实验教学与创新能力的培养，本文主要内容关键词为：创新能力论文,实验教学论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
21世纪国际竞争的关键在于人才素质，而人才素质的优劣则体现在其创新能力上，中学物理教学中培养学生创新能力是实施素质教育的重要内容，实验教学是培养学生创新能力的有效途径。
在实验教学中强化创新教育，教师首先必须优化教学目标。教学目标的制定既要考虑到学生所要掌握的知识、发展的具体能力及思想品德教育等因素，更应考虑培养学生的创新意识、创造精神、创造性思维和创新个性，要把具体教学任务细化到各个实验的教学目标之中。
物理实验教学中学生创新能力的培养是长期的、渐进的，一般经过如下阶段：培养创新意识→激发创新欲望→实施创新行为→形成创新能力→塑造创新个性。教师在实验教学的每个环节中，要采取相应的教学措施，有针对性地培养学生的创新能力。
一、培养创新意识 激发创新欲望
创新意识、创新欲望的培养应贯穿整个教学过程之中。因此，教师的教学设计要始终渗透对学生创新意识的培养，在教学的各个环节，教师应努力做到“雅化”自身，即从学生的角度，以学生的眼光审视所遇到的问题，精心设计有利于培养学生创新意识的切入点。这些切入点可以是物理学史上著名实验和演示实验。物理学的发展史上，物理学家为了探究物理世界的奥秘，曾经运用科学实验发现了一个又一个规律。他们给我们留下的不仅在于实验结果，更在于实验本身，在于精巧的设计，独到的方法，深刻的分析。如伽利略斜面实验，杨氏双缝干涉实验，α粒子散射实验等。在物理实验教学中，引导学生去追溯物理学家思考研究的源头，通过分析、归纳实验的设计思想，找出实验中要解决的重点和难点以及解决的方法，探究设计者完成这一实验可能的思维方法和过程，给学生相应的创新思维的熏陶，培养他们的创新意识。在教学过程中，当学生的思维活动和结论不在教师所设计和期望的轨道时，教师不能把学生的思维纳入自己的思维模式中，更不能用粗暴的方式中断学生的思维过程，而应引导学生审视其观点，并取得正确的结论。教师要善于鼓励学生大胆创新，使学生逐步具有创新意识。
牛顿指出“没有大胆的猜想，就做不出伟大的发现”，在物理实验教学中，要不断激励学生通过观察、比较、归纳、类比等探索手段，提出种种假设和猜想，激发创新欲望。中学物理实验中，我们把部分演示实验、学生实验中的验证性实验改成探索性实验，学习科学家的探秘思路和方法，使之达到不同层次的创新能力目标。探索性实验教学较验证性实验有更广阔的活动空间和思维空间，可以激发和满足不同层次学生的探索和创新欲望，学生在自己“探索”物理规律的实验过程中可以把动手和动脑结合起来，锻炼和培养自己的创新能力，我们应选取合适的需要探索的问题作为实验内容，在实验教学中利用新旧知识间的联系提出需要解决的问题，并设计一系列有针对性、启发性的问题作为铺垫，设计问题时应充分渗透创新能力的培养，利用学生的原有知识，引导学生在运用知识的探索过程中有所“创新”地解决问题。如“验证牛顿第二定律”、“研究平抛运动”、“验证玻意耳定律”、“研究电磁感应现象”等实验都可以进行这方面的尝试。在“玻意耳定律”这一节演示实验教学中，可采用边讲课边进行学生实验的方法，让学生自己做实验，教师进行引导，让学生总结出规律，教师给予引导时可提出以下问题：（1）实验中哪些条件要控制？（2）如何保证质量一定？（3）如何做到温度不变？（4）如何测定气体的压强和体积？（5）压强与体积之间存在着什么关系？（6）该实验产生误差的因素是什么？ 通过探索性实验的教学，使学生树立创新的自信心，使其创新思维处于活跃状态，从而激起学生的创新欲望。
二、实施创新行为 培养创新能力
在实验教学中，教师要引导学生在运用知识探索过程中有所创新地解决问题，在实验器材的选取、实验方法的改进、实验操作、实验现象的观察、实验数据的处理、实验故障的排除及实验结论的得出等一系列环节中，及时对学生进行指导，让学生在相对独立中完成，达到培养学生创新能力的目的。
实验器材的选取不仅要求对实验原理有透彻的理解，同时要求学生具有综合运用知识的能力和创新能力。根据实验要求的分析和实验误差初步估算的结果，选择恰当的仪器和正确的实验方法。而选择器材应以误差要小、实验安全、操作方便为依据，因此灵活性很大，是学生学习中的难点，在教学中一定要从理论和实践（实际操作）的结合上阐明其选择原则。如电学实验器材选择的基本原则是（1 ）安全性：保证不损坏实验器材；（2）准确性：尽可能减小误差；（3）方便性：在保证实验顺利进行的前提下，选用的器材和电路应便于操作，便于读数，便于进行数据处理。
