创新实验在初中物理教学中的运用①

陈永安

(广东省惠东县惠东中学初中部，广东 惠州 516300)

1 引言

我国新一轮的教育改革把培养学生的核心素养作为课程目标，把培养创新型人才作为新时代的重要任务。物理教学必须顺应社会发展和时代要求，立足于推动以学生核心素养培育为目标的教学改革，培养学生的创新思维能力。物理学是以实验为基础的科学，新时代的教育要求我们以创新、有效的方法开展实验教学。运用创新实验可以为学生铺设思维阶梯，使学生获得更丰富的感性认识，形成更高层次的思维能力和学科素养，实现高效率、高质量的物理课堂。

2 运用创新实验创设问题情境，为学生铺设思维阶梯

创设问题情境是基于学生已有的认知水平和教学需要，在教学中围绕物理概念、规律，创设具有物理学科特色的教学情境，引发学生的认知冲突，使其产生强烈的好奇心和探究欲望，促使学生主动参与探究。运用创新实验创设问题情境导入新课,不但能够克服教材中教学过渡性不强的缺点，还能让学生产生浓厚的兴趣，激发学生学习的内驱力，提高课堂的实效。

案例1：“探究平面镜成像”的教学

“探究平面镜成像”实验是粤沪版物理教材的内容，尽管教材的设计是从生活情境和学生生活经验导入课程，但是生活中学生与平面镜接触的机会太多，对于平面的成像特点已失去了新鲜感和好奇感，再者教材的设计“先入为主”地给出了实验原理和设计，学生只好按部就班地操作，所以探究热情不高，教学效果不理想。

如图1所示，教师利用“浇不灭的烛焰”实验导入新课，提出问题：“为什么向杯中蜡烛浇水，蜡烛依然燃烧？”以神奇有趣的小实验引入新课，引发了学生的认知冲突，学生学习热情立刻被激发，同时为平面镜成虚像埋下伏笔。

图1

笔者根据教材的实验设计，先进行课堂演示实验，发现实验效果不理想。接着设置问题引导学生根据教材实验的不足进行改进、创新：(1) 为避免实验中出现两个像，可采用薄的有机玻璃代替较厚的玻璃，这样不会再出现由于平面镜的厚度大导致的重影现象。(2) 为避免蜡烛燃烧出现长短不同情况，可用LED灯代替蜡烛。(3) 为更方便地比较像距和物距关系，可在台面上贴方格纸，并在两则固定刻度尺。另外，在底座安装上转盘(图2)，可以轻松调整演示角度，当用光屏在玻璃板的后面前后移动去接收像时，光屏上不出现像；再转回去，又看见了蜡烛的像；证明了平面镜成的像是虚像，学生也明白了“浇不灭的烛焰”的原因。

图2

在实验过程中，针对研究的问题，借助创新实验用递进式问题为学生的学习铺设思维“阶梯”，突破教学难点，促使不同层次的学生向更高层次不断进阶。

3 运用创新实验增强实验效果，激发学生学习兴趣

实验效果是实验设计重点考虑的因素，一个成功的演示实验不但可以产生强烈的视觉效果，还能更好地说明实验原理，使学生更容易理解和记忆。运用创新方法开发出直观性强、操作简便、有趣的演示实验，可激发学生的求知欲和探索欲，能使实验效果大大增强。

案例2：“光的三基色”教学

学生对光的颜色实验容易引起浓厚兴趣，尤其是三基色实验更会激发学生强烈的好奇心。但光的三基色的现象在生活不常见，学生对其成因较难理解，实验室已有器材演示不够理想，让学生更直观地观察实验现象是本节教学的重点。

利用如图3所示的有4个透光面的合色棱镜可以直观、形象地演示光的混合、光的分解及三基色的形成。当白光从任意一个透光面射入时，从3个面分别射出红、绿、蓝三种色光，这是光的分解。相反，当从任意三个透光面分别射入红、绿、蓝色光时，会从另外的一个面射出白光，这是光的合成。在如图4所示的实验中，用小型高亮度手电筒作为光源，用白色塑料泡沫作反射面，可以大大增强演示效果。本实验运用新型光的三基色分解实验器，具有设计合理、结构简单、操作方便等特点，不但能产生强烈的视觉效果，还能直观演示白光分解出三色光的效果。

图3

图4

4 运用创新实验优化实验过程，培养学生的创新能力

教具是物理实验教学不可缺少的条件，有的实验教具存在设计的不足，导致实验效果不够理想，因此对实验教具进行改进或创新，不但可以弥补学校实验条件的不足，激发了学生的兴趣，降低了学生理解的难度，更能培养学生的创新能力。

案例3：探究影响电磁铁磁性强弱的因素

按照教材设计的实验方案，学生经过猜想后运用控制变量法，设计了如图5所示的两种电路进行科学探究，通过吸引铁钉的数量确定磁性的强弱。在实际实验中，由于两次实验操作要改变电路的连接，不但增长了实验操作时间，学生还不易直接对比前后的实验现象，对实验探究的变量关系容易混淆，因此，实验存在较大改进空间。

图5

图6是改进后的实验教具，具有如下创新点:

图6

(1) 将教材设计的两个探究电路整合成一个并联连接的电路，利用滑动变阻器改变电路电流，使两种探究能同时进行，利于比较实验现象，容易得出结论。

(2) 选用不同匝数的线圈进行实验，在4号线圈内不放置铁芯，与1号线圈的匝数相同，可探究有无铁芯对磁性的影响。

(3) 在并联电路的各支路上串联一只小灯泡，通过小灯泡的亮度可以直观比较电路中电流大小。

5 运用创新实验优化实验操作，全面提升课堂效率

随着社会信息化的进程，数字化实验已成教育信息化发展的不可缺少的应用，是培养学生创新能力的重要途径。引导学生运用数字化实验进行探究，可解决原有教学中受时间、工具和环境等因素制约的问题，改进无法实现的、实验效果不明显的、实验效率低下的部分实验，优化教学过程，提高教学效率。利用数字化实验能简化实验操作，使很多难以测量或难以控制的实验得以顺利进行，大大提升实验测量精度。

例如初中热学中几个重点实验的教学，依据教材的设计方案进行实验时，不但存在实验时间长、热源不稳定、读数不准等问题，而且使用酒精灯加热的过程存在一定的安全隐患。因此，将数字化实验引入课堂，对实验进行全面优化，能有效地避免传统实验教学的不足，提升实验效率。在图7所示探究沙子和水的吸热能力实验中，用电加热器替代酒精灯，在如图8所示的探究晶体与非晶体的熔化实验中，用养生壶替代酒精灯，在如图9所示的探究焦耳定律的实验中，用电源适配器代替学生电源，3个实验都采用温控传感器和数字温度计，改进后的实验大大缩短了实验时间，操作简单，读数方便，实验效率得到大幅提高。

图7

图8

图9

6 结语

在物理教学中运用创新实验创设问题情境、增强实验效果、优化实验过程和操作，让学生经历科学探究过程、领悟科学方法、体验科学乐趣和养成科学态度。在现实的教学环境下，创新实验的开发和运用还需要集中教师的智慧，需要一段时间进行教学探索并加以完善和优化。教师应该克服现实教学中的各种困难，最大限度地发挥物理实验教学在培养学生核心素养的作用，真正落实素质教育的目标和创新人才的培养任务。