研发高中物理实验

1、研发高中物理实验，培养学生创新思维能力结 题 报 告 常州市青龙中学课题组 王庆霞 一、研究背景物理作为一门基础自然学科，责无旁贷地肩负起培养学生创新精神，创新能力的重任。高中物理课程标准十分注重学生创新意识、创新精神、创新思维能力的培养。同时这也是时代和社会科技发展的需要，许多高新科技如神州飞船、嫦娥奔月、探测卫星等都需要创新思维能力。但以往的应试教育重视知识传授，忽视能力培养，重视书本知识，忽视创新精神和思维能力。要想改变这种现状，教育者必须更新教育观念，探索新的教学模式，发挥物理学科的特点以实验为基础，探索培养学生的创新精神和思维能力的方法和策略。因此以研发高中物理实验，培养学生创新思维

2、能力为核心的物理课堂教学改革势在必行。（一）高中物理教学现状调查与分析目前高中物理实验教学经常可以看到一些见怪不怪的现象，试举三例：现象一、媒体实验就是学生通过媒体“看实验”。过去的实验“看黑板”，如今的实验“看录像”、“看投影”。令人难以理解的是，一些原本可以让学生动手做的实验却用多媒体来展示，被称为是“现代技术的运用”。现象二、程式化实验，虽然学生动手，但以单纯的机械操作为主。学生根据教师讲解的实验目的、器材、步骤，像做广播操那样，按照规定的程式进行操作，去获取教师（或书本）所要求得到的实验数据（或实验结果），而不需要去考虑实验为什么要这样做，怎样去做，更不必考虑实验中可能会存在什么问题，

3、以及需要如何去解决。现象三、试题实验，就是学生用笔“做实验”。由教师编制大量实验试题不仅增加了学生的学业负担，而且挫伤了学生动手实践的积极性，使实验教学在“应试”泥潭里越陷越深。这些现象从一定程度上反映了高中物理实验教学存在的问题，那就是“重知识、轻方法；重讲授、轻活动；重结论、轻过程；重机械训练、轻实质体验”。长此以往，学生实验学习的积极性必然会受到压抑，实验教学也将流于形式，严重制约了学生创新能力的提高。（二）实验教学的重要性物理学科是一门以实验为基础的自然学科。即中学物理教学必须以实验为基础，这是由实验本身的特点及其在物理教学中的作用决定的。1、实验能为学生学习物理提供符合认识规律的环境

4、：在学习物理过程中，要形成物理概念和认识物理规律，首先必须要有一定的感性认识。这种感性认识可以来源于学生的生活环境，也可以来源于实验提供的物理事实。2、实验能培养学生学习物理的兴趣，激发学生的求知欲望：首先，实验具有真实、形象、生动的特点，尤其对中学生有很强的吸引力，极易唤起他们的直觉兴趣。其次，实验是一种有目的性的操作行为。更为重要的是，学生在观察的基础上，很自然会产生一种自己操作的欲望。让学生动手实验，可以提高学生对探索知识和规律的情趣，进而提高学生的认识兴趣。3、实验是发展学生能力和使学生得到科学方法训练的重要途径：由于实验能够创造“最确实、最少受干扰”、“保证过程以其纯粹形态进行”的物

5、理环境，它是理论密切了解实际的学习过程。在这个过程中蕴藏着极其活跃的因素，能够活化学生学到的物理知识，因此，实验是对学生进行创造意识训练和科学方法训练的有效途径。综上所述，物理实验教学在物理教学过程中有着不可替代的地位和作用，在学生综合能力尤其是创新能力方面的培养,更是有着其他学科无法比拟的优势。二十一世纪是人才竞争的时代,人才竞争归根结底是创新能力的竞争。如何发展和培养更多的创新型人才，如何在我们具体的物理课堂教学过程中培养创新型人才,非常值得物理教师思考。基于此，我校物理教研组提出以研发高中物理实验为抓手来培养学生创新思维能力作为本课题的研究重点。二、概念的界定和主要观点1、研发的定义：研

6、即研究，研究现有实验中的问题对其进行改进。发即开发，根据教学需要研究出新的实验，来培养学生的创新思维能力。2、物理学范畴中的创新思维界定：通过对问题的观察研究，展开相关的联想、想象，形成对现象的准确描述，用物理学知识或其它方法确立解决问题的途径，或优化解决问题方法的一种思维活动方式。三、理论依据与遵循的原则（一）理论依据1、现代教学设计理论：学习过程可解释为每个人根据自己的态度、需要、兴趣和爱好并利用过去的知识与经验对当前的学习内容作出主动的、有选择的信息加工过程。根据现代教学设计理论，我们认为运用信息技术能把多种媒体信息集成于一体，并与其他教育要素（教师、学生等）共同作用，能使教育的整体功能

