李治展

摘 要 在中学物理实验教学中，创意实验可有效促进课堂教学效果的提升，对物理学科核心素养的培养起到至关重要的作用。 基于此，文章就如何用创意实验教学来突破教学重难点、培养学生的物理学科核心素养，结合具体教学案例进行探析。

关 键 词 创意实验;实验教学;核心素养

实验创新要求教师慧眼独具，在生活中探求实验 改进的途径，利用身边的日常用品、实验室旧仪器完 成一些创意实验，就能更好地激发学生学习物理的兴 趣和热情，落实物理核心素养的培养。

一、利用创意实验教学，引导学生形成正确的 物理观念

物理观念是核心素养的基础，是人们对物质世界 的根本看法与认识，需要用物理知识来支撑物理观 念，借助物理知识来证实物理观念的科学性与正确 性，它是物理知识的提升和凝练。^[1]物理教学中联系 生活实际、创设一系列有效且有趣的创意演示实验， 有时能提供一些有悖常理的新奇现象，或能亲自设计 操作实验的环境，从而激起学生的学习兴趣，引导学 生去探究其物理根源。

案例 1 一系列创意实验演示“向心力”。

教材中向心力的引入只采用一个小实验（细绳拉 着小球在桌面上圆周运动），仅用一个实验学生并不 能很好理解向心力是一种等效力，是由物体实际受到 的一个力或几个力的合力或一个力的分力提供了向 心力，为此，在实际教学中，多次引入一系列创意演示 实验，以求让学生更好地理解向心力的概念。

演示1：用“玻璃杯搬乒乓球”小游戏引入课题，如 图1所示，游戏规则：除玻璃杯外不借助其他道具，只 能用一只手，杯口始终竖直向下，将乒乓球移入托盘 中，学生通过思考，并亲身体验，成功的方法就是使乒 乓球在杯子中快速转动，就能搬到托盤中。教师设 疑：快速转动的乒乓球为什么不会掉下来？引入

演示2：用沾有墨汁的小球在细线拉力的作用下 做圆周运动，如图2所示，说明有了细线的拉力小球做 圆周运动，释放细线，小球沿 着圆周的切线方向飞出，用沾 有墨汁的小球能在白纸上留下 清晰的痕迹，实验效果明显，可视性强。

演示 3：为了说明就是挡板对球的弹力改变了球 的速度方向，使它做圆周运动，如图3所示，笔者将挡 板的一部分做成可拆除的活动 结构，在拆除部分活动的挡板后 小球做匀速直线运动，球上的墨 汁能在白纸上清晰地留下小球的轨迹。

演示 4：用转盘研究转动木块的向心力来源于静 摩擦力，学生很难理解木块是由于有指向圆心的静摩 擦力才做圆周运动 ，所以对实验进行改进，如图 4 所示，用铺有毛巾的转盘研究转动木块的向心力来自静 摩擦力，揭开毛巾后，将木块直接放在水平转盘放上，轮上放上底面为正方形的一块橡皮，如图 5 所示，转动 塔轮，缓慢增大转速，橡皮有倾倒趋势，因底面为正方 形，向四面倾倒所需的外界条件相同，再次增大转速，橡皮就会倾倒（控制好转速不要让橡皮飞出），可以观察到橡皮向外侧倾倒在转盘的半径方向上，由此说明橡皮在转盘上随塔轮一起转动时，相对于塔轮静止，但有向外滑的趋势，因为静摩擦力的方向与相对运动 趋势的方向相反，所以静摩擦力指向圆心，由静摩擦力提供了橡皮做圆周运动的向心力。

最后将几次改进的演示实验汇总分析，如表1所 示，不但解决了转盘上的物体受到指向圆心的静摩擦 力提供向心力这一教学难点，更为关键的是，学生能 从几个不同的演示实验中发现共同点：

在做圆周运动的物体实际受力中，都能找到一个指向 圆心的力，可以是弹力、摩擦力、几个力的合力或一个 力的分力等，能从本质上理解向心力概念，进而形成 正确的物理观念。

二、利用创意实验教学，培养学生科学思维

培养科学思维是物理教学的核心所在，要求学生 能正确使用物理思维方法，从定性和定量两个方面进 行科学推理、找出规律、形成结论。^[2]在物理实验教学 中，教师可以设立一系列有效问题，促进学生的逻辑 思维体系不断完善，让学生体验物理学研究问题所运 用的思想和方法，从而培养学生的科学思维品质，促 进学科核心素养的养成。

案例 3 用创意实验“半定量”探究磁场对电流的 作用F与0的关系

在用如图6所示的自制实验装置，演示电流在磁 场中会受安培力的作用，学生经历三步探究得出结 论：FxBIL之后，再将如图6所示的装置中U型磁铁换 成如图7所示的方位放置，其他条件都不变，依然控制 了 B、I、L不变，只有B与I的相对位置关系发生了变 化，让学生观察再次通电后的实验现象：铝棒不动，说 明不再受到安培力的作用，学生通过对比两次的演示 实验，就会得出F的大小与B、I的夹角0有关系，当0= 90°时，即电流方向与磁场方向垂直时F=BIL;当0=0° 时，即电流方向与磁场方向平行时F=0，完成了科学探 究的完整性。

