深化物理实验教学改革，培养学生的创新能力
益阳市箴言中学 陈柏蛟
内容摘要：创新是不断进步的灵魂，强烈的创新意识仅仅是创新素质的起点。本文从教师教育观念的转变、改革实验教学，营造创新氛围，发挥学生的主体作用，培养创新能力、开展研究性学习活动，促进学生创新能力的进一步发展、拓宽和重视课外实验，培养学生创新思维能力等四个方面论述深化物理实验教学改革，培养学生的创新能力
关键词：创新思维 创新意识 创新能力 实验教学改革 研究性学习
江泽民总书记在考察北京大学时强调指出：“如果不能创新，不创新，一个民族就难以发展起来，难以屹立于世界民族之林。创新，很根本的一条就是靠教育，靠人才。”创新是知识经济时代的一个显著标志，知识经济时代教育的核心是培养人的创新素质。目前，我国正在进行指出了时代发展对培养人才的创新素质的呼唤。中学创新教育的目标是培养学生自我实现的创造性，它关系学生个人乃至整个民族的适应性和竞争力。中学素质教育必须把培养学生创新素质作为工作的核心内容。物理实验教学恰恰应该而且完全能够在培养人才的创新素质方面发挥它应有的作用：培养学生的创新意识、创造思维、创新能力。
在中学物理教学中实施创新教育，培养学生的科学创新精神和提高创新能力，是落实素质教育的核心。但就目前教学的实际情况来看，开展创新教育仍有许多亟待解决的问题。受传统教学的影响，不少学校在实验教学尚存在着一些与创新教育背道而驰的做法，束缚了实验教学自身的发展和教学效果的发挥。因此，在物理实验教学中要充分发挥学生思维的主体性，改革实验教学，开展研究性学习，促进学生创造性思维的培养，提高学生的创新能力。
一、教师教育观念的转变
长期以来，在计划经济体制下形成的一整套人才培养模式和教育观念，已经不能适应新世纪人才培养的需要，具体表现在物理教学方便为“重理论，轻实践”和“重传授知识，轻能力培养”等等。所以在物理实验教学中实施创新教育，首先必须解决的问题是教师教育观念的转变。教师应该认识到，当今的社会是知识经济的时代，社会更需要的是大量具有的综合素质的创造型人才。这就要求我们每一个教育工作者必须转变单纯以知识传授为主的应试教育观念，建立起以综合素质和创新能力为主的素质教育观念。作为在这方面具有天然优势的物理实验教学，更应该加以重视和深化认识，置于与理论教学同等重要的地位，切实推动实验教学改革，为实施素质教育，培养创新人才打下坚实的基础。
二、改革实验教学，营造创新氛围，发挥学生的主体作用，培养创新能力
实验教学是物理教学实施创新教育的重要基础和手段，实验不仅对激发学生学习兴趣，提高实践能力具有不可替代的作用，而且也是为学生创设创新氛围，培养创新意识、创新思维、创新能力，提高科学素质的有效途径。
当前实验教学普遍存在着只重视简单的操作练习。教材中的演示实验和学生实验，从器材、方法到表格设计都是按照规定好的步骤和方法进行实验，教师很少去引导学生思考和探索，有些学生在实验中只是依葫芦画瓢，根本不能领会实验的原理和思想。不利于学生创新思维的培养。因此必须改革实验教学的方法。
1．创新演示实验，激发学生的创新意识和创造性思维
苏联教育家苏霍姆林斯基说过“在人类的心灵深处，都有一种根深蒂固的需要，这就是希望自己是一个发现者、研究者、探索。而青少年的精神世界中，这种需要则特别强烈”。所以还要在认识过程中去激发学生心灵深处那种强烈的探索欲望。创新教育需要创造性的教和学，在培养学生的创新能力，教师首先要具有较高的创新素质，为创新的榜样。教师创新演示实验，不但要使学生掌握有关的物理知识，而且要培养他们不信迷信课本，敢于对科学方法进行创新的精神，激发创新意识，进而达到培养学生创新的目的。
例如：自由落体运动，一般都是用纸片和金属片做实验来证明自由落体的时间与物体的质量无关，先问学生：“同一高度同时释放纸片和金属片，哪个先落地？”学生回答是：“金属片先落地。”如果说把纸片搓成一团，再问学生，学生答：“同时落地。”实验结果果然是这样，但我把它改动一下，我并不把它搓成一团，而是在做第一次实验时，把纸片叠放在金属片上，释放金属片，这时奇迹出现了，纸片紧贴着金属片一起下落，实验结果与学生的想象相反了，顿时，课堂气氛十活跃，学生感到奇怪，还以为老师在金属片上涂了浆糊，同样的规律，同样的教具，前者平淡无奇，后者但又一针见血的揭示了现象的本质。因此老师通过创新演示实验，大大的激发了学生的好奇心，对学生产生了强烈的刺激，能极大的激发了学生的学习兴趣，集中学生的注意力，加强了记忆的效果，更加充分、淋漓尽致地发挥了演示实验的作用，取到了意想不到的效果。
