高中物理实验教学中培养学生创新能力的探索

李肖杰

摘   要：创新能力培养是当今社会教育的趋势，实验是高中物理课堂的基础，在高中物理实验教学中很有必要培养学生的创新能力。本文在实验的原理分析、器材改进、数据处理、开展方式等方面展开分析，探索培养学生创新能力的途径。

关键词：高中物理;实验教学;创新能力

引言

创新是人类进步的永恒主题，在科技高速发展的今天，创新的意义显得更加突出。在近几年的全国高考试卷中，物理实验题均在课本基本实验的基础上，实现了创新。因此，在物理的实验教学中，创新一方面是为了符合高考要求，提高学生的实验能力，提升学生的科学素养;另一方面为国家、社会提供具有创新意思和创新能力的高素质人才。但是，近几年的高考实验题得分普遍较低。究其原因，这和物理实验课有一定关系[ 1 ]。传统的物理实验教学模式为：统一的实验设计，规定的实验器材，固定的实验流程，已知的实验结论。学生在课堂上成了知识的接受者，实验要用什么？怎么操作？数据怎么处理？有了统一的模板。这样的物理实验课限制了学生的积极性，抑制了学生的激情，扼杀了学生的创新能力。因此，培养学生创新能力，对常规物理实验教学做出改进，势在必行。那么，如何在高中物理实验教学中培养学生创新能力呢？

1  变换实验方式，启发学生创新

物理教学课堂上，实验的效果对理解物理规律意义重大。要培养学生的创新能力，首先要培养学生的学习兴趣。课堂演示实验通常都以教师为主体，学生相当于课堂的旁观者，参与度低，学生的学习兴趣不高，不利于培养创新能力。而在学生实验中，学生变成了课堂的主体，学生在教师的引导下一边学习，一边实验，在课堂上学生会同时动手和动脑，收获两种学习体验。课堂结构由教师的边教边演示变成学生的边学边实验，学生会表现出极大的学习兴趣，集中注意力，进行积极的逻辑思维，有助于加深理解和培养他们的创新能力[ 2 ]。对于部分演示实验，有条件的情况下可将其转化为探究性实验，例如，验证闭合电路欧姆定律实验，让学生测出原电池的内电压和外电压，启发学生分析实验结果，得出电源的内电压和外电压之间的关系。

在物理实验室找不到适合的实验设备时，教师还可以自制实验器材。自制的实验器材往往会引起学生更大的兴趣。器材用到的材料通常来源于我们身边，学生对这些物品都比较熟悉，这让学生能更好地把物理知识和现实生活联系到一起，同时自制器材可以激发学生的探索欲望，有助于培养学生创新能力。例如：在讲到电风扇通过安培力做功，把电能转化为机械能时，有一个学生问道：“如果用手去转电风扇，能把机械能转化为电能吗？”笔者没有当堂给予回答，回家后找到一个旧的小风扇，拆掉插头，焊接上一个LED灯泡。第二天笔者再把电风扇带到班级进行演示，同学们当时都非常惊喜，也比较轻松地理解了电动机、发电机中安培力的做功和能量之间的关系。

2  改进实验方案，引导学生创新

教师在原有实验的基础上，通过改变原来的实验目的、实验原理、實验器材的方式来实现实验的再设计，通过这种教学方式来发散学生思维，培养创新能力。电学实验测量中通常会遇到找不到适用电表的问题，这就要求教师不妨对实验的电表进行筛选或者改装，由于电流表和电压表的工作原理是一样的，核心部件都是表头，所以在电表内阻已知的情况下两表是可以互相混用的，在找不到合适电表的情况下，还可以利用已知内阻电表和定值电阻进行电表的改装，来满足实验需求[ 3 ]。

物理实验经常还会利用某一实验装置进行另外一个实验，或者用一套实验装置同时进行几种实验测量。例如：利用伏安法测电阻的实验装置，同时测量电源的电动势和内电阻。这两个实验的电路完全相同，伏安法测电阻用到的原理是欧姆定律，而测电源电动势和内电阻用到的原理是闭合电路欧姆定律。一套实验装置，两种实验原理，两个实验目的，这种教学方式打破了学生的常规思维模式。这种教学方式可以改变学生的惯性思维，培养学生的探索能力。

