【摘 要】物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)有利于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和綜合思維能力。概念與規(guī)律的形成實(shí)驗(yàn)、將習(xí)題轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)和綜合實(shí)踐活動(dòng)的重新設(shè)計(jì)是學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)選題的三個(gè)來(lái)源。

【關(guān)鍵詞】創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)；教材資源；物理教學(xué)

【中圖分類(lèi)號(hào)】G633.7 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1005-6009（2017）83-0047-03

【作者簡(jiǎn)介】湯金波，南京師范大學(xué)附屬中學(xué)樹(shù)人學(xué)校（南京，210036）教師，高級(jí)教師，江蘇省特級(jí)教師。

物理是一門(mén)實(shí)驗(yàn)學(xué)科，學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)有利于學(xué)生動(dòng)手操作能力與綜合思維能力的培養(yǎng)。學(xué)生在設(shè)計(jì)與動(dòng)手的過(guò)程中增強(qiáng)了自己的學(xué)習(xí)興趣與理解能力，也提高了學(xué)習(xí)物理的效率。但不少教師在與筆者的交流中提到一個(gè)困惑：不知道從哪里可以引導(dǎo)學(xué)生生發(fā)出創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的思維火花。筆者理解教師對(duì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)技巧的渴望，這里談一談自己的實(shí)踐。

一、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)源于概念與規(guī)律的形成實(shí)驗(yàn)

新課程理念倡導(dǎo)要變“教教材”為“用教材教”，以此呼喚教師結(jié)合教學(xué)實(shí)際對(duì)教材進(jìn)行創(chuàng)造性的使用。由于教材實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方面存在不足，學(xué)生在觀察、實(shí)驗(yàn)、制作和搜集數(shù)據(jù)以及分析數(shù)據(jù)的過(guò)程中，往往會(huì)遇到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)不符的情況，而此時(shí)正是培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的難得契機(jī)，也是培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、求真、求實(shí)的科學(xué)精神的好時(shí)機(jī)。下面這個(gè)關(guān)于冰的熔化實(shí)驗(yàn)（二次水浴法）能夠很好地說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題。

題目：做冰的熔化實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題與解決辦法。

實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)：當(dāng)我在做冰的熔化實(shí)驗(yàn)（水浴法）時(shí)，測(cè)量出的冰的熔點(diǎn)不是0℃，每次都會(huì)有2℃左右的誤差，那么有沒(méi)有什么方法來(lái)減小這個(gè)誤差呢？

猜想與假設(shè)：在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，我們?cè)?jīng)使用水浴法使得冰受熱均勻，那么多次運(yùn)用水浴法是否可以減小誤差呢？

實(shí)驗(yàn)器材：許多碎冰、開(kāi)水、鐵絲球、金屬易拉罐、鍋、透明玻璃容器。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：利用金屬（鐵）良好的導(dǎo)熱性，在透明玻璃容器和易拉罐之間加入許多鐵絲（鐵絲球），并將這個(gè)整體放入鍋中，在鍋中倒入開(kāi)水。在易拉罐中放入碎冰，并放入溫度計(jì)測(cè)量其溫度，靜待其熔化（可用筷子將冰塊搗得更碎，加速其熔化），待冰塊熔化成冰水混合物時(shí)，仔細(xì)觀察溫度計(jì)的示數(shù)，可發(fā)現(xiàn)其極為接近0℃，大大減小了誤差。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：冰的熔化實(shí)驗(yàn)，可以說(shuō)明多次的水浴法可以減小對(duì)熔點(diǎn)的測(cè)量誤差。雖然我只用了二次水浴法，誤差就減小到了0.2℃以?xún)?nèi)，如果用三次、四次呢？想必可以不使用現(xiàn)代精密溫度計(jì)也可以測(cè)得冰的準(zhǔn)確熔點(diǎn)了吧。

學(xué)生成功設(shè)計(jì)出這個(gè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，至少有三個(gè)收獲：一是真正體驗(yàn)了冰熔化時(shí)溫度保持不變的特性，物理老師都知道冰的熔化實(shí)驗(yàn)不容易成功，按照教材介紹的傳統(tǒng)方法，冰熔化前后溫度計(jì)示數(shù)一般相差2℃～3℃，而兩次水浴法巧妙地解決了這個(gè)問(wèn)題；二是真正理解了水浴法加熱的優(yōu)點(diǎn)，而不是停留于記憶教材中的注解文字；三是學(xué)生得到啟發(fā)，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)并不是高不可攀的，有時(shí)就像捅破一張紙那么簡(jiǎn)單，關(guān)鍵是有沒(méi)有想到去捅。

