高中物理教学中创新实验的设计与实践

韦叶平

（前黄高级中学，江苏常州213161）

1 引 言

物理学是一门以实验为基础的自然科学，而实验教学的根本出发点不仅是培养学生的实验技能，更重要的是启发和培养学生的发散性思维、创新精神和创造能力.考虑到高中物理较难学的学科特点，笔者尝试在新课教学中，有意识地设计一系列创新实验，以人的创造本性为前提，采取创造教育的科学方法，开拓物理创造性思维，实现养成科学精神、提高科学素质的教学目的.本文例举的创新实验均是笔者在各级各类公开课中精心设计的，以飨读者.

2 创新实验的功能与设计

笔者从演示实验和分组实验两大方面结合实例阐述创新实验的功能和设计.

2.1 演示实验的功能与设计

演示实验是以教师为主要操作者的示范表演实验.它把要研究的物理现象展示在学生的眼前，引导学生观察思考，配合讲授或课堂讨论等方式，帮助学生建立概念和认识规律.

1）由演示实验引入课题，激发学生的探究欲望，同时注重知识的首尾呼应.

创新实验具有真实、形象、生动的特点，对中学生有很强的吸引力，极易唤起他们的兴趣.在引入新课时，教师可以选择一些有趣、新奇和使学生感到意外的演示实验，创造愉悦的物理学习环境，以激发学生的求知欲望.

笔者在全国公开课“牛顿第一定律”的教学中，用“吹乒乓球的挑战”引入新课.娇小的女生轻易可以吹起乒乓球，而高大的男生用最大的力却也吹不动乒乓球（因为笔者换了一个内部装满小钢珠的乒乓球）.实验现象出乎学生的意料，恰到好处地将学生的“无意注意”向“有意注意”转变，使学生的兴趣不只停留在已观察的表面现象上.在教学内容和教学过程上，做到“首尾呼应”.讲解完“质量是惯性的唯一量度”后，让“挑战失败”的男生体会2个乒乓球的差别并解释挑战失败的原因.

2）突出演示实验进行思维训练、引发思维冲突的功能，巩固和应用物理知识.

思维冲突是指教师精心设计的实验现象与正确的物理规律间产生矛盾的现象.思维冲突的解决过程可以优化学生的理性思维，拓宽视野，升华认知水平.

“以卵击石，蛋碎瓦全”，在讲解“作用力和反作用力特点”时经常提到，但很少有教师在课堂上演示.笔者将之搬到了课堂，面对简单的操作和明显的现象，引发了学生的矛盾冲突.没有人感到幼稚，反而增添了课堂教学的趣味性和有效性.

3）利用演示实验提供感性素材，帮助学生建立概念、认识规律，加深对物理规律的理解.

教师可用演示实验展示物理现象和过程，使学生获得丰富的感性知识，形成鲜明的物理表象，有效激发认知冲突，为学生建立正确的概念、认识规律奠定基础.特别是几代科学家经过分析研究的实验，不可能让学生通过几分钟就能设计出来并得到想要的物理规律，笔者认为这样的实验适宜做演示实验.

笔者观摩过一位教师设计的“牛顿第一定律”，让学生设计一个实验说明“力不是维持物体运动的原因（即力与运动的关系）”，这是一个用5min时间将历史上持续2000多年的错误进行修正的“假探究”过程.笔者主要对“伽利略理想斜面实验”在实验器材的改进、可视性、实验效果、启发性等方面作了精心设计，如图1所示.实验器材为：彩钢板1块（长约150cm，宽约10cm），木地板边线2条（长约150cm），钢球1个（直径约2cm），棉布1块（长约160cm，宽约6cm），书立2个（高约19cm），摄像头1个（约130万像素）等.实验优势：彩钢板的韧性适中，斜面的倾斜角可以任意调节；2条边线组成轨道，减小了摩擦力；利用2个书立等高的特点规定了小球运动的等高线；摄像拍摄将实验过程同时放大在屏幕上，现象明显直观，效果很好.

图1 改进的“伽利略理想斜面实验”教学演示

当然，演示实验对教师提出了更高的要求，教师通过实验的方法、步骤和技能的示范，充分展示其实事求是的科学态度和严肃认真的优良作风，对学生产生潜移默化的影响.

2.2 分组实验的功能与设计

课堂教学中设计的分组实验是指在教师的指导下，学生亲自动手操作、观察测量、获取资料数据、得出结论，并对实验过程进行分析、评估和交流.它是学生学习和应用物理知识、学习科学方法的重要环节，是对学生进行科研启蒙教育的重要途径.

1）徒手做分组“小”实验.

