创新实验策略.docx
《创新实验策略.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《创新实验策略.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
创新实验策略
中学物理实验创新的策略
教学目的：
通过培训使学员了解教师物理实验创新基本原则、实验创新的基本方法，掌握中学物理实验创新的基本技能，并能在教学中不断创新，灵活应用实验提高课堂效率。
教学手段：
多媒体课件辅助
教学内容：
物理学是一门以实验为基础的科学。
演示实验是初中物理实验教学的重要组成部分，它不仅是建立物理概念和规律、理解和掌握物理知识不可缺少的环节，还能培养学生的观察能力、思维能力、探索精神以及良好的学习习惯和方法，提高学生科学素质的重要手段。
在实际生活中，社会活动中动手能力，操作能力，创新能力又是一个人的基本要素。
因此，对学生进行动手能力，操作能力的培养，引导学生不断创新，培养学生的创新精神和创新能力是我们教学的最终目的。
实验是在物理教学中为了丰富学生感性认识，或为了提出问题，或为了对已得出的结论进行检验，或为了探究新问题，或为了创设物理情境或配合课堂教学的其它需要。
实验既是教学手段，又是教学目标，贯穿在整个课堂教学之中，实验创新既有教师对实验设计的创新，又能引导学生创新，是培养学生观察、思考和分析问题能力的一种物理教学方式。
一、中学物理实验创新的意义、内容及要求
1、实验创新的意义与功能
物理学是一门建立在实验基础上的科学，在教学中要充分体现实验的教学功能，就必须根据教学实际进行实验创新，实验创新除了实验本身的价值以外，教师在实验创新活动中体现的创造思想和行为对学生创造力的培养产生的潜移默化作用是不可估量的，这也是实验创新的独特教育功能。
2、实验创新的内容与要求
实验创新并非简单意义上的自制教具，它具有丰富的内涵，从设计思想到演示手段，从设备组装到自制教具，从实验步骤到演示技巧，在实验的每一个环节都包含创新的内容。
实验创新要以提高学生能力和素质、提高教学效率为宗旨，以突出教学重点、突破教学难点为目的，以原有实验之不足或教学过程中出现的新问题为突破口，实验创新更要求教师有良好的实验素质，要有思维的灵活性，在解决问题时打破常规，多方位思考，大胆提出各种创造性设想。
物理实验创新可分为三个层次：
一是实验局部改进；二是实验思想更新；三是实验内容创新。
（如：
有意使马德堡半球实验失败。
）
二、中学物理实验创新的原则
1、直观性原则。
初中学生形象思维能力高于逻辑思维能力。
因此，演示实验要求直观，让每一位学生都能看得清，看得明白，演示的效果明显，通过明显的实验现象引发学生思考、探索。
因此物理实验改进与创新必须将直观性放在首位，要求实验操作过程简单明了，实验现象明显，能见度大，直观性强。
2、趣味性原则。
兴趣是最好的老师。
利用演示实验创设情境的核心是激发学生的学习兴趣，从而调动学生的情绪，激发学生的思维，激活课堂教学的重方法。
因此，在改进和创新实验时应考虑中学生的年龄特点和心理特点，使演示实验要尽可能的生活化、趣味化。
这样学生感到亲切、新鲜、有趣，将愉快的情趣中转到物理学习中来。
因此设计演示实验要突出惊奇，使学生惊之以心，动之以情、思之有趣、品之有味，激发起学生的疑惑感、矛盾感、好奇心，形成探究的动机。
3、规范性原则。
科学实验要严谨、求实、一丝不苟，教师的演示实验可以为学生的实验操作起到示范作用。
教师的操作简单规范，对学生起到潜移默化的作用，学生从中学习到实验技能、方法和严谨的科学态度。
