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【摘要】在中学物理实验教学中应如何培养学生的创新能力呢？①变演示实验为探索性实验，培养学生的创新能力；②采用多种实验方法，活跃学生思维；③通过实验记录，促进学生对实验数据分析处理的能力；④注重理论联系实际，尝试设计实验仪器；⑤创设实验问题，促进学生创新能力的发展。
【关键词】物理实验教学创新能力培养
Talk about physics experiment teaching and how to cultivate students’ ability
Liu Jianping
【Abstract】In the high-school physics teaching, how to cultivate students’ innovation ability? ① To change the demonstrative experiment into the exploratory experiment for cultivating students’ innovation ability; ② To adopt the multiform experiment method for activating students’ thinking; ③ To advance students’ ability to analyze and manage the experiment data through the experiment record; ④ To pay attention to integrating theory with practice and attempt to design the laboratory apparatus ; ⑤To create the experiment question for advancing students’ innovation ability.
【Keywords】Physics experiment teachingCultivation of innovation ability
伴随着经济的发展，科技的日新月异，知识在社会生活和社会发展中的含量越来越高，而以知识为基础的知识经济越来越受到世人瞩目。决定个人命运的主要因素，也已不再是掌握知识的多少，而在于更新知识、创造知识的能力的大小。“创新是一个民族的灵魂”。在知识经济的社会中，人最重要的素质是创新能力。因此，在物理教学中培养学生的创新能力是实施素质教育的重要内容。而物理学从本质上说是一门实验科学，物理规律的发现和物理理论的建立都必须以严格的物理实验为基础，并受到实验的检验。既然实验对于物理科学是如此重要，那么实验能力的培养也就应该是中学物理教学中一个极其重要的内容。
课本中的实验都做了，学生的实验能力是不是自然地就很强呢？当然实验做得越多，操作技能会得到越充分的训练，但学生的能力不一定就强。如果学生只会完成课本中已做过的实验，面对新的实验束手无策，他的实验能力就有问题。因此在物理教学中，尤其在实验教学中，注意不断激励学生通过观察、比较、实验、归纳、类比等探索手段提出种种假设和猜想，发展他们的创新意识就显得尤为重要。
在中学物理实验教学中应如何培养学生的创新能力呢？
1．变演示实验为探索性实验，培养学生的创新能力。在以前，课堂演示实验一般以教师为主体，学生仅仅是旁观者，没有直接参与，不利于其创新能力的培养。将演示实验改为探索性实验，让学生充分地动脑、动手、动口，发挥学生的主体作用，从而有利于学生创造性思维的激发。不懂实验的来龙去脉，不求甚解，将会抹杀学生的创造力。
例1：托里拆利实验的教学。
对于托里拆利实验，如果学生只会按照课本依样画葫芦，即使测了大气压强的值，也还是只知其然而不知其所以然。如果问他们：为什么该实验要用一端封闭的长约一米的玻璃管？为什么要用水银做实验？他们将表现出一知半解。