7、大于各部分功能之和，达到系统优化的目标，从而提高学习效率与效益。2、个人建构主义学习理论：个人建构主义学习理论认为，学习应以学生为中心，强调的是“学”，强调学生对知识的主动探索、主动发现和通过学生与学习环境的不断交互活动实现对知识不断地同化与顺应，从而达到对所学知识的意义建构。3、多元智力理论：每个人都或多或少拥有不同的九种多元智力，这九种多元智力代表了每个人不同的潜能，这些潜能只有在适当的情景中才能充分地发展起来。该理论指导的全新教学理念为实施个性化的教学、实现最优的教与学的方式提供了良好的思路。4、主体教育论：强调尊重学生的主体地位，发挥学生在学习过程中的自觉性、自主性和创造性，以培养学生

8、的创新精神，最终培养学生成为能进行自我教育的社会主体。（二)培养创新思维能力的几个原则第一、主动性原则:教师在教学中要给学生施加积极的引导和影响,使学生处于主动、活泼的状态,从而引起学习的要求,激发学习的动机。（例如在“光的直线传播”中，其直线传播特性难于直观发现，可引导学生由看电影的情景，想到在水中加红墨水或牛奶，用激光器照射来观察。）第二、首创性原则:创新思维是一种打破常规，具有新颖的、与众不同的独创性思维。它除了具有一般思维的特征之外，还有最突出的两点：新颖性和独创性。因此，要培养学生的创新思维能力，必须激励学生发表独特、首创的见解。第三、求异性原则:创新思维不仅要培养聚合性思维能力，更

9、重要的是培养学生的发散思维能力，为了达到某一目标而寻找出尽可能新的具有独创性解决问题的思路和方法，从而达到解决问题的目的，这就表现为求异性的特点。（证明大气压强存在的一般方法是：瓶吞蛋。可引导学生逆向思维，用吸管吸完饮料瓶中的饮料后，看到的现象。）第四、多样性原则:（例如，在证明大气压强时，可用吸管吸饮料观察，还可让学生回顾生活中的一些实例，如吸盘的特点或打开王老吉饮料盖子时的响声。）给学生提供一定的信息，让学生依据信息，广开思路，充分想象，为达到某一目标寻找出尽可能多的解决问题的思路或方法，这就必然表现出“多样性”的特点。当然，培养学生的创新思维和创新意识，必须转变教学观念。突出学生的发展，

10、倡导学生主动参与、探究发现、交流讨论合作的学习方式，坚定不移地树立学生的主体地位，充分发挥学生学习的主动性、自主性、独创性。四、研究内容培养学生创新思维，应先要使学生养成发现问题、提出问题、发表自己看法的习惯。善于把所学知识用自己的语言科学地表达出来，把知识重组。先要模仿，其次是再造，最后才可能创造。物理教学中的实验，大体有演示实验、学生分组实验、设计性实验、课内小实验、课外实验等，将上述各类实验与一定的教学手段配合就组成了各种实验教学课型：例如，将演示实验穿插在教师的讲授过程中可组成演示讲授课；将教师的演示与学生的讨论结合可组成演示讨论课；将教师的演示与学生的练习结合可组成演示习题课；将学生

11、的小实验穿插在课堂教学活动中，可组成“边教边实验”或“边学边实验”；将教师的指导贯穿在学生独立操作的分组实验中，就构成了学生分组实验课型。各种实验有各自的特点和功能，实验教学应当是各种实验与各种教学手段有机结合的系统，应根据物理教学的整体要求来选择和组织实验教学系统。在物理教学的诸多方面，如何培养学生的创新思维能力，我校课题组主要从六个方面开展研究：演示实验过程中暂停、留白的设计；验证性实验和探究性实验处理过程中的“度”的问题；实验设计的创新点如何确定的策略；处理好合作性实验与个体实验；实验器材的创新、实验形式的创新（何时用多媒体演示，何时用实物演示等）；走出课堂的实验等。（一）、演示实验暂停

12、、留白的设计演示实验是以教师为主要操整理的示范实验。它的目的主要是把要研究的物理现象展示在学生的面前，引导学习观察思考，配合讲授或穿插学生思考、猜想、讨论等（暂停设计），使得学生认识物理概念和规律，或者通过演示的引导或示范作用，为学生的独立思维创造条件。1、演示实验前预设问题，引发学生思维。例如在研究选修3-5电子的发现课题时，请学生思考1、你能否设计一个实验来进行阴极射线的研究，能通过实验现象来说明这种射线是一种电磁波还是一种高速粒子流。2、如果出现什么样的现象就可以认为这是一种电磁波，如果出现其他什么样的现象就可以认为这是一种高速粒子流，并能否测定这是一种什么粒子？在学生针对电磁波具有波的

