在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑創(chuàng)新能力

◎ 海南省?？谑泻Ｄ先A僑中學(xué) 徐 明

“質(zhì)疑創(chuàng)新”是物理學(xué)科核心素養(yǎng)中關(guān)于科學(xué)思維方面的組成要素之一，物理學(xué)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，觀察、實(shí)驗(yàn)與科學(xué)思維相結(jié)合是物理學(xué)科的基本特征。在培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)、落實(shí)立德樹(shù)人根本任務(wù)的主旋律下，如何在物理教學(xué)中加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)的作用，激發(fā)學(xué)生的科學(xué)創(chuàng)造力、培育核心素養(yǎng)、培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑創(chuàng)新能力是當(dāng)前物理教學(xué)面臨的主要問(wèn)題。對(duì)此，筆者結(jié)合自身教學(xué)體驗(yàn)，探究如何在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，并提出相應(yīng)的教學(xué)策略。

一、改進(jìn)演示實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生的質(zhì)疑創(chuàng)新意識(shí)

培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑創(chuàng)新意識(shí)需要?jiǎng)?chuàng)造性地教和學(xué)。被廣泛應(yīng)用于物理教學(xué)中的演示實(shí)驗(yàn)具有趣味性、簡(jiǎn)單性、靈活性、直觀性等特點(diǎn)，可以在課堂中配合教師的講授，更形象地呈現(xiàn)出物理現(xiàn)象和情景。將演示實(shí)驗(yàn)穿插于學(xué)生的課堂討論和探究活動(dòng)中，能幫助學(xué)生有效完成課堂學(xué)習(xí)任務(wù)，使學(xué)生更為形象、直觀地感知物理規(guī)律，形成物理觀念，從而實(shí)現(xiàn)有效教學(xué)。教材中的演示實(shí)驗(yàn)在設(shè)計(jì)及方法上雖然經(jīng)過(guò)反復(fù)驗(yàn)證，但適當(dāng)、合理地改進(jìn)往往可以增強(qiáng)演示的效果，演示實(shí)驗(yàn)中鮮明和直觀的感性材料能夠有效培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力，吸引學(xué)生進(jìn)入到創(chuàng)新的學(xué)習(xí)環(huán)境中，使學(xué)生的獨(dú)立思考能力和創(chuàng)新思維得以激發(fā)。

如教學(xué)人教版高中物理必修一“自由落體運(yùn)動(dòng)”一節(jié)，該節(jié)內(nèi)容讓學(xué)生接觸到高中階段又一個(gè)運(yùn)動(dòng)模型，既是對(duì)之前勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律的深化，又與生活中的自由落體運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)了有效結(jié)合。學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中，既可以感知前人對(duì)運(yùn)動(dòng)的理論推理過(guò)程，又可以體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)探究運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)思維的過(guò)程。在本節(jié)課教學(xué)中我們習(xí)慣采用紙片和金屬片下落速度快慢的對(duì)比來(lái)說(shuō)明自由落體運(yùn)動(dòng)的快慢與物體本身的質(zhì)量無(wú)關(guān)。首先教師提出問(wèn)題：“在同一高度同時(shí)釋放紙片與金屬片，誰(shuí)先落地？”學(xué)生回答：“當(dāng)然是金屬片先落地?！苯處熢侔鸭埰瓿杉垐F(tuán)，繼續(xù)提問(wèn)：“在同一高度同時(shí)釋放搓成紙團(tuán)的紙片和金屬片，哪個(gè)先落地？”學(xué)生回答：“同時(shí)落地?！苯處熝菔荆煌瑫r(shí)落地，從而得到既定結(jié)論。而這一過(guò)程，無(wú)論是演示實(shí)驗(yàn)呈現(xiàn)的結(jié)果，還是教師為推動(dòng)教學(xué)進(jìn)程而提出的問(wèn)題，都是學(xué)生可以通過(guò)簡(jiǎn)單判斷得出的結(jié)論，或者是曾經(jīng)已經(jīng)獲知的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)。這樣的教學(xué)缺乏新意，無(wú)法調(diào)動(dòng)學(xué)生探究新知的積極性，更談不上培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑創(chuàng)新的能力。在這里如果我們能對(duì)該演示實(shí)驗(yàn)略作改進(jìn)，就會(huì)產(chǎn)生截然不同的效果。在學(xué)生回答完第一個(gè)問(wèn)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(shí)釋放二者，因?yàn)槎呤蔷o貼在一起的，所以演示結(jié)果與學(xué)生的猜想將出現(xiàn)截然相反的情況，這樣不但讓學(xué)生感受到遵循科學(xué)規(guī)律前提下的巧妙構(gòu)思，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了瞬時(shí)活躍課堂氣氛，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)新知的興趣。

