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1、新课程背景下的高中物理实验教学与创新能力的培养摘要：本文从创新能力的基本要素创新意识、创新精神、创新思维和实践能力、动手能力出发，论述了在中学物理实验教学中培养学生创新能力的途径，以及在实验教学中教师所应采取的措施。关键词：创新能力；创新思维；探索性实验；设计性实验；素质教育目前，大多数高中物理教学中，教师多注重理论的教学，而不够重视甚至忽视实验教学，这关键是没能真正认识到实验教学在促进教学效果以及对学生发展能力方面的重要意义和作用。而实际上，在高中物理实验教学内容中蕴含着极其丰富的创新教育内容，可以通过各种方式的实验教学培养学生的创新能力。而培养创新能力正是现代所倡导的素质教育的核心。因此，
2、我们有必要对物理实验教学的重要性加以论述，并着重谈一下通过何种途径才能在高中物理实验教学中培养学生的创新能力。我们首先应该对创新能力有一个了解。创新能力是个人心理品质和能力的复杂的、高水平的结合，其中主要的心理品质和能力包含着创新意识、创新精神、创新思维和实践能力、动手能力等基本要素。故此有必要先从这四方面入手，讨论在高中物理实验教学中培养学生创新能力的途径。1.加强探索性实验教学，培养学生的创新意识探索性实验是根据教材的特点和学生实际情况，在学生已有知识和初步具有实验技能的条件下，由教师提出课题，在教师指导下，让学生自己动手、动脑、在实验中观察现象，主动探索，然后得出物理规律的实验方法。通过
3、设计探索性实验，可以把学生带入科学探索情景中，让学生在实践中探索新知识，亲身经历寻求并发现知识的过程，使他们的创新潜能得到开发，创新意识得以培养。有了创新意识，才能激发创新精神，产生积极的创新思维，从而引起学生探索和亲自动手欲望，为创新提供了前提条件。具体说来可以通过以下两种方式实现创新意识的培养。1.1改课堂演示实验为探索性实验，培养学生的创新意识课堂演示实验一般都是教师为主体，学生仅是观察者，没有直接参与到实验中去。这虽然培养了学生的观察力和思维能力，但并不利于创新能力的培养.变演示性实验为探索性实验，学生可以在自己“探索”物理规律的实验过程中把动手与动脑结合起来，锻炼并培养自己的创新意识
4、。这就需要教师对实验进行创新设计，包括教具的改进，实验过程的安排，问题的设置及解决的办法等。这种创新设计对学生将是一种很好的示范，对学生创新能力的培养将起到潜移默化的作用。如在中学物理“二力平衡”一节的教学中，我们可以进行如下创新设计：改进演示教具（图1.），通过在原教具左边用铁架台固定一定滑轮，将小车改为皮鞋盒或泡沫塑料盒，可将二力平衡的四个条件一一加以演示，并提高了实验的可视性。让全体学生都参与到实验的设计与操作过程中来，首先在演示前让学生就二力平衡的四个条件做出假设，然后请学生根据讲台的演示教具设计出验证四条假设的演示方案，最后变教师演示为学生两两上台演示，教师以主持人的身份在旁边指导和
5、解说。 图1.这样，在实验教学中，教师因势利导，及时对学生中那些标新立异，独树一帜的做法予以肯定、支持和帮助，鼓励学生用自己的头脑思考问题，不人云亦云，敢于另辟蹊径，勇于探索，不断创新。从而调动起学生的积极创新意识。1.2精心设计探索性实验，注意提出和启发探索问题，引导学生自行探索，在解决各种疑问和设想的过程中培养创新意识例如：在探索“串并联电路的功率与电阻的关系”的实验中，给“6v，3w和6v,6w”两个灯，比较在串并联中，那个灯较亮，启发学生思考，灯的亮暗表示什么？在学生认识电功率与电阻关系的基础上，再给出两个变阻器，让学生再动手探索，如何在串联电路中，让两个灯同时正常发光。使学生在解决实
