在實驗教學中培養(yǎng)學生的質疑創(chuàng)新能力

徐明

【摘要】中學物理教學應加強實驗教學，充分發(fā)揮實驗教學的作用，鼓勵學生自主設計實驗，增強獨立思考的能力，培養(yǎng)其創(chuàng)新思維。教師對實驗的有效創(chuàng)新，不但有助于學生掌握有關物理知識，而且還能夠引導他們敢于質疑、勇于創(chuàng)新，從而達到培養(yǎng)學生質疑創(chuàng)新能力的目的。

【關鍵詞】高中物理;實驗教學;質疑創(chuàng)新能力

“質疑創(chuàng)新”是物理學科核心素養(yǎng)中關于科學思維方面的組成要素之一，物理學以實驗為基礎，觀察、實驗與科學思維相結合是物理學科的基本特征。在培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)、落實立德樹人根本任務的主旋律下，如何在物理教學中加強實驗教學，充分發(fā)揮實驗教學的作用，激發(fā)學生的科學創(chuàng)造力、培育核心素養(yǎng)、培養(yǎng)學生的質疑創(chuàng)新能力是當前物理教學面臨的主要問題。對此，筆者結合自身教學體驗，探究如何在物理實驗教學中培養(yǎng)學生的科學思維，并提出相應的教學策略。

一、改進演示實驗，激發(fā)學生的質疑創(chuàng)新意識

培養(yǎng)學生的質疑創(chuàng)新意識需要創(chuàng)造性地教和學。被廣泛應用于物理教學中的演示實驗具有趣味性、簡單性、靈活性、直觀性等特點，可以在課堂中配合教師的講授，更形象地呈現出物理現象和情景。將演示實驗穿插于學生的課堂討論和探究活動中，能幫助學生有效完成課堂學習任務，使學生更為形象、直觀地感知物理規(guī)律，形成物理觀念，從而實現有效教學。教材中的演示實驗在設計及方法上雖然經過反復驗證，但適當、合理地改進往往可以增強演示的效果，演示實驗中鮮明和直觀的感性材料能夠有效培養(yǎng)學生的觀察能力，吸引學生進入到創(chuàng)新的學習環(huán)境中，使學生的獨立思考能力和創(chuàng)新思維得以激發(fā)。

如教學人教版高中物理必修一“自由落體運動”一節(jié)，該節(jié)內容讓學生接觸到高中階段又一個運動模型，既是對之前勻變速直線運動規(guī)律的深化，又與生活中的自由落體運動實現了有效結合。學生在學習的過程中，既可以感知前人對運動的理論推理過程，又可以體驗實驗探究運動規(guī)律的科學思維的過程。在本節(jié)課教學中我們習慣采用紙片和金屬片下落速度快慢的對比來說明自由落體運動的快慢與物體本身的質量無關。首先教師提出問題：“在同一高度同時釋放紙片與金屬片，誰先落地？”學生回答：“當然是金屬片先落地。”教師再把紙片搓成紙團，繼續(xù)提問：“在同一高度同時釋放搓成紙團的紙片和金屬片，哪個先落地？”學生回答：“同時落地?！苯處熝菔荆煌瑫r落地，從而得到既定結論。而這一過程，無論是演示實驗呈現的結果，還是教師為推動教學進程而提出的問題，都是學生可以通過簡單判斷得出的結論，或者是曾經已經獲知的知識經驗。這樣的教學缺乏新意，無法調動學生探究新知的積極性，更談不上培養(yǎng)學生質疑創(chuàng)新的能力。在這里如果我們能對該演示實驗略作改進，就會產生截然不同的效果。在學生回答完第一個問題后，教師可以把紙片疊放在金屬片上，然后在同一高度同時釋放二者，因為二者是緊貼在一起的，所以演示結果與學生的猜想將出現截然相反的情況，這樣不但讓學生感受到遵循科學規(guī)律前提下的巧妙構思，同時也實現了瞬時活躍課堂氣氛，激發(fā)了學生學習新知的興趣。

二、將驗證性實驗改為探究性實驗，構建培養(yǎng)學生質疑創(chuàng)新的空間

在當前新課程背景下，教師更應充分挖掘探究性實驗或將驗證性實驗更多地改為探究性實驗，精心組織、細心研究，努力創(chuàng)設問題情景，與學生一起交流探究，在科學探究的過程中培養(yǎng)學生的科學思維，在具體實踐、學習和運用的過程中引導學生學會科學探究。

