中学物理创新实验设计的研究
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作者:夏增辰
【摘 要】注重实验的创新设计，全面发挥实验在培养学生能力方面的作用，已经成为当前物理教学的共识。那么中学物理教师该如何对实验进行创新设计呢？就要根据教学要求深入了解创新实验设计的内容、原则及方法技巧，并在解决问题时能提出创造性设想。
【关键词】中学物理;创新实验设计;内容;原则;方法
【基金项目】本文为邢台市教育科学规划课题“中学物理创新实验设计与实施的研究”（课题编号1701304）的研究成果。
【中图分类号】G633.7 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2019）20-0-02
引言
创新实验在物理教学中的地位和作用至关重要。在物理教学中，实验起着非常重要的作用。实验是物理现象的情景再现，能使教学直观，刺激学生兴奋度，让学生感官思维更为活跃，更有利于使学生由感性认识递进为理论层次，帮助学生形成了正确的物理概念。教师应从物理实验教学存在的问题现状出发，从改革物理实验教学入手，增强学生学习物理的自信心、主动性和创新意识。
那么教师如何在中学物理实验教学中进行创新设计呢？
一、明确创新实验设计内容
可以是自己设计的服务于教学内容的实验，例如效果较好的自制教具演示实验、自己创新组装的效果较好的实验等;也可以选取国家课程标准中要求的实验进行改进的实验。
二、清楚创新实验设计之原则
（一）教育性原则
要有明确的教育目标，要为课堂教学服务，能帮助学生理解疑难知识点，增强学生动手能力，启发创新性思维。
（二）科学性原则
实验目的明确，实验原理正确，实验材料选择适当，设计思路和实验方法不偏离学科领域的基本知识、基本原理和基本原则，要符合客观规律。
（三）可行性原则
在实验设计时，从设计原理、实验实施到实验结果的产生，都实际可行。
（四）生动性原则
创新设计和改进实验，要尽量做到生动有趣，最大限度地调动学生学习的积极性，充分挖掘学生非智力因素的潜能。
（五）简便性原则
实验材料要容易获得，实验装置简单，实验药品便宜，实验操作简便，实验步骤较少，实验时间较短。
（六）安全性原则
包括人身安全和仪器安全。一定要遵守安全操作规程，防止和杜绝任何事故的发生，尽量避免有可能对师生的健康带来危险的实验。
三、创新实验设计的方法与举例
（一）挖掘实验的新用途，进行创新
设法找出原有实验的新用途，实现创新。例如，用台式测力计演示物体对接触面的压力，当物体在水平面上时，压力大小等于重力，这就使得学生对压力和重力有了以下错误的认识：压力的大小一定等于物体重力的大小;静止于水平面上的物体对水平面的压力就是物体的重力;压力是由于物体的重力而产生的。如果我们将测力计稍稍倾斜，就会发现它的示数就变小了，这说明物体在斜面上时，压力虽与重力有关，但小于重力;如果让物体在竖直平面上，则压力就与重力无关了。也就是说：压力的大小有时与物体重力的大小有关，有时与物体重力的大小无关。
（二）通过模仿达到创新
可以考虑已有的实验或现象与要做的实验是否有相似之处从而进行模仿，实现创新。例如，很多人都看过“气功大师”胸口碎大石的节目表演。表演者躺在地上，身上压一块大石板，石板上放一块石头，助手抡起大锤将石头砸碎，“气功师”却安然无恙。其实这个节目利用的物理学原理是冲量。外力作用到石头的时候，作用时间短、力量大，所以石头碎了;通过石头传导到下面的石板、身体的时候，作用的时间变长了，力量变小了，因此，胸口不会受伤。我们可以通过模仿，在课堂上演示“硬气功”实验，做法如下：将手掌平放在桌上，上面压一较重的铁块，铁块上再放一块砖，用锤子将砖砸碎，手却无任何损伤。
（三）改进实验的某个方面，进行创新
例如，传统的“超重失重演示仪”的弊端是利用弹簧秤示数变化显示物体的超重与失重，但变化太快无法进行动态观察。我们可以用声光信号代替弹簧秤的示数变化，利用演示仪处于超重、失重状态时弹簧的伸缩控制电路的通断，从而控制声光的产生。
（四）通过替换实现创新
例如，证明大气压存在的传统实验——瓶子吞蛋。我們可以将一张点燃的纸片投入烧瓶内，再用一个去壳的熟鸡蛋封住瓶口，可以看到鸡蛋慢慢地被“吞”进瓶中，然后让学生思考如何把鸡蛋弄出来。其实只要将烧瓶倒立，使鸡蛋从里面封住瓶口，用酒精灯给烧瓶加热，便可以看到鸡蛋又被“吐”了出来。这样一“吞”一“吐”，既生动有趣，又能学以致用，深受学生欢迎。
（五）通过转换实现创新
例如，学生对教材中介绍的“静电火花的最大危害是使某些易燃品燃烧”极感兴趣，课后总要试着用感应起电机产生的火花将纸点燃，结果却大失所望，如果改变布局，将感应起电机换成感应圈，将纸换成沾了酒精的棉球，实验就很容易成功了。
（六）通过组合实现创新
采用组合的方法，用其它实验中的优点取代该实验中的不足，就能实现创新。例如，电路连接是教学中的难点，常用的方法有板画教学和实物教学，但二者都有缺点不足。如果我们把两种方法组合起来，扬长避短，设计一套“电路连接投影装置”，即将元件的实物图画在胶片上，用大头针作接线柱，用黑棉线两端各扎一个小圈套作导线，将电路连接过程投影出来，就能有效地解决改线与观察间的矛盾。又如创新实验《传感器演示板》将六种传感器集中在一个演示板上，利用场效管易驱动的优点作为放大推动管，通过发光二极管的明灭显示各种传感器的传感作用。
（七）利用高科技新材料进行创新
例如创新实验《涡流的探究》就是利用新材料强磁铁来演示涡流的存在、驱动、阻尼。并对一传统的实验“磁极移近或远离断开的圆环，断开的圆环不移动”大胆质疑。
四、结束语
总之创新实验设计的每一个环节都包含创新的内容。它要以原有实验的不足或教学中的新问题为突破口，以突出教学重点、突破教学难点为目的，以提高学生能力素质、提高教学效率为宗旨。创新实验更要求教师有良好的实验素质和灵活的思维，在解决问题时打破常规，多方位思考，大胆提出各种创造性设想。
参考文献
[1]刘炳昇，冯容士.中学物理实验教学与自制教具[M].上海：上海教育出版社，2000.
[2]张新生.高中物理实验设计的创新问题研究[J].中学生数理化，2015，（9）96-96.
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