中學物理創新實驗設計的研究
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作者:夏增辰
【摘 要】注重實驗的創新設計，全面發揮實驗在培養學生能力方面的作用，已經成為當前物理教學的共識。那么中學物理教師該如何對實驗進行創新設計呢？就要根據教學要求深入了解創新實驗設計的內容、原則及方法技巧，并在解決問題時能提出創造性設想。
【關鍵詞】中學物理;創新實驗設計;內容;原則;方法
【基金項目】本文為邢臺市教育科學規劃課題“中學物理創新實驗設計與實施的研究”（課題編號1701304）的研究成果。
【中圖分類號】G633.7 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2019）20-0-02
引言
創新實驗在物理教學中的地位和作用至關重要。在物理教學中，實驗起著非常重要的作用。實驗是物理現象的情景再現，能使教學直觀，刺激學生興奮度，讓學生感官思維更為活躍，更有利于使學生由感性認識遞進為理論層次，幫助學生形成了正確的物理概念。教師應從物理實驗教學存在的問題現狀出發，從改革物理實驗教學入手，增強學生學習物理的自信心、主動性和創新意識。
那么教師如何在中學物理實驗教學中進行創新設計呢？
一、明確創新實驗設計內容
可以是自己設計的服務于教學內容的實驗，例如效果較好的自制教具演示實驗、自己創新組裝的效果較好的實驗等;也可以選取國家課程標準中要求的實驗進行改進的實驗。
二、清楚創新實驗設計之原則
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要有明確的教育目標，要為課堂教學服務，能幫助學生理解疑難知識點，增強學生動手能力，啟發創新性思維。
?。ǘ┛茖W性原則
實驗目的明確，實驗原理正確，實驗材料選擇適當，設計思路和實驗方法不偏離學科領域的基本知識、基本原理和基本原則，要符合客觀規律。
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在實驗設計時，從設計原理、實驗實施到實驗結果的產生，都實際可行。
（四）生動性原則
創新設計和改進實驗，要盡量做到生動有趣，最大限度地調動學生學習的積極性，充分挖掘學生非智力因素的潛能。
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實驗材料要容易獲得，實驗裝置簡單，實驗藥品便宜，實驗操作簡便，實驗步驟較少，實驗時間較短。
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包括人身安全和儀器安全。一定要遵守安全操作規程，防止和杜絕任何事故的發生，盡量避免有可能對師生的健康帶來危險的實驗。
三、創新實驗設計的方法與舉例
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設法找出原有實驗的新用途，實現創新。例如，用臺式測力計演示物體對接觸面的壓力，當物體在水平面上時，壓力大小等于重力，這就使得學生對壓力和重力有了以下錯誤的認識：壓力的大小一定等于物體重力的大小;靜止于水平面上的物體對水平面的壓力就是物體的重力;壓力是由于物體的重力而產生的。如果我們將測力計稍稍傾斜，就會發現它的示數就變小了，這說明物體在斜面上時，壓力雖與重力有關，但小于重力;如果讓物體在豎直平面上，則壓力就與重力無關了。也就是說：壓力的大小有時與物體重力的大小有關，有時與物體重力的大小無關。
?。ǘ┩ㄟ^模仿達到創新
可以考慮已有的實驗或現象與要做的實驗是否有相似之處從而進行模仿，實現創新。例如，很多人都看過“氣功大師”胸口碎大石的節目表演。表演者躺在地上，身上壓一塊大石板，石板上放一塊石頭，助手掄起大錘將石頭砸碎，“氣功師”卻安然無恙。其實這個節目利用的物理學原理是沖量。外力作用到石頭的時候，作用時間短、力量大，所以石頭碎了;通過石頭傳導到下面的石板、身體的時候，作用的時間變長了，力量變小了，因此，胸口不會受傷。我們可以通過模仿，在課堂上演示“硬氣功”實驗，做法如下：將手掌平放在桌上，上面壓一較重的鐵塊，鐵塊上再放一塊磚，用錘子將磚砸碎，手卻無任何損傷。
（三）改進實驗的某個方面，進行創新
例如，傳統的“超重失重演示儀”的弊端是利用彈簧秤示數變化顯示物體的超重與失重，但變化太快無法進行動態觀察。我們可以用聲光信號代替彈簧秤的示數變化，利用演示儀處于超重、失重狀態時彈簧的伸縮控制電路的通斷，從而控制聲光的產生。
?。ㄋ模┩ㄟ^替換實現創新
例如，證明大氣壓存在的傳統實驗——瓶子吞蛋。我們可以將一張點燃的紙片投入燒瓶內，再用一個去殼的熟雞蛋封住瓶口，可以看到雞蛋慢慢地被“吞”進瓶中，然后讓學生思考如何把雞蛋弄出來。其實只要將燒瓶倒立，使雞蛋從里面封住瓶口，用酒精燈給燒瓶加熱，便可以看到雞蛋又被“吐”了出來。這樣一“吞”一“吐”，既生動有趣，又能學以致用，深受學生歡迎。
?。ㄎ澹┩ㄟ^轉換實現創新
例如，學生對教材中介紹的“靜電火花的最大危害是使某些易燃品燃燒”極感興趣，課后總要試著用感應起電機產生的火花將紙點燃，結果卻大失所望，如果改變布局，將感應起電機換成感應圈，將紙換成沾了酒精的棉球，實驗就很容易成功了。
?。┩ㄟ^組合實現創新
采用組合的方法，用其它實驗中的優點取代該實驗中的不足，就能實現創新。例如，電路連接是教學中的難點，常用的方法有板畫教學和實物教學，但二者都有缺點不足。如果我們把兩種方法組合起來，揚長避短，設計一套“電路連接投影裝置”，即將元件的實物圖畫在膠片上，用大頭針作接線柱，用黑棉線兩端各扎一個小圈套作導線，將電路連接過程投影出來，就能有效地解決改線與觀察間的矛盾。又如創新實驗《傳感器演示板》將六種傳感器集中在一個演示板上，利用場效管易驅動的優點作為放大推動管，通過發光二極管的明滅顯示各種傳感器的傳感作用。
?。ㄆ撸├酶呖萍夹虏牧线M行創新
例如創新實驗《渦流的探究》就是利用新材料強磁鐵來演示渦流的存在、驅動、阻尼。并對一傳統的實驗“磁極移近或遠離斷開的圓環，斷開的圓環不移動”大膽質疑。
四、結束語
總之創新實驗設計的每一個環節都包含創新的內容。它要以原有實驗的不足或教學中的新問題為突破口，以突出教學重點、突破教學難點為目的，以提高學生能力素質、提高教學效率為宗旨。創新實驗更要求教師有良好的實驗素質和靈活的思維，在解決問題時打破常規，多方位思考，大膽提出各種創造性設想。
參考文獻
[1]劉炳昇，馮容士.中學物理實驗教學與自制教具[M].上海：上海教育出版社，2000.
[2]張新生.高中物理實驗設計的創新問題研究[J].中學生數理化，2015，（9）96-96.
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