开放物理实验室----培养学生创新能力的有效途径

开放物理实验室----培养学生创新能力的有效途径（荣获2008年“教育创新”论文市级二等奖）学科：物理单位：天津市大港区海滨学校姓名：李兴津2007年11月天津市2008“教育创新”教育教学论文［内容摘要］：初中物理教学，要培养学生的科学素养，注重培养学生的探究能力和创新能力，而开放物理实验室是一个非常行之有效的途径。开放实验室要注意实验内容的选择，要尽力做到新、活、趣、廉等。要以兴趣性实验、基础性实验、拓展性实验为主，在开放实验过程中注意合理分组，分层教学，抓好“七个正确”。鼓励学生进行验证性实验和设计性实验，利用仿真模拟实验进行适当补充。不仅将课堂延伸到实验室，还可以进一步将课堂延伸到校外，将实验延伸到社会、社区和家庭，把课内探索与课外延伸相结合。在开放实验室中要注意做好学生精品制作、小发明的收集、整理与展示工作，以鲜活的实例激励学生。通过开放初中物理实验室，可有效地帮助学生形成概念，导出规律，掌握理论，从而更好地领会物理知识，培养学生的观察事物、分析问题、解决问题的能力以及创新能力。［关键词］：物理教学、物理实验、创新能力、教学方法、教学延伸开放物理实验室----培养学生创新能力的有效途径面对新的课程改革，针对物理教学中存在的具体问题，我们开展了物理专项课题研究。在课题研究实践中，我们不仅学习了教育理论，进行教学实践，多次重温物理课程标准，感到物理课程标准中所倡导的“从生活走向物理，从物理走向社会”教育理念，不仅为我们明确了教学理念，而且蕴涵着教学原则和策略。我们通过实践研究把其归纳提炼总结为“整体策划，作品为范，实验引领，探索感知”的课堂教学策略和贴近生活，注重实践的基本原则。课题的研究结果也进一步揭示了实验引领对于初中物理教学的重要性。然而，在课题研究之初的实际教学中，实验环节往往落实得并不理想，物理实验数目达不到要求。据初步统计：学生分组实验完成率约为85%，演示实验完成率约为60%，学生的小实验完成率约为20%以下。教师普遍存在着重理论轻实验的思想，教学方法普遍采用讲授法，导致实验教学形式单一、陈旧，单纯为了完成教学任务而安排实验，学生最多只是机械模仿，缺少动手和动脑的机会，能力得不到相应的提高。物理课程标准明确指出：“物理学实验是人类认识世界的一种重要活动，是进行科学研究的基础。”实验在物理教学中占着举足轻重的地位。加强实验教学，提高物理教学效果和开发学生创新能力，在加强素质教育的今天，显得更加重要。为此，在初中物理教学中开放物理实验室，加强实验普及与实验延伸，并在时间、地点和人员上予以充分保证，对学生免费开放，成为我们课题研究确定的重要教学措施。经过三年的实践取得了良好的效果，以下是在开放物理实验室过程中的具体思路和做法：一、开放实验室的主导思想：遵从课题研究确定的教学策略和基本原则，以实验引领，让学生在探索中感知知识。通过开放物理实验室，对课堂予以延伸，把课上做不了的、没时间做的，让学生在实验室里完成，以给学生个性发展提供广阔的空间，让他们把“奇思妙想”在这里验证、升华。实验过程中，通过“引导—探究—实验—交流”，优化实验教学过程、指导实验方法，通过开放物理实验室，让每一个学生都能把教材上的每一个实验落到实处，并拓宽他们的知识面，从而激发学生的学习物理的兴趣，增强学生的观察与动手能力，培养学生设计实验、采集实验数据以及处理数据的能力，并在此基础上进一步培养学生的创新能力。二、开放实验内容：开放的实验室的目的是为了培养学生学习物理的兴趣，巩固物理基础知识，同时适当地予以拓展，以培养学生的创新意识和创新能力。为此，面对不同程度的学生，将实验恰当分类，有助于分层教学，吸引更多的学生参加到课外实验中来。经验一段时间的探索，我们把开放的实验内容主要分为三类：兴趣性实验、基础性实验、拓展性实验。1.兴趣性实验:是以培养学生学习物理的兴趣为目的。在教学中，有些演示实验是为了提出问题、激发学生兴趣，这类的实验在通常的教学中往往采用教师演示或让少数学生演示，大多数学生只是观看，观看的效果自然不如学生亲自动手实验的效果好。