物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)開發(fā)應(yīng)用綜述

白 金，孫春艷

（安慶師范大學(xué) 數(shù)理學(xué)院，安徽 安慶 246133）

物理是自然科學(xué)中的一門基礎(chǔ)學(xué)科。在物理教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)不僅是非常重要的內(nèi)容，也是應(yīng)用最廣泛的方法。為了增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和動(dòng)手能力、充分彌補(bǔ)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足、提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，開發(fā)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)來(lái)更好地進(jìn)行教學(xué)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。

1 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的發(fā)展歷程

1.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀

為了能更好地進(jìn)行教學(xué)，國(guó)外在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)上也開展了創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。

在英國(guó)，自從1988年頒布了英國(guó)國(guó)家課程，物理教學(xué)的發(fā)展登上了一個(gè)新的臺(tái)階，學(xué)生能力和創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)受到了高度的重視。

在美國(guó)，學(xué)生個(gè)體和團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)中的創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力的培養(yǎng)也一直受到重視，能夠讓學(xué)生從簡(jiǎn)單的選擇實(shí)驗(yàn)器材組裝到獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)進(jìn)行各種創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的開發(fā)與應(yīng)用，而且在美國(guó)很多地方，物理老師都能夠根據(jù)地理位置和學(xué)生特點(diǎn)獨(dú)立設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，使實(shí)驗(yàn)具有獨(dú)特性和創(chuàng)新性，達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。

德國(guó)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)更是人們學(xué)習(xí)的榜樣。德國(guó)物理實(shí)驗(yàn)教師一直以“沒(méi)有實(shí)驗(yàn)的物理課不是好課”這一信念來(lái)完成教學(xué)，學(xué)生主動(dòng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)和思維活動(dòng)的方式獲取物理規(guī)律和物理知識(shí)內(nèi)容，教學(xué)大綱明確。通過(guò)這種方法，學(xué)生更容易掌握物理概念和規(guī)律，教師能夠把創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)隨時(shí)隨地運(yùn)用到實(shí)際教學(xué)中。

上述3個(gè)國(guó)家在物理實(shí)驗(yàn)方面的教學(xué)都集中在創(chuàng)新性以及高要求的技術(shù)層面，但對(duì)于我國(guó)偏遠(yuǎn)地區(qū)以及不發(fā)達(dá)地區(qū)而言，仍然缺乏可行的操作，更無(wú)法將此教學(xué)方法應(yīng)用到落后的教學(xué)環(huán)境中[1-3]。如何把創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)自然、有效地運(yùn)用到物理教學(xué)等方面的研究是非常重要的。本研究將從具體的教學(xué)實(shí)際及當(dāng)前的國(guó)情出發(fā)，結(jié)合各國(guó)的教學(xué)特點(diǎn)，探討如何把創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)運(yùn)用到教學(xué)中去。

1.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

在我國(guó)，隨著科技的發(fā)展和學(xué)科教學(xué)需求的提高，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)越來(lái)越重要。對(duì)于物理實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新，很多研究者從不同方面進(jìn)行了詳細(xì)的研究。例如，由臧文彧[4]主編的《趣味物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)》主要介紹了科學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作，將“微實(shí)驗(yàn)”視頻植入與“數(shù)字模擬實(shí)驗(yàn)”技術(shù)相結(jié)合，包括趣味物理小制作、小探究和小實(shí)驗(yàn)，分別從知識(shí)、實(shí)用、觀賞等方面出發(fā)，對(duì)物理教師的教學(xué)起到很好的借鑒作用。

由劉炎松[5]編著的《物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新研究“非常規(guī)”物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)制作能力培養(yǎng)》，提出以物理新課程改革為原則，對(duì)未來(lái)教師的教學(xué)提出了新的要求，客觀地分析了物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的盲點(diǎn)，并研究了“非常規(guī)”物理實(shí)驗(yàn)方案和儀器的開發(fā)設(shè)計(jì)，提出了以“非常規(guī)”物理實(shí)驗(yàn)方案為設(shè)計(jì)手段、以創(chuàng)新技術(shù)為主要手段的實(shí)驗(yàn)資源開發(fā)，為物理教師教育課程體系的構(gòu)建提供參考，為相關(guān)課程設(shè)置的必要性和可行性提供研究依據(jù)。

朱正元是著名的物理學(xué)教育家，提倡實(shí)驗(yàn)的開發(fā)和設(shè)計(jì)建立在日常生活中的常見(jiàn)物品上，并提出了以“壇壇罐罐能當(dāng)儀器，拼拼湊湊可做實(shí)驗(yàn)”為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)概念，解決了創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的設(shè)備和資金短缺問(wèn)題。除此之外，由劉彬生等[6]編著的《創(chuàng)新中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》主要介紹了電子信息技術(shù)在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)中的實(shí)際應(yīng)用。

