基于創(chuàng)新能力的培養(yǎng) 開展自主實驗探究的策略

張永林

摘 ? 要：科技是國家強盛之基，創(chuàng)新是民族進步之魂，是一個國家興旺發(fā)達的不竭動力。尋找策略，在中學教育教學過程中，開展學生自主實驗探究，培養(yǎng)學生在學習、生活中，善于發(fā)現(xiàn)問題，自主思考，獨立探索，發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律、社會規(guī)律，解決問題，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：自主實驗;科學探究;創(chuàng)新能力

科技是國家強盛之基，創(chuàng)新是民族進步之魂。不斷的科技創(chuàng)新才鑄就了華為這樣世界領(lǐng)先的科技型民族企業(yè)。創(chuàng)新是指以現(xiàn)有的思維模式提出有別于常規(guī)或常人思路的見解為導向，利用現(xiàn)有的知識和物質(zhì)，在特定的環(huán)境中，本著理想化需要或為滿足社會需求，進而改進或創(chuàng)造新的事物、方法、元素、路徑、環(huán)境，并能獲得一定有益效果的行為[ 1 ]。

創(chuàng)新是民族生存的希望，是一個國家興旺發(fā)達的不竭動力，福特公司創(chuàng)始人亨利·福特認為：不創(chuàng)新，就滅亡。人類的發(fā)展與進步，就是永不停止地追求自我超越和不斷創(chuàng)新的一個歷程，創(chuàng)新是源于人類特有的一種心理品質(zhì)，而創(chuàng)新能力是人們運用已經(jīng)掌握的知識、經(jīng)驗產(chǎn)生出某種新穎、獨特的問題解決方案，從而有效地解決實際問題的能力[ 2 ]。創(chuàng)新能力是每個人都具有的獨特的潛質(zhì)，它需要通過長期的學習和不斷實踐探究、進行科學實驗等活動，這一潛質(zhì)方可得以外顯。如何加強實驗教學和開展學生自主實驗探究，以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力？

1 ?培養(yǎng)質(zhì)疑精神，激發(fā)自主實驗探究意識

“問題是探究的起點，也是創(chuàng)新的動力源?！迸ｎD因為對天體運動的困惑和強烈的探索欲望，才有在蘋果樹下的“頓悟”——發(fā)現(xiàn)了萬有引力;伽利略由于對亞里士多德關(guān)于運動與力的質(zhì)疑和不斷的探索——發(fā)現(xiàn)了自由落體運動規(guī)律;周海中對梅森素數(shù)分布的疑惑和追求創(chuàng)新，才有了他對描述梅森素數(shù)分布性質(zhì)的精確表達——"周氏猜測"。

朱熹云"讀書無疑，須教有疑，有疑者卻要無疑，到這里方是長進。"學生在學習過程中發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，對知識產(chǎn)生疑問是學生學習的一個重要能力，這個能力是需要教師在日常的教學活動中去培養(yǎng)和訓練的。因此，教師應該樹立正確的教育觀和學生觀，從以傳授知識為目標轉(zhuǎn)化為以培養(yǎng)學生素養(yǎng)為核心，培養(yǎng)學生的能力為目標，重視培養(yǎng)學生的自主學習能力，培養(yǎng)學生學會質(zhì)疑，引導學生自主科學探究、探索規(guī)律、解決問題。

1.1 ?營造敢于質(zhì)疑的學習氛圍

課堂是教學的主陣地，校園是師生平等互動的最好環(huán)境，教師應該主動走近學生、了解學生，課堂中教會學生發(fā)現(xiàn)問題，鼓勵學生主動提出問題，和學生一起分析問題、探索問題和解決問題，對大膽提出問題，并能自主探索問題的學生給予充分的肯定和褒獎，形成良好的質(zhì)疑和探索問題的學習氛圍與環(huán)境。

1.2 ?培養(yǎng)學生勇于質(zhì)疑的品格

質(zhì)疑是一種批判性思維，要鼓勵學生敢于質(zhì)疑，勇于挖掘和發(fā)現(xiàn)問題，提出自己的困惑和觀點，不唯書、不唯上，不迷信權(quán)威，勇于追求真理的精神。培養(yǎng)學生質(zhì)疑的勇氣，激勵學生質(zhì)疑的意志，讓學生體驗因為質(zhì)疑、探索問題、解決問題而帶來的快樂，從而培養(yǎng)他們勇于和善于質(zhì)疑的品格。

