高中物理實驗的創(chuàng)新性設(shè)計

1、高中物理實驗的創(chuàng)新性設(shè)計摘要：為了更好地培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)與創(chuàng)新能力，教師需要在教學中設(shè)計創(chuàng)新性的實驗。這要求教師提高自身的知識儲量，培養(yǎng)自身的創(chuàng)新意識，掌握一定的創(chuàng)新方法。缺點列舉法、希望點列舉法、信息交合法等創(chuàng)新技法可為物理實驗的創(chuàng)新性設(shè)計提供廣闊的思路，但不應(yīng)忘記創(chuàng)新性設(shè)計的目的為教學目標的實現(xiàn)服務(wù)。同時，安全性、科學性、實用性、適用性等原則仍是物理創(chuàng)新性設(shè)計時所要考慮的最基本原則。關(guān)鍵詞：物理實驗；創(chuàng)新性設(shè)計；缺點列舉法；希望點列舉法；信息交合法一、物理實驗創(chuàng)新性設(shè)計的意義作為一門建立在實驗基礎(chǔ)上的基礎(chǔ)自然學科，物理學在研究物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)、最普遍的相互作用、最一般的運動規(guī)律之外，也注重

2、對所采用的實驗手段和思維方法的研究。因此，物理的教學始終離不開物理實驗的教學：有趣的實驗現(xiàn)象是激發(fā)學生探索自然、理解自然的興趣與熱情的催化劑，親手的操作是培養(yǎng)學生物理技能和實踐能力的最佳途徑；此外親身的實驗經(jīng)歷能讓學生體驗科學探究的過程、了解科學研究的方法，有助于提高學生的科學素養(yǎng)。作為教學活動的主導(dǎo)者，教師首先要對實驗在物理教學中的重要性有足夠的認識，其次要充分利用教材中已有的實驗資源，并能夠夠根據(jù)教學實際設(shè)計一些創(chuàng)新性的實驗。這種創(chuàng)新性的實驗設(shè)計可以是對教材已有實驗的改進，以解決個別實驗取材不易、操作不便、實驗效果不明顯等弊端；也可以是基于教學需要的全新設(shè)計，以彌補教材的不足，幫助學生構(gòu)建

3、一些重要的物理概念和物理規(guī)律。物理實驗的創(chuàng)新性設(shè)計，是教師秉承新課程標準課程開放性理念，由課程的復(fù)制者走向課程的創(chuàng)造者的有效嘗試。它可以有效地促進學生自主地、富有個性地學習，對學生的科學探究能力、實踐能力和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)大有裨益。二、物理實驗創(chuàng)新性設(shè)計的方法那么我們該如何在教學實踐中進行創(chuàng)新性的實驗設(shè)計呢？創(chuàng)新需要豐富的創(chuàng)造力，而一個人的創(chuàng)造力由他所擁有的知識儲量、創(chuàng)造性思維能力和創(chuàng)新技法三個因素共同決定。因此要進行創(chuàng)新性的實驗設(shè)計，教師要有終身學習的意識，力求在專業(yè)上不斷進步，不斷提高自身的知識儲量和創(chuàng)造性思維能力。然而知識是無窮無盡的，創(chuàng)造性思維能力的培養(yǎng)也絕非一日之事，因此要想在短時間提

4、高創(chuàng)造力，掌握必要的創(chuàng)新技法是簡單而有效的方法。創(chuàng)新技法的種類非常之多，本文將結(jié)合感應(yīng)電流的方向（魯科版高中物理選修3-2第2章第1節(jié)）中的兩個實驗介紹缺點列舉法、希望點列舉法和信息交合法三種創(chuàng)新技法在物理實驗創(chuàng)新性設(shè)計中的應(yīng)用。（一）缺點列舉法缺點列舉法，顧名思義，就是列舉事物的缺點或不足之處，再針對性地提出解決方法和措施。其中，找到事物的缺點或不足之處是本方法應(yīng)用的重點。如圖1所示，、為兩個很輕的鋁環(huán)，環(huán)閉合，環(huán)斷開。將條形磁鐵的極或極靠近環(huán)時，環(huán)將朝遠離磁鐵的方向運動，若將磁鐵從環(huán)中拔出，環(huán)將朝靠近磁鐵方向運動；磁鐵靠近或遠離環(huán)時，環(huán)不動。該實驗為感應(yīng)電流的方向一課中最為常見的一個引入實

