物理实验教学设计方法，培养中学生创新能力

实践证明物理实验在培养学生创新能力方面有着独特的优势。但是目前这种优势并没有真正地得到发挥。除了教师主观上对于实验教学的不重视以外，更重要的是他们对物理实验过程缺少巧妙的设计，导致在培养学生创新能力时效果不佳。

创新思维是创新能力的核心。发散思维和收敛思维是创新思维的重要表现。发散思维是指在解决问题时，能够从现存信息中去探寻各种不同的解决途径和答案的思维方式。收敛思维是指在解决问题的过程中，充分利用已有知识和经验，逐步将所接收的信息进行归纳与总结，从而形成逻辑结论的思维方式。这两种思维是创新思维的两个组成部分，二者相辅相成，共同构成了个体创新思维的基础。尤其发散思维是创新的重要前提和条件，因此笔者在后面的论述中更侧重对学生这两种思维的培养，特别是发散思维。

中学物理实验类别众多，不同实验有着不同的特点，所以采用不同物理实验教学设计方法，培养学生的创新思维，提高创新能力。

（一）利用演示实验教学设计培养学生的创新能力

演示实验是由教师为完成一定教学内容而操作表演的实验。演示实验是教师施展教学过程的独特方法，也是物理教学的重要环节，深受学生喜欢。演示实验能将枯燥的讲解变得生动活泼，能将抽象的理论变得形象具体，能将具体物理现象清晰地展现给学生，引导学生进行观察和思考，配合教师的详细讲授，帮助学生认识物理概念和规律，达到预期教学效果。

1.利用新奇的演示实验激发学生的创新意识

基于中学生好奇、好学、好动的心理特点，教师可以利用演示实验引入新课，培养学生的创新意识。

例如在讲授“大气压强”的时候，首先演示“会吃鸡蛋的瓶子”的实验，帮助学生直观理解大气压的存在。实验材料包括：一个熟鸡蛋、一个细口瓶（瓶口比鸡蛋略小）、纸片若干和火柴或打火机。首先将剥去皮的熟鸡蛋放在瓶口，让学生仔细观察鸡蛋能不能自己进入瓶子；然后取走鸡蛋，将纸片点燃，再将其置于瓶子里，一旦等火熄灭，立刻把鸡蛋置于瓶口。这时候学生会惊奇地看鸡蛋自己跑到瓶子里面去了，同学们个个睁大眼睛，觉得不可思议。通过这个简单演示实验引入新课，激发学生学习兴趣，让学生对新知识充满好奇和期待。演示结束教师可以通过合适地提问来调动学生主动探索和创新的积极性，（例如：现象产生的原因是什么？如何再将鸡蛋从瓶子里拿出来？）这时候使得学生不得不主动思考，自主学习。又例如在讲解平面镜成像时，可以将“浇不灭的蜡烛”魔术导入新课，让学生猜想，讨论其中的奥秘，从而激发学生的学习兴趣和创新意识。

2.演示实验操作前增加猜想环节，给学生提供思维发散的空间

教师在介绍完实验器材后，可以增加学生猜想环节，如果去做实验，可能会出现什么样的物理现象。这样做的目的，是基于对人学习的认识，人们都有认识世界的本能，尤其是中学生都有好奇心，都有探究的欲望。让学生去猜测，学生就会调动以前所学的知识，开动大脑，分析实验。实验中也可以让学生展开讨论，集中同学的才智，探究实验的本质。

例如在介绍超重、失重内容时，可以让学生猜想把开有小孔的塑料瓶从空中自由下落和往上抛时，瓶中的水会不会流出来。许多学生认为塑料瓶自由下落时水不会流出来，而上抛时水一定会漏出。再让学生分小组进行交流和讨论，为什么自由下落时水不会流出来，而上抛时水就会流出来。讨论结束后再进行演示。这时学生发现自己的猜想出现了错误，但对原因不清楚，班级气氛一下子就热烈起来了，学生的探究欲望也就被激发出来了。

3.在演示实验过程中精心设计问题，引发学生思考，培养发散思维

在演示实验的过程中教师除了要将实验现象真实地展示给学生，还要注意适时合理地设计一些问题来引导学生，让其带着问题观察或边观察边思考，锻炼他们的发散思维能力，提高课堂效率。

例如在讲解动量守恒定律这个内容时，教师可以利用牛顿摆来完成课程引入。把仪器展示出来以后，教师就可以提出一些问题引导学生进行思考。比如：同学们见过这套装置吗？你认为这是做什么用的？等等，引导学生进行猜想。演示的过程中首先拉起一个小球进行实验，让学生观察现象，学生惊奇地发现只有另一端的一个小球会弹起，并且弹起高度和拉起小球的高度近似相同，而其余的小球却基本不动。然后让学生猜测拉起2个小球可能是什么情况呢？3个呢？全部情况演示结束后，所有的人都感到很神奇，迫切地想知道原因。这时教师不要直接给出答案，而是提示学生有没有关注到小球的大小和个数特征？小球的大小和个数对实验结果有影响吗？等等，继续启发学生思考，培养创新思维。

4.变教师演示实验为学生参与探究实验，培养创新能力(www.xing528.com)