因此，在改进和创新实验时，实验原理，实验器材，实验操作方法都要规范、严谨。
在实验过程中如实地记录实验中观察到的各种现象，甚至一个数据，一个标点符号，做到严格地把实验事实和自己对事实的解释区别开来。
坚持实事求是的科学态度，这不仅是提高物理实验质量的要求，也是增强学生的科学素质，培养创造型人才的需要。
4、辅助性原则。
为了加强演实验对课堂教学的辅助性，教师在做实验时有必要做相应的讲解。
在演示前讲清实验目的、设备、原理、观察重点以及实验操作要领等；在实验过程中指导学生观察现象、记录数据；同时演示过程中教师语言要规范，不出现知识性错误或口误。
在实验后引导学生分析实验现象或数据，总结物理规律。
5、实用性原则。
演示实验可以使用实验室所配备的器材，也可以自备自制教具，甚至可以使用我们日常生活中的现有物品，用学生身边的物品做实验。
如：
用水和玻璃做光的色散实验等，这些器材学生更熟悉，通过这些课本上没有出现的器材启发学生的创新能力，调动学生刚刚起步的创新的意识和创新的精神。
同时有利于使学生明白物理就在身边，物理与生活联系非常紧密。
如：
用筷子做成秤演示杠杆的平衡；铅笔可以做滚动摩擦比滑动摩擦小的实验；用铅笔、土豆、图钉研究固体压强；用棋子观察惯性现象；用蜡烛观察熔化；牙膏皮研究浮力等。
6、简单性原则。
越是简单的现象越能揭示事物的本质，越是简单的现象越能产生深刻的印象。
为了突出直观性，实验原理尽可能简单，便于学生理解；实验器材尽可能简化，便于突出观察点；能用简单仪器演示的实验不要用复杂的实验仪器；有简单易懂的原理，不用复杂的原理。
7、安全性原则。
以人为本，全面发展，一切为了学生的发展这是学校教育教学工作的宗旨，物理课堂教学也是如此。
因此在做演示实验时，一定要注意安全，安全第一，常在心中。
如：
实验用电安全、用火安全、使用玻璃器材安全、实验试剂安全、尖锐实验工具安全等等。
三、中学物理实验创新的技法与实例
1、发掘实验的新用途。
对于原有的实验，要尽可能考虑它有没有其它用途。
例如，我们通常用台式测力计演示物体对接触面的压力，而水平放置的台式测力计所指示的压力恰恰等于物体的重量，这就不易澄清学生中压力与重力不分的错误认识，如果将测力计稍稍倾斜，它的示数就变小了，这一改变，不但区别了重力与压力，也说明了斜面所受的压力小于物体重力这一事实。
2、通过模仿达到创新。
对于已有的实验或现象，可以考虑有无与我们需要设计的实验相似的东西，诸如相似的目的、手段、过程、结果等等，从而进行模仿，实现创新。
例如，有这样一个“气功”节目，“气功师”平躺在布满铁钉的平板上，身上压一块大石板，石板上放一块石头，助手抡起大锤将石头砸碎，“气功师”却安然无恙。
这个节目本身包含了许多物理道理，通过模仿，设计一则适合在课堂上演示的“硬气功”实验，效果很好，具体做法如下：
将手掌平放在桌上，上面压一个较重的铁块，铁块上再放一块砖，用锤子将砖砸碎，手却无任何损伤。
再如：
用水透镜模眼睛看远近不同的物理，近视眼、远视眼及其矫正等。
3、改变实验的某个方面。
对于已有的实验，可以考虑改变它的颜色、运动、声音、形态，改变显示信息的方式等等，使原来的实验产生更好的效果，也可以演变为新的实验。
例如，传统的“超重失重演示仪”是利用弹簧秤示数变化显示物体的超重与失重，由于弹簧秤运动较快，对其示数变化无法进行动态观察。
用声、光信号代替弹簧秤的示数变化，设计一台“声光显示超重失重演示仪”，利用演示仪处于超重、失重状态时弹簧的伸缩控制电路的通断，从而控制声光的产生，有效地克服了原有仪器的弊端。
4、扩大实验内容。
