高中物理课堂有效渗透创新实验的实践与策略

韦叶平

（江苏省前黄高级中学，江苏 常州 213161）

1 高中物理课堂为什么要设计创新实验

物理实验体现了自然科学的重要特点，体现着科学探究的重要思想和方法，物理实验的素养（观念、思想方法、技能方面）是科学素养、创新精神形成和发展的基础和组成部分.其次，考虑到高中物理较难学的特点，笔者尝试在高中物理课堂教学中，有意识地设计创新实验，采取创造教育的科学方法，使学生逐步养成科学精神和提高科学素质.

2 高中物理课堂有效渗透创新实验的实践与策略

物理实验在形成物理规律的教学过程中起着至关重要的作用.但是，不能等价于物理实验越多，创新程度越高，实验所起到的作用就越大.选择实验要注意实效性，要引导学生在实验过程中注意观察什么，怎样观察，由实验现象得到怎样的结论等；要在实验时突出主要现象，帮助学生建立较深的感性认识；要引导学生进行“去粗取精、去伪存真、由此及彼、由表及里”的思考.

2.1 课堂实录

公开课“力的合成”，教师在“设置情境，提出问题→建立模型，研究问题→小组合作，解决问题→评价交流，检验问题”等4个环节中，仅以一个传统的实验入手，由此进行创新设计但不脱离该实验，既增强了趣味性，达到了实验的目的，又体现了科学探究的精神和过程，提高了学生的知识和能力.

（1）设置情境，提出问题.

两组学生演示生活中常见的现象：拎水桶.2个学生合作拎水桶和1个学生单独拎水桶，都达到了同样的效果.学生对“分力、合力以及等效”建立了感性的认识，同时提出问题：等效的分力和合力有什么定量关系？

（2）建立模型，研究问题.

将生活现象简化成2个弹簧秤拉小桶的物理模型，教师引导、师生合作，开展定量研究，如图1所示.这个经过创新的传统实验是本节课的亮点，用细线连接的2个弹簧秤分别挂在固定在黑板上方的2个铁夹上，可以在黑板上用力的图示法直接表示出2个分力的大小和方向（说明：此环节暂不表示合力的大小与方向）.为进一步研究打下坚实的基础；为学生下一步合作学习，找出物理规律提供了正确的思路.

（3）小组合作，解决问题.

提供人教版物理必修1教材中“探究求合力的方法”的实验器材，让学生采用合作学习的形式，经过“设计研究方案→数据收集与处理→猜想和假设→得出结论”等过程，得出力的合成满足平行四边形定则.

（4）评价交流，检验问题.

在探究过程中，不同小组可能采用不同的方法，得出的结论也可能有一定的差别，因此评价交流是必不可少的环节.同时，教师引导学生进一步完善“第2个环节”，用“平行四边形定则”表示出合力的大小和方向.用重垂线验证合力的方向、刻度尺测量出合力的大小，发现用“计算法”和“实验法”分别得出的合力非常吻合.

本实验既引导学生完成教科书上的分组实验，又不拘泥于教材，进行了改进和创新，如无论2个分力的方向怎样变化，合力的方向始终沿竖直方向.笔者不禁从中找到了近年来高考的“影子”.

图1

2.2 “链接”高考

随着新课程改革的不断深入，高考物理实验的考查特别注重立足教材，依据考试说明的要求在实验方案的设计、数据处理、误差分析、实验结论的分析和评价等方面进行创新.

2011年江苏高考物理试卷第10题，某学生用如图2所示的实验装置在竖直平面内验证“力的平行四边形定则”.本题共3问，第1、3两问考查基本仪器弹簧秤的使用（略），第2问：下列不必要的实验要求是

图2

（A）应测量重物M所受的重力.

（B）弹簧测力计应在使用前校零.

（C）拉线方向应与木板平面平行.

（D）改变拉力，进行多次实验，每次都要使O点静止在同一位置.