13、特性、高速粒子流具有粒子的特性的前提下进行分析、交流讨论，开阔了学生的眼界。该处采用问题引导式使学生在形象思维的基础上分析阴极射线分别在电场、磁场中的异同，使学生从不同方面对问题进行思考和探索，发展了学生的求异思维和抽象思维能力。2、演示实验进行中预设暂停。运用“科学探究”教学模式，创设问题引发学生思维，通过联想、想象、讨论、分析猜想可能出现的情况，并要求学生给出理由。接着继续实验检验学生的猜想，并分析出原因。因此设计好留白、暂停和有效问题是关键。例如，在研究水流星的模型中，我是这样改进的：先提出问题“装水的桶倒过来水会流下来吗？”学生都说会。若用很快的速度使盛水的桶在竖直平面内运动起来，水还

14、会留下来吗？有的说会，有的说不会，有的不出声。接着使桶运动到最高点时水并没有流下，同学们都同时发出一片“哇”的惊叹声，接着慢慢使水桶速度减小，减到一定程度时，水就会流下来。学生的问题必将由然而生，这时需要及时给予引导，提出一系列问题例如：问水做完整圆运动的条件是什么？为什么会有这种现象？是什么原因引起的？然后释疑得理，由实验引发问题经学生思考，学生的综合思维能力得到了培养。再如在研究平抛运动的规律教学中，教师先演示废弃粉笔头的抛体运动，接着预设暂停且提问：和直线运动相比，平抛运动显然要复杂得多，怎样才能将复杂的运动化简为简单的运动进行研究？根据上一节的知识，可以将曲线运动分解为两个直线运动。那

15、么如何来分解平抛运动比较好？如果将平抛运动视为水平方向的运动和竖直方向的运动的合运动，那么平抛运动在竖直方向应是什么运动？能否设计对比实验来验证猜想？教师预设暂停、提问是充分发挥教师的主导作用，引导研究方向，掌控教学进程，同时有利于课堂探究、培养了学生的创新思维能力。3、演示实验预设暂停、留白的方法演示实验能够提供丰富的感性材料，化抽象为具体。同时在“就物说理”的过程中，学生多思、多想、多讨论，大大激发了学生的创新意识和创新思维能力。演示实验中的“暂停、留白”是一种艺术，类似于艺术作品中的“布白艺术”。会给学生更多的想象空间，激发学生的探究欲望，有利于学生创新思维能力的培养。我们归纳出教学中有

16、以下几种方法培养学生的创新思维能力：（1）布疑激思法：创设问题情境，设置一定的障碍，在知识能力上制造一定的“空白”，这样的设置符合学生的认知规律（从现象到本质），给学生制造了探究的空间。给学生的知识区域造成了一个极有诱惑的空白，激起了学生心灵深处的这种发现、研究、探索的欲望。（2）有意缺省法：在新教材中很多地方给出了问题，却往往没有解答。如让学生自行设置实验探究“平抛物体运动的规律”，书本上没有任何提示或参考，这样给了学生很开放的自主探究空间。实际教学中发现：学生在解决这些问题时所采取的方法多种多样，五花八门，学生们都积极思考，勇于实践，很多方法甚至超出了老师所想的范围，虽然有些方法也许是可笑

17、的，笨拙的，但这些正是他们的“创造”所在，这对于培养学生的创造能力、发散思维是非常重要的。（3）故意停顿法：故意停顿法是指教师在课堂教学过程中，故意突然停顿，留给学生充分的思考与回味的时间，让学生有时间静心思考和整理归纳，让学生的思维由于惯性沿着教师的思路继续思考下去，从而达到激发学生思考的目的的一种方法。（4）设置悬念法：如果设置在课堂教学的开头，能够让学生在整个教学过程中始终保持一种期待，保持积极地渴望和探究欲望，直到教学过程结束才恍然大悟。如果设置在教学过程结束时，一般并不在结束时留下一个圆满的句号，而是故意留下空缺，形成悬念，造成一种“似完未完，意味无穷”，“欲言又止”，“悬而未决”的

18、教学境界，以激发学生困惑、联想的心理，使他们能长期保持一种经久不衰的探索心理。4、演示实验改进的几点尝试甲中1为铁架台、2为弹簧、3为记录纸、4为振动小球、5为带夹的导轨滑轮、6为图纸导轨、7为固定铁夹、8为小电动机（绕在电动机的转轴上的细线带动记录纸向左移动）、9为细线；图3乙中1为图纸导轨、2为注射器、3为记录纸、4为带有一段软管的一次性注射器针头、5为直尺、6为铁架台。一个成功的演示实验，不仅要有理想的实验装置，更重要的是如何实施实验的演示及教学，以充分发挥其教育、教学功能。法国科学家贝尔纳说：“良好的方法能使我们发挥天赋和才能，而拙劣的方法却削弱、甚至扼杀我们的才能”。因此，在教学过程