教师画出图1，指出该装置中玻璃管和水槽构成连通器，所以水不流动时，管内外水面相平。若从玻璃管内抽气，则管内气压减少，在大气压的作用下，水就沿管内壁上升，当管内被抽成真空，水柱将上升到一定高度而停止上升（如图2）。这时管内升高的水柱就靠大气压p0支持，即p0=ρ液gh，由此可见，实验如果能同时满足两个条件：①管内水面上方抽成真空；②h可测，就可间接地测出大气压p0。教师演示，当从管内抽气时，水很快充满整个管子，说明管太短，如果管子足够长（10米左右），实验当然可以成功，但操作困难，h也难以准确测量，引导学生根据公式p0=ρ液gh想出密度大的水银代替水做实验，从而解决h可测的问题。教师进一步提出“用抽气的方法获得真空是很困难的”，然后介绍托里拆利思维的独创性：利用“排空法”巧妙解决抽真空的思路，从而满足实验条件，成功地测出了大气压强。并且要求学生重视学习这种通过创造性想象进行测定大气压的方法。
2．采用多种实验方法，活跃学生思维。对于任何一个实验，都要求学生按照课本上给定的方案进行，无疑是十分必要的。但是只到此为止就显得不够了，势必造成思维的单一性，学生难以达到更高一层的思维水平。因此，必须要求学生在掌握实验原理的基础上，允许学生用不同的器材、不同的实验步骤进行实验。在实验中，学生需要在各种因素中进行取舍。对所得信息进行筛选，这就要求学生在即定目标的过程中，有全局观点和善于妥协，在不同情况下善于应变，培养学生的应变能力，使学生分析、抽象、概括、综合表达能力都得到训练和发展。
例2：验证阿基米德原理：
验证阿基米德原理关键在于如何测定被排开液体的重力G排液引导学生设计如下方案：
①将装满水的小筒放在大烧杯中，把物体浸入小筒的水中，将溢到大烧杯中的水用弹簧测力计测出其重力；
②按课本方法使用溢水杯，利用它测G排液；
③取一量筒，在量筒里装入适量的水，记下水面到达刻度V1，把物体浸入水中，记下水面到达刻度V2，可算出G排液=ρ液g（V2-V1）。
接着，让学生对以上三种方案做出评价：第一种方案操作不方便，且水溢出时杯沾水会增大误差；第二方案可行，但需要用溢水杯；第三种方案所用的器材简单，操作方便，又不必让水溢出，可减少误差，所以此方案为最好。
3．通过实验记录，促进学生对实验数据分析处理的能力。为了使实验有结果，必须要求学生学会如何设计表格正确地记录实验数据，并能分析实验数据，得出正确结论。这当然要坚持不懈地对学生进行系统的训练。
例3：关于“密度”的教学。
进行“密度”教学时可以把全班分成四大组，分别发给体积不等的铝块、铜块、水和酒精（都是三份），每一大组又分成三个小组，每一小组发给一份。要求测出对应的质量和体积，算出质量与体积的比值：m/v
3．1设计表格。先要求每个小组设计各自能记录实验数据的简单表格。设计的原则是：要测量的量和要计算的量都有空格可记。各组汇报实验结果后，再引导他们画出能记录全班各小组实验数据的比较复杂的表格：
物质密度测量数据记录表
物质
物理量 铝 铜 水 酒精
质量m（g）
体积V（cm3）
质量/体积m/v（g/cm3）
3．2分析数据，让学生先从纵向（相同物质）分析数据。发现：①m与V有关，并且m与V成正比；②求m/v的比值，发现同种物质这个比值是相同的。
再让学生在m/v这一行，从横向（不同物质）分析数据。发现：对于不同的物质，m/v这个比值是不相同的，所以m/v能反应物质的某种特性。这样做有助于深刻理解密度这个概念的本质，使学生体会：质量和体积只是物体的特性而不是物质的特性。但它们的比值——密度，却能反应物质的特性。
4．注重理论联系实际，尝试设计实验仪器。培养学生创新能力，还要注意理论联系实际通过实验问题的设计与解决，又可反作用于实验能力的提高，相辅相成，就可以把学生带入一个思路开阔，思维灵活的境界。
例如：滑动变阻器的设计。教师提出问题：“在图3装置中，如何利用夹子和电阻线，改变电路中的电阻？”学生想出把夹子夹住电阻线并且在电阻线上滑动就可达到目的（这就是最简单的滑动变阻器）。教师演示上述实验，让学生发现电灯亮度变化不大，所以没有实用价值。教师接着问：“应如何改正，才能设计出有实用价值的滑动变阻器？”学生想出：应增大电阻线的长度。教师换上很长的电阻线后进行演示，学生又发现：操作很不方便。教师提问；“电阻线需要这么长，操作又不方便，应怎么办？”学生经教师引导后想出：将电阻线绕在瓷筒上。教师再演示：将绕得很密的裸露的电阻线圈（课前准备好的）接入电路，移动夹子时，电灯亮度不发生变化，达不到变阻的目的。让学生认真观察，发现线圈相碰，造成短路。教师再问：“线圈仍然这么密，又不能造成短路，应怎么办？”再引导，启发学生想到：在线圈表面涂上绝缘漆。教师再演示，当滑片在表面涂漆的线圈上（课前准备好的）滑动时，电灯不亮。学生找出原因：滑片与线圈断路。教师又提出：“这个断路的问题如何解决？”学生想到可将线圈与滑片接触处的绝缘漆刮掉。教师边归纳学生的讨论结果，边将事先拆散的一套滑动变阻器元件按序拼起来，就成功地组装了一个完整的滑动变阻器（图4）。通过这样的教学，学生对实验仪器的构造原理、性能、使用方法等便有了比较深刻的理解。
