物理实验教学中如何培养学生的创新意识
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作者: 肖莉
1.实验内容的创新开发和设计
新课程标准的一个重要的价值取向就是变课程的预定性和封闭性为课程的生成性与开放性，同时教师也由课程规范的复制者变为课程的创造者。做为课程的主体，教师要全方位地主动地介入课程的研究、开发、设计和实施等一系列的创新活动中，因此一个新的理念被突现出来：教师即课程(The teacher is the curriculum)。在这种理论指导下，教师完全有必要针对学生的实际情形，富有针对性地对物理实验进行适当的取舍、增删，最终冲破狭隘的课堂教学的封闭环境，建构起以教科书为载体，以教室为物理空间的小环境和以所有媒介为补充以日常生活乃至宏观世界为大环境的高中物理实验教学体系。
教师在实验的开发与设计上要把握好以下几个原则。
1.1以教材为主
虽然说新课程是以开放性、生成性和创新性为价值取向的，教科书不再是教学的中心，也不再是唯一的课程资源，但是教科书在编写过程中得到了大量的专家、学者的指导，凝聚了大量教育一线教师长期工作的经验教训，经过了长期的试用和改进，是最能充分体现创新教育价值取向的课程资源之一，它不仅是知识的载体，而且在知识与技能、过程与方法、情感态度价值观等方面的教育任务上更是有突出作用，因此在教科书的框架内进行实验的创新设计是实验创新教学的首要原则。
首先，可以对教材上已经给出的实验进行改进或重新设计，以达到更好的教学效果。例如，在验证动量守恒的演示实验中，教材上的实验方法是弹簧弹开两辆小车，分析小车运动距离得出运动速度，进而得出动量的关系。笔者认为此实验可以改为定量的测量，只要将车换成球，利用平抛求速度即可。其次，可以用实验验证教材或习题中的一些问题。例如，光滑水平面上的小车上站一人，人用锤子敲击小车一端时小车能否朝一个方向连续运动。再有如何用实验再现或验证生活、生产中的某些物理问题。例如，电饭锅的自动控制如何用实验模拟等。
1.2具有趣味性
兴趣作为主体的一种内驱力，直接导致学生主动地去关注实验、完成实验、理解实验。例如，做声音的共鸣实验时，传统的做法是教师只用两个音叉A、B，敲A后观察到B也振动了，笔者采用多个音叉A、B、C、D、E、F做实验，A与B固有频率同，A做为提供驱动力的音叉单独放置，其它音叉环绕A音叉放置，敲A后一会儿用手握住A，发现还有声音，再握住C音叉，还有声音……，最后握住B后声音消失，再看它们的固有频率关系，最后得出结论。用此种实验方法对学生的吸引力更大，学生不仅能表现出浓厚的探究兴趣，而且印象很深，很长时间都忘不了。
1.3简单易行
限于高中学生的理论水平和操作技能，实验设计要尽可能用较少的仪器，仪器要尽可能简单，实验原理尽可能在高中范围以内。首先要就地取材，用简单的器材做实验容易使学生感到物理就在身边，研究物理并不神秘，因此老师可以用可乐瓶、易拉罐、饮料吸管、胶带等生活中常见的物品来做物理实验，如抽水马桶原理的模拟等。长久下去，学生对周围生活的关注意识就会增强。其次，采用简单的器材还容易突出实验的物理原理，而不为器材复杂的结构所干扰，能获得更好的效果。比如在验证单摆摆动过程中机械能足否守恒的实验中，如果用光电计时器来测量小球某个位置的瞬时速度，学生绝大多数时间用来熟悉仪器的安装、使用，调整光电门的位置，而忽略我们实验的目的是机械能守恒的验证，采用剔须刀片在某位置紧贴小球割断摆线的方法，器材虽简单，但体现了抛体运动和单摆运动的整合思想，学生完全理解这种思想，很容易地就接受了这个实验方法。
1.4具有科学性
教师在创新型实验设计上要保证不出科学性错误，同时在实验中要尊重实验事实，不要只关注与似设相符的实验数据或现象，而忽略观察收集那些与预期结果相矛盾的信息，这样往往失去了科学的态度和方法，进而由部分数据得出错误的实验结论。比如做探究单摆的周期与摆长关系的实验时，同学采集到大量数据，在T-L坐标系中描出点后，有的同学认为靠近原点的数据误差大而舍去，导致T与L成正比的错误结论。
1.5课内外相结合
物理学是一门来源于自然而又应用于自然的基础科学，一方面它带动了科学与技术的进步，另一方面推动了文化、经济、社会的发展，因此关注物理的知识与技能在生产、生活中的应用，关注物理学与技术、经济、社会的互动作用是新一轮课程改革的重要目标。因此高中物理实验创新教学的另一重要内容就是在安排足够的演示实验和分组实验的基础上，将学生从课堂、教材、习题中释放出来，组织丰富多彩的课外活动，如小发明、小制作、小实验等，实验室要完全对学生开放，培养学生主动做课外实验的意识，同时鼓励他们博览群书，逐步建立起以物理学为核心的广博的知识体系。