从正反两个方面分析原有实验，使原有实验的内容进一步丰富，从而达到实验创新。
例如，关于液体的沸点与压强的关系，课本中介绍了用气筒抽气使没有沸腾的水沸腾起来的实验，如果我们增加一个动作，用两用气筒朝密闭的容器内打气，正在沸腾的水就会停止沸腾，从正反两个方面说明了液体的沸点与压强的关系；飞机升力演示实验只演示了机翼上升情况，若将机翼反转演示机翼下降，便能产生许多联想和思索。
5、缩小实验内容。
对于一个实验，可以考虑能否缩小它的内容，从而实现创新。
比如取消某些元件，使形状变小、重量变轻、厚度变薄、长度缩短，消除某些现象，压缩步骤、减小阻力等等，内容的减少并不意味着实验功能的减少，却可导致新实验的产生。
例如，演示著名的帕斯卡水桶实验，利用带橡皮塞的瓶子代替水桶，用一根细长的胶管插入瓶中，往管中灌入适量的水，再将管口逐渐举高，就会看到在水的压力作用下，橡皮塞伴随着“嘣”的一声从瓶中冲出的精彩场面。
6、通过代用实现创新。
对于一个实验，可以考虑能否设计其它的实验来代用而达到同样的目的，甚至产生更好的效果；或者考虑能否以其它材料、方法、元件、工艺、动力等来代替，从而形成新的实验。
例如：
有一个证明大气压存在的传统实验——瓶子吞蛋。
该实验要用到煮熟的鸡蛋，熟鸡蛋易碎、易变质。
用一个吹起的小气球来代替熟鸡蛋效果很好。
7、通过转换实现创新。
“转换”是一种大胆的思维方式，包括改变布局、改变顺序、互换因果、改变进程等等，通过转换可以实现创新。
例如，学生对教材中介绍的“静电火花的最大危害是使某些易燃品燃烧”极感兴趣，课后总要试着用感应起电机产生的火花将纸点燃，结果却大失所望，如果改变布局，将感应起电机换成感应圈，将纸换成沾了酒精的棉球或硝化棉，实验就很容易成功了。
8、通过颠倒实现创新。
对事物的颠倒是一种反常规的思维方式，通过颠倒有时会获得意想不到的效果。
颠倒的方式很多，可以考虑位置颠倒、顺序颠倒、方向颠倒、时间颠倒、目的颠倒、意义颠倒等等。
例如，教材中介绍了一则用筷子提起一杯米的趣味实验，如果将该实验中摩擦力的方向颠倒一下，就可变“提”为“托”，做一个更有趣以“薄纸托人”实验，方法如下：
将一根空心钢管竖直固定在支架上，用一张纸封住管口并用细线将纸绑在钢管上，用一根木棒与一块木板钉在一起成“T”字形，然后将木棒插入钢管内，再往钢管与木棒的空隙间倒入细砂，人便可以站在木板上被薄纸“托”住。
9、通过组合实现创新。
每个实验都难以尽善尽美，如果采用组合的方法，用其它实验中的优点取代该实验中的不足；或将原来分步完成的实验装置组合一步完成，便于学生对比观察，从而实现创新。
组合的方式包括元件组合、形状组合、功能组合、方法组合、目的组合等等。
例如；电路连接是教学中的难点，用板画教学虽然便于学生观察，但连线和修改线路很不方便；用实物教学虽然便于连线和修改线路，但不利于全体学生观察，把两种方法组合起来，扬长避短，设计一套“电路连接投影装置”，即将元件的实物图画在胶片上，用大头针作接线柱，用黑棉线两端各扎一个小圈套作导线，将电路连接过程投影出来，有效地解决了改线与观察间的矛盾。
牛顿第一定律三步完成的实验组合成一步完成。
10、利用现代教育技术进行创新。
现代教育技术手段（如多媒体、传感器、电子白板等），能很好的扩大实验的能见度，提高实验室的准确度，使定性实验变为定量实验。
因此，利用现代教育技术手段是实验创新的又一新途径。
四、创新实验的呈现及实例
创新成果不仅在于自己应用，更重要的是同伴交流，资源共享。
为此就得将创新成果以一定的形式呈现出来，便于交流和分享。
下面列举两例，仅供参考。
