高中物理教學(xué)中滲透科學(xué)質(zhì)疑和創(chuàng)新素養(yǎng)教育的研究

顧紅霞

學(xué)貴有疑！有疑才能創(chuàng)新！科學(xué)發(fā)展中，這兩條可以說(shuō)是基本定律.高中物理教學(xué)中，如果能夠有效滲透科學(xué)質(zhì)疑和創(chuàng)新素養(yǎng)的教育，可以讓物理教學(xué)更加接近物理發(fā)展的本質(zhì)，可以更為有效地培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑意識(shí)與創(chuàng)新精神.基于這樣的考慮，筆者進(jìn)行了“高中物理教學(xué)中滲透科學(xué)質(zhì)疑和創(chuàng)新素養(yǎng)教育”的課題研究，取得了一些成果.

一、問題的提出

物理學(xué)習(xí)本來(lái)應(yīng)當(dāng)具有質(zhì)疑和創(chuàng)新的基因的，但筆者發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在的學(xué)生進(jìn)入高中學(xué)習(xí)之后，在物理課堂上表現(xiàn)出來(lái)的質(zhì)疑與創(chuàng)新是很稀缺的，更多的是“服從”于教師所講的概念和所教的規(guī)律.究其原因，因?yàn)閷W(xué)生在義務(wù)教育階段接受的物理教育，多以一種神圣不可侵犯的姿態(tài)進(jìn)入了學(xué)生的頭腦，久而久之，質(zhì)疑與創(chuàng)新的意識(shí)與能力便有所欠缺.而且更令人注意的是，盡管初中階段有一些所謂的創(chuàng)新題，但事實(shí)上非但起不到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的作用，相反更加讓學(xué)生掌握的物理知識(shí)變得僵化和保守.因而，高中的物理學(xué)習(xí)階段，教師對(duì)于質(zhì)疑意識(shí)和創(chuàng)新能力的努力，與其說(shuō)是一種培養(yǎng)，倒不如說(shuō)是一種糾正，是讓學(xué)生從僵化的夢(mèng)境中醒來(lái).

事實(shí)上，高中物理的許多知識(shí)的學(xué)習(xí)，都需要學(xué)生的質(zhì)疑與創(chuàng)新.比如物理知識(shí)構(gòu)建中常常用到的平行四邊形定則、機(jī)械能守恒定律、動(dòng)量守恒定律等.這些規(guī)律發(fā)展到今天已經(jīng)形成一種完善的科學(xué)理論，沒有什么值得懷疑的地方.但對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)卻不是如此，根據(jù)新課程理念中的探究思想，學(xué)生的探究學(xué)習(xí)類似于科學(xué)家的探究過(guò)程，因而質(zhì)疑與創(chuàng)新就是其中不可或缺的成份.從物理發(fā)展的角度看，這些定律的形成事實(shí)上也經(jīng)歷了懷疑、證實(shí)的過(guò)程，因而今天我們提出讓學(xué)生以質(zhì)疑和創(chuàng)新的態(tài)度來(lái)學(xué)習(xí)這些知識(shí)，并不是沒有科學(xué)道理.

二、研究的內(nèi)容

課題研究中筆者主要圍繞高中物理的重要定理與定律，以課例研究的方式進(jìn)行了研究.從大的思路上看，主要讓學(xué)生對(duì)重要定律和定律的探究中，對(duì)于實(shí)驗(yàn)思路的確定，對(duì)于實(shí)驗(yàn)步驟的設(shè)計(jì)，對(duì)于實(shí)驗(yàn)器材的選擇，對(duì)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的評(píng)價(jià)等環(huán)節(jié)，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，讓學(xué)生敢于質(zhì)疑、善于質(zhì)疑、敢于創(chuàng)新、善于創(chuàng)新.從而實(shí)現(xiàn)在質(zhì)疑中培養(yǎng)質(zhì)疑能力，在創(chuàng)新中培養(yǎng)創(chuàng)新能力的研究目標(biāo).