同样如，做静电屏蔽的演示实验时，为了提高实验的“惊险性”，把两只可爱的小鸟装在一只铁笼子里，然后用高压感应圈的放电针去接触铁笼，令学生意想不到的是，在高压放电下，小鸟竟然毫发无损，安然无恙。，从而使学生对静电屏蔽有了更加直观而深刻的认识。通过这此变戏法式的寓教于乐的创新演示实验，使学生们在笑声中更进一步加深了对物理现象和规律的理解，并明白物理知识和生活是息息相关的，一个成功的创新演示实验，不但可以示范说明物理知识，而且通过老师的创造性思维方式和从中体现出来的一言一行，无不让学生耳濡目染、潜移默化，从而激发学生的创新意识和创造性思维，对发展学生的创新能力起积极的作用。
2．变演示实验为探索性实验，培养学生的创新能力
在以前，课堂演示实验一般以教师为主体，学生仅仅是旁观者，没有直接参与，不利于其创新能力的培养。将演示实验改为探索性实验，让学生充分的动脑、动手、动口，发挥学生的主体作用，从而有利于学生创造性思维的激发。
例如，在电磁感应教学中，让学生作探索性试验，由载流导体在磁场中的运动来判断暗箱中连接的电学元件的种类和接法，并由此引发一个系列实验，讨论、回答一组学生辅导题，再让学生自己来表述法拉第电磁感应定律，并进一步加以实际应用；又如在用实验得到单摆公式的时候，可以提示学生在得到牛顿第二定律时所用的实验方法（控制变量法），从而让学生自己设计实验来总结得到单摆的周期公式，这样在讲授知识的同时，潜移默化地将物理学中一种非常重要的方法告诉学生，使其在今后的工作中可以利用这种方法去创造性的从事别的工作；再如在原子物理教学中，通过介绍原子模型的演变、发展，使学生认识到“实验→假说→新实验→新假说”这样一种科学假说方法；例如在进行力的合成与分解的过程中，只需要适当地说一句，这个力与那几个力作用效果相同，从作用效果上看，这个力的作用相当于那几个力的共同作用，就像电阻串并联的总电阻一样，这种利用效果相同的方法是物理学中常用的方法，学生自然会从这种这段话中体会出等效方法的内涵，也会从一次次的具体应用中认识到所学的科学方法。诸如上述的例子在物理学中非常多，只要我们仔细去挖掘并与物理教学有机地结合起来，引导学生主动学习、主动探索，自己去发现问题、发现规律，对于学生创新能力的培养是大有裨益的。
3．以设计性实验为载体，促进学生创新能力的发展
手脑结合，是创新教德育开始，“手脑双全，是创新教育的目的”，脑和手是必须紧密联系的，其联系的程度将直接影响创新能力的水平，而我们的实验本身就是促进手脑联系的桥梁。实践证明，指导学生进行设计性实验的训练是促进学生手脑紧密联系的一项有效措施。设计性实验力求使学生感到有探索价值和设计必要，能引起学生兴趣，能培养学生动手动脑的能力。另外，实验设计应注意联系教学实际，努力从学生及实验的具体情况出发，通过启发引导、点拨指导，达到控制实验难度，降低思维台阶，逐步提高设计水平，进而达到培养学生创新思维能力。再次，所谓设计性实验就是要打破现成的实验方案，根据实验目的和一些特定的要求、条件自行设计实验方案独立的完成实验。由于这种设计具有较大的灵活性，需要学生在牢固掌握基础知识和基本方法的前提下，突破固定的模式，充分发挥了学生的创新意识和创造性思维，并在实验过程中促进学生的创新能力不断的发展。
例如，在研究单摆振动规律的教学中，为了帮助学生进行实验设计，首先应当向学生介绍在多种因素可能影响单摆周期的情况下，为了判断周期与某一因素的具体关系，较为简便的方法是“控制变量法”，并加以“同时比较”。即在控制其它变量不变的情况下，将某一物理量量值不同的两个单摆放在一起摆动，比较振动快慢，从而得到周期与摆球质量以及振幅无关，这样研究的重点就转移到判断周期与摆长的关系上来。至于对有一定难度的周期与重力加速度的关系，我们可以通过虚拟变量引导学生思考：如果g增大，T将如何变化？由于导致单摆振动的回复力来源于重力，若g变大，则回复力变大，故单摆振动加快，即周期T变小。