1、真空不传声实验改进。
①实验在教材中所处的地位与作用：
本实验是初中物理八年级上“声的产生与传播”一节中的演示实验，生动的实验演示能极大的激发学生学习物理的兴趣，并且能够促进学生对声音不能在真空中传播，声音的传播需要介质有更深刻的认识。
②实验原型及不足之处：
在本节内容中，原实验采用真空罩、抽气机、电铃来进行实验，将通电的电铃放在真空罩中，听声音，再通过抽气机抽掉真空罩中的空气，听声音的变化来发现声音不能在真空中传播，声音的传播需要介质。
采用此装置实验现象很明显，演示效果比较好，但设备比较笨重，演示起来比较麻烦，不少老师并没有在课堂上演示这个实验。
③实验创新与改进之处：
本实验设计思路是采用日常生活中的小物品来完成演示实验，这些简单、易找的小物品，同学们都很常见，因此该演示实验能很好的提高学生学习兴趣，也鼓励了学生勇于开创自己的家庭实验室，自己动手做课堂演示实验以便更好的培养学生的动手、创新能力。
④实验器材：
手机小喇叭、大注射器、细导线、小气泡、透明胶，手机。
⑤实验原理及装置说明
（1）装置图如下：
（2）实验原理：
将手机的小喇叭用细导线接出，放入注射器内，通过先排开注射器中的空气再用小气球套住注射口使其密封，抽动注射器活塞，克服大气压强，实现一个小的类真空环境，手机同时播放音乐，并通过感受声音的变化情况，让学生明白声音不能在真空中传播，声音的传播需要介质。
（3）装置说明：
将注射器的活塞拉出，放入手机小喇叭，将手机放在注射器外播放音乐，然后将活塞放入，装好后再用小气泡将注射口密封。
⑥ 实验过程
（1）将活塞推入注射器，不将注射口密封，播放手机音乐，感受声音的大小。
（2）再将活塞最大限度的推入注射器底部，然后再将注射口密封，向后用力拉活塞，即可实现小的类真空环境，通过让学生感受在有空气和类真空这两种状态下小喇叭播放声音大小的变化。
⑦实验效果：
通过该实验演示，能较明显体会到两次声音的变化，证明声音传播需要介质，声音不能在真空中传播，并激发了学生对物理学习的兴趣。
2、飞机的升力设计方案
①制作原因：
该实验用于人教版初中物理第十四章第四节（液体压强与流速的关系）中。
现行教材中，教学飞机升力以“想想做做”的形式呈现的，让学生自制一个纸机翼模型，然后在机翼模型的前端位置用力竖直向下吹气，观察其运动情况。
操作中学生看到机翼模型尾部在气流的作用下向上一翘一翘的。
这方案操作起来并不难，但在实验中，学生因为仅仅观察到的是机翼模型尾部在气流作用下一翘一翘，看不到机翼模型整体上升的现象，因此仍是疑惑不解。
②创新实验方案将机翼模型固定在T形支架上，然后将T形支架卡在四只滑轮之间，再在T形支架交叉处系上一段细线，让线跨过左上角滑轮后在另一端持上一个钩码作为配重。
装置如图。
③实验步骤：
（1）调整底部螺母和滑轮间距离，使机翼模型能够上下运动自如。
（2）调整机翼模型曲面向上，然后吹风，这时看到机翼模型向上运动。
（3）调整机翼模型曲面向下，然后吹风，这时看到机翼模型不向上运动。
五、课例分析：
1、声音的特性。
2、液体的压强。
六、初中物理科学探究实验分析
1、课程标准（2011）规定的实验。
（1）基本操作类：
7项
①用刻度尺测量长度、用表测量时间（八年级上P12）
刻度尺正确使用，教师示范要规范；灵活选择零点；初中阶段不强调有效值和估计值；根据测量要求选择恰当的刻度尺。
②用弹簧测力计测量力（八年级下P7）
观察量程、分度值、调零；让学生感受力的大小；测量各个方向上的力；不同方向测量力时，要根据情况调零。
③用天平测量物体的质量（八年级上P110）
