物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的研究

劉高福 王平瑞 丁曲

摘要 ：物理實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的主要途徑之一。文章闡述了物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)對學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的影響因素;通過問卷調(diào)查分析了當(dāng)前物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)存在的問題;并針對存在的問題提出了演示實(shí)驗(yàn)、分組實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和課外實(shí)驗(yàn)如何更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：物理教學(xué);實(shí)驗(yàn)教學(xué);創(chuàng)新能力;培養(yǎng)學(xué)生

物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)。物理實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中起著重要的作用，它對培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力、創(chuàng)新能力是其他學(xué)科難以替代的。它不僅是建立物理概念和規(guī)律、理解和掌握物理知識不可缺少的環(huán)節(jié)，也是提高學(xué)生動手、動腦能力的重要途徑，是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素質(zhì)的重要手段之一[1]。通過多年的教學(xué)發(fā)現(xiàn)，物理實(shí)驗(yàn)在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力中仍存在一些不足。本文分析了物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的影響因素、存在問題，并提出了相應(yīng)的對策。

一、學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的影響因素

1.??? 社會因素

當(dāng)前，我國中學(xué)在升學(xué)率為主導(dǎo)的教育背景下，全面發(fā)展的教育方針與學(xué)校的教育執(zhí)行存在不一致。同時(shí)，在考試形式上，為了提高考試課程的方向性與客觀性，增加選擇題的數(shù)量和分?jǐn)?shù)，消減主觀問答題和計(jì)算題的數(shù)量和分?jǐn)?shù)。這實(shí)際側(cè)重考核學(xué)生的單一思維能力和記憶能力，學(xué)生的發(fā)散思維和創(chuàng)新能力將受到影響。

2.??? 學(xué)校因素

好的教學(xué)環(huán)境能給學(xué)生和教師提供更佳的學(xué)習(xí)環(huán)境和取得好的教學(xué)效果，高質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)設(shè)備可以讓實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更加準(zhǔn)確和清晰。目前，部分中學(xué)特別是鄉(xiāng)鎮(zhèn)中學(xué)還存在實(shí)驗(yàn)設(shè)備不齊全、老舊、數(shù)量不足。同時(shí)，部分中學(xué)未配備專職實(shí)驗(yàn)教師或?qū)嶒?yàn)管理員，基本都是課任教師兼任實(shí)驗(yàn)員，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)儀器管理不規(guī)范，實(shí)驗(yàn)器材損壞嚴(yán)重，實(shí)驗(yàn)室成了擺設(shè)，未發(fā)揮其培養(yǎng)學(xué)生的探究精神和創(chuàng)新能力的功能。

3.??? 教師因素

教師是學(xué)生創(chuàng)新思維和能力培養(yǎng)的主要造就者，教師的態(tài)度和能力直接影響著學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的效果和水平[2-3]。學(xué)校一般從學(xué)生的考試成績來衡量教師的教學(xué)質(zhì)量，而不是從學(xué)生能力培養(yǎng)和綜合成績反映該教師的教學(xué)質(zhì)量。況且有部分教師認(rèn)為創(chuàng)造發(fā)明是少數(shù)科學(xué)家、發(fā)明家的事，這些人是天生具備，后天難以培養(yǎng)的，有了這種認(rèn)識，自然不會把創(chuàng)新教育落到實(shí)處。其實(shí)創(chuàng)新教育是面向全體學(xué)生的教育，而不是少數(shù)尖子生的事，是后期培養(yǎng)的，只有這樣才能把創(chuàng)新教育落實(shí)到課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。教師不只是傳授知識，更是引導(dǎo)學(xué)生個(gè)性發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造能力和創(chuàng)新意識。

4.??? 學(xué)生因素

在制度、學(xué)校、教師和家長的共同影響下，中學(xué)階段更多的是簡單傳授知識，學(xué)生形成一種機(jī)械的學(xué)習(xí)模式、學(xué)習(xí)方法和固定的思維模式。大多數(shù)學(xué)生課堂上認(rèn)真聽課，但不主動思考、發(fā)現(xiàn)問題，教師傳授什么就是什么，對教師的課堂教學(xué)不敢質(zhì)疑，難以發(fā)現(xiàn)其中的不足，在這種教學(xué)環(huán)境下往往會磨滅學(xué)生的想象力和創(chuàng)造能力。