3  重视误差分析，促进学生创新

物理实验离不开测量，精准的测量数据是物理实验的根本。在物理实验中，由仪器精度所限、人的观察和操作等因素产生的偶然误差，以及实验原理的不完善、实验器材的缺陷等因素产成的系统误差，造成了测量值和真实值之间存在一定的差异。

产生偶然误差原因有：读数不准确、操作失误、作图偏差等。偶然误差随机出现，且无法确定实验的测量值相对真实值偏大还是偏小，但在重复测量时偏大和偏小的概率比较接近，因此可以通过多次测量求平均值的方式来减小实验误差。减小偶然误差常用的方法有：累积法（测单摆的振动周期）、平均值法（测金属丝的直径）、逐差法（测匀变速直线运动中纸带的加速度）。

系统误差产生的原因有很多种，大多和实验设计的缺陷有关。例如：验证机械能守恒的实验中，空气阻力对实验结果的影响。系统误差的出现呈固定规律，在相同情况下，对实验物理量进行测量，其测量值往往均大于真实值，或者均小于真实值，多次测量也无法减小其实验误差。因此，减小系统误差常用的方法有：修正法（利用零刻度被磨损的刻度尺测量长度）、交替法（用等臂天平测量物体质量时，把测量对象位置交换）、替代法（安阻法测电阻）、补偿法（验证牛顿第二定律中，倾斜木板平衡摩擦力）。

误差往往是创新的源头，发现问题才能想到解决问题的办法。在实验教学过程中，应该让学生掌握一些必要的实验误差的基本知识，在分析实验原理的时候考虑实验设计的不足之处，在选择实验器材的时候要考虑它的精准程度，这个过程就是创新实践的过程。要让学生在实验中学会比较，提出新的设计思想。

4  优化实验数据处理，助力学生创新

实验测出的数据，必须通过科学的分析和处理，才能得到实验结论，才能体现相应的物理规律，因此，优化数据处理也是实验创新中的一个重要环节。数据处理通常有这么几种方法：

（1）平均法。如果所求物理量可以直接测量，我们可以对待测物理量进行多次测量，把测量出来的数据相加，再除以测量次数。如：测金属的电阻率实验中测金属丝的直径;如果所求物理量不能直接测量得出，我们要根据其实验原理，代入多组实验数据，多次计算待测物理量，把计算所得结果再取平均值。在测量次数不是很多的情况下，偶然误差会对实验结果产生一定的影响。

（2）图象法。图象法使用起来简洁、直观，在实验数据处理方面得到普遍应用。将多组实验数据记录到表格中，在坐标纸上以适当物理量为横轴和纵轴，建立坐标系，标定好相应标度，描点，作图。连线过程中应保持相应原则：让尽可能多的点落在这条直线上，其余不在直线上的点要均匀分布在直线两侧，少数离直线太远的点直接弃掉。再利用数学的方法，结合图象的斜率和截距求出待测物理量。这种方法处理的实验数据跟平均法有些相似，但由于弃掉了少数偶然误差太大的点，导致最后的实验结果比平均值法要更准确。

综上所述，在物理实验教学中如何以更多更好地教学模式和教学方法来培养和提高学生的创新能力——我的探索才刚刚起步。在未来的教育生涯中，我将继续努力，以积极大胆，勇于尝试的心态去追寻。

参考文献：

[1]李仁喜. 高中设计性物理实验教学中培养学生的创新能力的研究[J].课程教育研究， 2019（17）： 173-174.

[2]姚宇平. 高中物理实验教学中如何培养学生的创新能力[J].中学教学参考， 2017（14）： 50，59.

[3]高峰. 高中物理实验教学中培养学生的创新能力[J].中学物理教学参考， 2016（14）： 24.