中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力的研究

孫鴻坤

（上海交通大學(xué)附屬中學(xué)，上海200439）

中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力的研究

孫鴻坤

（上海交通大學(xué)附屬中學(xué)，上海200439）

論述了培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力的意義，提出了訓(xùn)練和培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力的方法.結(jié)合教學(xué)案例，給出了在中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力的實(shí)施途徑實(shí)踐和思考.

中學(xué)物理；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；創(chuàng)新思維能力

1 創(chuàng)新思維釋義

創(chuàng)新思維是指以新穎、獨(dú)特的方法解決問題的思維過程.通過這種思維不僅能揭示客觀事物的本質(zhì)及其內(nèi)部聯(lián)系，而且在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生新穎、獨(dú)創(chuàng)、具有明顯社會意義的思維成果.創(chuàng)新思維是人類創(chuàng)造力的核心和思維的最高級形式，是人類思維活動中最積極、最活躍和最富有成果的一種思維形式.人類社會的進(jìn)步與發(fā)展離不開知識的增長與發(fā)展，而知識的增長與發(fā)展又是創(chuàng)新思維的結(jié)果.所以，創(chuàng)新思維比之思維的其他形式，更能體現(xiàn)人的主觀能動性.

《上海市中學(xué)物理課程標(biāo)準(zhǔn)》指出：“中學(xué)物理課程是以觀察和實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，以物理現(xiàn)象、物理概念和規(guī)律、物理過程和方法為載體，以科學(xué)探究為主線，以提高全體學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)為基本目標(biāo)的基礎(chǔ)性自然科學(xué)課程，是中學(xué)自然科學(xué)學(xué)習(xí)領(lǐng)域的重要組成部分.”“物理課程必須注重全面提高學(xué)生的基本科學(xué)素養(yǎng)，使他們不僅掌握物理知識，還具有科學(xué)精神和創(chuàng)新能力，為今后走向社會和終身學(xué)習(xí)奠定堅實(shí)的基礎(chǔ).”因此，物理教師應(yīng)利用好實(shí)驗(yàn)教學(xué)，培養(yǎng)和提高學(xué)生的創(chuàng)新思維能力.

2 物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力的主要途徑和實(shí)踐

2.1 做好基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力提供必要的基礎(chǔ)

能力的培養(yǎng)離不開基礎(chǔ)知識，離開了知識和技能的積累，就談不上創(chuàng)新能力的培養(yǎng).在實(shí)驗(yàn)中可以培養(yǎng)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的能力，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)方法.學(xué)生掌握物理知識要經(jīng)歷“感性－理性－應(yīng)用”的科學(xué)認(rèn)識過程.實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以幫助學(xué)生形成物理概念，理解和鞏固物理知識，培養(yǎng)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、分析問題、解決問題的能力，初步掌握一些常用的物理實(shí)驗(yàn)技能，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是、嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)方法.在演示實(shí)驗(yàn)或?qū)W生實(shí)驗(yàn)中，要求學(xué)生認(rèn)真觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并將觀察的結(jié)果記錄好，認(rèn)真分析，去偽存真，填寫于實(shí)驗(yàn)報告中.這樣要求學(xué)生，不僅使學(xué)生知道在實(shí)驗(yàn)中要觀察的內(nèi)容，還可以使學(xué)生獲得第一手感性材料，儲備堅實(shí)的物理基礎(chǔ)知識，為培養(yǎng)創(chuàng)新思維打好基礎(chǔ).

2.2 改進(jìn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)，為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力提供深入思考的空間

根據(jù)學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)情況，對教材中的學(xué)生實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，使其更能體現(xiàn)物理概念和規(guī)律的形成過程，促進(jìn)學(xué)生實(shí)現(xiàn)更深入的思考，發(fā)揮主觀能動性，從而培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力.

教學(xué)案例：多用表教學(xué)設(shè)計

學(xué)生在學(xué)習(xí)了閉合電路歐姆定律之后，學(xué)習(xí)使用多用表測電流、電壓和電阻.教學(xué)設(shè)計中，筆者增加了歐姆表內(nèi)部結(jié)構(gòu)及測量原理等內(nèi)容，將“多用表”這節(jié)課從原來重點(diǎn)“學(xué)會使用多用電表”的實(shí)驗(yàn)課（且勞技課上已經(jīng)接觸過多用表），轉(zhuǎn)變?yōu)樵趯?shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上與“閉合電路歐姆定律”聯(lián)系的一堂理論聯(lián)系實(shí)際的課，要求學(xué)生利用電流表組裝歐姆表.

通過探討學(xué)生熟悉的測電阻的方法出發(fā)，引導(dǎo)出等效替代的思想，獲得歐姆表的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和測量原理.又從實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問題，進(jìn)而引發(fā)思考，探討修正方案，深刻理解了歐姆表內(nèi)部結(jié)構(gòu)中各部分的作用，充分體現(xiàn)物理知識的建立和形成過程.用組裝好的歐姆表測量電阻，展示多用表歐姆擋，看到自己設(shè)計的歐姆表和多用表歐姆擋的一致性，感受自我設(shè)計的成就感.