二、學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)存在的問題

本研究對貴州省安龍縣第二中學(xué)、第八中學(xué)，貴州省實(shí)驗(yàn)中學(xué)等三所學(xué)校的學(xué)生進(jìn)行了問卷調(diào)查。根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)了10個(gè)關(guān)于學(xué)生能力培養(yǎng)的問題，一共發(fā)放了510份調(diào)查問卷，共10個(gè)班，實(shí)際收回501份，有效率達(dá)98.2%，對物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題分析如下。

1.??? 演示實(shí)驗(yàn)缺乏趣味性，不能激發(fā)好奇心

課堂物理演示實(shí)驗(yàn)調(diào)查結(jié)果，有 301個(gè) （占60%）學(xué)生認(rèn)為應(yīng)該有演示實(shí)驗(yàn)而教師未演示，只有41個(gè)（占8%）學(xué)生認(rèn)為演示實(shí)驗(yàn)安排非常合理。學(xué)生認(rèn)為課堂演示實(shí)驗(yàn)較少且缺乏趣味性，演示實(shí)驗(yàn)一般是以教師為主，學(xué)生只是簡單地觀察。這樣的演示實(shí)驗(yàn)既難以提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也難以調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)物理的主動性和積極性，學(xué)生的創(chuàng)造能力和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)會受到抑制。

2.??? 設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)較少，影響發(fā)散思維培養(yǎng)

以人教版初中物理教材為例，共有20個(gè)學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)。探究性實(shí)驗(yàn)9 個(gè)（占45%），設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)4個(gè)（占20%），測量與操作實(shí)驗(yàn)3 個(gè)（占15%），驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)3 個(gè)（占15%），創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)1 個(gè)（占5%）[4]。從數(shù)據(jù)分析看設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)較少共5 個(gè)，學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的機(jī)會較少。探究性和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)占多數(shù)共12個(gè)，此類實(shí)驗(yàn)教師多數(shù)直接將實(shí)驗(yàn)的原理、步驟、結(jié)論先教給學(xué)生，導(dǎo)致探究性實(shí)驗(yàn)失去了探究的意義。與演示實(shí)驗(yàn)一樣，學(xué)生做實(shí)驗(yàn)只為了完成任務(wù)，照搬固有的步驟和思路，這樣培養(yǎng)的學(xué)生缺乏獨(dú)立思考和探究的能力。

3.??? 分組實(shí)驗(yàn)不受重視，創(chuàng)新潛能培養(yǎng)不夠

通過教師對實(shí)驗(yàn)教學(xué)重視的調(diào)查情況顯示，有225個(gè)（占45%）學(xué)生認(rèn)為教師不重視課堂物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)。特別是一些老教師，基本以傳授理論知識為主，很少開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，認(rèn)為實(shí)驗(yàn)過程時(shí)間較長，且不一定有預(yù)期的結(jié)果。為了節(jié)省時(shí)間，實(shí)驗(yàn)步驟、現(xiàn)象等直接通過課件展示，讓學(xué)生背實(shí)驗(yàn)步驟、現(xiàn)象等，隨后與理論知識一樣通過相關(guān)習(xí)題反復(fù)練習(xí)得以鞏固。有 180個(gè)（占36%）學(xué)生認(rèn)為教師嫌麻煩，實(shí)驗(yàn)器材難準(zhǔn)備，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯，甚至有些實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論結(jié)果不全吻合，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)誤差太大，反而引起學(xué)生的懷疑。有 40個(gè)（占8%）學(xué)生認(rèn)為教師覺得學(xué)生思維還不成熟和嚴(yán)謹(jǐn)，對實(shí)驗(yàn)的理解會有誤區(qū)。有 55個(gè)（占11%）學(xué)生認(rèn)為教師對分組實(shí)驗(yàn)課紀(jì)律難以維持，損壞儀器，造成不必要的麻煩，實(shí)驗(yàn)?zāi)芤灾v代替就盡量不做。分組實(shí)驗(yàn)未能按要求落實(shí)，影響學(xué)生動手能力和創(chuàng)新潛能的培養(yǎng)。