在学生得知F与0的有关后，提出问题：如果电流 方向与磁场方向既不垂直又不平行时，存在安培力 吗？如果存在，安培力又是多大呢？并可再次利用如 图 6所示的自制演示实验 装置，只要将磁铁的方位 略加倾斜，如图 8 所示，再 通电，学生依然能直观地 观察到铝棒的滚动，并且 滚动得比较慢，学生就会 由实验现象得出结论：依然存在安培力，且安培力较小。教师再次提出问 题：能否利用已有的经验，通过理论推导的方式得出F 与0的定量关系呢？学生自然会想到将磁感应强度B 正交分解，分解为垂直于I和平行于I的两个分量，其 中垂直分量才对电流I有力的作用，从而得出结论：安 培力大小F=BILsin0，教师进一步说明表达式F= BILsin0数学上恰好是BI与通电导线的长度L在垂直 磁场方向的射影Lsin0的乘积，所以也将射影长Lsin0 称作有效长度，引导学生发现数学工具在解决物理问 题中的作用，实现了学生对实验探究和理论探究的有 效体验，实现了从实验探究到理论探究的升华，实现 了从特殊到一般的演绎过程，有效培养了学生科学思 维习惯。

三、利用创意实验教学，培养学生的科学探究 能力

实验探究要求学生具有设计实验探究方案，使用

各种方法收集实验信息，分析论证并处理信息，通过 合作与交流，完成探究过程并得出结论。在安培力大 小相关因素的实验探究中，教师可通过创意实验培养 学生的深度探究能力，促进其学科核心素养养成。

案例 4 安培力大小相关因素的探究（自制加改进 仪器定量探究F与B的关系）

实际教学中，教师可利用实验 室的常用器材（弹簧、矩形线圈），自 制仪器如图9所示，实现F与B“定 量”探究，根据胡克定律，用弹簧的 伸长量的变化量来定量体现安培力 的大小。在用此装置定量探究F与

I和F与L的关系后，再来探究F与B的关系。

现行的教材在探究F与B的关系上只是用文字简 要说明，有的版本教材有了很大的改进，通过在U型 磁铁的两臂绕制线圈的方式来改变磁感应强度B（如 图10所示），进行探究F与B的大小关系，课堂教学中 由于没有足够的时间让学生绕线圈，而且线圈的匝数 要多，还要注意绕制方向，且实验现象很不明显，达不 到很好的探究效果，实际教学中部分教师选择一语带 过，没有进行实际探究，忽视了学生探究能力的培养。

有了如图10所示的自制加改进的实验装置，定量探究 就成为可能。教学中 ，教师就 可以对学生进行引导：如何獲 得变化的磁场？如何获得变 化的匀强磁场？学生就会回 忆已有的知识，想到用通电的 螺线管来提供变化的匀强磁 电的螺线管中呢？在学生思考后教师出示如图11所

示的实物图，将两同型号带矩形铁芯的螺线管串联， 两个通电的螺线管等效为两根条形磁铁，当两磁性相 近的条形磁铁异名磁极靠得很近时，两异名磁极间的 区域可近似为匀强磁场，让通电矩形线圈的下边置于 两靠得很近的矩形铁芯之间，就可以通过调节滑动变 阻器改变螺线管上励磁电流I的大小，从而改变线圈 在磁场中的导线所处磁场的磁感应强度B，资料证实 通电螺线管所产生磁场的磁感应强度B正比于励磁 电流的大小，从而使探究F与B的“定量”关系成为可 能。在实验探究过程中，师生互动交流，学生的思维 通过教师递进式问题的 引导 ，思维层次不断地 得以深化，学生设计实 验方案能力不断提升， 科学探究能力得到有效 培养。

四、利用创意实验教学，培养学生的科学态度 与责任

科学态度要求学生能正确认识科学的本质，具有 学习和研究物理的好奇心与求知欲，实事求是，不迷 信权威。^[2]物理创意实验能最大限度激发学生的学习 动机，提高学生课堂参与度，通过创意实验的检验和 逻辑的推敲，学会尊重客观事实，实事求是，逐渐形成 正确的科学态度和责任观。

案例 5 演示最大静摩擦力略大于滑动摩擦力。

《摩擦力》教学中，学生很容易认为最大静摩擦力 等于滑动摩擦力，即使教师告知学生最大静摩擦力略 大于滑动摩擦力，因为牛顿第 二定律在后面的章节才进行 学习，导致学生在新课教学中 很难真正理解这一点，教师可 以利用弹簧测力完成这一演 示实验，将纸片折成如图12

所示的形状，卡在弹簧测力计指针下方（图13），用弹 簧测力计拉动静置于牛皮纸上的小木块，就能利用小 纸片留下最大静摩擦力的 刻度值，即可显示牛皮纸 和木块之间的最大静摩擦 力略大于滑动摩擦力，实 验现象直观，通过创意演 示让学生学会尊重实验事实，培养学生的科学态度。

总之，用创意实验组织教学，能引导学生从被动 接受知识向主动探究而获取知识转化，学会从物理学 视角去认识物理概念规律的建立过程，形成正确的物 理观念，体验科学探究过程，培养科学思维能力，感受 科学探究精神，养成科学态度和建立社会责任感。用 创意实验教学既丰富了物理课堂教学资源，又能全面 提升学生的学科核心素养，为其终身学习和发展奠定 基础。

参考文献：

[1]吴妙燕.学科核心素养在高中物理实验教学中落实的 有效途径[J].高考，2018（8）：32.

[2]杨永和.立足物理实验教学落实学科核心素养[J]. 中小学实验与装备，2017（5）：15-16.

（责任编辑：周志平）