5、驗。在演示該實驗時，由于環(huán)本身很小，而環(huán)運動時又是繞點轉(zhuǎn)動，故操作過程中經(jīng)常會出現(xiàn)磁鐵與環(huán)相碰的現(xiàn)象。這個不足之處一方面增加了操作的難度，另一方面也讓實驗的演示效果大打折扣。解決這個問題的思路有兩個，其一為增加環(huán)的直徑，其二為改變環(huán)的運動形式。增加環(huán)的直徑這種思路最為直接也最容易想到，但是實際操作會發(fā)現(xiàn)，直徑增大后環(huán)的轉(zhuǎn)動不明顯。原因在于直徑增大后，鋁環(huán)的電阻和質(zhì)量都將變大。為獲得更加明顯的實驗現(xiàn)象，可將條形磁鐵換為強磁鐵。若改變環(huán)的運動形式，可以將鋁環(huán)的轉(zhuǎn)動改為平動，實驗裝置如圖所示，將鋁環(huán)豎直固定在小車上，小車放在平滑軌道上。這樣改進后，操作難度大大降低。但是由于摩擦力較大，要獲得較明顯的

6、實驗效果，仍然要采用強磁鐵。上述兩個方案雖然解決了實驗操作的難題，但對實驗器材的要求更高，如果實驗室中沒有強磁鐵，就很難被采用。反思我們的改進思路，就不難發(fā)現(xiàn)，我們在改正原有實驗的缺點時同時也將其優(yōu)點摒棄。原有實驗的優(yōu)點在于其運動過程中阻力較小，而這個優(yōu)點正是源于所采用的鋁環(huán)直徑較小、其運動形式為轉(zhuǎn)動。為了在改進中同時保留原有實驗的優(yōu)點，我們可以采用如圖所示的實驗裝置。將、兩個鋁環(huán)分別用細長繩懸掛，繩子另一端固定在鐵架臺上。通過這樣的改進，環(huán)的運動形式仍是轉(zhuǎn)動，運動過程中阻力較小，另一方面由于繩子較長，環(huán)運動過程中也不容易碰到磁鐵。實驗中，繩子的長度適當長一些，實驗現(xiàn)象更明顯。通過上述例子的分

7、析，可以看出，在應(yīng)用缺點列舉法進行實驗的創(chuàng)新性設(shè)計時，找到原有實驗的缺點是基礎(chǔ)，但是在改進中一定要注意保留原有實驗的優(yōu)點。特別教材中的實驗，它凝聚了大量專家、學者和一線教師的寶貴經(jīng)驗，其可取之處必然很多，在做改進之前一定要先清楚地認識到它的優(yōu)點，然后再去找它的不足之處。（二）希望點列舉法希望點列舉法，這是一種通過提出對事物的希望或理想，進而探究解決方法和措施的創(chuàng)新技法，其應(yīng)用要點在于如何提出合理的希望或理想。如圖所示為探究感應(yīng)電流方向的實驗裝置，本實驗的操作簡單，現(xiàn)象明顯。但是在具體探究過程中，由于涉及到物理量較多（包括條形磁鐵產(chǎn)生的磁場方向、穿過螺線管的磁通量的變化、電流計的指針的偏轉(zhuǎn)方向、

8、螺線管上感應(yīng)電流的方向、感應(yīng)電流的磁場方向等），學生很難直接從實驗結(jié)果中總結(jié)歸納出楞次定律。為了在課內(nèi)獲得最終的探究結(jié)論，教師往往需要作比較多的引導(dǎo)，個別地方甚至比較生硬，這有悖于學生作為學習主體的新課程理念，也削弱了學生探究的成就感。那么能否設(shè)計一個實驗使探究過程更為簡便？為了回答這個問題，我們重新來審視一下本節(jié)課的探究目的，“感應(yīng)電流的磁場總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量變化”。這句話的主語是感應(yīng)電流的磁場而非感應(yīng)電流，因此我們可以直接探究感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場，如果感應(yīng)電流的磁場方向明確，那么根據(jù)右手螺旋定則就可以很輕松地判斷出感應(yīng)電流的方向。由此，我們可以采用如圖所示的實驗裝置。條形磁鐵的極、

9、極靠近或遠離鋁環(huán)時，鋁環(huán)將被排斥或吸引。根據(jù)“同名磁極相互排斥、異名磁極相互吸引“可判斷出鋁環(huán)中感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場的磁極方向。再在圖中畫出原磁場和感應(yīng)電流的磁場方向，如圖所示（實線表示原磁場方向，虛線表示感應(yīng)磁場方向），由實驗結(jié)果容易總結(jié)出磁通量增加時感應(yīng)電流磁場與原磁場方向相反，磁通量減小時感應(yīng)電流磁場與原磁場方向相同，進一步可得到實驗探究結(jié)果楞次定律。這種方法的優(yōu)點在于避開了探究感應(yīng)電流方向的繁瑣過程，而從鋁環(huán)的運動入手，結(jié)合學生熟知的磁極之間的相互作用，直接研究感應(yīng)電流的磁場方向。這樣既達到了探究目的，又降低了探究的難度，更符合高中學生的認知水平。從上述例子可以看出，利用希望點列舉法進行