基本不需其他实验材料，主要利用双手进行实验，其特点是突破材料限制，适应性强，亲近感强.如，将双手的食指伸出，两食指肚正对接触并用力挤压，可发现：两食指的弯曲程度近似相同且两手指接触面是平面.由此可说明“作用力与反作用力大小相等、方向相反、作用在一条直线上”.再如，左手伸展、五指并拢，右手调节左手指缝间距，可使之满足单缝条件，观察远处日光灯光线的衍射现象.

2）自组物件或器具巧妙设计分组“小”实验.

在设计实验时，力求器材简单、操作方便、现象明显、全员参与.在做平抛运动的分组实验时，笔者经多次探索，引导学生设计了这样的分组实验：用左手2个手指轻轻夹住2个竹质的象棋子，右手弹出其中1个棋子做平抛运动，同时剩下的棋子作自由落体运动，如图2所示.用此来说明平抛运动在竖直方向的特征.这种实验的特点是取材于生活，选择容易得到的材料，不需加工，只借用其某种物理属性，组合起来进行物理教学活动.其结构简单、启发性和拓展性强.

图2 平抛运动演示图

3）设计趣味性和探究性强的分组“大”实验.

这类实验的主要目的是让学生经历“提出问题—猜想假设—设计实验—实施实验—分析评估—交流总结”的探究过程.

“追寻守恒量”一课，笔者和很多教师一样，提到了似乎违背能量守恒的“怪坡现象”.但笔者改变了教学方法，通过观察演示实验模型“双锥体上滚”，利用准备的器材让学生分组探究产生怪坡现象的原因.

器材：2块橡皮（高度差约0.4cm）、2根玻璃棒（长约30cm）、1个玻璃球（直径约2.2cm），探究如何设计实验，使玻璃球由静止沿玻璃棒从较低的橡皮向较高的橡皮运动，如图3所示.学生经过合作探究，成功完成了实验，并且找到了本质原因：看似向上运动，但小球的重心实际是下降的，重力势能向动能转化.

图3 双锥体上滚实验模型

学生经历类似科学家探索物理世界的过程，不仅学习到新知识，加深了对物理规律的理解和信任，同时也体验到科学探究的喜悦，领悟到一定的科学思想和精神，进一步培养了动手、归纳、交流的能力和团队合作精神.

3 创新实验的设计与实践的教学策略

传统教学过程中，教师往往是说生活中的实例，借助学生的想象去讲实验，学生成为“听众”.笔者认为，新课程背景下的物理教学，教师可以在课堂上演示，甚至让学生参与一些简单易行的小实验，使学生成为“演员”.同时适当增强实验的趣味性，能激发学生的兴趣，也能活跃课堂气氛，让学生在快乐中学习物理知识.

笔者在近年开设的公开课中，一直尝试用最简单的器材设计具有一定创新意义的小实验.如“1张废纸带来的精彩课堂”.

案例1：区级公开课“自由落体运动”.2张完全一样的废纸，一张自然展开，另一张揉成纸团，从同一高度同时释放，分析下落快慢的影响因素.

案例2：名师工作室展示课“平抛运动”.让学生用1张废纸折成纸飞机，并抛出去.问：抛纸飞机的运动是抛体运动吗？为什么？学生在体验童趣的过程中学习物理知识，顿时兴趣高涨，课堂气氛热烈.再问：怎样改进后就是抛体运动？（答：将废纸揉成尽量小的纸团）

案例3：全国公开课“牛顿第一定律”.其中，探究“惯性大小与质量的关系”时，设计了“单手撕纸条竞赛”小实验，如图4.主要流程是：引起思维冲突（笔者捏住A处甩纸片，很难将纸条B甩断）→学生分组实验（要求：用最省力的方式，最快速度将A与B甩断）→分析总结→拓展延伸（用铁夹夹住B处再甩）

图4 单手撕纸实验

高中学生有丰富的想象力，好奇心强，求知欲旺盛.教师应抓住这一特点，发挥创新小实验辅助物理教学的功能.实践证明，通过这些创新小实验，学生学习物理的情绪高涨，兴趣盎然，达到了事半功倍的效果.

4 结束语

笔者尝试用身边的物件自制或引导学生设计创新实验，并将其用于辅助物理课堂教学，同时，还在进一步构建更加丰富多彩的创新实验资源，以激发学生探究物理规律的积极性和求知欲.另外，笔者也意识到在设计与实践创新实验时，还要注重科学性、教育性、艺术性相结合的原则；联系生活、技术、社会实际，创设物理环境的同时要突出启发思考、教给方法的原则；要适时发挥创新实验的探究功能在物理教学过程中的重要作用.