中学物理实验教学与学生创新能力的培养
创新是一个民族的灵魂，是一个民族兴旺发达的不竭动力。在知识经济的社会中人的最重要的素质是创新能力。所以在物理教学中培养学生的创新能力是实施素质教育的重要内容。而物理学从本质上说是一门实验科学，物理规律的发现和物理理论的建立都必须以严格的物理实验为基础，并受到实验的检验。因此在物理教学中，尤其是在实验教学中，注意不断激励学生通过观察、比较、实验、归纳、类比等探索手段提出种种假设和猜想发展他们的创新意识就显得尤为重要。
一、当前中学物理实验教学的目标
随着素质教育的深入开展，物理实验教学目标也随着实践的深入而不断加以调整。物理实验教学目标不应仅仅局限在操作领域，还应包括认知领域和情感领域。通过实验教学应使学生掌握实验的基本理论、方法和操作技能，并具备一定的科学素养，初步养成良好的实验习惯。物理实验教学的方式主要有四种，即演示实验，学生实验，随堂实验和课外实验。所谓演示实验是指教师在讲授知识的过程中为配合教学内容而演示给学生看的实验。因此主要是使学生获得感性认识，培养观察能力和思维能力，引起学习兴趣，同时也能对培养学生的实验操作能力起一定的示范作用。学生实验是物理实验教学的一种重要形式，是培养学生实验能力，掌握实验技能，使学生受到物理学研究的实验方法的初步训练的主要措施。随堂实验和课外实验是物理实验教学的补充形式。总之，培养学生观察、动手实践能力，逻辑思维能力和辩证唯物主义观点是当前中学物理实验教学的目标。
二、培养创新精神已成为素质教育的主旋律
随着时代的发展，培养学生的创新精神已成为素质教育的主旋律。联合国教科文组织认为，教育的使命是使每个人发展自己的才能和创造性潜能。培养创新的人才成为时代的要求。埃德力·富尔在《学会生存——教育世界的今天和明天》中指出：“未来的文盲不再是不识字的人而是没有学会学习的人。教育的目的不应该培养学生从事一种特定的终生不变的职业，而应以培养他们有能力在各种专业中尽可能地流动，并永远刺激他们自我学习和培训自己的欲望”。
物理学研究的是物质的最普遍的运动形式和物质的基本结构，它是研究其它自然科学的基础，物理学与科学技术之间是紧密联系的，物理学基础理论的重大创新往往能促进整个科学技术的发展，反过来，科学技术的创新对物理学的研究也能起推动作用。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。因此，时代要求我们，物理学科的特点也要求我们，在物理教学中必须重视培养学生的创新能力。。
三、如何在实验教学中培养学生的创新能力
“以德育为核心，以培养创新精神和实践能力为重点的素质教育”是我国当今教育改革与发展的主流，其中关于创新能力培养尤其引人注目，成为教育界内外关注的热点。人们在按照创新能力来衡量教育现状的同时，也在思考着创新能力相关的一系列问题。素质教育的核心是创新思维和实践能力的培养，本世纪是科学与技术革命更加深入的世纪，是竞争更加激烈，变化更加迅速，创新更加层出不穷的世纪。因此，学校培养的学生应具有创新精神和创新能力。物理是一门以实验为基础的自然科学，怎样在实验教学中创新，培养学生的创新能力，在此谈谈笔者的一点粗浅体会。
（一）、探索新的实验教学模式，发挥主导、主体功能
课堂教学是学校教学的基本组织形式，培养学生的创新精神也只能渗透到学科的课堂教学中，才能真正成为一种可能。所以，要培养学生的创新精神，就必须对传统的教学方法加以割舍，创设更适合培养创新精神的开放民主的教学环境和氛围。
探索以“引导—探索—实验—掌握”为过程的新教学模式。这种物理实验教学模式能够优化实验教学过程、指导实验方法、培养创新能力。这种教学模式可以充分发挥教师的主导作用，突出学生的主体地位。教师充分相信学生，使学生主动参与实验。课本让学生看，实验让学生做，思路让学生想，疑难让学生议，错误让学生析。让学生独立设计实验，利用物理实验，发挥学生的主观能动作用，最大限度地调动学生自主学习的积极性和主动性。变单向信息传递为双向式、多向式信息传递与交流，教师在课内讲重点、关键点和注意点，发挥好主导调控作用。主要方式是采取提问、答疑、讨论、观察实验现象、动手操作等。