10、實驗的創(chuàng)新性設(shè)計時，找到合理的希望是起點，探索合適的實驗方法是關(guān)鍵，但是創(chuàng)新的終點一定要落回到教材上。弄清楚實驗創(chuàng)新的目的，一來可以避免盲目的創(chuàng)新，二來也可為創(chuàng)新提供思路。（三）信息交合法信息交合法，是把事物的總體信息分解成若干要素，再將其中兩類要素分別作為信息坐標系的軸、軸，構(gòu)成一個信息反應(yīng)場，每一個坐標軸上各點的信息分別依次和另一軸上的信息交合，從而產(chǎn)生新的信息。應(yīng)用舉例如下：作為新課引入的迷你實驗，如果采用物理小魔術(shù)的形式，可以極大地激發(fā)學生的學習欲望，引發(fā)學生的思考，為新課的教學打下良好的基礎(chǔ)。但是如何去設(shè)計那么的多物理小魔術(shù)呢？信息交合法是一個不錯的選擇。仍以感應(yīng)電流的方向這節(jié)課為例

11、，以實驗器材為信息軸，魔術(shù)效果為軸，建立如圖所示的坐標圖。由此可產(chǎn)生種交合點，你需要一一思考每個交合點可能產(chǎn)生怎樣的新信息，這個新信息是否可用。文章篇幅所限，無法對這個交合點一一介紹，只能挑選個我個人認為較佳的創(chuàng)新性設(shè)計。（） 電流計與讀心術(shù)實驗裝置如圖所示，、為根兩根相同的條形磁鐵，為重量、形狀與、相似的金屬棒。三者分別裝入不同顏色的三個筆袋，然后放入線圈內(nèi)。如果將裝有、的三個筆袋分別拿出，則電流計上分別會出現(xiàn)左偏、右偏、不偏三種不同現(xiàn)象。制作實驗裝置時，將線圈及電流計裝在盒子中，電流計表盤露在盒子后面，使學生在座位上無法看見線圈及電流計。演示時可叫學生隨意拿出一個筆袋，教師在盒子后面根據(jù)電

12、流計的指針的偏轉(zhuǎn)判斷筆袋的顏色，就可佯裝會讀心術(shù)猜出學生所拿走的筆袋顏色。（） 鋁環(huán)與控制力實驗裝置如圖所示，為封閉的塑料管，為懸掛在輕彈簧下的強磁鐵，為鋁環(huán)。當鋁環(huán)上下運動時，管內(nèi)的強磁鐵將隨之上下振動。為了增加演示的魔術(shù)效果，可將鋁片貼在大拇指與食指構(gòu)成的弧圈上，操作時左右手大拇指和食指相接觸構(gòu)成一閉合回路。 （） 銅管與互動實驗裝置如圖所示，、分別為兩根兩端開口的空心塑料管與銅管，為磁鐵。演示時，教師先將磁鐵從銅管上端靜止釋放，然后用同一只手在銅管下端接住磁鐵。偷偷將銅管換成塑料管后，叫學生上來做同樣動作，由于在塑料管中磁鐵下落速度較快，學生很難接住。為達到較佳的演示效果，兩根管外表要一

13、致，固定管的裝置要靈活，以方便操作時換管。上例中軸、軸都只取了個信息要素，實際上可選取的信息要素遠不止這些，所能產(chǎn)生的創(chuàng)新設(shè)計也遠不止種。如果將軸或軸的要素種類換成別的種類，那又可以得到更多的思路，甚至還可以建立三維的坐標圖?？偠灾畔⒔缓戏ㄈ绻麘?yīng)用得當，那么它幾乎可以產(chǎn)生無窮的創(chuàng)新思路。三、物理實驗創(chuàng)新性設(shè)計的基本原則掌握了一定的創(chuàng)新技法后，創(chuàng)新的思路幾乎是無窮無盡的，然而在教學實踐中，不是每一種創(chuàng)新性的設(shè)計都是合理、可用的。為避免盲目、無意義甚至錯誤的創(chuàng)新設(shè)計，在物理實驗的創(chuàng)新性設(shè)計中還應(yīng)該把握以下幾個原則。第一，安全性原則，這點無需多加說明，其重要性不言自明。第二，科學性原則，這是物理實驗創(chuàng)新性設(shè)計的根本原則。如果出現(xiàn)科學性錯誤，那實驗就是毫無意義的。除了實驗設(shè)計要符合科學科學性原則外，教師在演示實驗過程中的操作，對實驗數(shù)據(jù)的處理都必須科學、規(guī)范，為學生良好的科學態(tài)度的形成起示范作用。第三，實用性原則，即要求創(chuàng)新性設(shè)計的實驗取材方便，操作簡單。第四，適用性原則，即創(chuàng)新性設(shè)計的實驗原理應(yīng)該是