如在教學人教版高中物理選擇性必修第二冊“楞次定律”時，在教學之前，學生所學習的電場和磁場的相關知識局限于“靜態(tài)電場”和“靜態(tài)磁場”，而楞次定律涉及到變化的磁場與該變化的磁場所感應出的電流產生的磁場之間的相互關系，這個變化的磁場即為“動態(tài)場”。這種由“靜”到“動”的變化學生理解起來有一定困難。且“楞次定律”相關內容包含的物理量比較繁多，涉及到的關系也比較復雜，它們之間存在相互依存又相互排斥的關系。只有明確指出這些物理量的關系，幫助學生梳理出清晰的思路，才能夠使學生對于該定理形成正確的理解。因此教師在講授新知識前可設置一節(jié)探究實驗課，在探究的過程中引導學生梳理出清晰的脈絡。教師可提出問題：1.如何將電路中電流的方向呈現出來？（引導學生設計實驗電路，如圖1）2.怎樣通過實驗加以歸納得出結論？（設計實驗現象對比表格，如表1）在這兩個問題的基礎上，逐步引導學生根據與電路和電磁感應現象有關的知識，利用線圈、電流表、條形磁鐵等實驗器材共同設計一個實驗，并強調做好實驗現象的觀察和記錄。通過現象觀察—問題思考—解決問題—記錄分析—總結規(guī)律，學生從中順利得出感應電流的磁場總是要阻礙原來磁場的變化的結論，即楞次定律。該結論是學生在自主實驗探究的過程中總結出的，不但使學生對學到的知識印象深刻，而且容易喚起學生的創(chuàng)新意識，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神。

由此可以看出，理解“楞次定律”必須具備一定的思維能力，而部分學生的抽象思維和空間想象能力還不是很強，對物理知識的理解、判斷、分析、推理常常表現出一定的主觀性、片面性和表面性。教師需要將教材中的探究成分充分挖掘出來，將探究實驗與問題導學有機結合，在物理實驗教學中利用問題法激發(fā)學生的參與性，明晰科學推理的邏輯性，從而喚起學生的學習熱情。

在以上案例中，通過問題將知識點串連起來，帶領學生一步步討論探究并分析總結，將楞次定律的探究內容逐步深化。在問題的驅動下，學生的學習積極性明顯提高，主動性明顯增強，合作探究也使學生對科學探究和科學推理的一般方法有所掌握。物理教學要立足于教材，結合具體內容向學生提出有價值的問題，激勵學生思考探究，感知科學推理的邏輯美感，培養(yǎng)學生科學思維的能力，構建出質疑與創(chuàng)新的學習空間。在這樣的學習空間中有效激發(fā)學生的質疑意識，培養(yǎng)其創(chuàng)新能力的同時有效達成教學效果。

三、引導學生自行設計實驗，創(chuàng)設提升學生質疑創(chuàng)新能力的途徑

讓學生根據實驗目的和原理自行設計實驗，使其獨立完成有關實驗的過程，不但可以使學生的實驗能力得到鍛煉，還能讓學生突破固定的思維模式，有效培養(yǎng)其創(chuàng)新意識。

如在人教版高中物理必修2“功”的專題內容訓練教學中，有部分同學根據“作用力和反作用力的方向相反”認為“作用力和反作用力，若一個力對物體作正功，那么另一個力就會對物體作負功”。針對這個問題，教師可以引導學生這樣設計實驗：將兩塊有較強磁性的磁鐵分別固定在兩輛小車上，并讓磁鐵的異名磁極相對，釋放小車后，兩車靠近的同時速度增大，由此可以說明兩磁鐵間相互作用的一對力都做了正功。接下來，讓兩輛小車上的磁鐵的同名磁極相對，兩車間隔一段距離并給它們施以相向的作用力，兩車運動的過程中會看到速度減小。這說明兩磁鐵間相互作用的一對力都做了負功。這樣設計實驗既簡單又明晰地使學生對作用力和反作用力做功情況有了正確認識。繼而趁熱打鐵布置任務：1.如何設計實驗驗證一對作用力和反作用力中，一個力做功一個力不做功;2.能否舉例說明一對靜摩擦力對兩個運動的物體都不做功。

在物理教學中，教師應最大限度地挖掘教學內容，有目標地指導學生設計實驗，因為在實驗的過程中更能夠直觀地暴露出學生在學習中的錯誤根源，這樣就可以在鞏固學生感性認識的基礎上糾正其錯誤觀點。當學生對某一類問題具備了初步的分析問題、解決問題的能力時，就會生成改進實驗和自行設計實驗的需求。在物理教學的過程中，適當安排一些具有設計性質的小實驗不但能夠使教學的氛圍變得活躍，而且能夠有效開拓學生的創(chuàng)新思路，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識，這也是培養(yǎng)符合社會發(fā)展需要的創(chuàng)新型人才的重要途徑。

開展物理實驗教學是培養(yǎng)學生質疑創(chuàng)新能力的有效途徑，教師應在實驗教學中不斷提高學生實驗方案的設計能力，著力培養(yǎng)學生的實驗探究能力，從而使學生在實驗的過程中體驗，在體驗中獲得研究方法的改進和實驗能力的發(fā)展，使學科素養(yǎng)得以實現，進而提高學生的質疑創(chuàng)新能力。