19、中应把实验中的技术、丰富的物理思想和物理方法以及蕴含的创造原理与创新技法传授给学生，对发展学生的物理创新思维能力可以起到事半功倍的效果。（1）简谐运动的图象实验装置改进图1为简谐运动的图象实验装置，它是在教材给出的实验装置的基础上改进的，相比而言，有较大的创新。在研究过程中，引导学生自行设计：将水平面内完成的实验变化为竖直面上来完成，同时把水平杆上的弹簧振子改为竖直两弹簧连接；把记录笔换成带一次性注射针头的注射器喷射墨水记录；利用直尺的杠杆作用将小球的振动幅度放大等。两者区别在于：原图仅使学生观看到了正弦或余弦曲线，功能单一改进图更加灵活，突出机械放大法、“联想”法等创新技法，使学生感受创新活

20、动的整个过程，体验创新的无穷乐趣当然，并不是一定要将教材中的实验全部改头换面，实际上，教材中给出的实验往往也包含许多创新因子和方法在其中。例如自感一节中的两个演示实验。（2）自感现象演示实验a观察闭合瞬间灯的发光情况b观察闭合瞬间两灯、的发光情况c观察打开瞬间两灯、的发光情况d观察打开瞬间灯的发光情况e电路达稳定后，打开瞬间观察两灯的发光情况自感现象演示实验教材中的原有装置如图中2b所示，老师在进行演示教学时不宜“照单抓药”，必须充分拓展以利于学生物理创新能力的培养，在演示之初可先按图2a进行，当这个实验演示结果与学生原有的猜想不一致时，学生的探索动机就被激发起来了，这时教师可引导他们通过分析

21、失败原因，再运用“比较法”、“补偿法”等实验思想方法设计出如图2b所示的电路使实验获得成功。但教师不应满足于此，还可将实验再进一步拓展如图2c和2d（图2c中，演示S断开通过线圈电流变小时产生自感电动势），当此次拓展并未实现所预言的现象（两灯会再亮一下）时，进一步激发学生的探索动机，学生在教师的引导下运用电路理论进行失败原因分析后设计出图2d实验，这样自然过渡到教材中后一个演示实验，使实验再次成功。教师还可以引导学生发现图2b中所用滑动变阻器因自感会产生干扰，为排除此干扰，应尽量改用直线电阻丝型滑动变阻器或采用双螺旋线绕法变阻器。并让学生应用“比较法”、“补偿法”将图2d实验拓展到图2e实验，

22、以取得良好的演示效果。按上述的教学实施策略，不仅让学生运用电路理论知识分析实验失败的原因，同时也使他们在这样的实践活动中培养了理论分析与应用能力以及运用比较法、补偿法进行实验设计的能力、创新思维能力。多年的教学实践使我深深体会到：第一、重视演示实验是提高物理教学质量的主要途径之一，这个重视不能是停留在口头上，而是要落实在日常教学行动中；第二、每建立一个新的物理概念，都要尽量想方设法做好演示实验，明确演示的目的，在“就物说理”上下功夫。同时还可适当地让学生自己设计实验演示。第三、随着科技的发展，我们应充分运用现代科技的新成果，改进演示实验，同时积极思考设计整理一些创新的演示实验，以达到事半功倍的

23、效果。第四、根据不同的实验，可在实验前、实验中、实验后恰当地暂停。让学生思考、交流讨论，大力培养学生的创新思维能力。（二）验证性实验和探究性实验处理过程中的“度”的问题中学课程里的学生实验有探究性的、验证性的、测量性的(少数几个所谓实验用于技能训练，其实算不上“实验”)，若学校有条件，同时课时又允许。我们常把一些验证性实验变成探究性实验来处理。在动手操作的过程中，让学生充分地动脑、动手、动口，发挥学生的学习主体作用，从而有利于学生创造性思维的激发。同时，这种创新设计也是一种很好的示范，对学生创新能力的培养起到潜移默化的作用。教材中安排的演示实验和学生实验，其方法都只有一种。从器材到实验步骤及表

24、格设计都由教材按一定的模式制定，不利于学生创新思维的培养。因而还可采用多种实验方法，活跃学生的思维。引导学生进行分组实验，先明确实验目的，在帮助学生掌握实验原理的基础上，允许学生经过思考，用不同的器材，不同的实验步骤进行实验，得出结论。例如在“验证单摆的周期”实验中验证性实验与探究性实验的比较如下：传统做法为验证性实验教师说明影响周期的因素，演示实验，学生观察实验，教师引导学生分析，得出结论，讲解例题，课堂训练，巩固练习。弊端学生能利用周期的公式解题，但仍处在被动接受知识和被动发展的位置，不能将知识延伸。改进做法为探究性实验1.创设情景，讲述伽俐略建立单摆模型过程的小故事，引出问题：单摆周期的