开放物理实验室后，学生可以在实验室亲自动手做自己想做的实验，在失败与成功中体验其中无尽的乐趣和奥秘，效果远比课上的观看要好的多，印象也深的多，这样有利于学生动手能力的培养，在实践探索中学习知识，易理解，也容易记忆。如试管吞鸡蛋、水果电池、手摇发电机、集成电路、漏斗吹乒乓球等实验，学生们感到实验中充满乐趣，在实验中享受快乐，在快乐中进行实验，浓厚的物理学习兴趣自然形成。2.基础性实验：在做兴趣性实验的同时，引导学生做基础实验，目的是通过实验巩固基础知识，探寻物理科学规律，培养学生观察、分析、综合、解决问题的能力。为此，在做兴趣性实验的同时，更要做好基础实验。让学生从基础实验中，通过实验来获取知识，掌握探究学习的方法，同时培养学生规范化操作实验的良好习惯。如探究串并联电路的特点、电路中电流与电压和电阻的关系、电流表的使用、电压表的使用等实验。3.拓展性实验：通向成功的路不只一条，完成一项实验的方法也不只一种。为了培养学生的发散思维，实验中要鼓励学生大胆探索，勇于创新，在原有实验的基础上，自己设计实验，探索解决问题的不同途径。为此，要鼓励学生敢于做拓展性实验，自己设计实验，以培养学生的创新能力和知识的迁移能力。学生通过设计实验方案，探索解决问题的途径，最终得到正确的结论，其综合能力会得到很大的提高。在实验探究过程中，教师要给每个学生亲自动手参与的机会，明确他们所承担的任务，鼓励他们发现问题、分析问题，并最终解决问题。例如：在讲串、并联电路前，先给每组学生两个小灯泡，让学生自己设计电路使两盏灯都能亮（元件任选）。学生刚开始设计的实验五花八门，有短接、短路、串联、并联等，通过实验探究最后总结出串、并联电路，使学生体验探究过程、尝试成功的喜悦，收到较好的效果。学生还可以利用课余时间到实验室，用实验验证作业中的难题或不明白的地方、以及自己的猜想，这对学好物理都是非常有益的。例如，学生在学电学的电路时，有时做题对电路琢磨不明白，学生可以到开放的物理实验室里用实验验证是通路、开路、短路、短接、串联还是并联…这些都一目了然，比抽象的讲解效果好得多。三、开放时间和地点:为了让更多的学生有时间走进开放的物理实验室，在实际操作中把开放实验室的时间基本固定下来。具体时间在每天放学后的半小时或周六进行实验室开放,确保每星期两次。地点是物理实验室,针对八、九年级学生开放，学生自愿参加。在开放实验室的时间内，教师到场组织、指导，以保证学生实验的安全、有效，并且高效。四、开放实验过程：1.制定实验教程：为培养学生良好的实验操作习惯，为以后的规范化操作奠定基础，根据各种实验教学类型编写出一套专门的实验教程。开始做的几个实验，详细地给出了实验原理、实验目的、实验步骤、数据表格、实验报告的书写模式等，要求学生在实验的过程中自始至终抓好“七个正确”：第一，选择仪器正确；第二，安装调试实验装置正确；第三，操作步骤正确；第四，观察方法正确；第五，采集数据正确；第六，处理数据正确；第七，实验结论正确。先让学生打好基础，养成按一定程序有条不紊地进行实验的习惯；以后的实验逐步引导学生独立地列出实验步骤、自制实验表格等，从而提高学生设计实验的能力。同时教程还包括：根据实验内容布置一些预习思考题，对学生实验提出明确、具体的要求，让学生带着一定的任务来做实验。在实验的各个阶段（实验前、实验中、实验后）教师提出一系列富有启发性的问题，或根据需要，提出学生不能马上回答的问题。学生就会带着这些问题做实验，在实验中分析、验证、解决问题。学生在完成规定的实验的前提下，鼓励学生对原有实验进行改革创新，大胆设计实验方案，独立或与同学合作进行实验，在实验探究的过程中体验成功。比如测物体密度实验，学生在掌握教材介绍的固体和液体的用天平测密度方法后，还可以借助弹簧测力计及浮力测密度，学生体验了近十种方法，学生在开放的实验室里通过亲手做实验，既培养了动手及观察问题、解决问题的能力，也加深了对知识的理解。