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高考物理实验复习与创新能力培养

2013-04-20 01:09

近几年来，高考物理实验试题在不断出“新”，所谓“新”，表现在三个方面：一是命题由知识立意向能力立意转变，更注重的是创新能力的考查，二是在试题情境设置上力求出新，更注重应用能力与迁移能力的考查，三是在设问方式有所变化。因此，物理实验复习中加强对创新能力的培养，是取得高考胜利的重要保证。那么，什么是创新呢？即是通过自身的努力,获得新的发现、新的规律、新的应用、新的解法、新的认识等的过程，广义的创新能力包括：观察能力、迁移能力、应用能力、发现能力、选择能力、实验设计能力等。不难看出，物理实验是培养物理科创新能力最佳载体。现就如何在高考物理复习中培养创新能力作一个简单的探讨。

一、重视实验“双基”   奠定创新的基础

能力的培养离不开知识的载体作用，离开了知识和技能的积累，能力很难形成。分析历届高考实验题，可以发现贮存，构建合理的知识结构─→保证使用时的正确提取。

对常用的物理仪器要熟练运用，这是实中学物理实验的基础知识和基本技能是十分重要的。对于基础知识和基本技能我们强调:必须做到正确理解、有序验的基础，是实验的工具，任何时候都不过时。在这方面花些时间是必需的。常见的有十三种仪器，这十三种仪器是刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器、天平、秒表、打点计时器、弹簧称、温度计、电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器、电阻箱等等。复习基本仪器的原理和使用时可有针对性地用多种媒体（仪器挂图、实物、电脑教学软件）结合呈现。像电流、电压表等学生较熟悉的仪器用挂图即可，像游标卡尺、螺旋测微器等仪器要配以挂图和放大的模型或电脑软件等呈现，滑动变阻器则要将实物、挂图一起呈现。

二、以中学物理教材为本，培养迁移能力

迁移能力是创新能力中最为重要的一种，迁移能力常分为两类：一是正迁移，即在实际解题过程中，主动、自觉地迁移相关知识用于解题。可以肯定地说，掌握的知识、技能再多，不会迁移或迁移不当，所学知识也只能是死知识，毫无价值；另一种迁移是逆迁移，即在解题过程中，将自己总结出的规律、结论、经验做法等有价值的信息回迁到自己的知识体系中来，丰富自己、提高自己。因此，迁移能力是中学物理实验复习中必须重点培养的创新能力。

2005年理综物理实验题第2小题，考查测电池的电动势和内阻，来源于课本的分组实验，但电源的电动势大于电压表的最大量程，故要串一定值电阻起分压作用，但计算时把它看成内阻来处理又与课本实验一样。由此我们明确地感受到高考物理实验改革的方向：立足于课本但不拘泥于课本。将减小偶然误差的方法、表述实验步骤、处理实验结果、强化作图技巧等列入重点考查内容。这给了我们一个重要的启示：不要背离书本，也不要把书本上的实验奉若神明，照本宣科讲实验。我们要从知识与技能、过程与方法等多方面培养学生，提高他们的实验能力。在高三复习阶段开放实验室，重做高中阶段已做过的重要实验，更要以挑剔的眼光重新审视我们书本上传统的实验方法，用新视角重新观察已做过的实验，要有新的发现和收获；并以实验带复习，设计新的组合实验，进一步树立动手操作意识和质疑创新意识。比如《验证机械能守恒定律》实验就必须从第一个打点开始计时（即只选取第一和第二两打点间长度约为2mm的纸带）吗？等等。以往总觉得高考要按课本上实验装置考查，害怕学生吃亏，从而千百遍地强调“以课本为准”，不敢越雷池一步。但就目前的发展趋势看，这种认识是错误的，是不利于学生创造性思维发展的。实验的复习要打破常规，不应该再让学生跟在书本的后面，去死记硬背。让学生们学会找毛病——找设计原理上的毛病；找实验步骤上的毛病；找数据处理上的毛病。没毛病也要想想能否改进。变学生被动地接受灌输为主动探索发现，这样，既激发了学生积极参与学习和研究物理实验的热情，又能迅速提高学生的实验设计迁移能力。