25、大小会与哪些因素有关？2.猜想与假设：学生分组讨论，找出影响单摆周期的因素。根据单摆模型、力和运动的关系等有关知识得出可能影响单摆周期的因素：摆球质量、摆长、振幅、重力加速度。3.设计实验，讨论方法：师生共同得出验证猜想的实验方法控制变量法，讨论验证单摆周期可能与重力加速度有关的实验方案，提出测单摆周期要注意的问题。4.进行实验、收集数据：各小组利用实验，收集数据，验证猜想。5.分析与讨论：各小组讨论得出初步结论，验证同一猜想的各小组再交流得出最后结论。优点效果表明，每个学生基本上都能掌握这个公式。在探究中学生真正当作学习活动的主体，教师讲得少了，但学生获得的不仅仅是单摆的周期的内容，更重要的

26、是他亲身体验了定律获得的过程，始终处在主动学习和主动探索的过程中。同时突出分组实验，培养学生动手操作能力和创新思维能力。（三）实验设计的创新点如何确定的策略学生在实验过程中，可能会出现实验现象和实验结论不一致的情况。这一现象的出现，很容易引起学生对教材中的实验结论产生“疑点”，疑点将成为学生探索科学真理的驱动力，并为确信自己的实验结果而重做实验，甚至多次重做，只有当自己的实验结果与教材中的结论一致时，才会消除疑点，同时又锻炼了学生的意志。即使是验证性的实验，也要体现探究精神，这样能更好地培养学生的创新思维能力。1、合理应用教科书的实验设计，说明具体问题。例如必修2中实验“验证机械能守恒定律”，

27、在简述了实验原理之后，教科书提出了以下几个“要注意的问题”。(1)重物下落过程中，除了重力外会受到哪些阻力?怎样减少这些阻力对实验的影响?(2)重物下落时，最好选择什么样的两个位置作为过程的开始和终结?在这几个问题的引导下，学生通过自己的思维活动，做出猜想、然后通过操作或者逻辑分析得出结论，在独立思考的基础上获得知识。实际教学中有的学生就曾指出，空气阻力未必是最重要的，纸带与计时器的摩擦对实验的影响可能更大。学生还特意把打点计时器调得不再竖直，把这种情况下测得的下落速度与调直时的测量结果对比，以支持他的观点这不就是在做科学探究吗?2、采用“问题猜想实验结论新问题”的探究式教学模式创新实验设计教

28、师合理地启发引导，通过生生、师生间的交互活动，让学生自主探究，合作学习，体验探究的思路、方法、技巧，体验成功的乐趣。学生合作探究意识、发现问题、分析问题和解决问题的能力都得到了培养。最为重要的是引导学生打破教科书或他人著作中的观点和理论的束缚，解放思想、开动脑筋，对问题提出自己的见解和主张。例如在“探究功与物体速度变化的关系”时，教材中实验方案采用木板，在实验时存在两个方面的不足：弹射小车时，小车运行不稳（小车在向前运动的同时常左右偏移）。橡皮筋恢复原长后，松落在小车前方的木板上，对小车弹射后的运动造成阻碍。（图3）为解决上述两个不足之处，教师先播放视频（如图3，踢足球足球从静止飞出，射箭箭从

29、静止飞出！）。与学生交流，指出物体动能变化是由于做功引起，因为动能与速度有关，我们先一起来研究功与物体速度变化之间的关系。根据刚才的视频，请同学们猜想：“功与速度变化之间会有怎样的关系呢”？（学生根据视频情境讨论分析功与速度变化之间的关系），绝大多数同学猜想：“功与速度之间存在正比关系：WV”。教师继续追问：要验证“猜想”正确与否，可通过实验来检验，而做实验首先要设置实验情景，确定实验方案。请学生四人一小组讨论设计实验方案（要求画出简图并作简要说明）。接下来学生分组讨论，设计实验方案。（教师巡视各小组的设计话动，收集不同种类的设计方案，按方案的难易程度从易到难组织学生用实物投影说明各自的设计原

30、理。）小组代表用实物投影交流本组设计的实验方案。呈现下列有代表性的方案（如图4）：方案1（自由落体法）方案2（水平牵引法） 方案3（斜面滑行法）方案4（橡皮筋弹射法）（图4）光电门滑块气垫导轨纸带夹子重物电火花计时器 计时器 教师引导学生讨论各方案的优缺点。（说明方案1、2、3的共性是恒力做功， 教师引导学生比较各方案的特点。说明方案1、2、3的共性是恒力做功，比较特殊，缺乏普遍性；方案4是变力做功，更具普遍意义。为使研究更能说明问题，先一起用方案4来进行实验，其它方案建议学生课后进一步实验探索。继续追问，为使小车被弹射时运动更稳定，应如何创新呢？在学生的自由讨论下，学生提出用轨道代替木板。据