此外，張明亮[1]的碩士論文《中學(xué)物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)開發(fā)研究》則闡述了實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新思維的過(guò)程：?jiǎn)栴}提出、路徑求解、頓悟閃現(xiàn)、檢驗(yàn)方法、創(chuàng)新達(dá)成，并提出相應(yīng)的設(shè)計(jì)過(guò)程，介紹了兩例個(gè)人的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)案例。林廣波[7]的碩士論文《高中物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐研究》主要針對(duì)高中物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐研究，總結(jié)出一些在實(shí)踐中可行的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，期望通過(guò)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐，提高學(xué)生的動(dòng)手能力、觀察分析能力、評(píng)價(jià)提升能力和實(shí)踐創(chuàng)新能力。同時(shí)，希望本研究的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)?zāi)転橥刑峁﹨⒖肌?/p>

據(jù)悉，在中國(guó)知網(wǎng)上搜索“中學(xué)物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)”，從1992年1月到2020年12月，共有26篇碩士學(xué)位論文以及31篇文章發(fā)表在不同的雜志上。物理實(shí)驗(yàn)一直都是物理教學(xué)中非常重要的一種手段，新實(shí)驗(yàn)的開發(fā)、實(shí)施更是非常重要，有助于達(dá)到培養(yǎng)和強(qiáng)化學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新思維以及創(chuàng)新能力的目的。

2 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)及過(guò)程

2.1 特點(diǎn)

創(chuàng)新是實(shí)驗(yàn)具備的最大特點(diǎn)，根據(jù)巧妙的設(shè)計(jì)，按照實(shí)驗(yàn)的基本原理，利用簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)器材、簡(jiǎn)捷的實(shí)驗(yàn)方法以及合適的教學(xué)手段，合理實(shí)施創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，讓傳統(tǒng)與新思想發(fā)生碰撞，擦出創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)火花，極大地豐富教學(xué)過(guò)程，全面發(fā)展學(xué)生的個(gè)性和思維。

除此之外，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的選材成本要低，但是設(shè)計(jì)的思維要巧，獲得的效果要明顯，從而達(dá)到教育的實(shí)際目標(biāo)。創(chuàng)新源于學(xué)生的日常生活，就如朱正元先生提出的“壇壇罐罐能當(dāng)儀器，拼拼湊湊可做實(shí)驗(yàn)”，取材于日常生活用品，這樣學(xué)生對(duì)其特性以及用法都非常了解和熟悉，能真正感受到物理來(lái)源于生活，讓創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)親切感十足，使學(xué)生更容易接受。為了使創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)達(dá)到更好的效果，首先要讓學(xué)生親自參與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)過(guò)程，其次要保證實(shí)驗(yàn)的可行性、易操作性、效果明顯性，讓學(xué)生感到物理不那么神秘、科學(xué)也不那么遙遠(yuǎn)。

2.2 過(guò)程

在開發(fā)與設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，首先，教學(xué)者要對(duì)教學(xué)目標(biāo)、內(nèi)容以及學(xué)情有深刻的了解和分析，根據(jù)科學(xué)性、直觀性等原則，設(shè)計(jì)符合要求的實(shí)驗(yàn)；其次，根據(jù)設(shè)計(jì)的方案框圖進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的制作，邊制作邊修正，以確保正常進(jìn)行；最后，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的實(shí)施和評(píng)價(jià)，最終獲得需要的實(shí)驗(yàn)。以上每一步都是實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵。

3 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的研究

以上創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)研究的成果已被運(yùn)用到教學(xué)中。在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，除了取材于日常生活，還要與現(xiàn)在的科技發(fā)展相聯(lián)系。例如，目前智能手機(jī)得到普遍應(yīng)用，開發(fā)軟件也越來(lái)越成熟。因此，在教學(xué)過(guò)程中，可以通過(guò)智能手機(jī)中的開發(fā)軟件對(duì)物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，這在很多文章中都有體現(xiàn)[8-11]。目前，在教學(xué)實(shí)踐及實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽中，對(duì)于創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的研究也很廣泛，比如在一次創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)比賽中，在測(cè)量重力加速度時(shí)，有的學(xué)生設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)單的“滴水法”，有的用阿特伍德機(jī)測(cè)定，還有的利用數(shù)字傳感器精確地測(cè)量了拉力，并結(jié)合阿基米德原理獲得重力加速度。這種創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生更好地掌握了重力加速度的物理意義以及相關(guān)物理知識(shí)，拓寬了學(xué)生的眼界，鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力及創(chuàng)新思維。

4 結(jié)語(yǔ)

了解基于創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的國(guó)內(nèi)外實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展歷史以及創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的重要性，人們將開發(fā)出更多的基于日常生活的創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)，豐富物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使學(xué)生更有興趣參與物理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，進(jìn)行更多的科學(xué)探究，提高學(xué)生的自主探究能力。