物理概念的建立與規(guī)律的總結(jié)離不開(kāi)物理實(shí)驗(yàn)，教材中的實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中的作用舉足輕重。教師在引領(lǐng)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)、分析實(shí)驗(yàn)和研究實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，要努力挖掘?qū)W生的潛能，找到優(yōu)化實(shí)驗(yàn)的切入口。創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)不但可以加深學(xué)生對(duì)概念和規(guī)律的理解，而且對(duì)學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)意義重大。

二、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)源于對(duì)習(xí)題的轉(zhuǎn)化

世界上最簡(jiǎn)單的學(xué)習(xí)方式是模仿，但如果模仿沒(méi)有經(jīng)過(guò)學(xué)生大腦的深思熟慮、冥思苦想，沒(méi)有經(jīng)過(guò)學(xué)生的大腦深度加工，就會(huì)顯得機(jī)械。如果教師精選教材的習(xí)題，讓學(xué)生一邊完成習(xí)題，一邊通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證，一定會(huì)帶來(lái)美妙的學(xué)習(xí)享受，更能為學(xué)生打開(kāi)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的大門(mén)。

例如，教材有道經(jīng)典習(xí)題：水蒸氣和水哪個(gè)燙傷更嚴(yán)重？孫遜同學(xué)經(jīng)過(guò)一個(gè)星期的設(shè)計(jì)交來(lái)他的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：蒸籠、鍋、硬紙板并在上面開(kāi)了一個(gè)小口、兩只癟了相同面積的乒乓球、一個(gè)計(jì)時(shí)器、一支溫度計(jì)。

實(shí)驗(yàn)操作：①加熱蒸籠內(nèi)的水蒸氣，溫度計(jì)穿過(guò)硬紙板上的小口插入測(cè)量水蒸氣的溫度，控制火焰大小，使溫度計(jì)讀數(shù)穩(wěn)定在100℃。

②放入乒乓球，同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)。

③觀察癟了的乒乓球，當(dāng)乒乓球恢復(fù)原形時(shí)，立即停止計(jì)時(shí)，并將乒乓球拿出，記錄時(shí)間為5.08秒。

④將鍋里的水加熱至沸騰后，放入另一只癟乒乓球，同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)。

⑤當(dāng)乒乓球恢復(fù)原形時(shí)，立即停止計(jì)時(shí)，并將乒乓球拿出，記錄時(shí)間為16.33秒。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：放入蒸籠的乒乓球恢復(fù)原形的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)比放入鍋里的短。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：100℃的水蒸氣燙傷比100℃的水更嚴(yán)重。

本實(shí)驗(yàn)中運(yùn)用了“轉(zhuǎn)換”的思想，將燙傷程度轉(zhuǎn)換為乒乓球膨脹快慢。100℃的水蒸氣燙傷比100℃的水燙傷更嚴(yán)重是生活中的常識(shí)，也是一道經(jīng)典的物理習(xí)題。原來(lái)，蒸籠里的水蒸氣遇到較冷的乒乓球時(shí)，首先要液化為100℃的水，此時(shí)會(huì)放出大量的熱，然后100℃的水在降溫過(guò)程中還要向乒乓球放熱，所以水蒸氣向乒乓球放出的熱量比水向乒乓球放出的熱量更多，根據(jù)熱脹冷縮的原理，蒸籠中的乒乓球就會(huì)膨脹得更快。

習(xí)題教學(xué)是物理教學(xué)的重要組成部分，怎樣利用習(xí)題提高教學(xué)效率是值得研究的課題。水蒸氣燙傷是生活的常識(shí)，學(xué)生卻無(wú)法直接感受，自然增加了學(xué)生答題的困難。孫同學(xué)的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)為實(shí)驗(yàn)過(guò)程中滲透物理方法（本實(shí)驗(yàn)用到了“控制變量法”和“轉(zhuǎn)換法”）提供了范例，給這類(lèi)習(xí)題的高效教學(xué)提供了一條清晰的思路，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生在解決實(shí)際問(wèn)題中順利建立物理模型也有積極的意義。

