在中学物理实验教学中培养学生的创新能力

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在中学物理实验教学中培养学生的创新能力

物理学是一门以实验为基础的科学。在中学物理教学中,实验教学占有极其重要的地位,它的不可替代的作用已被广大物理教育工作者认识和重视。尤为重要的是,加强和改革物理实验教学已成为边远山区学校培养学生创新能力的一条重要途径。

一、介绍著名的科学实验,激发学生的创新意识

在物理学史上有许多精彩的实验,实验设计思想的创造性、实验装置的新颖性和实验技术的艺术性,催生了不少物理学上的重大发现或技术上的出色发明。介绍这些实验可向学生展现有趣的物理现象,呈现许多真实的、形象的物理故事。学生在好奇心的驱使下,会产生极大的兴趣去探索未知,从而产生学习的欲望和学习的需要。例如,伽利略在自由落体实验中,大胆地向公众的观点挑战,他利用最简单的、人人都可以做的实验来证明“物体下落的时间与重量成反比”的观点是不正确的。他在比萨斜塔上同时落下一重一轻的两个铁球,让大家看到两个铁球同时落地,从而展示了自然界的客观规律——在同一地点,一切物体在自由落体运动中的加速度都相同。

又如,牛顿发现了万有引力定律F=G(m1*m2)/n,但其中的引力常量G等于多少?牛顿本人也不知道,因为通常两个物体之间的万有引力实在太小了,用常规的方法无法测出。在牛顿发现万有引力定律一百多年后,英国物理学家卡文迪许利用扭秤装置,通过三次巧妙的

测量变换和放大,首先在实验室里相当准确地测出G,并在此基础上计算出地球的密度。另一位物理学家坡印廷称赞说:“卡文迪许实验开创了弱力的新时代。”

除以上两个著名实验外,还有米歇尔·傅科钟摆实验、卢瑟福发现质子实验、伽利略的加速度实验、埃拉托色尼对地球圆周长的测量、托马斯·杨的光干涉实验、牛顿的棱镜分解太阳光实验、密立根的油滴实验、电子干涉实验等共十个实验,被称为最美丽的科学实验。这些富于创造性的实验只使用简单的仪器和设备,没有用到什么大型的计算工具如电脑一类,却能发现一些最根本、最重要的科学概念。这些实验告诉学生:科学并不那么神秘,科学实验并非都需要复杂的、先进的仪器和设备,我们身边的一些东西也可以做实验。这对激发学生的创新意识起到良好的作用。

二、让学生深入理解实验原理,为创新奠定基础

实验原理是实验的核心,是学生对各种信息进行收集、整理、归纳和处理的依据,实验的设计、实验的步骤、仪器的选择乃至误差分析等一切与实验有关的问题都是从实验原理出发、派生的。紧紧抓住实验原理,就容易弄明白实验如何操作,应测量哪些数据,结果如何处理。以伏安法测电阻为例,实验原理是由欧姆定律得出的,基本的测量方法是利用电压表测出电阻两端电压,利用电流表测出通过电阻的电流,然后代入公式计算电阻值。但根据实验原理还可以设计出用一只电流表和一个定值电阻来测量未知电阻等多种测量方案。所以,有理

解实验原理的基础,就有可能进行创新。

物理定律都有它的适用范围和成立的条件,验证性实验自然应满足它所依据的原理得以成立的条件。这就要求我们不仅要知道实验过程中应该做些什么及应该注意些什么,而且要搞清楚实验要领及注意事项中所包含的深刻的物理原理、物理思想。比如,在利用单摆测重力加速度的实验中,摆线与竖直方向的偏角应小于10°;在验证牛顿第二定律的实验中,砂和砂桶的总质量应远小于小车的质量;在验证机械能守恒的实验中,要挑选第1、2两点间距离约为2毫米的纸带来测量;在伏安法测电阻实验中,当R待测远大于R电流表时应采用电流表内接法,而当R待测远小于R电压表时则应采用电流表外接法。对这些问题的思考和讨论能使学生深入理解实验原理,是利用实验培养学生创新能力的一个重要方面。

三、通过课堂演示实验,培养学生的观察、分析、推理能力

中学物理新教材中对概念的教学侧重于实验演示,教师要根据这一特点合理地安排演示、讲解与练习的顺序,引导学生正确地观察、分析和推理。以教学“牛顿第一定律”为例,教师可首先安排学生观察从斜面滑下的小车在粗糙平面上运动的实验,并提出问题由学生回答。然后再安排学生观察从斜面滑下的同一小车在不很粗糙的平面及在较光滑的平面运动的实验,并比较三者的不同。接着让学生讨论为什么会有不同的现象,引导学生设想若平面绝对光滑小车会怎样运动。在讨论的基础上,进一步引导学生总结概括出牛顿第一定律。这样一环

扣一环地演示、提问、分析,最后得出结论,可使学生自始至终集中注意力,积极思考面临的问题,从而能有效地培养学生的观察、分析、推理能力,并让学生在这个过程中体会和学习创新。

四、组织好学生实验,培养学生的实验能力和创新品质

物理教学中的学生分组实验对培养学生的实验能力、实事求是的科学态度和浓厚的学习兴趣等都起着重要的作用。教师既要发挥自己的主导作用,又要突出学生的主体地位,应充分相信学生,鼓励学生主动参与,让学生独立设计实验,改进实验,最大限度地调动学生自主学习的积极性。同时,教师还可以在实验教学中挖掘创新教育的因素,提出一些问题让学生想办法解决。例如,验证机械能守恒的实验,先按教材要求挑选出第1、2两点间距离接近2毫米,并且点痕清晰的纸带进行测量、计算和验证机械能守恒。然后提出:能否用第1、2两点间距离明显大于(或小于)2毫米的纸带来测量、验证机械能守恒呢?又如,在研究平抛运动的实验中,按教材要求做完实验,计算出初速度后,接着提出:若在实验中忘记记下抛出点,又应该怎样计算初速度呢?再如,在按课本介绍的方法做完测定电源电动势和内电阻的实验后,让学生自己设计或收集、整理其他的测量方法。这样做能很好地发散学生的思维,培养学生的创新品质。

五、在实验教学中改进对学生的评价

评价是教学过程中非常重要的环节。我们应重视学生在学习过程中的

自我评价和自我改进,使评价成为学生学会反思、发现自我、欣赏别人的过程。同时,应强调评价的激励性,鼓励学生发挥自己的个性特长,施展自己的才能,以形成激励广大学生积极进取、勇于创新的氛围。

对以往的教学中,以学生的考试成绩来评价学生的做法应该进行改进。我们不仅应该看到学生在实验操作中的准确程度、熟练程度,更应该重视学生在实验中解决实际问题的能力以及创新能力。另外,那些限制学生思维,或不利于学生形成创新思维的问题答案都不应该用作考查和评价学生的标准。例如,验证力的平行四边形定则实验,在实验步骤的排列顺序中一定是先用两只弹簧秤互成角度地拉橡皮条到达某一点D,然后再用一只弹簧秤拉橡皮条到达同一点O;验证机械能守恒定律的实验中,选择仪器时天平一定不能选;在研究平抛运动的实验中,抛出点一定非记下不可,等等。创新教育能使学生学会学习,开发智力,提高素质,增强适应社会发展的意识。我们应结合物理学科的特点,立足课堂教学,充分发挥实验的优势,去培养学生的创新意识、创新品质和创新能力。

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