1.6利用信息技术
信息化时代的实验教学，要充分利用信息技术的优势，在重视传统的实验手段的基础上大胆创新，逐步将信息技术应用到物理实验中，逐步学会开发和使用物理实验软件，利用计算机进行数据的实时采集、处理实验数据、分析实验结果等。例如，在做探究单摆的周期与摆长关系的实验时。同学们采集到大量数据后，利用Excel软件的函数功能很容易在T-L坐标系中描出曲线。节省了数据处理时间的同时提高了精度。
2.实验教学方法创新变“广播式”为“探究式”实验模式
无论是演示实验还是分组实验，传统的教学模式是老师介绍实验，学生根本不用自己思考，机械地按老师的要求操作。由于要观察的现象或要得出的结论已经先人为主，所以根本不分析采集到的数据，更谈不上由实验的数据去演绎、归纳出结论了。长此下去，实验的教育功能不但没有发挥出来，反而成为束缚学生思维的障碍，学生的创新精神和解决问题的能力不能提高，反而下降。
在实验教学中我们应当让学生在问题情景中生疑、质疑，这样才能产生浓厚的兴趣，才能使学生体验科学研究的艰辛与喜悦，才能培养学生的创新精神与实践能力，因此，实行探究式教学是实验创新教学的重要组成部分。
2.1 精心创设探索性实验培养学生的创新能力
在教学时，精心创设探索性实验，首先需要教师进行创新设计，包括教具设计、实验层次的安排、问题的设置及解决的办法等。这种创新设计的目的，是要让学生充分动脑，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，这种创新设计对学生也是一种很好的示范，对学生创新能力的培养将起到潜移默化的作用。例如，在学“超重和失重”时，指导学生自己设计一个失重实验装置并观察失重现象，有些学生找了一个用过的易拉罐，在靠近底部的侧面打一个洞，用手指按住洞口，在里面装上水，移开手指，水就从洞中喷射而出；如果放开手，让易拉罐自由落下，在下落过程中，水将不再从洞中射出。这样，在实验教学中，教师精心创设实验，鼓励学生用自己的头脑思考问题，勇于探索，不断创新。
2.2尽量采用多种实验方法活跃学生的思维培养学生的创新精神
教材中安排学生实验，方法都只有一种，从器材到实验步骤及表格设计都由教材按一定的模式制定，学生只需按部就班完成实验操作，这样不利于学生创新思维的培养。对于学生的分组实验，我们在帮助学生掌握原理的基础上，允许学生用不同的器材，不同的实验步骤都进行一下实验。在不同情况下分析、综合，这样的实验有效地培养了学生的创新精神和独立思考的品质。例如，在做“伏安法测电源电动势和内阻”的实验时，课本上要求同时利用伏特表和安培表的测量值来算出电源的电动势和内阻，能不能只用一个电流表或一个电压表来测量呢?如果能，还需要哪些辅助器材?怎样测量?请说出你设计的方案，画出电路图，并实际操作，分析比较这几种实验结果有何异同?为什么?这样，通过多种方法进行实验，使学生能加深理解实验原理和相关知识，掌握多种实验方法，同时学会处理一些实验问题，使学生的“方法和知识”的迁移能力得到提高，使学生的创新精神和创新能力得到有效培养。
2.3 多做选做实验课外实验促进学生创新能力的发展
选做实验和课外实验活动也是物理教学的一个重要方面，它既是物理课堂教学的补充，也是课堂教学的延伸。学生获得系统的物理知识，主要来源于课堂教学，但大量的物理知识却来自于课外活动的亲身体会和实践。学生参加学科讨论、自制学具、小论文、小实验、小发明等各项活动，不仅能帮助他们认识、理解、应用物理知识，培养他们各种思维能力，而且还能开阔眼界，丰富知识，吸引他们去探索新的现象、新的规律。
通过丰富多彩的课外实验，理论和实验相结合，进一步加深和巩固了学生书本上所学的知识，提高了他们的综合素质和能力。
3.实验的评价上要创新变终结性评价为过程性评价原则
传统的实验评价是重结果轻过程、重数据轻内心活动、重实验试题轻操作的技能与素养，最终出现会说不会做实验的现象。美国课程理论学家斯塔弗尔比姆说：“评价的最终目的不是为了证明而是为了改进”因此实验教学创新的另一个重要方面就是改变实验的评价机制，变终结性评价为过程性评价、变单一性评价为多方位评价，关注学生的实验结果，更关注学生在实验中的种种表象，我们可以采用记录学生实验档案的方法实现这一转变，例如，记录学生实验中的某一个好的实验设计、一次优秀的实验报告、一组精确的实验数据、一个创见、一个小教具等，及时发现闪光点反馈给学生，使每个学生都能认识到自己的优点，增强自信心，在原有基础上都有所进步。
总之，基础教育课程改革呼唤创新，教师要由课程规范的复制者变为新课程的创造者，而物理课程的创新重点就在实验的开发与创新设计上。
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