三、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)源于對(duì)綜合實(shí)踐活動(dòng)的重新設(shè)計(jì)

綜合實(shí)踐活動(dòng)是指在教師的指導(dǎo)下，由學(xué)生自主進(jìn)行的綜合性學(xué)習(xí)活動(dòng)，它是基于學(xué)生經(jīng)驗(yàn)，密切聯(lián)系學(xué)生的生活和社會(huì)實(shí)際，體現(xiàn)對(duì)知識(shí)綜合應(yīng)用的學(xué)習(xí)活動(dòng)。它最大的特點(diǎn)是生活性、實(shí)踐性、開(kāi)放性，這決定了它是學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的大舞臺(tái)。

題目：距離聲源不同點(diǎn)的響度與該點(diǎn)到聲源的距離成反比嗎？

實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：分貝儀1個(gè)、米尺1把、手機(jī)1部。

實(shí)驗(yàn)操作：①關(guān)好門(mén)窗，盡量避免噪音的干擾。

②在手機(jī)上下載一個(gè)響度相同的鈴聲，將手機(jī)平放在地板上。

③用米尺在距離手機(jī)5cm，10cm，15cm……45cm，50cm處在地板上分別做好標(biāo)記。

④在無(wú)發(fā)聲源的情況下將分貝儀先后放置在各標(biāo)記處，測(cè)量正常情況下的響度，發(fā)現(xiàn)其都為33dB。這樣，每個(gè)區(qū)域噪音的干擾都相同。

⑤分別將分貝儀放在距離手機(jī)0cm，5cm，10cm……45cm，50cm處，依次播放手機(jī)鈴聲。

根據(jù)每個(gè)點(diǎn)的測(cè)量數(shù)據(jù)，匯總成統(tǒng)計(jì)圖和統(tǒng)計(jì)表，如下：

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：距離聲源不同點(diǎn)的響度與該點(diǎn)到聲源的距離并不成反比，它像熱水降溫時(shí)的“溫度-時(shí)間”曲線一般，變化規(guī)律可以總結(jié)為先快后慢。

本實(shí)驗(yàn)利用手機(jī)、米尺等簡(jiǎn)單的器材進(jìn)行定量探究，過(guò)程不復(fù)雜，不但完成了教材設(shè)置這個(gè)活動(dòng)的目的，而且活化了基礎(chǔ)知識(shí)、豐富了實(shí)驗(yàn)手段。通過(guò)對(duì)上面的統(tǒng)計(jì)圖與統(tǒng)計(jì)表的觀察，可以發(fā)現(xiàn)：距手機(jī)0cm～25cm處響度一直是在減弱的，但之后響度卻忽上忽下，有時(shí)甚至比前面的響度還要高。這與生活常識(shí)相違，顯然是有什么因素干擾了實(shí)驗(yàn)。其實(shí)聲音的傳播受溫度、濕度以及傳播介質(zhì)的影響。經(jīng)與小作者交流得知：他做實(shí)驗(yàn)的那個(gè)走廊不透風(fēng)，溫度相對(duì)較高，濕度也較大，以上因素也會(huì)影響到聲音的傳播。

教學(xué)過(guò)程離不開(kāi)教材，利用教材資源挖掘?qū)W生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)素材，使學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)有了明確思路。更重要的是這樣的學(xué)習(xí)過(guò)程，學(xué)生不是被動(dòng)的、有待填充的“物”，而是一個(gè)有思想、有個(gè)性、不斷地進(jìn)行創(chuàng)新活動(dòng)的主體。學(xué)生在教學(xué)過(guò)程中的積極參與，使我們的教學(xué)成為一個(gè)充滿(mǎn)活力、富有創(chuàng)造性的生命成長(zhǎng)過(guò)程。由于學(xué)生知識(shí)經(jīng)驗(yàn)存在不同程度的差異，他們往往會(huì)對(duì)相同的教學(xué)內(nèi)容產(chǎn)生不同的、個(gè)性化的理解，來(lái)自于學(xué)生多元視角的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)在一定程度上豐富了課堂教學(xué)內(nèi)容，成為教師反思課堂的源泉，為課堂教學(xué)提供了鮮活的素材。當(dāng)然，這些鮮活的素材又為所有學(xué)生的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新提供了沃土。