“學起于思，思源于疑?！币墒屈c燃思維的火種，是探究的動力，探究是解決疑惑的最好途徑 ，使得學生從有疑到無疑而得到長進，教師的教學應鼓勵學生學會生疑、自主解惑，培養(yǎng)學生不斷創(chuàng)新的思維能力和精神。

2 ?強化實驗教學，培養(yǎng)自主實驗探究能力

物理是一門以實驗為基礎(chǔ)的科學，物理教學離不開實驗教學，通過實驗教學培養(yǎng)學生獲取知識和運用知識的能力，掌握科學方法，以科學的態(tài)度去探索物理世界，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。著名的物理學家、量子力學的重要創(chuàng)始人—馬克斯·普朗克（Max Planck）認為：物理定律不能單靠“思維”來獲得，還應致力于觀察和實驗。然而，在實際物理教學過程中，還是有不少教師只停在嘴上說實驗和紙上做實驗，并沒有真正落實物理的實驗教學，使物理教學變得不完整，讓物理教學失去它特有的培養(yǎng)人的功能。在一定程度上來說，學生良好的實驗與探究能力不亞于他們的筆試成績來得重要，因此，作為物理教教師要確實重視和強化落實物理實驗教學，并通過實驗教學，達到培養(yǎng)和提升學生以下能力。

2.1 ?培養(yǎng)學生正確應用實驗器材和儀器的能力

正確應用實驗器材的能力是實驗探究的最基本能力要求，物理實驗器材種類繁多，每種儀器的作用和使用的方法千差萬別，操作方法和步驟各不相同，這就要求我們通過實驗教學，讓學生反復地訓練和使用實驗器材，使學生能夠熟練掌握各種器材和儀表的作用和操作規(guī)程，正確操作、準確讀數(shù)。通過實驗教學，讓學生能夠根據(jù)實驗探究的需要，正確選用實驗器材，并正確使用。

2.2 ?培養(yǎng)學生實驗操作能力

落實課程設(shè)置的實驗，做好每一個分組實驗，教材中設(shè)置的實驗要做到應做盡做，不僅要做好《物理課程標準》要求的學生必做實驗，還應該創(chuàng)造條件去完成好每一個非必做實驗，悉心指導學生嚴格按照實驗規(guī)程和步驟，認真操作、仔細觀察、精確讀數(shù)，準確得出實驗數(shù)據(jù)和真實的實驗現(xiàn)象，通過學生動手做好每一個實驗，不僅要訓練他們掌握物理實驗器材和儀器的基本操作和使用方法，更要訓練他們的實驗操作能力，提升學生的實驗素養(yǎng)。

2.3 ?培養(yǎng)學生的科學探究能力

科學探究過程包括：①提出問題;②猜想與假設(shè);③設(shè)計實驗;④進行實驗;⑤收集證據(jù);⑥反思與評價;⑦表達與交流。通過實驗教學，培養(yǎng)學生從日常生活及物理學習中發(fā)現(xiàn)有價值的問題，對問題可能情形或影響的因素作出猜想與假設(shè)，并指導學生，組織學習小組討論，提出驗證猜想或假設(shè)的實驗方案，按照制定的實驗設(shè)計方案進行實驗探究，仔細觀察，認真思考，祥實記錄所觀察到的實驗現(xiàn)象和測量的數(shù)據(jù)，通過對實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)進行科學的歸納、比較、分類、概括、加工、整理和充分的交流討論，對探究結(jié)果的可靠性和科學性進行評價，得出正確的結(jié)論，讓學生掌握物理學科科學探究的基本方法和實驗操作，培養(yǎng)他們的科學實驗探究能力。

2.4 ?培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度

通過物理實驗教學，培養(yǎng)學生學會善于提出問題，并且積極主動尋求探索，多次實驗，反復求證，以求客觀真實，同時，學會尊重實驗真實數(shù)據(jù)和現(xiàn)象，尊重實驗事實，不唯心、不唯上、不主觀，能客觀地對實驗數(shù)據(jù)和觀察的事實進行實事求是的、批判性的分析評價，進行充分的交流與討論，得出科學性的結(jié)論。確實通過實驗教學，培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度。