（二）、采用多种实验方法，活跃学生思维。
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。采用多种实验方法，能活跃学生思维，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。
1.演示实验中创新能力的培养
演示实验不能可有可无，它是培养学生能力的一个重要方面，是培养学生能力的向导，教师在演示过程中要讲明实验目的、原理、方法、使用器材、设计思想，分析可能出现的问题；用严谨的科学作风与熟练的操作技能给学生作出示范，使之对学生产生潜移默化影响，更重要的是培养学生的观察能力和思维能力。如光学中观察光线的方向改变和颜色的变化，电磁感应实验中将磁铁对线圈分别做快速和慢速插入与抽出时，观察电流表指针的偏转，通过观察分析出现象与本质的联系。有些学生往往不注意指针的偏转角度不同和偏转方向不同，这反映出学生不同的观察能力。科学家正是由于有敏锐的观察能力，才发现出别人所不能察觉的规律。所以，通过演示实验促使学生在观察中和观察后进行深入细致的思维活动，引导学生的思维向深度和广度发展，经过分析、比较和抽象，找出事物的本质属性，这正是培养学生思维能力，锻炼学生创新能力的好时机。
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2、学生实验中创新能力的培养
学生实验主要以“测量”和“验证”性实验为主，通过实验，使学生学会运用所学知识分析物理现象，正确使用仪器，合理选择器材，精心设计实验方案，规范操作方法，排除故障，处理实验数据，归纳实验结论，以此来培养学生运用知识的能力、综合信息处理的能力和归纳总结的能力。此外，笔者根据实际，在实验教学中进行了下列尝试：
⑴、将演示实验改为学生实验
将演示实验改为学生实验，可变被动接受为主动接受，培养学生创造性思维的独立性。例如：学习“液化现象”时，课本上有压缩体积的演示实验，而没有降温液化的实验，我让学生每人手拿一块玻璃，并对玻璃呵气，让学生体会、研究现象，得出结论。这种做法，能让学生在动手中观察思考，讨论分析，推理、判断，自己去发现问题、解决问题和得出结论，使做实验的过程，成为学生再发现的创新过程。
⑵、将验证性实验改为探索性实验
将验证性实验改为探索性实验，可变依赖思想为探索精神，培养学生忠于实验数据的求实精神和领悟教材的思想方法。变验证实验为探索实验，不仅能让学生积极思考，开发智力，而且增强了学生对成功学习、实验及解决问题的信心。
⑶、将测量性实验改为设计性实验
将测量性实验改为设计性实验，可变思维的单向性为多向性，培养学生的创造性和发散性思维。。又如学过欧姆定律后，让学生自行设计测未知电阻的电路图，学生根据原理设计出下面几种电路图，图3所示，有的还说出他只需—个电压表也可测出来未知电阻Rx的阻值。
我充分肯定了他们应用学过的知识画电路的做法，并根据实验室现有的条件分析得出宜采用的电路，学生感到一种成功的喜悦，通过培养学生的发散思维，也使学生的创新能力在潜移默化中得到培养。
例如，在验证机械能守恒的实验中，可以启发学生思考，你能否利用现有装置测定当地的重力加速度？你还能设计几种测定当地重力加速度的方法？在学生电学分组实验中，在掌握实验原理的基础上，允许学生用不同的器材、不同的实验步骤进行操作实验，可以极大地提高学生学习物理的兴趣，发展学生的个性，活跃学生的创新思维。在实验中学生需要在各种因素中取舍，对所得的信息进行筛选，这就要求学生在追求既定目标的过程中应变、思考和探索，使学生的分析、抽象、综合、表达的能力都得到训练和发挥
3、课外实验中创新能力的培养
