開展自主實驗，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神

楊泰

物理是一門以實驗為基礎的學科.教師教授學生學習物理，不能只是教會學生公式和定理，以及如何做題，更重要的是要讓學生學會如何以物理的思維模式去思考問題，學會如何利用已知的物理知識去探索新的領域.為了達到這個教學目標，我常常在完成課堂教學任務之余鼓勵并引導學生自主實驗，使學生在積極的探索中培養(yǎng)創(chuàng)新精神.

一、敢于假設，預測結果

有些學生在自主實驗中小心翼翼，盡量使實驗過程與自己的期望一致，以避免犯錯和失誤.當然，謹慎的態(tài)度對于實驗是很重要的，能夠避免很多不必要的失誤，但是過度的謹慎往往意味著對未知領域的恐懼，成為培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神的阻礙.因此，在引導學生自主實驗時，教師要引導學生大膽設計實驗過程，并預測實驗結果.例如，在講“研究平拋運動”實驗時，實驗過程簡要介紹如下：讓一個小球從一定高度的光滑斜槽滑下，并在脫離斜槽時以水平速度拋出，以描點或照相等手段描繪出小球的運動軌跡，從而研究平拋運動的特點.在平拋運動中，水平方向物體行走的距離與時間的關系為x=vt，v是物體初始的水平速度，豎直方向則為y=12gt2.我提出問題：如果事先通過公式描出一條曲線，再通過實驗得到一條實驗曲線，這兩條曲線會重合嗎？有的學生認為，一定不會重合.因為我們平常計算時只會取g的近似值，所以必有誤差.有的學生認為，小球下滑時受到摩擦力的影響，會使我們不能準確地計算出初速度.有的學生認為，小球運動時受到風的阻力，會改變小球的運動軌跡.接著我讓學生結合各種因素預測真實曲線與理論曲線相比有什么特點，再讓他們自主實驗進行論證.在開展自主實驗時，學生在一次次的假設與求證中鞏固了基礎物理知識，培養(yǎng)了創(chuàng)新思維.

二、匠心獨運，再度設計

一個物理實驗，如果我們更改部分的實驗過程，有時會讓這個實驗變得更科學，有時會以另一種方式證明實驗結果，甚至有時會徹底變成一個不同的實驗.高中物理自主實驗大都是以這樣的方式來設計的，不僅考慮了學生設計實驗的能力，還能擴展學生的思維，使實驗過程盡量符合學生的知識背景.例如，在講“加速度與力、質(zhì)量的關系”實驗時，實驗過程簡要介紹如下：一個小車一頭系著一個小盤，上面可以添加不同重量的砝碼，另一頭系一條紙帶，可以通過打點計時器在上面打出小點來描述小車運動的速度.這樣，改變小盤上的砝碼重量，然后分別在坐標系上表示出砝碼質(zhì)量與小車加速度的關系，便可得出實驗結果.這個實驗通常會通過傾斜木板來平衡摩擦力.在引導學生自主實驗時，我提出問題：怎樣優(yōu)化實驗，使實驗結果更貼近于理論公式F=ma.有的學生認為，可以將小車設計成流線型，減小風的阻力.有的學生認為，可以將細線換為更細、質(zhì)量更輕的線.有的學生認為，可以在木板上涂一層油，減小小車與木板的摩擦力.我讓學生根據(jù)自己的想法展開實驗，并繪出坐標圖加以論證.這樣改進實驗，使學生發(fā)揮了想象力，提高了實驗能力.引導學生自主實驗，主要目的是培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，以及利用基礎知識探索新事物的能力.用再度設計的方式設計自主實驗，能使學生在設計自主實驗時容易尋找切入點，也能使實驗內(nèi)容不脫離課本，從而加深學生對基礎理論的理解.

三、收集數(shù)據(jù)，分析論證

在有些物理實驗中，實驗結果并不會直接顯現(xiàn)我們需要的最終結果；或者實驗中的偶然因素或其他干擾因素比較多，一次結果并不能充分證明實驗原理；有些實驗在中學物理實驗室中達不到實驗需求的理想條件.這些情況，都需要學生學會分析論證實驗中得到的一些數(shù)據(jù)，最終得到想要的結果.例如，在講“驗證機械能守恒定律”實驗時，實驗簡要介紹如下：一個小球一端用一條細繩與紙條連接，小球做自由落體運動，通過用打點計時器在紙帶上打點的方式計算小球落下的距離與小球的瞬時速度，從而得出重力勢能與動能的變化情況.物體自由落體運動的機械能守恒公式為mgh=12mv2.通過統(tǒng)計各小組的h與v的數(shù)據(jù)，就能驗證機械能守恒定律.我讓學生在實驗中分別改變部分條件并統(tǒng)計實驗數(shù)據(jù).有的學生小組改變小球質(zhì)量，有的學生小組改變統(tǒng)計點的區(qū)間，等等.通過各組實驗數(shù)據(jù)的對比，提高了學生利用實驗數(shù)據(jù)的能力.在中學物理中，自主實驗的理論依據(jù)常常來源于課本上的公式、定理，而這些公式、定理又大都是和數(shù)據(jù)有關的.因此，在自主實驗中，收集數(shù)據(jù)、分析論證是學生必不可少的基本功，需要引起教師足夠的重視.

綜上所述，在高中物理教學中，引導學生開展自主實驗，是培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神、拓展學生的思維的一種行之有效的方法.