该题的正确答案为（D）.但（D）选项与教科书中的“原型”吻合.而从上述创新实验中不难发现，合力的方向始终沿竖直方向，大小等于重物的重力，不需要“每次都要使O点静止在同一位置”才能达到效果相同的目的.可见，选错的学生是没能真正理解实验的原理，他们的创新意识需要进一步培养.

近年来，笔者一直关注高考物理创新实验试题所反馈的信息，把物理高考创新实验归纳为两大特点：

（1）实验素材取于实验室的基本仪器；实验原理源于教材及考试说明规定的实验，实验条件和方法适当变化，要求学生善于发现问题、找出异同、解决问题，培养其探究精神和创新能力.

（2）以生活现象、社会实际、新科技应用为背景，考查学生用已学过的实验原理、研究方法解决教材未涉及的创新型实验，让学生了解科技前沿，考查学生从理论到实际的应用创新能力.

可见，以教材中的基本实验为原型进行拓展创新是创新实验教学的前提.必须理解和掌握教材和考试说明上要求的基本实验，为学生实验创新思维的发展夯实基础，从而适当拓展创新.

2.3 教学策略

高中物理课堂有效渗透创新实验有助于学生更好地掌握知识，培养学生动手、合作、创新等多种能力，是实施素质教育的主要渠道和有效手段.下面就物理课堂实验的设计和实践，谈几点想法.

（1）物理课堂设计实验要突出“创新”.

物理实验教学是物理教学不可或缺的组成部分，在实验教学中开展创新教育，对培养学生的创新思维尤为重要.笔者对传统实验和创新实验进行比较，归纳为以下几个方面（见下表1）.比较认识这些区别，有助于我们从根本上理解和运用创新实验.

表1

续表

突出创新，并不意味着我们要摒弃传统.许多传统实验是科学家探究物理规律，反映探究历程的重要依据，凝聚着科学家的心血.教师要引导学生联系社会实际和生活经验，在保留传统实验精神的前提下对实验器材进行改进，在可视性、实验效果、启发性等方面作精心设计.

“伽利略理想斜面实验”是引入“牛顿第一定律”的经典实验，但传统的做法受摩擦力的影响较大；斜面倾斜角的连续可调性难以实现等因素，实验效果不令人满意.笔者在一节公开课中，通过对其进一步设计，将“传统实验”转化为“创新实验”，如图3所示.

实验器材：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（大约130万像素）等.

实验优点：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；摄像头将实验过程同时放大在屏幕上，现象明显直观，效果很好.

（2）物理课堂渗透创新实验要强调“有效”.

课堂实验又叫随堂实验或边教（学）边实验，即课堂教学中，为实现教学目标设计的一个或一组系列小实验.各个小实验之间可能没有相互关联性，但都是为教学目标服务而贯穿整节课堂.因此，必须有效.避免为了突出探究过程、合作学习，而精心设计很多实验并进行简单的罗列，反而适得其反.

图3

笔者在设计高中“牛顿第一定律”一课时，这样思考：本节内容在初中已经了解，要使学生保持新鲜感，突出知识的深化和科学研究方法、情感态度的教育，教师可以让学生作为各个历史时期的“探究者”参与相关问题的讨论，关键在创新实验的设计与应用.笔者改变众多实验简单堆砌的做法，着重做好3个创新实验（如图4所示），既充分发挥了学生的主动性和积极性，又让学生主动参与教学过程，亲历思考和探究的过程，同时使学生养成了科学的态度、获得科学的方法.

图4

（3）探究过程要注重“问题”引导.

摆脱纸上实验的现状，让学生亲身体验、亲自动手实验并真正理解和掌握.这样对于新情境、开放性的实验问题，也能尝试改进和完善实验方案，逐步养成发现问题、提出问题并解决问题的探究能力.因为其实质往往都是对基本实验原理、方法的迁移和灵活运用.