5．创设实验问题，促进学生创新能力的发展。创新教学的构成要素是研究性、引导性、发现性、归纳性等有机结合起来，这就要求教师在实验中创造性地应用现代教学方法和教学手段，将多种教学方法进行优化组合，用“创造性的教”为学生“创造性的学”创造环境和条件。因此，除了演示实验和分组实验之外，在学生的模型制作、游戏、调查小实验活动中，也可以发展创造活动，鼓励学生创造。
例如自制潜水艇。取一只试管，用一个钻了两个小孔的橡皮塞塞紧管口。在两个小孔中各插入一根短玻璃管，并在玻璃管端分别接上一跟长度适当的软胶管，其中一根胶管与注射器相连（演示用50立方厘米注射器效果为好），另一根胶管只要在试管水平浮在水面时，管口能没在水面以下即可，（如图5）。为使试管能水平浮在水面，可在试管的底端绕几圈铁丝作为配重，使它平衡，同时可以增加试管浮沉时的可见度。演示时，将试管放入大玻璃水槽中，使它水平浮在水面。用注射器从试管中抽气，试管里的水就增多，往
试管里压气，试管里的水就减少。控制进入试管内的水量，试管就会在水中下沉、上浮或悬浮。做这个模拟演示时，要注意把装置的某些部分与潜水艇的构造作类比，如试管相当于水箱，用注射器往试管里压气，相当于用压缩空气排出水箱中的水。这样便于学生观察、想象和理解。
总之，学生的创新能力贵在培养。而在物理实验教学过程中必须注意以下几点：
①分析研究学生分组实验中发生的异常现象。
②注意观察老师的演示实验。
③做好课外小实验。
④留心分析日常生活中的物理现象。
通过物理实验，不但要达到教材对每一个实验提出的实验目的，进行常规的验证性的实验教育；还要培养学生的科学实验素养，理论联系实际和实事求是的科学作风，严肃认真一丝不苟的科学态度；更重要的是通过对分组实验、课堂演示实验、课外小实验以及日常生活中物理现象的严密观察和勤于思考，培养学生主动研究的探索精神和创造性的发现、思考和解决新的实验问题的能力。
注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”
【关键词】物理实验教学创新能力培养
Talk about physics experiment teaching and how to cultivate students’ ability
Liu Jianping
【Abstract】In the high-school physics teaching, how to cultivate students’ innovation ability? ① To change the demonstrative experiment into the exploratory experiment for cultivating students’ innovation ability; ② To adopt the multiform experiment method for activating students’ thinking; ③ To advance students’ ability to analyze and manage the experiment data through the experiment record; ④ To pay attention to integrating theory with practice and attempt to design the laboratory apparatus ; ⑤To create the experiment question for advancing students’ innovation ability.
【Keywords】Physics experiment teachingCultivation of innovation ability