三、整合简单实验   树立创新的意识

整合简单实验是指采用横向串联和纵向延伸把简单实验设计成综合实验、系列实验的方法。横向串联可使知识系统化、条理化、层次化形成知识网络，使知识达到前所未有的强度。纵向延伸可使知识程序化，使知识达到前所未有的功能。通过整合简单实验，可使原贮存的知识进行重组，寻找这些实验之间的交叉点和结合点，使知识达到融会贯通，训练思维的创新性。

平时我们把实验分成力学实验板块、电学实验板块、热学实验板块、光学实验板块。这只是简单地重复了物理课本知识的体系，没有多大的创意，对于学生思维的开发及对实验科学的领悟能力的培养显得不够深入细致。我们要在这些实验的组合板块中挖掘一些功能，培养学生对待实验的常规意识。比如对于力学板块，这是由验证力的合成与分解、打点计时器的使用和测匀变速直线运动加速度、验证机械能守恒定律、验证动量守恒定律等实验组成的一个大的实验板块。这些力学实验无非是在力F、速度V、加速度a、位移S、质量m这几个量上做文章而已。然后我们看看这几个量是怎么测出来的，今后我们就可以用同样的方式去处理类似的迁移式力学实验了。同时让学生想一想电学实验板块又能得到哪些结论。我们还可以把视野再拓宽一些，从多种角度来重新组合新的实验板块。比如按测量和验证可把实验分成两大板块，按能进行图像处理数据和不能用图像处理数据也可以把实验分成两大板块。就拿用图像法处理数据来说，学生熟悉的是《测定电源电动势和内电阻》、《测定金属的电阻率》及《探究弹力和弹簧伸长的关系》等实验，不过画出的图像必须是直线，否则不好处理。然后给学生们思考的空间，总结还有哪些实验也是可以这样处理的。例如在《用单摆测定重力加速度》的实验中，我们测量出单摆的周期T和对应的摆长L，再由公式g=4л²L/ T²来计算，课本上采用的是改变摆长多测几组数据，再求重力加速度的平均值。现在我们可以以L和T²/4л²为两坐标轴建立坐标系，把测得的实验数据放入其中，描绘各点，画出直线求其斜率即是g。类似的处理方法还有许多，让学生思考《研究匀变速直线运动》和《验证机械能守恒定律》等实验是否也可以这样处理。

四、敢于质疑拓展课本实验   培养创新的能力

爱因斯坦说过，“提出一个问题往往比解决一个问题更重要。”李政道也曾经说：“遇到问题要敢于问个为什么，可怕的是提不出问题，迈不出第一步。”学生能够发现问题，并且敢于向老师提出来，这是他们刻苦学习，主动钻研的表现。我们要鼓励学生大胆质疑，让学生在“疑”中产生问题，在“疑”中产生兴趣，只有“疑”才有思，只有“思”才能进出创新的火花。我们要尊重学生独立的思维方式，培养学生不信书、不信师的敢想、敢说的自主创新意识，使他们真正能够成为“青出于蓝而胜于蓝”的一代新人。 高考对基本实验能力的考查，既属于常规实验，又不落俗套，推陈出新，突出考查分析、推理和判断能力。以2003年全国高考实验题为例，既如常规的电阻丝变成了圆柱体电阻,图像中点的合理选取、图像分析等等。按书本中的实验方法，第（1）问是明朗的、最基本的，只对电流表的外接法作了要求，对滑动变阻器的分压作用或者限流作用没作具体限定。这样相对降低了实验的难度，但对第（2）、（3）、（4）问，若没有较强的迁移能力和独立解决问题的能力，必然会让学生惊愕不定，无从下手。