31、此，通过合作方式设计实验方案，培养了学生团结协作的精神；通过展示学生小组的研究成果，使全体学生获得成功的体验；通过比较选择方案，使学生开阔了视野，培养了学生的创新思维能力。3、在课堂教学中通过创设有效问题情境，发展学生的想象力，培养创新思维在学习“超重和失重”后，让学生想像，如果你是杨利伟，在宇宙中，会处于一种什么样的状态，日常生活会发生什么改变。这要求学生具有实际应用知识的能力和丰富的想象能力，可培养学生的创新思维能力。4、大胆提出新课题，让学生自主探究，培养创新思维能力在探究过光的干涉现象后，提出以下两个新课题：洛埃镜实验（如图5所示，）S1为狭缝光源，其一部分光直射到光屏，另一部分几乎与

32、镜面平行地射向镜面，然后反射光到达屏上；菲涅耳双面镜实验。菲涅尔双镜是两个交角很小的平面镜（如图6所示）从狭缝S发出的光，经平面镜M1和M2发生反射请分析其产生干涉现象的成因？ S1S2 OO EO MO图5SM1M2 C图6 学生借助旧知，通过作图、分析、比较，发现其成因的过程实际上培养了学生的探究能力和创新思维能力。（四）处理好合作性实验与个体实验寸有所长，尺有所短，学生与学生之间在知识结构和认知水平上差异很大。对于物理学科中的问题，通过讨论甚至争论让学生各抒己见，学生的认识更加完善，表现出很强的互补性，收到了很好的效果。例如在“探究绕柱绳的作用力”的课堂教学中，一个同学做效果就不好。可以

33、先让两个学生对拉一根绳，其效果不相上下，然后把这根绳在窗户的护栏上绕两圈，一端一个同学，另一端三个同学对拉，比较其效果。为什么绳的两端存在着差异，差异的大小与什么因素有关？让学生自己体验用绳绕在手指上，感觉影响绳的拉力变化的因素，然后让学生充分讨论，提出导致绳两端存在差异的原因。这样建立好了亲密无间的师生关系，有良好的心理氛围，在讨论时思维与思维的碰撞产生了智慧的火花，创造性思维被激活，能力也得到了培养。在讲授“电磁感应产生的条件”时，自制半径较大的螺线管且与演示电流计相连，接着左臂伸入螺线管中，电流计不动，然后让一名同学右臂伸入，电流计却动了，其他学生产生一片惊奇，激发他们心理上的冲动，让他

34、们处于积极的思维状态，过一会儿，让那名同学挽起衬衣袖子，原来右臂上绑了几条长形磁铁。通过巧设疑难，激发学生的思维，让他们养成勤于思索、善于思索的良好习惯。在研究反冲运动的课题时，事先让同学阅读教材，回家整理实验，到校交流。学生的整理丰富多彩，有的整理水火箭，有的整理反冲船，有的加热酒精获得反推力，有的用盐酸跟金属锌反应生成的氢气获得反推力，有的用鸡蛋模型，有的观察从旋转的盒中喷出的水流和纸盒的旋转有的自己动手，有的两三人合作，实验将他们带进一个广阔的思维空间，久而久之，学生的创新思维能力在潜移默化中得到了培养。（五）实验器材的研发、实验形式的创新注重实验器材的研发、实验形式的创新，全面发挥实验

35、在培养学生创新思维能力方面的作用。对现有的实验大胆创新已成为当前物理教学的共识。那么该从何种途径引导学生对实验进行创新设计呢？根据教师应用实验手段研究物理问题的过程，可归纳为如下几种途径：1、通过改变实验目的和要求进行创新教师在原有实验的基础上，改变原有实验的目的与要求，提出新实验课题，要求学生利用原有的实验器材（甚至可适当增减），对原有实验进行创新改进，设计完成新实验课题的实验方案。例如：学生在完成凸透镜的焦距测定时，我要求学生将光具座上的蜡烛（光源）取走放上手电筒（如图7），并让学生在不拆开手电的情况下测出小灯泡s（可视为点光源）到灯罩玻璃（玻璃厚度不计）前表面的距离d。虽然使用的器材、实

36、验原理都相同，但改变了目的要求，该如何操作？先做什么，后做什么，先测什么物理量，后测什么，就完全需要学生创设出新的适宜的实验操作步骤，并确定所测物理量。在此过程中，培养了学生改进原实验、设计新实验的创新能力。2、通过改变实验原理和实验方法进行创新每个实验都依据实验原理提出来的。为达到同一实验目的，可依据不同原理设计出不同的实验方案。因此可以通过改变原有实验的原理或实验过程中使用的具体方法进行创新，依据新的实验原理、方法提出新的实验方案。例如：在显示微小形变的实验中，原实验中应用了光学放大法，现可根据机械放大的原理设计出如图8所示的实验方案。桌子发生微小形变，由于铁架台的竖直杆及水平铁夹的杠杆作