2.分层教学因材施教：十个手指不一样齐，学生学习中也同样存在对知识接受快与慢的问题。为让各类学生在实验中都有所收获，体验到成功的乐趣，合理的分组是非常必要的。学生在实验大体表现为三种类型：第一类是理解能力差，反应较慢，动作缓慢；第二类是思维敏捷，动作粗糙；第三类是独立思考，动手能力强。第一类学生侧重基础实验，做模仿、验证性实验；第二类学生以设计实验为主；第三类学生加强实验的拓展和延伸。不管哪类学生，在整个实验过程全部由学生自己独立完成，教师在必要时答疑引路．另外学生还要写出实验报告，并写出本实验成功的关键、有何不足，以及心得等。分组实验，可采用二人一组，鼓励学生间互相帮助，在教师的引导下，学生自由组合，教师统筹安排。3.做验证性实验和设计性实验：在实验中，第一类的学生通过做验证性实验加强对实验过程的理解，加深对物理规律、概念的理解。有能力的学生可以通过设计性实验方案，探索解决问题的途径，分析实验，最终得到比较准确的结论。在实验探究过程中，教师要给每个学生创造机会，明确他们所承担的任务，鼓励他们发现问题解决问题，帮他们出主意想办法。例如：做伏安法测电阻实验时，可以先让学生根据所学知识自己设计实验，然后通过实验验证它，最后小组交流讨论实验存在的问题和改正方法。教师还可以引导学生思考：遇到电压表坏了，如何只用电流表测电阻？学生探索解决问题的方法，设计实验，再通过实验进行验证，最后学生总结出五种方法。如果电流表坏了呢？又怎样处理？学生通过发现问题、解决问题、再发现、再解决问题，加深对知识的理解，培养学生创新能力。4．利用仿真模拟实验对实验进行补充：对于实验过程不够清晰或受时空条件限制，不能满足教学要求的实验，从实验直接获得的感性认识到需要学生理解掌握的规律之间的跨度较大的实验，要考虑发挥现代信息技术的优势，在真实实验的基础上，用模拟实验予以补充，通过形象处理叠加信息分析，建立形象思维到抽象思维之间的桥梁，帮助学生解决分析理解的困难。例如：在研究凸透镜成像时，在实验的基础上，利用数理平台或几何画板软件，学生输入焦距后，用鼠标拖动“物体”，计算机就按科学规律给出物体的像，以及像的位置、大小、正倒、虚实都正确地呈现出来，可以丰富学生对物理情境的感性认识，深化对科学规律的理解，然后通过实验验证，效果非常好。我们在实验室安装了“仿真物理实验室”（初中物理版）的实验软件，应用计算机强大的仿真功能，把学生分组实验和演示实验做成唯妙唯肖的仿真实验，在荧光屏上，仪器能调节，线路可以连接，短路燃烧能冒烟，测量可任意读数。无论从仪器构造、实验装置、实验操作等都与实际情况和过程相仿。初中物理电学有的实验是要求在安全电压以上进行的，直接实验很不安全，比如在探究电灯泡的功率时，用实物验证就有一定的局限性，利用仿真实验室给学生提供了仿真空间，既安全又可以体验真实实验，为学生生动活泼、快速学习架设了桥梁。五、对开放物理实验室进行延伸：课程标准中提出了新的课程理念，其中之一为“从生活走向物理，从物理走向社会”，让学生从身边熟悉的生活现象去探索认识物理规律，让他们在实践过程中体会到物理在生活与生产中的实际应用。这不仅增加了他们学习物理的乐趣，而且还将培养了学生良好的思维习惯和科学探究能力。为此光靠校内师生的实验是不够的，满足不了学生的求知与探索欲望，为此，可引导学生将课堂延伸到校外，将实验室搬到社会、社区和家庭。有机地把课内探索延伸到课外，这不仅是课堂的延伸，同时也是素质教育的延伸。利用课外活动这块阵地，我们举行了许多别开生面的专题讲座、专题答辩会、科技信息讲座、小制作、小发明展览等，对促进实验教学起到了很好的作用。举办综合性实验竞赛，将知识性、趣味性、科学性和群众性融为一体。为了巩固实验教学的质量，使课外活动具有更大的吸引力，每学期定时举办规模较大的实验竞赛活动。引导学生自制学具、教具，参加“小发明、小制做”活动，在这个活动中，学生们大胆设想认真设计、精心操作，例如：自制潜水艇、杆秤、电子门铃等。这是传统的教学过程