高中物理教学中创新实验的设计与实践

摘要：随着新课程标准的改革与优化，物理实验教学的重要性不断提升，成为教师教学改革中需要重点完善与改进的课程内容。物理实验教学不仅可以帮助学生更直观地理解物理现象与原理知识，而且能够培养学生养成科学实验的思维意识，进而具备良好的实验操作技能，用实验动手解决生活中的现实问题。本文即在此背景下展开研究，通过分析现阶段高中物理实验教学中面临的问题，进而提出高中物理教学中创新实验的设计与实践路径。

关键词：高中物理；创新实验；教学设计；实践

相比较其他学科而言，高中阶段的物理课程有着更强的逻辑性与抽象性，因此在教学过程中需要通过实验设计与操作帮助学生简化理解，以此达到提高学生认知水平和理解能力的目的。但在现阶段的实验教学中，由于实验设计、开展方式等方面的问题，使得实验课程与学生需求无法匹配，进而影响了对学生思维方式、创新能力以及实验操作能力的培养效果。因此需要教师通过对实验教学形式与内容的创新设计与优化完善，以此达到提升物理实验教学效果与质量的目的。

一、现阶段高中物理实验教学中面临的问题

（一）对实验教学关注不足

在高中物理教学中，教师作为教学活动的组织者与实施者，对于实验教学的重视和关注度存在不足。一方面在于部分教师对物理实验课程的重视度较低，未能认识到实验教学对学生逻辑思维与实验意识的培育重要性，进而给予实验教学的关注不足。比如在实验形式上主要以教师演示和学生模仿为主，学生缺乏自主实验和探索的平台。另一方面在于部分教师对物理实验教学的设计不足，现阶段物理实验已经成为高考命题的重要对象与目标，并且呈现出多元化、多样化、创新化的实验设计特征，不断与学生现实生活建立联系，但物理教师在实验活动设计中仍采用传统教材提供的实验流程，并没有为学生提供创新实验活动，进而导致学生的创新思维与实验能力无法得到更好的发展。

（二）学生主体地位不突出

在新课程标准改革进程中，以生为本是教师教学设计的基本原则。但在现阶段的物理实验教学中，教师并未给予学生应有的主体地位。一方面，在物理实验活动设计上，教师很少将物理实验与学生现实生活相关联，过于专业化的实验形式与内容往往无法引起学生的共鸣。另一方面，在物理实验活动开展过程中，教师给予学生的自主实验机会与平台较少。比如教学过程中教师通过演示实验流程限制了学生实验操作的方式和规范，无法培养学生的自主设计实验能力与创新能力。又比如未能为学生提供自主讨论、分析与实验操作的开放式实验活动，学生无法将自己的实验思路与想法落实在行动之上，由此也成为影响学生能力发展的重要因素之一。

（三）缺乏实验创新与升级

物理实验应当是反馈现实生活现象的、有趣的、具有物理规律与象征意义的实验活动。但在实际物理实验教学中，部分教师才去的教学方法有着照本宣科的形式特征，比如教师重视实验内容的演示，强调学生机械性地完成实验步骤。又比如为防止出现实验事故，或者确保实验成功，教师将实验设计成固化流程，学生只能按照流程以达成目标。但这就使得物理实验课程逐步成为一个任务流程，学生无法获得思维层面的发散与成长。这就需要教师在实验形式和内容设计上进行创新与升级，让学生先感受到物理实验的趣味性与科学性，进而达到其他层面的教育目标。

二、高中物理教学中创新实验的设计与实践路径

（一）创设趣味实验，提高学生的实验创设兴趣

兴趣是学生参与学习活动的根本动力，因此在高中物理实验创新设计中，教师应优先掌握创设趣味实验的能力，以此激发学生的实验活动兴趣。对此，教师应掌握巧妙引导的教学技巧，将生活中的物理现象转化为创新实验活动，以此达成趣味性与实验性协同效果。