測電阻的方法和等效替代的思想是學(xué)生已有的知識，但在此基礎(chǔ)上獲得歐姆表內(nèi)部結(jié)構(gòu)、重新組裝歐姆表，并非易事，設(shè)計的過程，就是創(chuàng)造性運(yùn)用知識的過程，學(xué)生需要有扎實(shí)的基礎(chǔ)知識，熟練的實(shí)驗(yàn)技能，在“設(shè)計—組裝—反思—修正—應(yīng)用”的過程中，思維嚴(yán)謹(jǐn)、層層深入，促進(jìn)了創(chuàng)新思維能力的發(fā)展.

2.3 設(shè)計學(xué)生實(shí)驗(yàn)和演示實(shí)驗(yàn)，為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力提供更廣闊的舞臺

物理是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，來源于生活，又重新應(yīng)用于實(shí)際生活，這也是這門學(xué)科的最大魅力所在.因此，教師可以根據(jù)教學(xué)需要，在概念規(guī)律課或習(xí)題課中，創(chuàng)造性地引入學(xué)生實(shí)驗(yàn).

教學(xué)案例：動能定理的應(yīng)用

學(xué)生在學(xué)習(xí)了“動能定理”之后的習(xí)題課，“動能定理的應(yīng)用”第一課時.教師通過“乒乓球下落”和“單擺擺線碰釘子”2個學(xué)生實(shí)驗(yàn)，逐步引導(dǎo)學(xué)生掌握動能定理在各種情況下的應(yīng)用.

學(xué)生實(shí)驗(yàn)1：乒乓球下落實(shí)驗(yàn)

通過乒乓球下落的情境引入，提出測量乒乓球下落到最后停下來的總路程的問題，引導(dǎo)學(xué)生建立模型，尋找實(shí)驗(yàn)原理，設(shè)計實(shí)驗(yàn)記錄表格，最后得到結(jié)果.下面是學(xué)生實(shí)驗(yàn)的任務(wù)單.

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模呵笃古仪驈碾x桌面0.7m高度由靜止下落至桌面，到最后停在桌面經(jīng)過的總路程.

實(shí)驗(yàn)器材：乒乓球，米尺.

建立物理模型（理想化處理）：1）不計乒乓球與桌面碰撞時的能量損失；2）設(shè)阻力大小恒定；3）乒乓球看成質(zhì)點(diǎn).

實(shí)驗(yàn)原理：___________________________________________.數(shù)

據(jù)記錄：___________________________________________.

從生活中抽象出物理模型，引發(fā)學(xué)生思考，把自己所學(xué)的動能定理的知識用于解決實(shí)際問題，使教學(xué)更生動直觀、更貼近生活實(shí)際，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣、拓展了學(xué)生的思維.實(shí)驗(yàn)中突出了物理模型的建立方法，使學(xué)生認(rèn)識到在復(fù)雜多階段直線運(yùn)動中，牛頓定律求解比較繁瑣，選擇對整個過程應(yīng)用動能定理更簡捷，這樣的設(shè)計，遠(yuǎn)比單純以講授習(xí)題的形式更吸引人，更能調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，引發(fā)學(xué)生在生活中更多觀察、更多思考，促進(jìn)了創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng).

學(xué)生實(shí)驗(yàn)2：單擺擺線碰釘子實(shí)驗(yàn)

教師演示單擺碰釘子的實(shí)驗(yàn)，提出要完成圓周運(yùn)動，小球由靜止下落的位置A離釘子（圓心）的距離為多少？在這樣一個多段曲線運(yùn)動的模型中，學(xué)生運(yùn)用動能定理和圓周運(yùn)動的知識獲得了理論上的結(jié)果，又通過學(xué)生實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證.在此基礎(chǔ)上，教師播放過山車的錄像，并進(jìn)行模型演示，提出過山車至少在多高處下落才是安全的，有的學(xué)生稍作思考，就馬上回答出了結(jié)論，有的學(xué)生經(jīng)過計算得到結(jié)論，發(fā)現(xiàn)過山車和單擺碰釘子是相同的結(jié)論.因此，學(xué)生能夠深刻理解，動能定理應(yīng)用關(guān)注的是初、末狀態(tài)的動能及過程中的總功，而不是具體的路徑.

實(shí)驗(yàn)的探究過程看上去不如理論推導(dǎo)和講解習(xí)題來得快捷，但學(xué)生在“觀察—思考—實(shí)踐—反思”的過程中，促進(jìn)了邏輯推理能力、發(fā)散性思維能力的提高，從而促進(jìn)了創(chuàng)新思維能力的發(fā)展.

2.4 指導(dǎo)課外實(shí)驗(yàn)，為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力提供更多實(shí)踐機(jī)會

根據(jù)課內(nèi)所學(xué)知識，有針對性地指導(dǎo)學(xué)生課外探究實(shí)驗(yàn)，既能加深對課內(nèi)知識的理解，又能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情.

