在实验中培养学生的创新能力

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 奥斯特说过:“我不喜欢那种没有实验的枯燥的讲课,因为归根到底。所有的科学进展都是从实验开始的。”实验是物理教学的灵魂,实验教学是物理教学实施创新教育的重要基础和手段。它不仅对激发学生学习兴趣和提高实践能力具有不可替代的作用,而且也是为学生创设创新氛围,培养创新意识、创新思维、创新能力,提高科学素质的有效途径。以下是我在教学实践中获得的“如何通过实验培养学生的创新能力”的粗浅认识,敬请批评指正。
    1 引导学生设计实验。培养学生的创新意识
    在教学过程中,教师引导学生自行设计实验,一方面可以帮助学生理解所学习的知识,另一方面还可以培养学生的创新意识。
  物理教学中有些结论学生不容易理解,即使勉强记下来,记忆也不深刻,更不会应用。如在讲“竖直面内的圆周运动”时,关于“过最高点的临界条件”是历届学生学习的难点。在教学中,我用易拉罐和绳子做了一个简易的“水流星”。罐内装水,我问同学们:“谁能让罐口朝下。但水不能流出来?”大家都说“不能”。“不能吗?”我做了一下示范。滴水未漏。然后我有意让一个腼腆的女生来做,她没有“甩”起来,结果水洒了一地。在我的指导下她又重做了一次,也做的滴水不漏。以此实验让学生体会水要过最高点,速度必须足够大。
  相互接触的物体间的相互作用力大小相等、方向相反。但对不接触物体间的相互作用是不是也有同样的结论,很多学生持怀疑态度。为此我设计了—个实验让学生观察:在水中放两块泡沫塑料,其上各放一块小磁铁,当同名磁极相对时,相互排斥,两泡沫向相反方向运动;当异名磁极相对时,相互吸引,做相向运动。以此实验说明不接触的物体间也有相互作用力,印象极为深刻。
  讲解“牛顿第一定律”一节时,“惯性”是个难点,我特意设计了两个实验来改变学生头脑中的潜意识。拿一些象棋子摞在桌子上,用直尺快速击打中间的某一块,看到被击打的飞出,其余的却“安然无恙”,学生一片哗然;接着拿来一辆改进的小车,让小车运动时自动向上抛出—个灯泡,学生本以为灯泡会落在地上,吓得都捂住耳朵。结果虚惊一场,灯泡又稳稳的落在了原位。大家拍手称绝! 取材于身边常见的物体设计小实验来验证或帮助理解,从点滴做起,来培养学生的创新意识。任何事情都不能一蹴而就,要不断引导、启发、坚持不懈。
  
  2 变演示实验为探索知识的过程。培养学生的创新思维
    传统的演示实验大都是验证型的,形成了“教师做、学生看,教师讲、学生听”的固定模式,学生只是被动接受知识,缺乏探索的自觉性和主动性。在教学中我根据不同的教学内容,变演示实验为探索性实验,引导学生独立设计、亲自操作实验,通过分析和探索,使学生成为知识的再发现者而不是接受者。这种探索知识的实验过程,充分发挥了教师的课堂主导作用和学生学习的主体作用,从而有利于学生创造性思维的激发。
  课本上用“红蜡块的运动来演示运动的合成和分解”,在做实验时,我先提出了这样几个问题引导学生逐步探索:(1)倒置玻璃管后,观察红蜡烛的运动情况(初位置、末位置,加速?减速?还是匀速?)。(2)平移玻璃管,观察红蜡块的运动情况。(3)倒置玻璃管的同时,平移玻璃管,观察红蜡块的运动情况。在问题的引导下,通过细心地观察,学生能够理解运动的合成与分解就是表示运动的位移、速度、加速度等矢量的合成与分解。然后再让学生思考一个问题:运动必须分解到相互垂直的两个方向上吗?让玻璃管倾斜一个角度,重复以上步骤,可得结果。所得结果是在自己的观察、思考、探索下得出的,面对自己的成果,学生怎能没有成就感?
  在学习“库仑定律”时,课本上有一个演示“库仑力大小的决定因素”的实验,由于各种条件限制,实验不能演示。针对课本上的演示图,我给学生提出了这样几个问题:(1)当研究电荷间作用力与距离的关系时,怎样能让三次实验所带电荷量相同?(2)当研究电荷间的作用力与电荷量的关系时,怎样让小球所带电荷量增加或减少?(3)怎样较准确地比较几次实验中绝缘细线偏离竖直方向的夹角?在问题的引导下。学生一步步地思考、讨论、探索,直到得出结论,好像身临其境地做了实验一般,结论就是自己通过探索得出的,这样的结果怎能不让学生记忆深刻!
  把演示实验变为学生探索知识的过程,使学生通过自己动手、动脑重现知识的探索过程,把已有的结论变为学生自己的劳动成果,领略其中创作的快乐。同时还会让学生认识到:凡事不一定拘泥于现状,要多问个为什么?还能怎么办?从而开阔思路,培养创新思维。
  