例如在学习“摩擦力”相关课程内容时，在探求影响摩擦力大小的因素时，教师即可引导学生从生活中切入，进而由此创建实验活动。首先，教师应引导学生思考，生活中存在摩擦力的典型现象。比如有学生提出汽车刹车就是借助摩擦力实现的，而汽车为了增加摩擦力，将轮胎制作成为带有较深纹路的形状，甚至在雪地上还要增加防滑链，以此达到增加摩擦力而防滑的目的。其次，在该学生的猜想中，物体表面越粗糙摩擦力就越大。因此教师可以由此引导学生自主创设实验活动，探求并证实物体表面的粗糙程度是否会影响摩擦力。由此，学生可以分组展开实验活动，比如有学生采取控制变量法，分别用金属圈、透明胶塑料圈以及缠绕毛线的透明胶等在同一桌面上摩擦，通过用手感受其用力大小进而判断摩擦力大小。还有的学生在此实验基础上进行改进，采用拉力器拉动不同的小环，通过拉力器刻度可以更清晰地分辨摩擦力差异，进而证明学生的实验猜想。最后，教师则可以让其他学生也提出不同的猜想，并通过组建小组设计不同的趣味实验，通过最终的分享与总结，让学生依靠自己的力量解决本课需要探讨的问题，达成提高学生实验设计能力与思维意识的目的。

（二）创设自主实验，提升学生的独立思考能力

实验探究活动的重点目的在于培养学生的科学思维能力，而传统实验课程具有模式化、单一化的特征，教师在演示环节将实验的完整流程呈现，学生只能将教师的实验活动重复一遍，这对于学生的思维能力发散没有训练意义，甚至还会因为机械化的实验降低学生的积极性。因此在培养学生独立思考能力的过程中，教师需要为学生提供自主实验的机会与平台。

例如在学习“电磁感应”相关课程时，教师可以将“利用蹄形磁铁的磁场产生感应电流”这一实验活动设计为自主开放实验活动。首先，教师应为学生提供必要的引导。在实验前，教师应引导学生明确该实验的目标，通过思考分析实验过程中需要注意的问题，比如实验依据的理论基础、实验之中存在的主要变量、实验操作步骤和流程应如何设计等。学生需要提前思考并解决上述问题，甚至可以将其列在实验任务单上，以此作为实验引导与注意事项。其次，在实验设计与实施过程中，学生则要依据自身的经验选择单一变量控制法，进而依次探索产生感应电流的条件。教师应观察学生的实验设计过程，并对学生找出的变量条件给出意见。一般学生可选择的变量有导体棒运动情况、线圈与磁场的夹角变化、闭合线路在磁场中的面积大小、磁铁的运动方式等。学生应当根据课程所学内容进行总结细化，进而找到实验重点与难点，在做好实验设计后即可让教师审核，确认其实验设计方案具有可行性且具备充足的安全性。在教师审核后，学生即可进行自主实验，并在实验结束后判断自己的实验结果是否达成实验目的，是否在实验过程中出现错误与纰漏，如果找到错误则要尽快分析引起问题的根源，并在有空余时间的前提下改进实验。最后，无论学生实验成功与否，都应将自主实验活动总结为实验报告，实验成功的学生要总结其实验设计思路、流程方案与操作技巧，实验失败的学生也要记录自己的实验失败过程，分析失败原因，并提出改进和优化的方案。通过这样的教学设计，可以有效培养学生的独立实验思维能力。

（三）创设合作实验，提升学生的交流合作素养

在物理实验教学中，教师除了要锻炼学生的独立实验思维外，还要强化其合作交流能力。因此教师需要为学生设计具有合作性的实验活动，充分发挥学生之间的协同与配合能力，进而提高实验教学的效率与质量。

例如在学习“测量静摩擦力”的实验活动中，学生需要利用弹簧拉力器、小车，以及木块来测量静摩擦力的大小。在该实验中，学生独立完成时往往会因为同时多线操作而造成失误或各类问题，比如学生在观测木块的同时还需要注意弹簧拉力器的指针位置，还需要同时用手拖动小车进行运动，这就容易使得学生独立操作时产生的误差更大。对此教师可以设计两个环节的实验活动，首先，教师应组织学生独立展开实验，并记录实验数据。其次，则将学生两两配对，以二人小组的形式展开实验，并要求二人合理分配实验任务。比如一人可以负责稳定操作，确保拉动木块时用力平稳，另一人进行观察与记录，确保能够观测到弹簧拉力计最大的数值，以此保证实验误差降低到最小。最后则要让学生将两组实验结果分别提交，由此通过对照可以发现，学生建立小组后的数据更精确，进而可以提高学生的合作意识。