伴随着经济的发展，科技的日新月异，知识在社会生活和社会发展中的含量越来越高，而以知识为基础的知识经济越来越受到世人瞩目。决定个人命运的主要因素，也已不再是掌握知识的多少，而在于更新知识、创造知识的能力的大小。“创新是一个民族的灵魂”。在知识经济的社会中，人最重要的素质是创新能力。因此，在物理教学中培养学生的创新能力是实施素质教育的重要内容。而物理学从本质上说是一门实验科学，物理规律的发现和物理理论的建立都必须以严格的物理实验为基础，并受到实验的检验。既然实验对于物理科学是如此重要，那么实验能力的培养也就应该是中学物理教学中一个极其重要的内容。
课本中的实验都做了，学生的实验能力是不是自然地就很强呢？当然实验做得越多，操作技能会得到越充分的训练，但学生的能力不一定就强。如果学生只会完成课本中已做过的实验，面对新的实验束手无策，他的实验能力就有问题。因此在物理教学中，尤其在实验教学中，注意不断激励学生通过观察、比较、实验、归纳、类比等探索手段提出种种假设和猜想，发展他们的创新意识就显得尤为重要。
在中学物理实验教学中应如何培养学生的创新能力呢？
1．变演示实验为探索性实验，培养学生的创新能力。在以前，课堂演示实验一般以教师为主体，学生仅仅是旁观者，没有直接参与，不利于其创新能力的培养。将演示实验改为探索性实验，让学生充分地动脑、动手、动口，发挥学生的主体作用，从而有利于学生创造性思维的激发。不懂实验的来龙去脉，不求甚解，将会抹杀学生的创造力。
例1：托里拆利实验的教学。
对于托里拆利实验，如果学生只会按照课本依样画葫芦，即使测了大气压强的值，也还是只知其然而不知其所以然。如果问他们：为什么该实验要用一端封闭的长约一米的玻璃管？为什么要用水银做实验？他们将表现出一知半解。
教师画出图1，指出该装置中玻璃管和水槽构成连通器，所以水不流动时，管内外水面相平。若从玻璃管内抽气，则管内气压减少，在大气压的作用下，水就沿管内壁上升，当管内被抽成真空，水柱将上升到一定高度而停止上升（如图2）。这时管内升高的水柱就靠大气压p0支持，即p0=ρ液gh，由此可见，实验如果能同时满足两个条件：①管内水面上方抽成真空；②h可测，就可间接地测出大气压p0。教师演示，当从管内抽气时，水很快充满整个管子，说明管太短，如果管子足够长（10米左右），实验当然可以成功，但操作困难，h也难以准确测量，引导学生根据公式p0=ρ液gh想出密度大的水银代替水做实验，从而解决h可测的问题。教师进一步提出“用抽气的方法获得真空是很困难的”，然后介绍托里拆利思维的独创性：利用“排空法”巧妙解决抽真空的思路，从而满足实验条件，成功地测出了大气压强。并且要求学生重视学习这种通过创造性想象进行测定大气压的方法。
2．采用多种实验方法，活跃学生思维。对于任何一个实验，都要求学生按照课本上给定的方案进行，无疑是十分必要的。但是只到此为止就显得不够了，势必造成思维的单一性，学生难以达到更高一层的思维水平。因此，必须要求学生在掌握实验原理的基础上，允许学生用不同的器材、不同的实验步骤进行实验。在实验中，学生需要在各种因素中进行取舍。对所得信息进行筛选，这就要求学生在即定目标的过程中，有全局观点和善于妥协，在不同情况下善于应变，培养学生的应变能力，使学生分析、抽象、概括、综合表达能力都得到训练和发展。
例2：验证阿基米德原理：
验证阿基米德原理关键在于如何测定被排开液体的重力G排液引导学生设计如下方案：
①将装满水的小筒放在大烧杯中，把物体浸入小筒的水中，将溢到大烧杯中的水用弹簧测力计测出其重力；
②按课本方法使用溢水杯，利用它测G排液；
③取一量筒，在量筒里装入适量的水，记下水面到达刻度V1，把物体浸入水中，记下水面到达刻度V2，可算出G排液=ρ液g（V2-V1）。
接着，让学生对以上三种方案做出评价：第一种方案操作不方便，且水溢出时杯沾水会增大误差；第二方案可行，但需要用溢水杯；第三种方案所用的器材简单，操作方便，又不必让水溢出，可减少误差，所以此方案为最好。
3．通过实验记录，促进学生对实验数据分析处理的能力。为了使实验有结果，必须要求学生学会如何设计表格正确地记录实验数据，并能分析实验数据，得出正确结论。这当然要坚持不懈地对学生进行系统的训练。
例3：关于“密度”的教学。
进行“密度”教学时可以把全班分成四大组，分别发给体积不等的铝块、铜块、水和酒精（都是三份），每一大组又分成三个小组，每一小组发给一份。要求测出对应的质量和体积，算出质量与体积的比值：m/v