课外实验题材广泛，材料极其丰富，是一种激发学生学习兴趣，发挥学生创造能力的有益活动，课外实验不仅能巩固和深化课内知识，而且有利于培养学生的实验技能，增强学生思维的独创性。我们开放实验室，进行物理小制作比赛，使学生尝试到动手动脑的乐趣；指导学生进行小发明创造，撰写科技小论文，培养学生的科幻意识和创新精神，通过这些活动培养了学生收集信息、处理信息的能力；发展兴趣特长，提高了学生的想象力，让学生对同一问题，善于全方位、广角度、多途径去分析思考，从而发展了学生的求异思维和创新能力，撞击学生的创造灵感，促进创新意识的形成和创新能力的培养。
（三）、渗透物理科学方法，培养学生科学创新
中学物理教学大纲中明确规定“要重视科学态度和科学方法的教育”。所谓物理科学方法，就是指在物理学发展的过程中，物理学家研究处理问题的思想方法和手段。常用的方法有：观察与实验方法、归纳与演绎方法、科学抽象与理想化方法、比较与类比方法、分析和综合方法、数学方法及科学假说的方法，这些方法大多隐含在物理知识当中，例如牛顿第一定律就是理想化方法，原子物理学中经常使用的就是科学假说的方法。
知识是宝贵的，但知识只有通过具体的方法加以应用才能体现出知识的价值，所以那些得到知识的方法就显得比知识本身更为重要，只有将方法掌握了，将来才可能利用这些方法去科学的创新。我们的学生将来不一定都成为物理学家，他们在学校所学的知识也不一定在实际工作中都能直接应用，并且随着时间的推移，在学校学的“完整知识体系”也会变得支离破碎。为此从长远观点看，掌握得来知识的科学方法比知识本身更为重要。
进行科学方法教育，不能脱离物理知识的教学，我们要寓科学方法教育于物理教学之中，挖掘教材中的科学方法论的素材，以物理知识为背景进行科学方法教育。科学方法教育的具体内容，往往是以隐性的方式出现在教材中的，所以科学方法必须与物理知识教学相结合，以知识传授作为方法教育的载体，让学生在学习知识的过程中潜移默化地受到科学方法的熏陶。
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，对于学生创新能力的培养是大有裨益的。
另外，从学的方面来说，学生是学习的主体，如同知识的掌握和能力的培养一样，科学方法的掌握也必须通过学生积极的努力、尝试和体验才能得到，为此我们必须设计一些实验或习题，让学生在解决实际问题中逐步掌握物理科学方法，进而培养其创新性能力。例如：我们知道单摆是一个理想模型，学习单摆这一节后，可以安排如下系列问题，让学生讨论：双线摆、小球（可视为质点）在半径很大的光滑半圆形凹槽的最低点两侧来回振动等实例，让学生从中掌握类比与等效的方法。
（四）、引导学生保持积极态度，培养主动探索研究精神。
在物理实验教学中，充当主导作用的教师固然不可少，但充当主体作用的学生的积极态度是学习关键。所以，要在实验教学中让学生积极一点。你积极一点，就领先一步，领先一步，你就领先了一个时代。学习不是一蹴而就的，需要坚强的毅力和积极的心态，否则，只能是半途而废，无功而返。要让学生相信自己的能力，勇于积极提出问题，敢于积极提出解决问题的方案，大胆进行讨论论证，积极实践，能够坦然的承担成功的喜悦或失败的苦涩，是一个人强烈独立精神的体现。1930年人们用α粒子轰击铍元素时发现一种穿透本领很强的、电中性的、不可见的粒子，当时大多数的物理学家认为它是一种高能的γ射线，即光子流，但查得威克坚持用实验结果说话，经过反复实验查得威克得出这一不可见的粒子是中子的正确结果。物理学的发展史有许多事例说明要取得成就，就要有独立精神和挑战精神，是一种创新精神的体现。
当今世界，科学技术突飞猛进，国力竞争日趋激烈，国力的竞争实际上是人才的竞争，知识创新能力的竞争。新的世纪我们国家要列于世界民族之林，我们就必须注意创新能力的培养。更新教育观念，改革教学模式，鼓励学生勇于实践，是新形势下的素质教育赋予我们教师的新任务。对于我们中学教师来说，更应当肩负起这个光荣的历史使命，培养下一代的创新能力是我们的职责，也是时代的需要。
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