牵引它的航天器供电。在这种情况下，据研究。每1000m长的系绳，可产生200V左右的电压，若系绳为50km长，则可产生7.4kV电压，5A的电流，32kW的功率。因此，若用它来为各种航天器供电，要比目前广泛采用的太阳能电池板来得简单且经济。1992和1996年，意大利研制的绳系卫星，两次由美国航天飞机携带，在太空进行试验。第一次由于绳索缠绕，只释放到250m，为原计划20km的1／78，但它产生了40V的电压及1.5的毫安的电流，第二次释放到19.3km，产生了3000V电压。所以，这样逐步引导学生要注意将实验与相关知识相联接系。有利于形成完整的知识结构，有利于实践能力培养、创新意识的发展。也符合现在从生活走向物理，从物理走向社会的教学理念。

二、通过探究式实验教学，培养学生创新思维能力

物理实验作为物理教学中的重要组成部分同时也是物理科学探究的重要思想和方法，新课程要求重视物理实验，加强实验的创新。如在“自然现象”教学中，让学生做断电自感实验，当断开电键时，实验学生一起跳与尖叫，有“触电”的感觉，会引发学生极大兴趣，从而激发学生的求知欲，探究为什么会这样。从高考物理实验试题的考查来看，特别重视让学生能利用已学知识、原理和方法在题设的条件和情境下，按照题设的要求设计出实验方案，选择实验器材、安排实验步骤、实验数据处理方法及实验误差分析。对于实验的设计，首先要重视用已学过和掌握的实验模型、方法来类比分析并设计实验。探索性实验教学较课堂教学有广阔的活动空间和思维空间。可以激发和满足不同层次学生的探索与创新欲望。学生在自己“探索”物理规律的实验过程中可以把动手和动脑结合起来，锻炼的培养自己的创新能力。如测电阻：

探究1：若现在只提供一只安培表和一个电阻箱，那又如何测电阻呢?(如图1)

探究2：如果只提供一个伏特表和一个变阻箱，那又如何测电阻呢?(如图2)

探究3：若提供的电流表(电压电)读数不准确，但能用指针偏转的大小来表示流过电阻的电流大小，是否可以测未知电阻?(使两次指针偏转角度一样，电阻箱的示数即为待测电阻的阻值)

再如要测量电压表的内阻，这样的实验如何设计?如果我们联想到教材中有半偏法测电流表内阻的实验模型，就可以根据这个实验的原理和方法，类比分析用半偏法测量电压表的内阻(如图3)。这两个实验虽然都是用同一方法，但实验原理和实验电路完全不同，减少实验误差的原理也不同。这就要求设计者有自己的思想和解决问题的方法。其次要用猜想、假设的方法设计实验。然后再对这几种方案进行整理、总结，从中找出最佳方案来设计实验。

三、加强随堂性的实验，培养学生创新思维能力

教师的创造性是学生创造性的源泉，随堂性实验是教师提出问题，让学生自己动手实践，探索问题发生的原因。从而得到结论的方式。这种方式有利于培养学生分析问题、解决问题的能力、实际操作的能力和创新的能力，教师应尽可能的将演示实验改成边教边实验的形式。例如在“光的直线传播”中，教师将激光笔往白墙上照，问“看到亮点了吗?”，学生答：“看见了”；接着问“看见光的路径了吗?”。学生答“看不见”：“如何看见?”，引发学生设法显示空气中的光路，如林中的阳光，城市夜景旋转的激光柱，接着用空气清新剂沿光直线传播方向喷几下，学生高兴地喊：“看见了，光是沿直结传播”。这与1927年诺贝尔奖威尔逊云室的实验思路类似。再如，对于摩擦起电现象，教师可让每个学生都用塑料圆珠笔在头发上摩擦几下，然后吸引碎纸屑；在讲惯性时，可让每个学生将钢笔帽放在纸条上。然后看谁抽出纸条时还能保持笔帽不倒。学生们边实验边观察，加深了对知识的理解。加上教师有针对性的提出问题，调动了学生学习的积极性和主动性，使他们养成动手、动口、动脑的好习惯。不是只让学生的注意力停留在使他们感兴趣的现象和事物上，而是引导他们逐步深入、扩散思维，从而培养他们的创新能力，有利于调动了学生实验的积极性，开拓了学生的创新视野。

四、利用计算机模拟，辅助实验培养学生创新思维能力

计算机动态模拟，使物理现象和过程直观、形象、真实地展现在学生面前，弥补了传统物理教学手段受环境器材或其它人为条件限制的不足，从而提高物理教学效果。同时，为学生创新意识的培养和创新能力训练，起着至关重要的作用。例如，用计算机可以展现宏观或微观世界，生动地模拟行星运动、布朗运动等。比如一些涉及微观世界的实验：a粒子散射实验、原子核衰变、链式反应等。在中学物理中的一些光学实验可见度差，比如双缝干涉实验，光的衍射实验和光谱分析等，必须在暗室中进行，学生对这些现象印象也不深刻。若用计算机来模拟这些实验，则无须在暗室中就清楚地展示在同学们面前。用计算机还可很方便地扩大实验的内涵和外延，展现一些实验的原理在现代技术中的应用，让学生初步涉猎到一些物理知识的前沿问题。这对于开阔学生视角，活化他们的知识有着重要的意义。

在挖掘教材的基础上、精心设计有利于培养学生创新能力的教学切入点，如教学难点和重点、演示实验，以激发学生的求知和创新欲望。在教学中可以利用新旧知识间的联系提出需要解决的问题。引导学生在运用知识的探索过程中有所“创新”地解决问题，重视把实验内容和生活的实际问题联系起来。使创新能力的培养和物理知识的学习紧密结合。