3．1设计表格。先要求每个小组设计各自能记录实验数据的简单表格。设计的原则是：要测量的量和要计算的量都有空格可记。各组汇报实验结果后，再引导他们画出能记录全班各小组实验数据的比较复杂的表格：
物质密度测量数据记录表
物质
物理量 铝 铜 水 酒精
质量m（g）
体积V（cm3）
质量/体积m/v（g/cm3）
3．2分析数据，让学生先从纵向（相同物质）分析数据。发现：①m与V有关，并且m与V成正比；②求m/v的比值，发现同种物质这个比值是相同的。
再让学生在m/v这一行，从横向（不同物质）分析数据。发现：对于不同的物质，m/v这个比值是不相同的，所以m/v能反应物质的某种特性。这样做有助于深刻理解密度这个概念的本质，使学生体会：质量和体积只是物体的特性而不是物质的特性。但它们的比值——密度，却能反应物质的特性。
4．注重理论联系实际，尝试设计实验仪器。培养学生创新能力，还要注意理论联系实际通过实验问题的设计与解决，又可反作用于实验能力的提高，相辅相成，就可以把学生带入一个思路开阔，思维灵活的境界。
例如：滑动变阻器的设计。教师提出问题：“在图3装置中，如何利用夹子和电阻线，改变电路中的电阻？”学生想出把夹子夹住电阻线并且在电阻线上滑动就可达到目的（这就是最简单的滑动变阻器）。教师演示上述实验，让学生发现电灯亮度变化不大，所以没有实用价值。教师接着问：“应如何改正，才能设计出有实用价值的滑动变阻器？”学生想出：应增大电阻线的长度。教师换上很长的电阻线后进行演示，学生又发现：操作很不方便。教师提问；“电阻线需要这么长，操作又不方便，应怎么办？”学生经教师引导后想出：将电阻线绕在瓷筒上。教师再演示：将绕得很密的裸露的电阻线圈（课前准备好的）接入电路，移动夹子时，电灯亮度不发生变化，达不到变阻的目的。让学生认真观察，发现线圈相碰，造成短路。教师再问：“线圈仍然这么密，又不能造成短路，应怎么办？”再引导，启发学生想到：在线圈表面涂上绝缘漆。教师再演示，当滑片在表面涂漆的线圈上（课前准备好的）滑动时，电灯不亮。学生找出原因：滑片与线圈断路。教师又提出：“这个断路的问题如何解决？”学生想到可将线圈与滑片接触处的绝缘漆刮掉。教师边归纳学生的讨论结果，边将事先拆散的一套滑动变阻器元件按序拼起来，就成功地组装了一个完整的滑动变阻器（图4）。通过这样的教学，学生对实验仪器的构造原理、性能、使用方法等便有了比较深刻的理解。
5．创设实验问题，促进学生创新能力的发展。创新教学的构成要素是研究性、引导性、发现性、归纳性等有机结合起来，这就要求教师在实验中创造性地应用现代教学方法和教学手段，将多种教学方法进行优化组合，用“创造性的教”为学生“创造性的学”创造环境和条件。因此，除了演示实验和分组实验之外，在学生的模型制作、游戏、调查小实验活动中，也可以发展创造活动，鼓励学生创造。
例如自制潜水艇。取一只试管，用一个钻了两个小孔的橡皮塞塞紧管口。在两个小孔中各插入一根短玻璃管，并在玻璃管端分别接上一跟长度适当的软胶管，其中一根胶管与注射器相连（演示用50立方厘米注射器效果为好），另一根胶管只要在试管水平浮在水面时，管口能没在水面以下即可，（如图5）。为使试管能水平浮在水面，可在试管的底端绕几圈铁丝作为配重，使它平衡，同时可以增加试管浮沉时的可见度。演示时，将试管放入大玻璃水槽中，使它水平浮在水面。用注射器从试管中抽气，试管里的水就增多，往
试管里压气，试管里的水就减少。控制进入试管内的水量，试管就会在水中下沉、上浮或悬浮。做这个模拟演示时，要注意把装置的某些部分与潜水艇的构造作类比，如试管相当于水箱，用注射器往试管里压气，相当于用压缩空气排出水箱中的水。这样便于学生观察、想象和理解。
总之，学生的创新能力贵在培养。而在物理实验教学过程中必须注意以下几点：
①分析研究学生分组实验中发生的异常现象。
②注意观察老师的演示实验。
③做好课外小实验。
④留心分析日常生活中的物理现象。
通过物理实验，不但要达到教材对每一个实验提出的实验目的，进行常规的验证性的实验教育；还要培养学生的科学实验素养，理论联系实际和实事求是的科学作风，严肃认真一丝不苟的科学态度；更重要的是通过对分组实验、课堂演示实验、课外小实验以及日常生活中物理现象的严密观察和勤于思考，培养学生主动研究的探索精神和创造性的发现、思考和解决新的实验问题的能力。
注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”