笔者在设计“变压器”一课时，设置了多种不同的情境让学生探究变压器工作的条件.原线圈通过开关与干电池连接，副线圈接电压表，让学生先猜想“变压器可以改变直流电压吗？电压表的示数情况怎样？”，再动手实验并观察实验现象.发现当闭合或断开开关时，电压表的指针明显摆动，然后缓慢恢复到0.随后，让学生试着用电磁感应知识解释.

为了加深理解，可作进一步探究：将电压表换成适当的“钨丝灯泡”和“220V，5W的节能灯”，闭合开关的瞬间，情况如何？学生分组讨论，各持观点.最后，通过动手实验发现，钨丝灯泡不亮，而节能灯却闪烁一下，并解释原因.

最后，再次激发学生的兴趣，若直流电源不变，怎样才能使电压表的示数几乎不变？经过讨论与实践，有学生发现不断地闭、断开关能达到目的，最后引申到交流电压有稳定的示数.

以问题为向导，循序渐进的探究过程体现了科学研究的思想和方法；教师在教学中，突出学生的主体地位，培养学生多角度、多方位思考问题的思维方式，逐步形成了独特新颖、灵活多样的发散性思维品质.

（4）创设探究环境，要倡导简单、直观的创新“小实验”.

教师要有意识地创设科学探究的环境，充分利用身边的各种资源，让学生在实践环境中感知和体验，进而上升至智慧，满足学生探究学习的需要.研究表明，用学生熟悉的材料或学生亲手制作的仪器做实验，不仅容易克服学生的思维障碍，培养学生的动手能力，而且能帮助学生敏锐地洞察其中发生的物理过程，从而更加透彻地理解知识.

例如，笔者在物理教学过程中，多次用“手”做物理实验.很多物理知识和物理规律通过“手”来演示，不仅增强了学生的感性认识，而且充分发挥了学生的学习主动性，教学效果较好.下面举出一个典型的例子来加以说明.

力学实验：拿出1支长铅笔，左右手各伸一食指水平地支持住它的两端，当两指慢慢向里靠扰的过程中，铅笔将相对手指交替移动；伸出右手，让手掌与桌面接触并在桌面上擦动，感受受力情况等现象与摩擦力有关.左食指的指肚顶右食指的指肚，两手指都有力的感觉，稍一点力，两只手指都会弯曲来说明牛顿第三定律；右手平托橡皮，整体向上运动，突然用左手掌挡住右手运动，橡皮向上抛出来说明惯性定律等.

电学实验：用塑料泡沫与手摩擦，使泡沫带电，而且可以吸引吊起的乒乓球；干燥的冬天，手与别人的手或别的物体靠近到接触时，经常有放电现象等.

热学实验：用两只手掌互相摩擦，体验摩擦生热；在手上涂一些酒精，手感觉比较凉爽，说明蒸发吸热等.

光学实验：并拢手指，将食指与中指的狭缝平行对准日光灯，用眼睛透过手指缝观察到狭缝周围出现彩色的衍射条纹.

笔者引导学生充分利用顺手拈来的物品或自身条件做实验，发挥创新小实验独特的教学功能.一张纸、一只易拉罐、一个儿童玩具等都能给课堂带来精彩，将抽象的物理理论与生活实际联系起来，极大地激发了学生的学习兴趣，培养了学生的创造力.

3 结束语

笔者有意识地在高中物理教学过程中设计和实践创新实验已取得了一定的成效.用正规的配套仪器，也可用自制教具、学具，或者利用随手可取的日常生活用品进行创新实验；学生的组织形式多样，实验地点不局限在实验室，实验类型可以根据实际情况选择；增加学生动手实验在教学中的比重，提供更多的机会，来培养学生的实验能力；在实验的间隙穿插教师的启发、引导、讲解或教师与学生、学生与学生的讨论，扩大课堂内师生的信息交流等，为学生创设了生动的物理学习情境，提供了必要的感性素材，帮助他们建立概念、认识规律，也让学生通过亲自动手来学习知识，克服课堂教学“满堂灌”的现象.

1 韦叶平.激情·探究·对话·生成——“牛顿第一定律”教学设计介绍.物理教师，2012（6）.