二、將驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)改為探究性實(shí)驗(yàn)，構(gòu)建培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑創(chuàng)新的空間

在當(dāng)前新課程背景下，教師更應(yīng)充分挖掘探究性實(shí)驗(yàn)或?qū)Ⅱ?yàn)證性實(shí)驗(yàn)更多地改為探究性實(shí)驗(yàn)，精心組織、細(xì)心研究，努力創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情景，與學(xué)生一起交流探究，在科學(xué)探究的過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，在具體實(shí)踐、學(xué)習(xí)和運(yùn)用的過(guò)程中引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)科學(xué)探究。

如在教學(xué)人教版高中物理選擇性必修第二冊(cè)“楞次定律”時(shí)，在教學(xué)之前，學(xué)生所學(xué)習(xí)的電場(chǎng)和磁場(chǎng)的相關(guān)知識(shí)局限于“靜態(tài)電場(chǎng)”和“靜態(tài)磁場(chǎng)”，而楞次定律涉及到變化的磁場(chǎng)與該變化的磁場(chǎng)所感應(yīng)出的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)之間的相互關(guān)系，這個(gè)變化的磁場(chǎng)即為“動(dòng)態(tài)場(chǎng)”。這種由“靜”到“動(dòng)”的變化學(xué)生理解起來(lái)有一定困難。且“楞次定律”相關(guān)內(nèi)容包含的物理量比較繁多，涉及到的關(guān)系也比較復(fù)雜，它們之間存在相互依存又相互排斥的關(guān)系。只有明確指出這些物理量的關(guān)系，幫助學(xué)生梳理出清晰的思路，才能夠使學(xué)生對(duì)于該定理形成正確的理解。因此教師在講授新知識(shí)前可設(shè)置一節(jié)探究實(shí)驗(yàn)課，在探究的過(guò)程中引導(dǎo)學(xué)生梳理出清晰的脈絡(luò)。教師可提出問(wèn)題：1.如何將電路中電流的方向呈現(xiàn)出來(lái)？（引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路，如圖1）2.怎樣通過(guò)實(shí)驗(yàn)加以歸納得出結(jié)論？（設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象對(duì)比表格，如表1）在這兩個(gè)問(wèn)題的基礎(chǔ)上，逐步引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)與電路和電磁感應(yīng)現(xiàn)象有關(guān)的知識(shí)，利用線圈、電流表、條形磁鐵等實(shí)驗(yàn)器材共同設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，并強(qiáng)調(diào)做好實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察和記錄。通過(guò)現(xiàn)象觀察——問(wèn)題思考——解決問(wèn)題——記錄分析——總結(jié)規(guī)律，學(xué)生從中順利得出感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是要阻礙原來(lái)磁場(chǎng)的變化的結(jié)論，即楞次定律。該結(jié)論是學(xué)生在自主實(shí)驗(yàn)探究的過(guò)程中總結(jié)出的，不但使學(xué)生對(duì)學(xué)到的知識(shí)印象深刻，而且容易喚起學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。

圖1

表1 磁場(chǎng)方向變化表

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(xué)生的抽象思維和空間想象能力還不是很強(qiáng)，對(duì)物理知識(shí)的理解、判斷、分析、推理常常表現(xiàn)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(lái)，將探究實(shí)驗(yàn)與問(wèn)題導(dǎo)學(xué)有機(jī)結(jié)合，在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中利用問(wèn)題法激發(fā)學(xué)生的參與性，明晰科學(xué)推理的邏輯性，從而喚起學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

