創(chuàng)新教育探索

趙海燕

如何通過物理教學(xué)達到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、學(xué)好物理的科學(xué)方法,從而對學(xué)生進行創(chuàng)新教育,不僅是物理教師普遍關(guān)注的問題,也是當今社會的重大課題。新課改后各種版本的新教材都在這一環(huán)節(jié)上進行了大膽的嘗試并做了不懈的努力,人教版必修一中就以整整一節(jié)的篇幅介紹《伽利略對自由落體運動的研究》,旗幟鮮明地倡導(dǎo)對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng),作為物理教師,在課堂教學(xué)過程中應(yīng)充分利用這一契機,把握教材,以科學(xué)家的科學(xué)研究為例,從中尋找創(chuàng)新思維方法,并以此為依據(jù),歸納出物理教學(xué)的基本方法。這應(yīng)該是研究創(chuàng)新教育的途徑之一。

一、借鑒前人科學(xué)研究,找尋創(chuàng)新思維方法

伽利略的斜面實驗被稱為十大最美實驗之一,不只是它揭示了一條物理規(guī)律,更重要的是它提供了探索物理規(guī)律的正確思想方法和科學(xué)研究方法。因為物理學(xué)家探索物理領(lǐng)域的過程與學(xué)生學(xué)習(xí)物理的過程,在本質(zhì)上同屬于人對自然界的認識過程。所以從物理學(xué)家的科學(xué)研究中去尋找培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的創(chuàng)新思維方法,也是一條有效的途徑,以筆者的粗淺理解在伽利略對自由落體運動的科學(xué)研究中蘊藏著三種創(chuàng)新思維方法:

(一)逆向思維方法

所謂逆向思維方法,就是逆著原來的物理過程去分析思考和解決物理問題的一種創(chuàng)造性思維方法。說通俗一點,就是倒過來想。逆向思維方法的特點是依據(jù)結(jié)論找已知條件,或由結(jié)果找原因,也可看成將某一物理過程的初態(tài)和末態(tài)互換后使問題更簡單,計算更方便。伽利略就是用逆向思維方法否定了亞里士多德關(guān)于“重物比輕物落得快”的錯誤觀點,從而建立了自由落體定律,他的思維過程是:假定“重物落得快而輕物落得慢”的觀點是正確的,若取兩個物塊ml和m2,使ml>m2,把ml和m2用細繩連接在一起后自由釋放,那么連接體的速度v必然介于ml和m2單獨下落到同一高度時的速度vl和v2之間,即v2v1(因為m1+m2>m1),這樣就從同一命題下得出不能自圓其說的矛盾,因此,伽利略就可以肯定亞里士多德的觀點是錯誤的。

這是一種反證法,反證法本身就是一種典型的逆向思維方法,它在物理教學(xué)中有著廣泛的應(yīng)用,利用反證法可以證明:P-V圖中任意兩條等溫線不相交;電場中任意兩條電場線不相交;勻強電場中電場線是間距相等的一組平行線,電場線與等勢面處處垂直等等,用正向思維方法解決問題如果非常困難的話,我們就可以試用逆向思維方法,化繁為簡、化難為易,甚至把無法解答的問題變得非常簡捷,如光學(xué)中的光路可逆問題,電學(xué)中的“黑盒”題,都是逆向思維方法的典型例證。

任何物理規(guī)律都有一定的因果關(guān)系,只有結(jié)果而沒有原因的事情是不存在的,只要某一物理現(xiàn)象或過程的可逆性存在,運用逆向思維方法就可能取得創(chuàng)造性的成果.如德布羅意受愛因斯坦光電效應(yīng)啟發(fā),大膽進行逆向思維,提出了著名的德布羅意物質(zhì)波概念。逆向思維方法在創(chuàng)新教育中是不可少的。

(二)直覺思維方法

美國教育家布魯納指出“直覺思維、預(yù)感的訓(xùn)練,是正式的學(xué)術(shù)科學(xué)和日常生活中創(chuàng)造性思維的很易被忽視而又最重要的特征”直覺是一種富有意義的思維方式,但不同的人,直覺思維存在著很大的差異。其特點是整體的、跳躍的、猜測的,不經(jīng)過詳盡的邏輯推理,不經(jīng)過分析的演繹步驟:伽利略就是運用直覺思維方法,通過觀測,認識到物體在自由下落過程中的主要特征——越來越快,然后借助猜測提出假設(shè)——自由落體運動是初速度為零的勻加速直線運動,并提出加速度的概念:a=v/t,運用數(shù)學(xué)推理得到s=at2/2。伽利略是用直覺頓悟的思考方法,對自由落體運動規(guī)律作出了重要發(fā)現(xiàn)。一些著名的物理學(xué)家都曾肯定和強調(diào)過直覺的作用。愛因斯坦指出“我相信靈感和直覺”、玻爾強調(diào)“實驗物理的全部偉大發(fā)現(xiàn)都是來源于一些人的直覺”。在物理教學(xué)中,要實施創(chuàng)新教育,培養(yǎng)學(xué)生直覺思維能力就不可忽視。要善于運用直覺頓悟思考方法,必須要有豐富的有關(guān)專業(yè)知識和經(jīng)驗。具有與所思考問題有關(guān)的知識和經(jīng)驗?zāi)耸侵庇X頓悟的依據(jù)和基礎(chǔ),這就是說,在物理教學(xué)中,我們首先要加強基礎(chǔ)知識的教學(xué),完善知識結(jié)構(gòu),力求整體的掌握和本質(zhì)的理解。還要充分利用新教材所要求必做的探究實驗,引導(dǎo)學(xué)生對物理現(xiàn)象和過程所預(yù)期的結(jié)論進行“科學(xué)猜想”,用直覺頓悟的思考方法在經(jīng)驗的基礎(chǔ)上得出新的結(jié)論,長期堅持這樣做,就可教會學(xué)生直覺思維方法,培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維能力。