课本中的实验，考虑不同年级学生的认知结构，许多实验还“留有余地”，在物理实验总复习时，我们应当对其进行改进、完善、拓展，增强实验的探索性、综合性，使之更贴近对实际问题的解决，培养自身的创新能力。"拓展性"物理实验教学创设了一种特殊的研究性学习情景，它引导学生以类科学研究的方式去发现问题和解决问题，它注重培养学生独立思考能力，主动探索创新能力。这种教学方式是符合现代以培养创新精神和实践能力为核心的素质教育思想的。如<<电阻测量>>实验的可进行如下拓展教学：（1）、通过改变测量对象拓展原有实验，提出新的实验课题。如把金属丝改为电流表，要求精确测量电流表的内阻。（2）、通过改变实验仪器拓展原有实验,提出新的实验课题。如实验室中变阻箱改为（０－9999.9Ω），且只有二个，再提供一个（０－１０Ω）滑动变阻器，请设计测量测量电流表的内阻。（3）、通过改变实验目的要求拓展原有实验,改变实验要求，提出新的实验课题。运用伏安法测量电阻存在系统误差，现要求设计一种测量方法，使测量结果消除系统误差。（4）通过改变实验图景拓展原有实验, 提出新的实验课题。

五、开展方案设计   强化创新的能力

 “在物理科学的研究中，科学、合理、周密、巧妙的实验设计，往往能导致物理科学的重大发现”。因此物理实验设计应是中学物理学习的最高目标，实验设计是对我们各项实验技能的综合测试，对培养创新能力有十分重要的意义。

在高考物理实验的复习中要重视实验，注重原理，强化设计能力，要对每一个实验（包括演示和分组、课后小实验）都要认真弄懂实验原理，熟悉实验器材，掌握实验方法和步骤，对实验中出现的现象要仔细观察、认真分析，并能处理实验中出现的非预见性现象，能准确记录数据、处理数据，通过真正动手去做实验，得出正确结论。此外，还要进一步向设计性和开放性实验靠近，强化自己的实验设计能力。近年高考中尤以电学设计性实验为多，主要设计思想有电表的量程选择，电流表、电压表的内外接选择，滑动变阻器的限流、分压接法选择，电表的另用（作待测电阻，电流表作电压表使用）等。另外近年来高考物理实验考查的内容也不只是局限于过去的学生实验，还要考查演示实验。例如，2000年实验题目突出实验设计和操作能力的考查，如第16题要求考生测电流表的内阻，课本上没有这一分组实验要求，但实验的原理和方法是考生应该掌握的；2001年的试题对学生的实验能力提出了更高的要求，第14题如果只靠死记硬背、纸上谈兵，是做不好的，必须亲自做过这个实验才能很好地回答这道题；2001年上海物理卷“力电转换器”问题，是一种使用新仪器的设计型实验题，既考查了考生将实际问题转化为物理问题的能力，又考查了考生在应用基本测量工具和仪器自己设计实验方案的能力，是一道新型的理论联系实际与实验设计相结合的好题；2002年春招物理试题第29题是以“伏安法测电阻”的知识为基础，考查实验误差分析能力、实验设计能力和实验数据处理能力；2002年上海物理卷的第16题“利用光电脉冲测量车速和行程”、第18题“利用电磁感应探测地下电缆”，考查内容已游离于课本，用新的物理情景考查传统的实验。

总之，“实验复习上的突破，带动整体物理水平的提高”。物理作为一门建立在实验基础上的学科，融汇了很多思维方法，比如《验证动量守恒定律》的实验中就用了等效法（用位移代替速度）、累积法（重复打了许多点）、留迹法（用复写纸留下小球落地后的点）等物理思维方法。在实验复习中通过找各实验中的思维方法，能够让这些思维方法深入学生的脑海中，并用于那些可能遇到的探索型高考物理实验题也就迎刃而解了。我想若在实验复习上有所突破必对学生整体物理水平的提高有很大的促进作用。以上仅就高三物理实验复习适应高考改革的问题发表一些个人的体会和看法，敬请各位同仁斧正。