37、用，对形变进行了两次放大，而右边滑轮上固定的轻芦苇杆在重物下降的带动下，顺时针旋转，又进行了一次放大，其演示效果相当显著，且比教材中的演示装置简单，器材易找，故而更方便。3、研发实验器材进行创新。通过改变原有实验器材（包括测量对象）提出了在新的实验器材基础上测量原有的物理量或新的物理量的新实验课题。一般学生应用原有的实验理论和方法无法解答新的实验课题，必须重新设计实验方案或实验步骤，这些都要求学生创造性地提出解决方法。例如：学生在做完用单摆测定当地的重力加速度实验后，我给每个同学一把铁挂锁，要求每组同学利用它替代小球重新测出重力加速度g，然后再与用金属小球测出的g值作比较。器材改变了，如何测量

38、呢？经同学们积极思考，动手实验，最终自行设计出合理的实验方案。4、研发或改进实验进行创新现成的实验装置往往不能满足教学的需要。课本上还有许多内容没有现成的仪器配备，若不做，则学生缺乏感性认识，很难对学生讲清楚，且内容显得枯燥乏味。真所谓“千言万语道不清，一看实验便分明”，为此教师应开发一些新的实验。例如：电容器充放电的演示，本装置采用低压直流电源，小直流电动机D1、D2，大容量电解电容器C，电路图如图9所示。实物图如图10所示当S置于1时，构成充电回路，对未充电的电容器C充电，此时D1迅速转动，电流计迅速反向偏转至最大，然后D1转动逐渐变慢，电流计偏转逐渐变小；当充电完毕，D1停止转动，电流计

39、示数为零（如图9所示）。当S置于2时形成放电回路，电容器C通过D2放电，此时D2迅速转动，电流计迅速反向偏转至最大，然后D2转动逐渐变慢，电流计偏转逐渐变小；当充电完毕，D2停止转动，电流计示数为零。研发后的实验装置优点在于可以通过S断续控制对C充放电，当将S断续地置于1时，可以看到D1断续地转动，当充电完后，D1不再转动，然后将S断续地短时置于2时，可以看到D2断续地转动，当放电完毕，D2不再转动，这一现象生动有趣。学生运用学过的实验理论、方法处理新数据，解决新问题，从而培养学生把所学的实验理论、方法和实验技术移植应用于新领域的创新能力。5、研发或改进观察的感觉手段进行创新物理实验离不开观察

40、，观察是调动人的视觉、听觉、触觉等感观系统与物理现象、规律或本质发生作用，以获得感性材料的过程。不同的感观手段使人对同一物理现象产生不同程度的认识。因此，实验创新时可根据其特点，改变观察实验的感受器官，以达到更深刻的感性认识。例如在图4d的自感现象实验中，学生通过视觉观察到断开S后，灯泡要过一会儿才熄灭。为了使学生留下更深刻的印象，笔者教学设计了如图11所示的实验，让40W镇流器与一节干电池连接成图示电路，并叫一名学生握住导线裸露的两端MN，在断开电键S时学生因电击会感觉到强烈的一震（这个实验是安全的，但电源不宜采用过高电压），通过实验创新，让学生以触觉来认识镇流器产生的自感电动势。学生的学习

41、兴趣、创新思维能力都得到了极大地提高。(六)加强物理课外实验，即走出课堂的实验1、开展物理课外实验活动在物理教学中的作用（1）加强学生对课内知识的理解和巩固：物理概念和规律都是科学家从大量的具体事例中抽象、概括出来的，在教学中指导学生通过课外实验，可以大大丰富感性认识，并且可通过课外实验活动巩固和活用已学知识，使得课堂教学得以补充和延续。（例如，学生学习了直线运动后让学生测玩具电动汽车的车速，通过这个实验可加深学生对平均速度概念的理解；学习了平抛动动后让学生测玩具手枪子弹飞出的水平速度，通过这个实验可加强学生对平抛运动规律的理解和应用。）（2）通过课外实验，可培养学生动手动脑的实践能力：学生进

42、行课外实验是将学习课本中实验时所获得的知识和方法去解决新问题的实践活动。在活动过程中，学生要通过设计方案、准备器材、实验操作、分析数据、得出结论等系列实践和操作过程，这对培养学生的动手动脑能力大有裨益。（例如，学生学习了自由落体运动后让学生测楼高；学习了光的直线传播后让学生用“立杆测影”法测楼高等。通过这些课外实验，不仅能增强学生动手动脑能力，还能增强学生运用已学知识解决实际问题的能力。）（3）能提高学生学习兴趣，开阔学生视野，丰富学生知识：物理课外实验以其灵活、多样、生动且不受教学大纲、教材限制的特点，能激发学生学习物理的强烈兴趣。例如我在教学中经常布置一些“物理小魔术”实验让学生做，学生积