2.5 ?創(chuàng)新實驗教學，提升自主實驗探究能力

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，對教育教學的要求也不斷提升，用傳統(tǒng)的實驗器材實驗，有的實驗現(xiàn)象和效果并不理想，我們應該創(chuàng)新實驗教學，應用現(xiàn)代科技手段，結(jié)合功能各異的傳感器、計算機等，設(shè)計實驗，通過增強現(xiàn)實、虛擬現(xiàn)實等技術(shù)手段呈現(xiàn)實驗，這樣，有機融合傳統(tǒng)實驗教學和現(xiàn)代新興科技，提高實驗教學質(zhì)量和效果，通過創(chuàng)新實驗教學有效地提升學生自主實驗探究的能力。如：應用溫度傳感器、計算機，探究電流的熱效應，把每個時刻的溫度精確地測量出來，通過計算機導入Excel表格，在計算機中呈現(xiàn)出T-t圖象，能比較直觀看出Q與I2、R、t的線性關(guān)系，更好地呈現(xiàn)實驗效果。

3 ?開放實驗室，創(chuàng)設(shè)自主實驗探究環(huán)境

實驗室和圖書館是學校最重要的教學與學習資源，也是學校投入重大資金建設(shè)的重要教學裝備，用好這兩大資源是學校培養(yǎng)人的重要途徑，是踐行核心素養(yǎng)教育思想的現(xiàn)實行動。開放實驗室與開放圖書館一樣重要，應該得到同等的重視，在理工科高等教育院校，開放實驗室已經(jīng)取得了共識，得到高度的重視，做了大量有益的嘗試，但在初、高中學校中，幾乎沒有哪所學校把開放實驗列入學校常規(guī)教學管理工作， 有效開放實驗室，為學生自主實驗探究提供必要的實驗條件。

3.1 ?開放實驗的意義

學生利用課余時間，根據(jù)自身學習、生活中遇到的一些困惑和問題，以及興趣愛好，進行個性化的自主實驗探究，這對提高學生的實踐與探究能力，培養(yǎng)學生的科學探究意識和創(chuàng)新精神有著十分重大的意義。自主實驗、科學探究不是紙上談兵，需要有物質(zhì)條件和物質(zhì)環(huán)境，開放實驗室對此提供了重要物質(zhì)與時間的保障是對學生進行自主實驗探究最大的支持和鼓勵。有條件的學校，還應該加大實驗建設(shè)與投入，建設(shè)探究實驗室，創(chuàng)造更好的條件，鼓勵學生自主實驗、獨立探究。

3.2 ?開放實驗的時間

學校應該根據(jù)學校的校情、學情，科學合理安排實驗開放時間，由于實驗室開放的對象是本校學生，所以，開放實驗應該以課余時間為主。正常工作日開放時間為中午和下午課外活動時間，雙休日和其他節(jié)假日開放一天或開放一個上午（或下午），節(jié)假日是否每天開放實驗也要根據(jù)實際情況來定，既要為學生自主實驗探究提供條件，又不能無謂地給教師增加太大的工作負擔，開放實驗室與圖書館，既有相似之處，又別于圖書館的開放，可以適當參照，但不簡的照搬照套。

3.3 ?實驗開放的制度化

學校要加大實驗建設(shè)和管理，完善實驗管理制度，重視實驗制度建設(shè)，把開放實驗室制度化，做好實驗室開放的安排，合理增加實驗室人員的，以滿足實驗教學與實驗室開放的需要。實驗室開放時間，不僅要安排實驗員，還要安排物理、化學、生物等學科任課教師，作為學校教師，不僅參與開放時間實驗的管理，同時，還要指導學生開展自主實驗探究，幫助學生解決在實驗探究中遇到的困難和問題，指導他們很好地完成自主實驗探究，得到科學的結(jié)論，引導和協(xié)助學生進行科技制作、科技創(chuàng)新。學校把開放理、化、生實驗室制度化，形成一定的開放機制，把任課教師參與開放實驗室管理、指導學生自主實驗探究作為教師工作的制度要求，并計算一定的工作量。

如果說開放圖書館是給學生打開了知識之窗、架設(shè)了通往知識海洋的橋梁，那么，開放實驗室，就是給學生自主實驗探究提供了物質(zhì)條件與探究環(huán)境，為學生探究未知世界，進行科學探索鋪設(shè)了一條路。

4 ?自制實驗器材，創(chuàng)設(shè)自主實驗探究條件

自制實驗器材是自主實驗探究的重要組成。基于培養(yǎng)創(chuàng)新能力的自主實驗探究，是學生在學習、生活中自主的思考、遇到的問題或困惑，進行獨立的思索、提出問題、作出假設(shè)與猜想而開展的科學實驗探究，它更具獨特性、個性化，是課堂實驗教學的拓展與延伸，自主實驗探究對實驗器材有著不同于課程實驗教學的要求，它更具獨特性和多樣性，為了更好地開展自主實驗探究，自主制作更多獨特的實驗器材，要創(chuàng)造實驗條件，以滿足不同的自主實驗探究的需要。