变演示实验为学生参与探究实验就是将单纯的教师演示实验变为学生参与操作探究实验来达到相同目的。将演示者从教师变为学生，同样可以达到演示目的，却有着较之更多的好处。要想顺利完成实验，学生需要提前对相关的知识进行预习，这有利于学生自学能力的提高。学生演示比教师演示更能调动课堂气氛，吸引学生的注意力，更能体现学生的主体地位，锻炼学生的操作能力，使学生的主观能动性得到充分的发挥。在实验过程中，教师通过适时的设问和引导，就可以取得非常好的课堂效果。

这样就要求学生操作完成所有的演示实验，教师只需要改变教学方式，启发引导学生实验，增加学生的探究机会。例如在《曲线运动》这一节，教材上是利用教师演示实验的形式来探究得到速度的方向。在实际教学过程中这个实验完全可以由学生来操作完成。首先让学生多次自主地改变钢球在轨道上的出口位置，得到每次实验钢球的速度方向轨迹。然后，教师引导学生观察分析这些轨迹特点，选择合适的工具进行测量，找到钢球离开轨道时速度方向与曲线的关系，从而启发学生的发散性思维，培养创新能力。

（二）利用验证性实验教学设计培养学生的创新能力

验证性实验主要是用来验证、检验已知的物理内容，巩固所学知识，培养学生的观察和操作能力。显然验证性实验达不到培养学生创新思维和能力的要求。由此，教师需重新规划教学过程或者增加探究性内容。一方面培养学生动手操作能力；另一方面培养其创新能力。

验证性实验其实验流程基本确定。实验时，学生只需机械性操作，无须过多思考。这就要求教师将某些实验步骤留白，交由学生设计并完成；或是提供多个选择步骤，让学生自行选择并确定最佳步骤；甚至，可以考虑将设计实验部分完全交给学生来完成。这样学生在完成实验验证的过程中，一定程度上进行了探究活动。一方面加深对知识的理解；另一方面增强创新能力。

例如“判断磁场力的方向”的实验，对此学生自行设计难度较大，完全按照教材的步骤完成实验，学生基本没有发挥空间。因此在完成实验装置连接后，可以让学生思考如何才能改变磁场力的方向，之后通过实验验证。

又例如在“楞次定律”教学过程中，首先，可以事先留两个思考题：感生电流方向如何判定？怎样通过实验加以归纳得出规律？其次，教师引导学生利用线圈、电流表、条形磁铁等器材共同设计一个实验方案。最后，学生自己动手操作，观察并记录实验现象。这样学生在探索中学习，创新思维将会不断得到训练和培养。

（三）利用探究性实验教学设计培养学生的创新能力

探究性实验是指学生通过实验、探索、分析、研究得出结论，形成科学概念的一种认知活动。在教师的启发与引导下，探究性实验要求学生从实验材料、实验方法、实验步骤等方面进行研究，自主完成实验并发现、解决问题。探究性实验要求学生自己主动探究，而不是依靠教师的督促来完成，所以要充分考虑中学生的心理特点和认知水平，使实验内容尽可能生动、有趣，这样学生在进行实验探究时，才能够保持很高的兴趣。教师在设计探究性实验时，其选题应尽可能与人们的日常生活实际相联系，使学生对实验内容有一定的熟悉感，更易于接受；采用的实验仪器要尽可能简单易得；实验包含的规律要有一定的深度，需要学生去挖掘。此外，更重要的是要多鼓励、引导学生进行猜想并验证，充分发散他们的思维，使学生能够积极主动地进行探究。

例如在讲解物体的摩擦力大小与哪些因素有关时，首先让学生伸出手用不同的力度在课桌、书本和衣服等物体表面进行滑动；其次提问学生的感觉如何；最后教师引导学生结合实验体会，大胆地提出物体的摩擦力大小与哪些因素有关的猜想，培养学生的发散思维能力。此时，教师应该给予所有猜想正面的表扬，同时提出学生自己可以尝试通过设计实验来论证猜想是否正确。进行此类实验设计时，可以以小组为单位，设立小组长，要求各小组独立进行实验设计和实验探究。整个实验教学过程中，在教师的引导帮助下，学生通过独立思考、相互交流得出实验结果。

（四）利用设计性实验教学设计培养学生的创新能力

设计性实验是在给定实验目的和实验条件的基础上，学生自行设计实验方案并完成的实验。实践证明设计性实验是提高学生创新意识和创新能力的重要途径。设计性实验对学生的要求较高，一个人较难完成，因此教师可以将学生分成人数相近的小组，让小组成员共同完成。实验过程中，教师可以先向学生介绍实验原理和目的，然后让每个小组自己设计实验方案并集体讨论选出最佳方案，选择合适的实验仪器与实验步骤，最终完成实验内容并对结果进行讨论和分析。整个实验过程中，教师只协助引导学生，尽可能让学生自主思考，逐个解决面对的每一个问题，最后完成实验。这样不但能够培养小组成员间团结协作的能力，还能够培养学生独立思考、解决问题、实验设计等能力，有利于创新能力地提升。教师在引导时可以采用提问的方式，例如为什么要这样设计？如果不这样做，还有没有其他办法呢？等等，从而培养学生的创新能力。

例如在完成“大气压强”的学习内容后，为了加深对这一概念的理解，教师可以组织学生分小组来设计实验。要求用废弃的矿泉水塑料空瓶分别设计演示液体压强和大气压强两个物理实验。要求制作方法简便，可以添加少量其他辅助器材。作图并写明制作方法、实验步骤等。这样可以帮助开发和培养学生的创新能力。