物理创新实验开发应用综述

2021-03-30孙春艳

现代盐化工 2021年2期

关键词：实验设计实验教学物理

白金，孙春艳

（安庆师范大学数理学院，安徽安庆 246133）

物理是自然科学中的一门基础学科。在物理教学中，实验不仅是非常重要的内容，也是应用最广泛的方法。为了增强学生的创新意识和动手能力、充分弥补物理实验教学的不足、提高实验教学效果，开发创新实验来更好地进行教学，激发学生学习物理的兴趣。

1 创新实验的发展历程

1.1 国外研究现状

为了能更好地进行教学，国外在物理实验教学上也开展了创新实验。

在英国，自从1988年颁布了英国国家课程，物理教学的发展登上了一个新的台阶，学生能力和创新意识的培养受到了高度的重视。

在美国，学生个体和团队在实验中的创新能力和动手能力的培养也一直受到重视，能够让学生从简单的选择实验器材组装到获得实验结果来进行各种创新实验的开发与应用，而且在美国很多地方，物理老师都能够根据地理位置和学生特点独立设计创新实验，使实验具有独特性和创新性，达到实验目标。

德国的物理实验教学更是人们学习的榜样。德国物理实验教师一直以“没有实验的物理课不是好课”这一信念来完成教学，学生主动通过实验和思维活动的方式获取物理规律和物理知识内容，教学大纲明确。通过这种方法，学生更容易掌握物理概念和规律，教师能够把创新实验随时随地运用到实际教学中。

上述3个国家在物理实验方面的教学都集中在创新性以及高要求的技术层面，但对于我国偏远地区以及不发达地区而言，仍然缺乏可行的操作，更无法将此教学方法应用到落后的教学环境中[1-3]。如何把创新实验自然、有效地运用到物理教学等方面的研究是非常重要的。本研究将从具体的教学实际及当前的国情出发，结合各国的教学特点，探讨如何把创新性实验运用到教学中去。

1.2 国内研究现状

在我国，随着科技的发展和学科教学需求的提高，创新实验越来越重要。对于物理实验的创新，很多研究者从不同方面进行了详细的研究。例如，由臧文彧[4]主编的《趣味物理创新实验》主要介绍了科学创新实验设计和操作，将“微实验”视频植入与“数字模拟实验”技术相结合，包括趣味物理小制作、小探究和小实验，分别从知识、实用、观赏等方面出发，对物理教师的教学起到很好的借鉴作用。

由刘炎松[5]编著的《物理实验创新研究“非常规”物理实验设计制作能力培养》，提出以物理新课程改革为原则，对未来教师的教学提出了新的要求，客观地分析了物理实验教学中存在的盲点，并研究了“非常规”物理实验方案和仪器的开发设计，提出了以“非常规”物理实验方案为设计手段、以创新技术为主要手段的实验资源开发，为物理教师教育课程体系的构建提供参考，为相关课程设置的必要性和可行性提供研究依据。

朱正元是著名的物理学教育家，提倡实验的开发和设计建立在日常生活中的常见物品上，并提出了以“坛坛罐罐能当仪器，拼拼凑凑可做实验”为基础的设计概念，解决了创新实验设计的设备和资金短缺问题。除此之外，由刘彬生等[6]编著的《创新中学物理实验》主要介绍了电子信息技术在创新实验中的实际应用。

此外，张明亮[1]的硕士论文《中学物理创新实验开发研究》则阐述了实验创新思维的过程：问题提出、路径求解、顿悟闪现、检验方法、创新达成，并提出相应的设计过程，介绍了两例个人的创新实验教学案例。林广波[7]的硕士论文《高中物理创新实验的实践研究》主要针对高中物理创新实验的实践研究，总结出一些在实践中可行的创新实验，期望通过创新实验的设计与实践，提高学生的动手能力、观察分析能力、评价提升能力和实践创新能力。同时，希望本研究的创新实验能为同行提供参考。

据悉，在中国知网上搜索“中学物理创新实验”，从1992年1月到2020年12月，共有26篇硕士学位论文以及31篇文章发表在不同的杂志上。物理实验一直都是物理教学中非常重要的一种手段，新实验的开发、实施更是非常重要，有助于达到培养和强化学生的创新意识、创新思维以及创新能力的目的。

2 创新实验的特点及过程

2.1 特点

创新是实验具备的最大特点，根据巧妙的设计，按照实验的基本原理，利用简单的实验器材、简捷的实验方法以及合适的教学手段，合理实施创新实验，让传统与新思想发生碰撞，擦出创新实验设计火花，极大地丰富教学过程，全面发展学生的个性和思维。

除此之外，实验设计的选材成本要低，但是设计的思维要巧，获得的效果要明显，从而达到教育的实际目标。创新源于学生的日常生活，就如朱正元先生提出的“坛坛罐罐能当仪器，拼拼凑凑可做实验”，取材于日常生活用品，这样学生对其特性以及用法都非常了解和熟悉，能真正感受到物理来源于生活，让创新实验亲切感十足，使学生更容易接受。为了使创新实验达到更好的效果，首先要让学生亲自参与创新实验的设计过程，其次要保证实验的可行性、易操作性、效果明显性，让学生感到物理不那么神秘、科学也不那么遥远。

2.2 过程

在开发与设计创新实验的过程中，首先，教学者要对教学目标、内容以及学情有深刻的了解和分析，根据科学性、直观性等原则，设计符合要求的实验；其次，根据设计的方案框图进行实验的制作，边制作边修正，以确保正常进行；最后，进行实验的实施和评价，最终获得需要的实验。以上每一步都是实验成功的关键。

3 创新实验的研究

以上创新实验研究的成果已被运用到教学中。在创新实验设计的过程中，除了取材于日常生活，还要与现在的科技发展相联系。例如，目前智能手机得到普遍应用，开发软件也越来越成熟。因此，在教学过程中，可以通过智能手机中的开发软件对物理实验进行创新设计，这在很多文章中都有体现[8-11]。目前，在教学实践及实验竞赛中，对于创新实验的研究也很广泛，比如在一次创新实验比赛中，在测量重力加速度时，有的学生设计了简单的“滴水法”，有的用阿特伍德机测定，还有的利用数字传感器精确地测量了拉力，并结合阿基米德原理获得重力加速度。这种创新实验，让学生更好地掌握了重力加速度的物理意义以及相关物理知识，拓宽了学生的眼界，锻炼了学生的动手能力及创新思维。