通过这些自由度大的、自主性强的设计性实验，学生能学到许多知识，又能培养学生的观察能力、动手能力和思维能力，更以其趣味性和探索性，在培养学生的创新精神和创新思维方面发挥其独特的功能和作用。学生在实验过程中有时不可能一步到位，需要反复的修正，这些过程本身既然很好的锻炼他们的实验能力，更能使他们的创新能力得到充分的发展。
三、开展研究性学习活动，促进学生创新能力的进一步发展
创新教学的构成要素是研究性、主体性、发现性、归纳性等，这就要求在实施教学方法创新的同时，用"创造性的教"为学生"创造性的学"创造环境和条件。研究性学习就是根据这一需要设置的新的课程计划，具有典型的创新教育功能。
研究性学习是学生在教师的指导下，从周围生活和社会生活中选择和确定研究课题，以类似于科学研究的方法主动地获取知识、应用知识、解决问题的学习活动。一般可以从三个方面选题：1）学科知识型选题、2）热点型课题、3）社会生活型选题。总之，只要能在平时学习的过程中，多关心、多留意社会生活和周围环境等的变化，那么可供选择的研究性课题是取之不尽的。通常有：查阅资料、实验操作、走访专家、社会调查、问题讨论、现场观察等。
研究性学习的主要活动程序如下方框图所示：研究性学习与传统的学科教学中只重视学生学习结果可量化、可操作性的预期不同，研究性学习应该将学习过程看得比结果更重要．学生在选定课题后，首先要引导他们对课题进行认真分析，找出存在的问题，建立问题的概念框架，提出预期目标．其次是让学生查阅资料，开展小组探索讨论，设计研究方案，进而对方案的可行性进行论证，通过反复修改论证，确定比较可行的研究方案．再次根据研究方案进行探索研究．教师要引导学生仔细观察实验过程的每一个环节，作好实验记录，进行思考分析，解决遇到的问题和挫折，进而得出研究结果．然后对研究的过程和研究成果进行检验、评价，最后进行总结交流．这样即使成果是稚嫩可笑的，不足称道的，但学生通过一系列研究过程的亲身经历，可了解科学研究的一般流程和方法，锻炼与他人进行交往合作的能力，知道除教材以外还有很多获得知识和信息的渠道．有利于学生养成科学精神和科学态度，有利于培养他们的创新素质和创新能力．
四、拓宽和重视课外实验，培养学生创新思维能力
学生的课外实验和课外小制作，主要是以扩展学生的知识面、培养学生的创新能力为主要目的。学生在课外实验中，老师要适当引导，不使他们过多地碰壁。但是老师也不可以包办代替，要让学生经受挫折，从总结经验教训，不断改进实验，发挥学生的创造性；另外可让学生自制仪器，培养学生创造力。比如：“比较材料的隔声性能”课外实验中，应该让学生自己根据生活经验及背景知识，选择其所熟习的隔声材料，设计实验，学生们可以从家常用品选择很多不同的隔声材料，如：泡沫、木板、硬纸盒、衣服、报纸等等；同时，为了对不同的隔声材料性能进行比较，学生必须设计一种声音等级的量化标准，通过实验观察，比较出其所选择的隔声材料的优劣。学生通过课外的实验，体验了自己提出来的问题、进行猜测、设计实验、收集证据、检验假设、交流探究的过程，从而使实验获得成功，这样会增加学生学习的乐趣并能充分发挥自己的创新能力。
二十一世纪创新人材的培养是世界教育发展的主流，创新教育既关系到学生个人的可持续发展，更是国家和民族发展和进步的需要，所以我们必须树立正确的教育观念，真正地从应试教育转变为素质教育。明确课堂教学是学生获取知识的主渠道，也是培养学生创新能力的主要途径。教师在明确体现创新教育的思想，创新教育的培养目标和实施方案，在教学过程中不断地唤醒学生的创新意识，培养学生的创新精神，提高他们的创新能力，只要我们在实验教学中持续的探索和研究并楔而不舍的坚持下去，就一定能培养出适合时代要求的创新人才。
参考文献：
1．《物理》，全日制普通高中教材 ，人民教育出版社，2003年版。
2．《物理课程标准解读》（实验稿）物理课程标准研制组 湖北教育出版社 2002
3．王棣生，《中学物理创新教法》，学苑出版社 1999版
4．《实验教学与仪器》