例：某电压表的内阻在20kΩ～50kΩ之间，现要测其内阻，实验室提供下列可选用的器材，待测电压表V（量程3V）、电流表A[,1]（量程200μA）、电流表A[,2]（量程5mA）、电流表A[,3]（量程0.6A）、 滑动变阻器R（最大阻值1kΩ）、电源ε（电动势4V）、开关S。
（1）所提供的电流表中，应选用_________。（2）为了尽量减少误差，要求测多组数据，试画出符合要求的实验电路图。
分析：待测电压表的量程为3V，内阻在20kΩ～50kΩ之间，则通过它的电流约60μA～150μA之间，均没有超过题目给出的量程， 但为了减小测读误差，要求电流表的指针偏转尽量大些，故在提供的三个电流表中，应选用A[,1]。
为了能按题目要求，测出多组实验数据，应在电路中接入滑动变阻器，变阻器的总值为1kΩ，远小于待测电压表的内阻，若采用限流式接法，就不能对电路起到明显的调控作用，同时，变阻器与待测电压表串联接在电源上，电压表实际承受的电压将超过它的量程，因此变阻器应用分压式（电路图略）。
在实验教学中，引导学生学会研究物理问题的方法，为培养他们的创新能力打下基础，如间接测量的实验方法，控制条件的实验方法，以大量小的实验方法，测量微小量的“叠加法”、“替代法”和“比较法”等，通过选择典型的实验进行教学，培养学生创新能力，如测定一张纸与桌面的摩擦系数，用不等臂天平测质量，用单摆测重力加速度等。
三、提高创新能力 塑造创新个性
创新能力的培养最终要落实到学生创新个性的塑造上，创新个性主要表现为：良好的思维品质，优良的意志品质，强烈的求知欲望，不竭的进取精神。在实验教学中，要保护学生的好奇心，解除学生对错误的恐惧，鼓励独创性与多样性，鼓励幻想。在教学过程中要以思想实验教学和实验方案设计为切入点。思想实验，即为在一定实验事实基础上，利用逻辑推理的思维过程将实验充分理想化。是进行理论研究的重要方法之一。在物理学的发展史上，不少科学家把思想实验看作是一类智力水平更高的实验，思想实验是人们头脑中塑造的一种具有理想过程实验，它具有逻辑推理思维过程，是进行理论研究的一种重要手法，构思和完成思想实验需要高度的创造性。例如伽利略的“斜面实验”和“落体实验”。前一个实验推倒了亚里士多德“力是维持物体运动原因”的论断；后一个实验，应用逻辑的方法驳倒了亚里士多德关于“重物下落得快，轻物下落得慢”的错误论断。所以实验的理想化教学，在培养学生进行深层次研究问题的能力方面将起到重要作用。在物理教学中，要积极启发和引导学生运用思想实验，培养学生的创新思维能力。在中学物理教材中，理想气体状态方程的推导，是一个典型的思想实验，因为此推导过程没有装置，没有任何一个等温和等容的具体措施，没有任何数据的记录和误差分析。我们也可以补充一些思想实验，如：设想在两个圆柱形洁净的玻璃容器中分别密封有水和水银，置于宇宙飞船中，如图2，当飞船处于完全失重状态时， 水和水银的表面形状是怎样的？
教师在教学中要充分发挥学生实验、演示实验和课外小实验的作用，引导学生从对观察的直接兴趣转入操作兴趣，进而通过研究实验和分析实验的意外现象和异常现象，体会物理的逻辑兴趣。兴趣层次的升迁，可促使学生从被动观察者的状态变为主动的实验设计和研究者。
设计性实验的核心是设计和选择实验方案，如要测定本地的重力加速度。要求学生围绕实验要求和目的，在我们已学的知识范围内，检索并提取有关的规律，学生就会设想出
这样的方案可提出很多。凡是涉及到重力加速度g的物理规律， 都可以作为设计测定g的实验方案的依据；但从实践上看， 并非所有的方案都是可行的，还需综合考虑，方案（1）（2）虽然简单易行，但悬线拉力、落体时间等测量误差都较大。方案（3 ）中斜面光滑的要求实际很难做到，方案（5）装置复杂，超出了中学实验现有条件，方案（4）不仅操作方便，测量精度又高。设计性实验的基本思路可归纳如下：
如测定两面平行的玻璃砖折射率后，让学生设计（1 ）测定三棱镜的折射率；（2）测定半圆形透明体的折射率。 在课外小实验中让学生自行设计实验方案，如高中物理（必修本）第二册的小实验：测定液体折射率，启迪学生思维，让学生设计数种不同的方案和方法。有视深法、插针法、两定律结合法。
学生的水平达到一定层次后，可以开出实验器材清单，由学生自行设计方案和选择器材。如粗测全国的面积，测电阻等，让学生设计出多种实验方案，然后选出最佳方案。通过让学生自行设计实验方案，使学生对实验原理有较高层次的理解，提高了学生发散性思维和收敛思维能力，对创造性设计实验能力的培养大有裨益。
综上所述，通过实验教学的各个环节去培养学生的创新能力，有着其他教学手段无法替代的、独特的作用。在实验教学中，根据学生的年龄特点（好奇、好新、好动），努力创造问题情景，引发学习动机，激发创造性思维火花。教师工作应体现在情景的创设，启发性问题的提出，学生创造性思维兴奋点的铺设等方面，通过导趣、导思、导法，培养学生的创新能力。