6、际问题的过程中培养了探索意识和探索精神，增强了应用科学知识解决实际问题的创新能力。2.注重实验的开放性，多变性和创造性，培养学生的创新精神中学物理教材中安排了演示实验和学生分组实验，其方法都只有一种，比如学生分组实验，教材从实验目的、实验原理、仪器、操作步骤到注意事项，写的面面俱到。每次实验课，教师还要花相当长的时间根据实验讲实验目的、原理，然后学生照着现成的步骤，用相同的仪器，同一种方法，在规定时间内做完同一个实验，最后得出同一结论。这对教师来说当然是省事了，但是不利于学生创新精神的培养，不利于学生智能的发展。因此在实验教学活动中，我们可以对实验教学的内容进行合理的变化，通过改变器材、条件，
7、变化数据处理方法，以及改变实验原理、目的来增强学生的创新意识，培养创新精神。2.1在实验器材上进行创新实验器材的改变将会给学生提供一个崭新的实验手段，学生必须在不脱离基本的实验原理的情况下，创造性地运用新的实验器材完成类似实验。例如；对于“测定玻璃的折射率”实验，在学生采用两面平行的玻璃砖，用插针法完成了实验后，可进一步要求学生思考。若将该玻璃砖换成三棱镜或厚度均匀的圆形玻璃，则又如何进行实验？2.2在实验条件上进行创新实验条件的改变，也就是要求学生在新的条件下，运用所学的物理知识，创新性地确定实验方案，测定相关物理量，处理实验数据，从而达到实验目的。例如：对于“用单摆测定重力加速度”实验，若
8、把均匀小球换成不规则小石块,则无法测出摆长，那么又如何测的重力加速度呢？根据“摆长测定”这一实验条件的改变，我们可引导学生设法测出摆线的长度L，并设摆线下端至小石块中心的距离为X，由T=，几次改变L的长度，测出对应的T，利用上式解方程组，即可求得g。2.3在实验数据处理上进行创新实验数据的处理可采用多种方法，比如列表法，图像法，解析法等。可以通过改变采集和处理实验数据的方法进而达到同一实验目的，这些都是对实验的创新。 例如：对于“测定玻璃折射率”的实验，按教材的要求确定光路图后，使用量角器量出入射角和折射角，从三角函数表查出它们的正弦值，由算出折射率n的值，实验结束后也可要求学生进行讨论，假如
9、手头没有三角函数表，又如何采集实验数据求得n？可以由（图2）的方法，量出AB和CD的长度，由 求得n；也可由（图3）的方法，量出SM和SN的长度，由求得n。A B O S N D C 图2. 图3.2.4在实验目的上进行创新运用同样的实验器材，或者稍加改变，可以达到不同的实验目的，因此，改变学生实验的实验目的，启发学生进一步思考，同样可以培养学生的创新能力。例如：“电场中等势线的描绘”要求学生用电流场模拟静电场，描绘两个异种电荷电场的等势线，那么，能否采用类似的方法，描绘匀强电场的等势线或点电荷电场的等势线?需要配备怎样的器材？我们可将原实验中的两个圆柱形电极换成两个平行金属条，接上电源后模拟
10、匀强电场；还可将原实验中的两个圆柱形电极换成金属圆环处于圆心处的圆柱形电极，接上电源后模拟点电荷电场，操作方法与原实验相似。2.5在实验原理上进行创新为了达到同一实验目的，我们可以选择不同的实验原理，从而创造出不同的实验情景和操作方法，这是学生实验中又一种创新因素，可以说是一种深层次的创新因素。例如：还是“测定玻璃的折射率”实验，教材是根据光的折射现象设计实验的。我们可以通过改变其实验原理，根据光的全反射现象设计实验方案：如图（4.）所示，面向半圆形玻璃砖，在玻璃砖逆时针转动的过程中，调整视线透过玻璃砖观察插针P1， P2的像，直至视线沿着直径恰好看不到P1， P2的像为止，量出C的度数或AB