4.1 ?自制實驗器材的意義

（1）激發(fā)學生學習興趣，促進學生主動探索。自制實驗器材，使學生做到“學中做”“做中學”，主動獲取知識，運用知識解決實踐問題。（2）培養(yǎng)學生的合作精神。在制作實驗器材過程中，師生交流、生生交流，促進思維，提升合作[ 3 ]。（3）提升學生的實踐能力。學生運用知識，舉一反三，自主分析探究實驗，根據(jù)實驗，自主設(shè)計實驗器材、制作器材，提高學生的動手能力和實踐能力。

4.2 ?指導學生制作實驗器材

（1）改進、組合現(xiàn)有實驗器材，運用到自主實驗探究中，以取得更好的實驗效果。（2）利用生活用品制作實驗器材，變廢為寶。比如易拉罐、注射器、橡皮筋等，制作各種探究實驗所需的器材。（3）運用新技術(shù)。如運用數(shù)碼相機、各種傳感器等，以獲得傳統(tǒng)實驗器材所無法獲取的數(shù)據(jù)和傳統(tǒng)實驗器材無法實現(xiàn)的實驗效果。

5 ?創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學生自主實驗探究

5.1 ?創(chuàng)設(shè)教學情境，指導學生自主實驗探究

創(chuàng)設(shè)教學情境，能更好地激發(fā)學生的好奇心，形成學生的原認知沖突，形成新的心理疑惑，激發(fā)學生新的思維和探究的欲望，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、探究規(guī)律的意識和能力。如：探究平面鏡成像規(guī)律的實驗，在分組實驗之前，讓學生舉起右手站在大的平面鏡前，觀察人、像有什么異同，人、像、鏡之間有什么關(guān)系，并思考為什么要舉手觀像？在鏡子的背后能看到像嗎？在鏡子的背后看不到像，又如何去確定像和像的位置呢？根據(jù)觀察到的現(xiàn)象和產(chǎn)生的困惑，組織學生分小組進行討論，引導學生提出問題，作出猜想，依據(jù)猜想自主設(shè)計實驗，指導學生進行小組實驗探究，并記錄實驗數(shù)據(jù)，組織學生對實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)進行交流討論，分析總結(jié)，得出探究結(jié)論，通過實驗探究，獲取知識。

5.2 ?創(chuàng)設(shè)生活情境，激發(fā)學生自主實驗探究

《物理課程標準》指出：“教師要緊密聯(lián)系學生的生活環(huán)境，從學生的經(jīng)驗和已有的知識出發(fā)，創(chuàng)設(shè)生動的物理情境，關(guān)心學生體驗、感悟和實踐過程?！?物理學寓理于物，源于自然，源于生活[ 4 ]。教師要從學生熟悉的生活情境去創(chuàng)設(shè)問題，激發(fā)學生的探究愿望，開展豐富多彩、貼近生活的物理科學實驗探究，培養(yǎng)學生自主開展實驗探究的熱情和興趣，培養(yǎng)他們的實踐和創(chuàng)新能力。如：在生活中，指導學生觀察燈的亮暗情況，思考燈的亮暗程度由什么因素決定，組織學生開展小組討論，大膽猜想，廣泛交流討論，燈的亮暗程度決定因素是電流、電壓、電阻、額定功率，還是燈的實際功率？指導他們自主開展科學實驗探究，從而得出科學性結(jié)論。

問題學習的價值在于把教學的中心從學科轉(zhuǎn)向?qū)W科群所要解決的問題，由教師主體轉(zhuǎn)向?qū)W生主體，從而有序地激發(fā)學生的學習動機和興趣[ 5 ]。自主實驗探究，它是基于問題，學生通過主體性思考、自主探究、考察與反思、小組交流討論、解決問題，做到“做中學”“學中做”，它有利于學生的知識建構(gòu)，學習力和實踐能力的提升，同時，它更有利于培養(yǎng)學生自主思維、主動探究與交流、學會合作。在中學物理教學中，大力開展學生自主實驗探究，有效地提升學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)創(chuàng)新人才，實現(xiàn)培養(yǎng)人的教育目標。

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