天平使用强调规范操作，规范示范；填加、调整砝码时由大到小，轻拿轻放；测量液体质量时注意测量顺序，不同顺序，准确度不同。
④用常见温度计测量温度（八年级上P49）
用实物投影仪放大让学生观察；明确量程、分度值等概念；热水收起后再下发体温计可避免体温计损坏。
⑤用电流表测量电流（九年级P46）
⑥用电压表测量电压（九年级P57）
正确示范（观察、连接、读数）；电表放在正前方，便于读数；电表容易受静电影响，可用潮模布擦外壳消除静电。
⑦连接简单的串联电路和并联电路（九年级P42）
让学生根据自己的想法连接电路，不要限制，学生就能把串联、并串都能连出来；要求学生将连好的电路用电路图画出来，既练习了画电路图又使学生更好的理解电路特点；线头连接有讲究，顺时针方向拢线，顺时针方向搭线。
（2）测定性实验：
4项
①测量物体运动的速度（八年级上P23）
反复练习使用机械停表；斜面倾斜度小一点，速度就慢一点，便于测量；分阶段测量，先测上半程，再测全程，计算下半程；用超声测速仪，连接电脑显示速度，加深学生理解，但不能代替学生测量。
②测量水平运动物体所受的滑动摩擦力（八年级下P24）
即探究影响滑动摩擦力大小因素。
物体做匀速直线运动（很好难做到），改进办法是让物块处于静止状态，拉摩擦板运动；弹簧测力计调零，水平调零；用铁架台和定滑轮使弹簧测力计水平转化为竖直，便于测量。
③测量固体和液体的密度（八年级上P118）
测量液体密度时要注意实验顺序，顺序不正确误差很大；用排水法测固体体积时，先将物块在水中浸湿一下，然后擦干，这样没有附着气泡，体积测量较准确。
④测量小灯泡的电功率（九年级P96）
用滑动变阻器改变灯泡两端电压时，一定要慢慢滑动；测量次序是从低于额定电压、等于额定电压、略高于额度电压。
（3）探究性实验：
9项
①探究浮力大小与哪些因素有关（八年级下P50）
这个实验不是阿基米德原理实验，完成下面几个实验：
A浮力与物体浸没深度无关；B浮力与物体浸入液体的体积关系；C浮力与液体密度关系；浮力与物体开状关系（用橡皮泥变形比较方便）。
②探究杠杆的平衡条件（八年级下P77）
强调杠杆水平平衡；用曲型杠杆做实验；用弹簧测力计改变力的方向。
③探究水沸腾时温度变化的特点（八年级上P59）
水量要适当，水太多沸腾不了或用时太长，水太多温度不稳定；水的初温高一点在85℃左右；引导学生画图象，确定水的沸点。
④探究光的反射规律（八年级上P73）
用激光笔做实验效果较好；用烟雾法或蒸汽法显示光线；做光路可逆实验。
⑤探究平面镜成像时像与物的关系（八年级上P77）
教材上用蜡烛做物体的不足是随着燃烧蜡烛变短了像与物的大小就不对应了；用国际象棋子做较好；用围棋盘代替白纸，不用画线，可直接观察出像与物的对称性；可用多个物体组成不对称物体，更能明白像与物的关系；正确确定平面镜的反射面。
⑥探究凸透镜成像的规律（八年级上P97）
强调等高、同轴；物距从大到小做；依次做u>2f,u=2f,2f>u>f,u=f,uu2>2f比较物距变化像大小变化，从而找出规律。
⑦探究电流与电压、电阻的关系（九年级P74-76）
该实验的难点在于更换电阻后，电阻两端电压随之发生改变，怎样使不同电阻两端电压相等。
A复习滑动变阻器改变灯泡两端电压可解决此问题。
B将三个电阻组成并联电路，分别用三只电流表测量电流的办法来做。
这种办法的不足是连线多，操作难度加大。
⑧探究通电螺线管外部磁场的方向（九年级P125）
该实验成功的关键是，防止周转其它磁场对实验的影响，防止小磁针之间想互影响。