課例一：平行四邊形定則的研究.（由于本研究側(cè)重于質(zhì)疑和創(chuàng)新兩大關(guān)鍵詞，因而在本課例中的常規(guī)教學(xué)要求就不再贅述.）

這一研究中，學(xué)生的質(zhì)疑主要集中在兩個(gè)方面：一是力的分解的描述；二是為什么力的分解與合成遵守平行四邊形定則？對(duì)于第一個(gè)問題而言，這實(shí)際上是物理教學(xué)中的一個(gè)難點(diǎn)，很多時(shí)候?qū)W生的觀念都是由于教師主導(dǎo)下的重復(fù)而生成的，并不是學(xué)生的直觀認(rèn)識(shí).于是我們大膽讓學(xué)生去質(zhì)疑，而學(xué)生的質(zhì)疑結(jié)果其實(shí)不外乎兩類：一是力的分解可不可以不按照力的作用效果去分解？二是力的分解從數(shù)學(xué)的角度來(lái)看有多少種結(jié)果？對(duì)于學(xué)生這樣的質(zhì)疑，我們讓學(xué)生自己去嘗試解答：一個(gè)力從數(shù)學(xué)的角度去分解，理論上有無(wú)數(shù)種結(jié)果，但考慮到物理的現(xiàn)實(shí)意義，因此數(shù)學(xué)分析的結(jié)果必須接受物理實(shí)際意義的檢驗(yàn)；一個(gè)力的作用中往往有兩種或兩種以上的作用效果（如斜面上的物體產(chǎn)生壓力和“下滑力”兩種效果），因此根據(jù)力的作用效果分解往往符合實(shí)際需要.這樣的質(zhì)疑與分析過(guò)程雖然會(huì)花費(fèi)一定的時(shí)間，但卻可以高效地掃除學(xué)生在力的分解[JP3]與合成中的認(rèn)識(shí)誤區(qū)，從而給后面知識(shí)的學(xué)習(xí)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).[JP]

第二個(gè)質(zhì)疑：為什么是平行四邊形？傳統(tǒng)教學(xué)中是通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)證實(shí)的.但一旦我們讓學(xué)生質(zhì)疑，學(xué)生仍然會(huì)有疑問：力的合成與分解怎么偏偏就與平行四邊形產(chǎn)生了關(guān)系呢？即使跟學(xué)生強(qiáng)調(diào)“這是實(shí)驗(yàn)的結(jié)果”，事實(shí)上也不能解答學(xué)生的疑問.于是筆者引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行思維上的創(chuàng)新，在研究中我們稱之為“頭腦風(fēng)暴”，這個(gè)過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)基本上是這樣的：力的合成與分解是物理問題（教師陳述）平行四邊形屬于什么學(xué)科的知識(shí)？（學(xué)生回答）因此我們說(shuō)力的合成與分解符合平行四邊形定則，實(shí)際上是用什么知識(shí)描述什么知識(shí)？（學(xué)生回答）經(jīng)過(guò)這樣的問答之后，下面的任務(wù)就交給學(xué)生：尋求數(shù)學(xué)知識(shí)解答此物理問題的合理性.結(jié)果學(xué)生思維的創(chuàng)新性就表現(xiàn)出來(lái)：有的學(xué)生開始研究平行四邊形的特點(diǎn)，有的學(xué)生開始研究力的表示（有向線段）與數(shù)學(xué)的關(guān)系，有的學(xué)生將注意力放在矢量方面.這一研究從課內(nèi)延伸到課外，學(xué)生通過(guò)資料查詢、請(qǐng)教數(shù)學(xué)老師等方式，終于認(rèn)清了力的合成與分解遵循平行四邊形法則的背后，是數(shù)學(xué)上矢量運(yùn)算規(guī)則.而這樣的認(rèn)識(shí)有什么好處呢？給后來(lái)的力矩知識(shí)的學(xué)習(xí)、洛倫茲力的學(xué)習(xí)提供了有力的保證.