（四）创设创新实验，提升学生的科学探索思维

在高中物理教学中，教师还可以培养学生的创新能力，通过引导学生自主创设和开发实验，进而让学生具备应用物理知识设计实验解决现实问题的能力。

在实际教学中，教师可以选择两种方式培养学生的实验创新能力。一方面，教师可以在课程范围内引导学生自主设计实验。例如在电路相关的实验类型中，教师可以让学生在课本之外自主设计新的电路进行实验探索，进而通过实验对比，验证实验的可行性与优劣势，进而提高学生的实验创新意识。另一方面，教师则可以脱离教材内容，让学生围绕现实生活创设实验或发明，以此将所学的物理知识应用到现实之中。例如教师可以创设生活情境，家中的电饭煲坏了，达到温度后无法控制导致米饭焦煳。而学生可以通过网络查询该电饭煲的内部电路图，进而拆除其“磁钢限温器”，并利用实验室的器材自己制作一个具备温度控制效果的继电器。又比如在学习静电相关课程内容后，学生了解到静电具备除尘的效果和作用，于是可以搜集塑料瓶、废笔芯、螺丝、铜丝、打火机、蚊香片、感应起电机等废旧物品与材料制作一个静电除尘器。学生可以在塑料瓶底部钻孔，安装一颗螺丝作为负极，用铜丝穿过笔芯并固定在瓶盖上，以此作为正极。然后将小桶放在塑料瓶中，盖好瓶盖后将塑料瓶固定在支架上，最后用导线连接两级到感应起电机之上，由此可以使得塑料瓶两端产生高压并借助电场力进行除尘。在这样的发明类实验活动中，可以将学生的所学知识转化为对现实生活的帮助与反馈，对学生的应用能力与创意思维发展具有重要意义。

（五）创设实践实验，提升学生的课外实践意识

物理与生活有着紧密相关的联系，因此在日常生活实践中，教师也要培养学生的实验思维与实践意识，进而通过观察生活现象总结物理知识与规律，以此将自然现象或生活现象作为实践实验，以此达到增强学生物理科学思维的目的。

例如在寒暑假放假前，教师就可以为学生布置外出实践活动任务，要求学生观察生活现象与自然现象，进而发现并总结其中的物理知识与规律，并将其整理为一篇物理观察报告，记录自己观察到的物理知识。例如在外出旅行时，观察到周边的车辆，学生就可以联想到大量物理知识，比如汽车刹车痕迹反映了摩擦力相关的知识，大货车与小汽车刹车距离的差距可以证明质量与速度和摩擦力之间的关联等。通过这样的实践观察活动，可以让学生将物理知识具象化，进而运用到解释和解决现实问题之中。

（六）创设竞赛实验，提高学生的综合实践素养

高中生还有着比较强烈的竞争意识，因此在实验教学中，教师还可以为学生创设竞赛类的实验活动，以此锻炼和提升学生的综合素养。

例如在学习“影响加速度的因素”探索实验时，教师即可开展竞赛实验活动。首先，教师可以让学生自主建立小组，并在课外时间进行小组讨论活动，分析影响加速度的因素，并根据因素差异设计对应的实验内容、流程与方案。其次，在各小组学生做好准备后，教师即可开展竞赛活动，要求学生在现场进行实验演示。各小组学生需要通过协同配合，在更快更短时间内完成实验操作，并记录实验现象与数据，确保其实验的准确性与严谨性。在教师审核过后，则可以根据各小组的实验方案设计水平、合作探究意识、操作水平以及最终的数据成果给各小组评分，选出最佳小组并准备奖品。通过这样的竞赛活动设计，可以有效增强学生实验意识、动手能力、创新意识、合作能力与物理思维，并且让学生意识到物理实验的趣味性与实用性，进而让学生们更积极地参与到各类实验教学活动之中。

三、结语

综上所述，在新课程改革进程中，物理实验教学需要全面改革与优化，教师应为学生创设趣味实验、自主实验、合作实验、创新实验、实践实验、竞赛实验等活动，以此针对性培养和提升学生的实验参与兴趣、自主思维能力、合作交际能力、创新探究能力、实践分析能力、综合实践素养等，由此达成物理学科核心素养培育的目标，有效强化学生的物理实验水平，让学生具备可持续发展的能力与品格，获得更好的发展前景。

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