A实验时远离其它磁体；B只用一个小磁针做实验，将小磁针放在不同位置，观察北极指向，并用小箭头画出来；C若要用多个小磁针做实验，小磁针间矩不能太近。
实验能见度小。
在实物投影仪展台上做。
⑨探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件（九年级P138）
该实验的问题是感应电流太小，电流计指针偏转不明显。
A用矩型线圈的一边切割磁感线；B用实物投影仪放大电流计表盘；C增强磁场强度将两个蹄型磁体用胶带绑在一起。
2、教材中安排（人教版）的实验。
（1）八年级上册2项
①探究固体熔化随温度变化规律（八年级上P53）
冰的量要适当，太多长时间化不完，太少熔化时间短，熔化过程不明显；用水浴加热法。
非晶体用沥青比蜡好，因为蜡实际上是多晶体；同样用水浴加热法，水温不懂对要高些，同时用酒精灯对水加热。
②探究同种物质的质量与体积的关系（八年级上P113）
一定要用同体积的金属圆柱体，这样学生容易理解体积成倍数关系。
（2）八年级下册6项
①探究重力大小跟质量关系（八年级下P10）
该实验比较简单，用同质量的钩码做。
②探究二力平衡的条件（八年级下P20）
方法较多，有用硬纸板当物体的，有用电车当物体的。
A用硬纸板要轻，减小本身重力影响；B小车要尽可能减小与轨道之间的摩擦力。
力不在同一条直线上的情况，只是瞬间，一定要提醒学生观察。
③探究影响压力作用效果的因素（八年级下P32）
该实验方法很多，只要效果明显就可以。
用塑料水袋，钉板做该实验效果较好。
④探究浮力大小与排开液体重力的关系（八年级下P54）
阿基米德原理实验，做法很多。
创新实验大赛中用数字显示的装置。
⑤探究定滑轮、动滑轮特点（八年级下P82）
A定滑轮，弹簧测力计拉开力方向向下，注意调零；B动滑轮一定要竖直向上拉，斜着拉力臂变化，拉力大小变化。
⑥测量滑轮组机械效率（八年级下P87）
距离测量要准确、对应；不同滑轮组对比；同一滑轮组提起不同重物对比；从而理解影响滑轮组机械效率的因素，提出提高滑轮组机械效率的方法。
（3）九年级全一册8项
①比较不同物质吸热情况（九年级P11）
该实验需控制的因素多：
A相同的加热器，控制不同物质吸收相同的热量，用相同的电加热器串联；不同物质相同的质量；相同的加热时间等等。
物质可选用水和煤油、水和沙子，有人选用水和食用油，由于食用油的粘度系数大，不易形成对流，效果不好；
均匀受热是关键，通过搅拌的方法解决；
尽量减少向周围环境散热。
②探究串联电路各处电流关系（九年级P49）
③探究并联电路干路电流与各支路电流关系（九年级P50）
④探究串联电路中用电器两端电压与电源两端电压的关系（九年级P60）
⑤探究并联电路各支路用电器两端的电压与电源两端电压的关系（九年级P61）
这几个实验，要控制每次实验电源电压相同。
也可用多只电表接在同一电路中一次完成。
⑥探究影响导体电阻大小的因素（九年级P64）
显示电阻大小的方法有：
A观察小灯泡亮度：
B观察电流表示数大小。
研究电阻与长度关系时将电阻丝一端固定，另一端接成可滑动的接头，实验效果好而且为后边的滑动变阻器打下基础。
每次实验电源电压保持不变。
用100瓦白炽灯泡做电阻与温度关系效晨很好。
将玻璃泡打开，注意不要将灯丝弄断，用酒精灯对灯丝加热。
⑦练习使用滑动变阻器（九年级P69）
理解不同接法对电路总电阻大小的改变。
改变灯泡亮度。
移动滑片改变定值电阻两端电压，为探究电流与电阻关系，伏安测电阻，伏安法测电功率做好基础准备。
⑧伏安法测电阻（九年级P80）
不同小组安排不同的实验，有的测小灯泡的电阻，有的测定值电阻的阻值。
引导学生相互交流。
升级会员 