課例二：機(jī)械能守恒定律.

這節(jié)課上學(xué)生的質(zhì)疑主要是：自然界中，機(jī)械能真的守恒嗎？這一疑問看似不合理，其實(shí)卻非常符合高中學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律.眾所周知，物理發(fā)展史上關(guān)于永動(dòng)機(jī)的研究至今也沒停止，側(cè)面說(shuō)明了并不是所有人都認(rèn)同這一規(guī)律.因此在這一疑問的引導(dǎo)下，筆者讓學(xué)生自己去想辦法理解.學(xué)生的思路也體現(xiàn)出了創(chuàng)新的一般步驟：一開始是尋找正例，結(jié)果發(fā)現(xiàn)根本就無(wú)法窮盡，因而無(wú)法完全證明；隨后再去尋找反例，即看有沒有不遵循機(jī)械能守恒定律的.在這種情況下，筆者也將搜集的有關(guān)永動(dòng)機(jī)的從古至今的研究并整理出來(lái)給學(xué)生閱讀.這樣的教學(xué)方式讓學(xué)生對(duì)機(jī)械能守恒定律有了更為深刻的認(rèn)識(shí).而反思這一教學(xué)方式，何嘗不是一種創(chuàng)新呢？

三、研究的總結(jié)

通過(guò)本課題的研究，筆者發(fā)現(xiàn)其實(shí)高中學(xué)生只要給了質(zhì)疑和創(chuàng)新的機(jī)會(huì)，他們總能給教師一些驚喜：提出的質(zhì)疑并非全無(wú)道理，而且就算是在教師一眼就看出的質(zhì)疑，事實(shí)上也反應(yīng)了學(xué)生的一種思維過(guò)程，有助于教師準(zhǔn)確地判斷學(xué)生的學(xué)情；而學(xué)生在創(chuàng)新中的表現(xiàn)則呈現(xiàn)出一種發(fā)散的狀態(tài)，不同的學(xué)生針對(duì)同一問題總能想到不同的方法.這些方法大多還都是可行的，比如說(shuō)在動(dòng)量守恒中學(xué)生的一些創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，有學(xué)生提出可以將兩輛質(zhì)量相等的小車之間壓一個(gè)彈簧，然后通過(guò)彈簧將兩車彈出的距離，來(lái)判斷兩車動(dòng)量是否守恒.這樣的設(shè)計(jì)吻合了系統(tǒng)不受外力的情形，且效果明顯，不能不說(shuō)是學(xué)生的一個(gè)創(chuàng)新（盡管教師可能是熟知的）.

[BP（]至于有老師擔(dān)心學(xué)生的創(chuàng)新會(huì)不會(huì)影響最終的考試，言下之意是擔(dān)心學(xué)生的答案在試卷上不夠標(biāo)準(zhǔn).筆者采取的策略是將學(xué)生的創(chuàng)新結(jié)果，與教材上的結(jié)果進(jìn)行比較，這樣學(xué)生大多能夠發(fā)現(xiàn)教材上的設(shè)計(jì)會(huì)比他們的好，從而也就加深了對(duì)教材的認(rèn)同；即使偶爾學(xué)生會(huì)認(rèn)為自己的創(chuàng)新成果好，筆者也會(huì)鼓勵(lì)學(xué)生記下自己的創(chuàng)新結(jié)果，甚至是改編成習(xí)題，而這也成為筆者研究習(xí)題的重要來(lái)源.[BP）]

總而言之，這一課題研究給筆者帶來(lái)的收獲是很大的.當(dāng)然，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，這一課題還有不斷發(fā)掘與研究的價(jià)值，相信隨著筆者的認(rèn)識(shí)不斷深入，隨著學(xué)生的思維不斷深入，這一研究還會(huì)收獲更多的成果.endprint