11、、OB的长度，由或可确定玻璃的折射率。 图4.3.利用设计性实验培养学生的创新思维我们知道设计性实验是根据实验要求理解实验原理，编写实验步骤，设计实验表格，正确选用仪器和器材，并进行实验操作得出正确实验结果的一种实验形式。一个成功的实验，其设计思想总包含着对已有知识的灵活应用和创造性的科学构思。通过领会前人的实验设计思想。体验科学家所经历的探索过程，可以获得一条培养创新能力的有效途径。在利用设计性实验教学过程中首先应该遵循“问题实验”的教学原则，教师要在激发学生创新意识的基础上，加强培养学生发现、提出和解决问题的能力，使学生逐渐养成独立获取知识和创造性地运用知识的习惯。通过让学生设计多种实验方
12、案，培养求异的发散思维；通过让学生概括、判断和总结各种方案的优劣培养求同的集中思维。而发散思维、集中思维是培养学生创新思维的重要环节。其次要按照设计性实验的内容培养学生的创新思维。设计性实验的内容可以分为以下三类：测量某一物理量的课题。如“测平均速度”的课题，给学生斜面、小车（或小球）、刻度尺、手表（或停表）、金属片等，由学生设计出实验装置、实验原理、注意事项、实验结论等内容。此类实验便于结合实际，促进学生把基础知识转化为能力。探讨研究和应用的课题。例如学习了“动量守恒”，要求学生利用一根弹性很好的竹片，几根绳，两个带孔的小球，一把刻度尺，在一个较光滑的桌面上粗略研究动量守恒定律，这个实验要求
13、利用细线和刻度尺通过杠杆原理测出质量比，利用两小球离开桌面后平抛运动的水平距离测出水平速度之比。两个小球事先用一根线拴好，动量守恒和杠杆原理等知识。同时，在思维上不能局限于桌面，还要利用桌子的高度等，这些都有益于训练学生的思维，开拓他们的思路，从而提高他们创新思维。研究测量方法的课题。例如在伏安法测电阻后，我们提出：“一位无线电修理工手边有最大阻值为50的滑动变阻器R0和未知电阻RX各一只，除用伏安法测量RX外还有哪些方法能测出它的大小（器材自选）？”这样的研究课题，让学生根据课题要求，设计出多种测量方法。这类实验可使学生学习和掌握一些实验中经常用到的测量方法，可培养学生的思维的变通能力，也就
14、是培养了学生的创新思维。4开放实验室，采用多种方式提高学生的实践能力、动手能力当今从事科研工作，既要善于搞理论研究，科学发现，又要具备技术开发的实践能力以及动手操作能力，因此着眼于学生的未来发展，应该为他们提供更多的动手机会。这可以通过多种途径来达到。教师可以灵活地变课堂演示实验为“学生分组实验”或“学生随堂实验”，增加学生实验的能力。学生亲自动手做实验从中探索并理解物理规律，比教师枯燥地讲解、学生硬性地记忆好得多，正如“百闻不如一见，一见不如一做”嘛。还可以增加一些课外学生实验，开展实验展览。学生可利用课外时间到实验展览室动手做实验，教师可以发挥主导作用，及时解决学生实验过程中所遇到的疑难问
15、题。并且应该组织课外实验兴趣小组，并开展实验竞赛活动。教师可以有针对性地向实验兴趣小组的学生推荐一些课外实验读物，配合实验读物的指导，并可定期举行实验竞赛讲座，开阔他们的实验知识，实验方法和实验技能的视野。通过开放实验室，采取多种多样的实验活动从而提高学生的实践能力。在学生的兴趣驱动下，必然会促使学生积极探索，勇于创新的精神，从而提高他们的创造能力。以上从改变或设计物理实验谈了创新能力的培养途径，从教师本身和教学方面来说还应该注重以下两点。5.教师应转变教育观念目前实行的中学物理教学中，有某些“做实验不如讲实验”，“讲实验不如背实验”的荒谬做法。这一现象对创新能力人才的培养是一严重的阻碍。教师首先应该认识到，教育不应该仅仅是训练和灌输的工具，它应该是发展认知的手段。中学物理教学中，应首先确定以实验为基础，用实验来激发学生的学习兴趣，充分发挥学生参与教学的主动性和积极性，培养他们