4.??? 忽略課外實(shí)驗(yàn)，自主創(chuàng)新能力培養(yǎng)缺失

教師對課外實(shí)驗(yàn)的重視程度調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果，只有60個(gè)（占12%）學(xué)生認(rèn)為教師非常重視課外實(shí)驗(yàn);有185個(gè)（占37%）學(xué)生認(rèn)為教師基本不重視課外實(shí)驗(yàn)，認(rèn)為課外實(shí)驗(yàn)會占學(xué)生太多時(shí)間，且意義不大。教師在布置課外任務(wù)時(shí)，多數(shù)都是以理論習(xí)題為主，課外小制作或?qū)嶒?yàn)很少布置[5]。學(xué)生本身不喜歡動手，認(rèn)為課后的小制作或?qū)嶒?yàn)意義不大，且浪費(fèi)很多時(shí)間，實(shí)際付出多收獲少，從而忽略了課外實(shí)驗(yàn)的意義。這樣會導(dǎo)致學(xué)生失去對課外小制作和實(shí)驗(yàn)的體驗(yàn)和樂趣，學(xué)生難以將理論知識應(yīng)用到實(shí)際生活中。

三、如何提高學(xué)生的創(chuàng)新能力

1.??? 重視演示實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生創(chuàng)新意識

演示實(shí)驗(yàn)是教師邊實(shí)驗(yàn)、邊講解的過程，教師有時(shí)會邀請幾個(gè)學(xué)生共同參與完成。生動有趣的演示實(shí)驗(yàn)有很強(qiáng)的吸引力，對提高學(xué)生的注意力和學(xué)習(xí)興趣有很大的幫助[6]。如教師在講“大氣壓”一節(jié)的時(shí)候，先給學(xué)生展示一只空的玻璃杯，在玻璃杯中盛滿水，用薄的硬紙片或玻璃片將杯口蓋嚴(yán)，用手按住硬紙片或玻璃片，將瓶口倒立，此時(shí)輕輕松開手，水不會流出。通過此實(shí)驗(yàn)演示說明大氣壓的存在，引起學(xué)生的注意，學(xué)生會產(chǎn)生疑問：為什么薄的硬紙片或玻璃片不掉？水不會流出來？再將杯子每個(gè)方向各轉(zhuǎn)一次，水仍不會流出來。這時(shí)候?qū)W生急切希望知道原因，教師適時(shí)地提問：“不管我們怎么轉(zhuǎn)硬紙片或玻璃片為什么不掉下來？”學(xué)生會主動思考，積極發(fā)言，說出自己的想法。還可以用薄紙、塑料片等蓋住杯口不？要怎么做該實(shí)驗(yàn)才能保證杯子中的水倒立而不流出，讓學(xué)生課外操作，以提高學(xué)生的動手能力和思維能力。

2.??? 落實(shí)分組實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生創(chuàng)新思維

分組實(shí)驗(yàn)主要由學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)步驟，有計(jì)劃地組裝或連接實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)過程采集相關(guān)數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理得出結(jié)果或解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，首先，讓學(xué)生在組內(nèi)對實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行討論，并提出實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)措施和具體建議。其次，各小組間相互交流學(xué)習(xí)，分享好的經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)。同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作中對實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行改進(jìn)，并讓學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)設(shè)備優(yōu)化和創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)過程，提高學(xué)生自我創(chuàng)造能力。比如，在研究凸透鏡成像規(guī)律實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖怯^察凸透鏡的成像，包括實(shí)像、虛像的形成條件和原理;物距的變化引起像的大小和像距的變化。為了使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更明顯，通常采用點(diǎn)燃的蠟燭進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。教師引導(dǎo)學(xué)生觀察蠟燭在哪些位置成實(shí)像，哪些位置成虛像，其光屏的位置應(yīng)放在什么位置，物距與像距變化有什么規(guī)律，并把這一過程的成像規(guī)律記錄下來。學(xué)生分組討論、歸納出凸透鏡成像特點(diǎn)，最后得出凸透鏡成像的規(guī)律。學(xué)生通過自我動手探究，總結(jié)規(guī)律及改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，提高了他們的動手能力、總結(jié)能力和創(chuàng)新能力。