在以上案例中，通過(guò)問(wèn)題將知識(shí)點(diǎn)串連起來(lái)，帶領(lǐng)學(xué)生一步步討論探究并分析總結(jié)，將楞次定律的探究?jī)?nèi)容逐步深化。在問(wèn)題的驅(qū)動(dòng)下，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性明顯提高，主動(dòng)性明顯增強(qiáng)，合作探究也使學(xué)生對(duì)科學(xué)探究和科學(xué)推理的一般方法有所掌握。物理教學(xué)要立足于教材，結(jié)合具體內(nèi)容向?qū)W生提出有價(jià)值的問(wèn)題，激勵(lì)學(xué)生思考探究，感知科學(xué)推理的邏輯美感，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的能力，構(gòu)建出質(zhì)疑與創(chuàng)新的學(xué)習(xí)空間。在這樣的學(xué)習(xí)空間中有效激發(fā)學(xué)生的質(zhì)疑意識(shí)，培養(yǎng)其創(chuàng)新能力的同時(shí)有效達(dá)成教學(xué)效果。

三、引導(dǎo)學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)設(shè)提升學(xué)生質(zhì)疑創(chuàng)新能力的途徑

讓學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮驮碜孕性O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，使其獨(dú)立完成有關(guān)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程，不但可以使學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ玫藉憻?，還能讓學(xué)生突破固定的思維模式，有效培養(yǎng)其創(chuàng)新意識(shí)。

如在人教版高中物理必修2“功”的專題內(nèi)容訓(xùn)練教學(xué)中，有部分同學(xué)根據(jù)“作用力和反作用力的方向相反”認(rèn)為“作用力和反作用力，若一個(gè)力對(duì)物體作正功，那么另一個(gè)力就會(huì)對(duì)物體作負(fù)功”。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，教師可以引導(dǎo)學(xué)生這樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：將兩塊有較強(qiáng)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(duì)，釋放小車后，兩車靠近的同時(shí)速度增大，由此可以說(shuō)明兩磁鐵間相互作用的一對(duì)力都做了正功。接下來(lái)，讓兩輛小車上的磁鐵的同名磁極相對(duì)，兩車間隔一段距離并給它們施以相向的作用力，兩車運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中會(huì)看到速度減小。這說(shuō)明兩磁鐵間相互作用的一對(duì)力都做了負(fù)功。這樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)既簡(jiǎn)單又明晰地使學(xué)生對(duì)作用力和反作用力做功情況有了正確認(rèn)識(shí)。繼而趁熱打鐵布置任務(wù)：1.如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證一對(duì)作用力和反作用力中，一個(gè)力做功一個(gè)力不做功；2.能否舉例說(shuō)明一對(duì)靜摩擦力對(duì)兩個(gè)運(yùn)動(dòng)的物體都不做功。

在物理教學(xué)中，教師應(yīng)最大限度地挖掘教學(xué)內(nèi)容，有目標(biāo)地指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)的過(guò)程中更能夠直觀地暴露出學(xué)生在學(xué)習(xí)中的錯(cuò)誤根源，這樣就可以在鞏固學(xué)生感性認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上糾正其錯(cuò)誤觀點(diǎn)。當(dāng)學(xué)生對(duì)某一類問(wèn)題具備了初步的分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力時(shí)，就會(huì)生成改進(jìn)實(shí)驗(yàn)和自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的需求。在物理教學(xué)的過(guò)程中，適當(dāng)安排一些具有設(shè)計(jì)性質(zhì)的小實(shí)驗(yàn)不但能夠使教學(xué)的氛圍變得活躍，而且能夠有效開(kāi)拓學(xué)生的創(chuàng)新思路，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，這也是培養(yǎng)符合社會(huì)發(fā)展需要的創(chuàng)新型人才的重要途徑。

開(kāi)展物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑創(chuàng)新能力的有效途徑，教師應(yīng)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中不斷提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)能力，著力培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力，從而使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中體驗(yàn)，在體驗(yàn)中獲得研究方法的改進(jìn)和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ陌l(fā)展，使學(xué)科素養(yǎng)得以實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而提高學(xué)生的質(zhì)疑創(chuàng)新能力。