  3 拓展实验课题,培养学生的创新精神
  
  拓展物理实验教学是以学生实验为探索起点,教师从学生的知识结构出发,对原有实验进行拓展,提出新的实验课题,学生在运用原有实验理论或方法进行实验时产生困惑,从而发现原有理论或方法的局限性,进而分析产生困惑的原因,提出新的实验方案,完成对原有实验的拓展。
  实行新课程标准后。新教材增加了很多探究性实验。这就为我们拓展实验课题提供了平台。在“探究功与物体速度变化的关系”的实验中,学生通过阅读课本能够领会探究的思路和方法,但在实际操作时,遇到了一个难题:本实验通过“改变橡皮绳的条数来改变对小车做的功”,操作较难控制、实验误差较大。我适时引导学生思考、联想,能否另辟蹊径?沿用该实验的探究思路和方法,联想已学过的类似实验,学生又设计出了另外两种探究方案。分别用“探究自由落体运动”和“探究加速度与物体的质量和力的关系”的实验装置,来研究做功与物体速度的变化关系。这两种方案误差小,容易处理数据,效果明显,更有说服力。这样在探究过程中,即拓展了课题、开拓了思路,又培养了学生发现问题、解决问题的能力,还能够培养学生知难而进、勇于探索的精神。
  
  4 挖掘教材中的实验图片内涵。培养学生的创新能力
  
  教材中有很多实验的图片,有的由于实验条件的限制不能做,有的只有实验的结果图片。这样就给我们留下了很大的探索空间。充分挖掘这些图片的内涵,重新还原实验现象,对于培养学生的探索精神、探究意识将有很大帮助。
  在“机械能守恒定律”一节的“做一做”中有一组实验图片,在教学设计中,我把它设计成了一个学生分组实验。为每组提供器材一套:铁架台(带铁夹)、带孔小铁球、直尺各一个、长约l米的细棉线、尼龙线各两条。并让学生思考一个问题:怎样“记住”小球上升的最大高度?学生在设计时出现了这样几个方案:有的把一支铅笔两端系线后挂在铁架台上,作为判断的标尺;有的同学准备了几块薄木板固定在铁架台旁边,并画上了一条条水平线,作为判断标准。等等。并且实验过程中还出现了一点小“意外”,有个同学用棉线系铁球。当用直尺挡住摆线时。结果线断了!一点小小的“意外”也不能忽视,为什么棉线会断呢?一石激起千层浪,大家众说纷纭,这时适当点拨:以后学习了“圆周运动”的知识就可解决,然后介绍一点“绳系小球”做圆周运动的知识,即满足了大家的好奇心,又解决了问题。通过这次实验,即锻炼了学生的创新设计能力,又培养了学生尊重事实的品质和善于发现问题并勇于解决问题的良好习惯。 在“光的衍射”的课后阅读材料中,有一幅关于“泊松亮斑”的图片。光的干涉、衍射现象日常生活中很难观察到,若这个实验能再现出来,让学生观察到,对于提高学生学习物理的兴趣将有很大裨益。我在研究这个实验时,小圆板障碍物的寻找经过了多次试探,终于找到了合适的实验物体。在光屏上形成了很清晰的“泊松亮斑”。在课堂教学中,我为学生准备了这样的器材:激光光源、扩束镜、小圆板障碍物(用不透明的硬纸板剪成的大小不一的小圆板)、缝衣针、光屏等。让学生用这些器材装置起来观察光的衍射现象,当学生通过反复试验终于观察到这一令人惊奇的美妙图样时,所有学生都发出了惊呼声。这样。不仅激发了学生学习物理的激情,而且让学生在领略了自然界美妙规律的同时巩固了物理知识和规律的理解,更重要的是培养了学生控制实验条件以及实验设计的创新能力。
  不要因为担心实验失败就因噎废食,何况科学本身就是允许失败的。正是一次又一次的失败和一个又—个疑惑造就了—个又一个科学巨匠。“如果没有前面那么多次失败的实验,我们就不知道钨是做灯丝的最好材料。”爱迪生发明电灯的经历很能说明问题。
  江泽民同志曾说“创新是一个民族进步的灵魂,是国家兴旺发达的不竭动力。”学生是祖国的明天,是中国的未来,希望寄托在他们身上,作为教师,你是否意识到了肩负的责任重大?让我们以新课改为契机,从现在做起,从我做起。
  
  参考文献:
  [1]李尚仁,高中物理课程标准教师读[M]武汉:华中师范大学出版社,2006,65。
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