3.??? 增加設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生分析能力

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)是在教師給定實(shí)驗(yàn)要求和條件的基礎(chǔ)上，學(xué)生根據(jù)自己的知識和經(jīng)驗(yàn)自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案完成實(shí)驗(yàn)[7]。實(shí)踐教學(xué)證明設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是提高學(xué)生分析能力和創(chuàng)新能力的重要途徑，它能夠培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)精神、獨(dú)立思考、解決問題等能力。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中教師可以先向?qū)W生講解實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮驮?，學(xué)生在獲得多種信息的同時(shí)進(jìn)行篩選，然后讓每個(gè)小組根據(jù)主題設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并集體討論選出最佳方案，后根據(jù)方案選擇合適的實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)過程中對實(shí)驗(yàn)方案不斷修正，以找到最佳的實(shí)驗(yàn)方案，并對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行討論和分析。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生是主體，教師協(xié)助并引導(dǎo)學(xué)生逐個(gè)解決面對的每一個(gè)問題。教師在引導(dǎo)時(shí)可以采用反問或提問方式，例如“如不這樣設(shè)計(jì)，還有沒有其他方法？”“這樣設(shè)計(jì)有什么優(yōu)勢？“”為什么要這樣設(shè)計(jì)？”等。例如學(xué)生在學(xué)完“影響滑動摩擦力大小因素”時(shí)，為了讓學(xué)生對這一概念有進(jìn)一步的理解，教師可以組織學(xué)生分組設(shè)計(jì)研究影響滑動摩擦力大小的因素實(shí)驗(yàn)。學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過程并選取實(shí)驗(yàn)器材，對實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)的不足及時(shí)改正，以達(dá)到既定目標(biāo)，并思考和探索實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或結(jié)果，以此訓(xùn)練和提高學(xué)生的觀察能力、分析能力、動手能力和創(chuàng)新能力。

4.??? 合理布置課外實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生思考能力

課外實(shí)驗(yàn)是物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要組成部分，也是物理教學(xué)的一種有效的補(bǔ)充和延伸。在課外實(shí)驗(yàn)中，可充分利用學(xué)生學(xué)習(xí)物理學(xué)的好奇心和新鮮感，提高學(xué)生對物理的學(xué)習(xí)興趣和獨(dú)立思考的能力[8]。課外實(shí)驗(yàn)有助于學(xué)生理論知識在生活中的應(yīng)用，提高學(xué)生對物理的興趣。有些實(shí)驗(yàn)較簡單，如在學(xué)習(xí)影響浮力大小的因素時(shí)，可以提前布置，讓學(xué)在課外探索影響浮力大小的因素。有一些實(shí)驗(yàn)需要較長一段時(shí)間，如觀察生活中的凝華、升華現(xiàn)象，須提前布置，讓學(xué)生提前準(zhǔn)備幾個(gè)樟腦丸，一部分直接放在空氣中，一部分用塑料袋密封好，過一段時(shí)間上升華這節(jié)內(nèi)容時(shí)，讓學(xué)習(xí)觀察其體積的變化。通過合理布置課外物理小實(shí)驗(yàn)，通過設(shè)計(jì)觀察現(xiàn)象，用物理知識解釋此現(xiàn)象，讓學(xué)生體會到物理知識在生活中的應(yīng)用，可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣和獨(dú)立思考能力。

四、結(jié)論

文章采用理論與實(shí)證相結(jié)合的研究方式，首先，闡述了物理實(shí)驗(yàn)對培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要性和不可替代性，從社會、學(xué)校、教師、學(xué)生等四方面闡述影響學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的因素;其次，通過教師對演示實(shí)驗(yàn)、分組實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和課外實(shí)驗(yàn)等的重視程度，分析了物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力中存在的問題;最后，通過各種實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢互補(bǔ)，提出了如何利用物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)提高學(xué)生創(chuàng)新能力的相應(yīng)對策。

總之，物理實(shí)驗(yàn)不僅要培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、分析能力和解決問題能力，還要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力、創(chuàng)新能力、想象能力等，這樣既可以塑造學(xué)生的良好行為，又對學(xué)生綜合能力培養(yǎng)起到促進(jìn)作用。

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[作者：劉高福（1980-），男，江西玉山人，貴州師范學(xué)院物電學(xué)院，副教授，碩士;王平瑞（1962-），女，貴州貴陽人，貴州師范學(xué)院科研處處長，教授，碩士生導(dǎo)師;丁曲（1995-），女，貴州安龍人，貴州師范學(xué)院物電學(xué)院，本科生。]

【責(zé)任編輯 孫曉雯】

該文為貴州省教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革項(xiàng)目“將虛擬仿真技術(shù)引入《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》課程改革研究”（2017520064）、貴州師范學(xué)院一流教學(xué)平臺項(xiàng)目“普通物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺”（貴師院發(fā)〔2018〕100號）的階段性研究成果