(三)形象思維方法

用直覺頓悟的思考方法所得到的結(jié)論是否正確,還必須設(shè)計實驗進行檢驗和論證。伽利略運用直覺頓悟的創(chuàng)新思維方法得出s=at2/2的結(jié)論后,又用形象思維方法設(shè)計理想斜面實驗進行檢驗,多次實驗的結(jié)果表明:小球在斜面上的運動是勻加速運動(即s∝t2)。然后又合理外推,當斜面的傾角θ→90°。時,小球仍然做勻加速運動,從而證明了自由落體運動是初速度為零的勻加速直線運動這一結(jié)論是正確的。至此,自由落體運動規(guī)律才可以表述為h=gt2/2。伽利略用同樣的思維方法提出了“動者恒動、靜者恒靜”的物理規(guī)律,為牛頓第一定律的建立提供了可靠的依據(jù)。

所謂形象思維,就是用形象作為思維的元素和手段來分析思考問題的一種創(chuàng)造性思維方法,形象思維和抽象思維都以感性認識作為基礎(chǔ),形象思維雖然具有形象性,具有感性直觀的外殼,實質(zhì)上卻是反映著事物本身的屬于理性認識階段的思維活動。物理學(xué)中的理想實驗、理想模型都是形象思維的產(chǎn)物,電場線、磁感線甚至光線都是這種形象思維的杰作。作為幸運的物理教師,應(yīng)充分結(jié)合物理教學(xué)的具體內(nèi)容,努力培養(yǎng)學(xué)生形象思維能力,對學(xué)生的成才具有十分重要的作用。

二、依據(jù)創(chuàng)新思維方法,歸納教學(xué)基本方法

一談起教學(xué)方法,總?cè)菀资谷税褌鹘y(tǒng)教學(xué)上寫的講解、討論、談話、提問、作業(yè)及現(xiàn)代化教學(xué)手段運用之類搬出來,誤以為這就是物理教學(xué)的基本方法。其實它們只不過是一些教學(xué)活動的表現(xiàn)形式,單純靠這些表現(xiàn)形式無法完成物理教學(xué)的目的和任務(wù),無法培養(yǎng)創(chuàng)新能力,無法教會學(xué)生怎樣去學(xué)習(xí)。盲目引進和機械照搬教育課本中的各種教學(xué)活動的表現(xiàn)形式不是研究創(chuàng)新教育的有效途徑。從物理學(xué)家的科學(xué)研究中去探索創(chuàng)新教育、歸納總結(jié)物理教學(xué)方法不失為一條有效途徑。我們分析伽利略研究自由落體運動規(guī)律的全過程,不難看出,伽利略研究問題的基本方法就是抽象思維、數(shù)學(xué)推導(dǎo)和科學(xué)實驗相結(jié)合的方法,這一方法就是我們從事物理教學(xué)的基本方法,只有這一方法才能完成物理教學(xué)的目的和任務(wù),教會學(xué)生怎樣去學(xué)習(xí),培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力,從而達到“教是為了不教”,“教好是為了學(xué)好”的目的。愛因斯坦對伽利略的研究方法給予極高的評價:“伽利略的發(fā)現(xiàn)以及他所應(yīng)用的科學(xué)方法是人類思想史上最偉大的成就之一,而且標志著物理學(xué)的真正開端”?？v觀物理學(xué)發(fā)展史,任何物理規(guī)律的建立都離不開伽利略的這一研究方法,物理教師要引導(dǎo)學(xué)生掌握這些物理規(guī)律,并同時培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力,那就必須用伽利略的研究方法。所以說,抽象思維、數(shù)學(xué)推導(dǎo)和科學(xué)實驗相結(jié)合的方法才是物理教學(xué)的基本方法,教會學(xué)生科學(xué)思維方法比教會學(xué)生物理知識更為重要。

自由落體運動只不過是高中物理課本中的一節(jié)課,而從伽利略研究自由落體運動的過程中所總結(jié)出來的科學(xué)方法,卻對培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力,提高物理教學(xué)效果有著十分重要的意義和作用,這種作用有時會影響學(xué)生一生的幸福。

作者單位:山東省青島第九中學(xué)