課題：滴水法測量重力加速度

背景：學(xué)習(xí)了自由落體運(yùn)動之后，學(xué)生通過查資料，發(fā)現(xiàn)可以應(yīng)用自由落體運(yùn)動，用滴水的方法測重力加速度.

下面是課題小組的實(shí)驗(yàn)報告.

課題：滴水法測量重力加速度

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簻y量重力加速度g.

實(shí)驗(yàn)原理：利用觀察測量水滴的自由落體運(yùn)動，計算出水滴勻加速運(yùn)動的加速度，以此來獲得重力加速度g的大小.

實(shí)驗(yàn)器材：錄音用設(shè)備（在此使用手機(jī)），不銹鋼碗，醫(yī)用點(diǎn)滴袋及配套滴液瓶、針頭（一定要可調(diào)控滴水速率），藍(lán)黑墨水，固定高度的架子（在此運(yùn)用寢室梯子），皮尺.

實(shí)驗(yàn)過程：

1）向點(diǎn)滴瓶中注入藍(lán)黑墨水（為使水滴在空中能看見，便于控制計數(shù)）.

2）將點(diǎn)滴瓶固定于架子頂端，將輸液管、針頭等豎直懸于空中，在地面正下方放置碗，碗倒扣在地面，并在里面放上手機(jī).

3）測量針頭底端到碗的豎直距離h.

4）打開滴液閥，由快至慢調(diào)節(jié)水滴的速率，確定每次滴水空中只有1滴水滴，并且每次剛聽到水滴聲時剛好之后1滴水從針管中落下（一定要精確）.

5）之后用耳聽，調(diào)整至人耳估算大約為1s間隔時，打開碗下手機(jī)錄音，待錄至n滴聲響后停止.取出手機(jī)重播錄音，計算第1滴聲響和最后1滴聲響的時間差t［應(yīng)該正好是（n－1）份水滴間隔］，則可精確計算出水滴間隔.

6）反復(fù)進(jìn)行第4步，在水滴速率不變的情況下多次測量，取得多組數(shù)據(jù).

7）多次測量后取得平均值，計算得出重力加速度g.

注意：第5步中的過程一定要細(xì)致，是整個實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵，若水滴間隔計算出來僅偏差0.1s，最后得出的結(jié)果誤差很大，故一定要在確認(rèn)無誤后再進(jìn)行數(shù)據(jù)采集！建議n≥50.

實(shí)驗(yàn)計算：

由于本實(shí)驗(yàn)對精確度要求十分高，我們小組剛開始做時誤差十分大（g為5左右），本實(shí)驗(yàn)總共有3處容易引入誤差之處：

1）要保證1滴水落到碗上發(fā)出聲響的同時，第2滴剛好從針管下落，且空中只有1滴水滴.起初因?yàn)榭床磺逋该鞯乃味鵁o法確定空中是否真的是1滴水，于是使用注入鋼筆墨水給水滴染色的方法解決了這個問題（個人建議藍(lán)黑，黑色容易堵住針管）.

2）要控制每次水滴下落間隔相同，由于沒有專用的器材，醫(yī)院打點(diǎn)滴用的滴液瓶和配套設(shè)施再適合不過了.

3）要精確測量每一滴水滴的間隔，用秒表測量很不精確.哪怕是運(yùn)用整體測量法（即50滴測出總時間再除以50）也有相當(dāng)大的誤差（人的反應(yīng)延遲計時誤差）.因此想出了運(yùn)用錄音的方法，因?yàn)檫@樣既能夠從錄音中聽見每次水滴的聲音，更可以從錄音文件的時間顯示上十分精確地得出總時間.

充滿好奇心和求知欲，這是培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力的重要環(huán)節(jié).不能輕易抹殺學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情.愛因斯坦說過“如果把學(xué)生的熱情激發(fā)起來，那學(xué)校所規(guī)定的功課，會被當(dāng)做一種禮物來接受.”

總之，物理教師要樹立實(shí)驗(yàn)的意識，精心設(shè)計實(shí)驗(yàn)課，以學(xué)生為學(xué)習(xí)的主體，立足學(xué)生的長遠(yuǎn)發(fā)展，逐步培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力.

課題中遇到的困難：

Research on the cultivation of innovative thinking ability of students in middle school physics experiment teaching

SUN Hong－kun
（High School Affiliated to Shanghai Jiaotong University，Shanghai 200439，China）

This paper discussed the significance of cultivating students’ability of innovative thinking，showed that the innovative thinking ability could be trained and cultivated.Combining teaching case，it presented some approaches and thinking of cultivating the innovative thinking ability of students in middle school physics experiment teaching process.

middle school physics；experiment teaching；innovative thinking ability

G633.7

A

1005－4642（2012）11－0033－03

［責(zé)任編輯：尹冬梅］

2012－08－06

孫鴻坤（1976－），女，黑龍江齊齊哈爾人，上海交通大學(xué)附屬中學(xué)一級教師，學(xué)士，從事中學(xué)物理教學(xué)工作.