43、极性很高。并且课外实验活动是课外由学生自己动手动脑设计完成实验，学生有时还需查阅相关资料去解决某些疑难问题，这对开阔学生视野，丰富学生知识，活跃学生思维都有很大的帮助作用。2、开展物理课外实验活动的基本要求（1）小型多样趣味性和可行性：课外实验是由学生课外自由选择参加，可行性强，有实用价值和推广价值。能调动学生学习积极性和诱发学习动机，能增强实验的剌激性和吸引力，且能被一般人力和物力条件所允许，简便易行。（2）动手动脑目的性和主体性：教师要根据实验目的提前布置，放手让学生自主进行。在教师的指导下独立组织，自主展开，由学生自行完成实验，以期获得某一结论或预期效果。（3）学以致用实践性和科学性：学

44、习物理，要将所学知识用于生产生活实际，并且进行课外实验时要求设计方案合理化、仪器装置简单化、物理原理突出化。（4）不拘一格灵活性和开放性：课堂实验教学具有相对稳定的内容和形式，而课外实验活动则不同，它具有较强的灵活性和开放性，课外实验内容丰富多彩，可进行小整理，小发明等；组织形式也灵活多样，可让学生单独进行，也可小组进行等。3、中学物理课外实验活动的三种组织形式（1）建立个人家庭物理实验室开发身边瓶瓶罐罐物件的作用，学生自制实验器具进行实验。为配合课堂教学的需要，教师可把一些与教学进度相适应的有关实验布置给学生，由学生自己创造条件，选用日常生活中的一些物品当作器材，自制一些简单实用的仪器，自己

45、动手独立完成小实验。如在学超重失重时让学生在易拉罐底部凿一小洞装上水就可演示超重失重现象；学习光的衍射时让学生运用玩具激光器发出的光通过两压紧的载玻片的缝隙就能看到光的单缝衍射条纹等，只要学生多留意，肯动脑筋，许多实验可以用日常生活中的物品完成。（2）开放学校物理实验室充分发挥学校实验室中实验器材的功效，学生自行到实验室进行实验。课堂实验教学的内容稳定，目的明确，教师往往在课堂实验教学过程中因追求实验的“预期效果”而忽视了实验可能发生的“偶然效果”，或因时间关系忽视了实验设计思想的介绍等，这样可让学生到实验室重温这些实验，真正领会该实验；教师还可把部分实验习题变成课外实验让学生做等。（3）成立

46、课外实验活动兴趣小组发扬团结合作精神，利用集体力量进行课外实验。对于较复杂实验，可组织学生成立课外实验活动小组，分工选购器材，自制仪器，创造实验条件，进行实验活动。例如，我在2007年08学年度在高一（6）班组织的实验研究，每5、6个学生组成一组，组内成员分工明确，有的查阅资料，有的购买小工具，有的挑选器材，有的进行比例规划与计算，有的利用计算机辅助建模等，一个月后，学生收获很多。如测量出高速公路上的安全车距、刘翔110米栏跨栏技巧等。学生动手能力、设计实验能力、创新思维能力都有提高。4、中学生课外实验活动的具体内容分类（1）了解生产生活实际的观察性实验：大自然，日常生活和生产车间为我们学习物

47、理提供了个阔的课堂。（如学习了圆周运动后让学生到公园观察“魔盘”、“过山车”等；学习了光的色散后让学生观察雨后彩虹等。）教师应布置观察内容，鼓励学生多观察，写观察周记。（2）结合教学实际的课外小实验：通过一些小实验使学生进一步理解物理概念和规律，灵活运用所学知识，训练学生实验技能。（如学习了滑动摩擦力后让学生测某木块和某木板间动摩察因数；学习了声波后让学生利用回声测距等。）（3）体现学以致用原则的小整理：鼓励学生在课外多动手多动脑，进行一些小整理。（如学习了电磁感应后自制电磁铁、电铃、小电动机；学习了浮力定律后自制密度秤等。）（4）发挥学生聪明才智的小发明：鼓励学生课外大胆研发、大胆创新。（5

48、）寻根溯源的小探研：新教材设置了“研究课题”，要求学生通过探研去认识和发现自然规律。教师可结合教学实际组织学生进行一些探研性实验。如胡克定律的得出，首先让学生定性探研，得出“弹簧形变越大，弹力越大”的结论。然后定量探研，通过定量测定弹簧中弹力的大小和与之对应的形变量大小，然后对数据进行图像处理，分析、总结得出正确结论。由于受时间和学生知识水平限制，探研性实验只能有选择的进行，并且教师要适时给予指导，并对学生探研过程和结论予以分析和评价，让学生在探研的过程中领会研究物理问题的科学方法。五、研究成果1、形成了研发高中物理实验，培养学生创新思维能力的基本策略（1）创新演示实验，设计好留白、暂停，多思、多想、多讨论，激