物理新课标下培养生创新思维意识的几点偿试

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  摘 要:学生在中学阶段学习物理知识固然很重要,但更重要的是通过学习获得科学的方法,发展自身的能力,并能受益终身,使他们将来从事科研工作后缩短摸索方法的时间。而物理学又是一门带有方法论性质的科学,在长期的发展过程中,形成了一整套研究问题和解决问题的方法。这些方法不仅对物理学的发展起了很重要的作用,而且对其他学科也产生了一定的影响。因此,在中学物理教学中,加强对学生的科学思维方法的培养,将对学生的实践能力、创新能力产生难以估量硕果。物理科学教育工作者,如何在传授知识的同时,传授科学方法、培养学生的创新精神和实践能力应是物理科学教育工作者的更高要求。
  关键词:物理教学 科学思维 科学方法 培养 创新能力
  
  一、 引言
  
  新的《物理课程标准》明确指出,应使学生“具有创新意识,能独立思考,勇于有根据地怀疑,养成尊重事实,大胆想象的科学态度和科学精神”。“创新”是一种能力,即是发现问题、提出问题和解决问题的能力;“创新”又是一种思维活动,是智力思维能力的综合反映。创造型人才是社会向前发展的需要,是国家富强和民族兴旺的需要。而创造型人才的培养又来自于学校的素质教育,素质教育质量的提高关键又在于各学科对学生创造思维能力的培养程度。即“创新”既是一个民族和国家的兴旺发达的迫切愿望,又是每一个学校对学生实施素质教育的重要内容。在中学物理教学中如何体现创新教育的观念,真正将创新观念的培养贯彻落实到教学工作中,达到把基础知识与技能的学习和掌握与终身学习联系起来,优化课堂教学,从而实现培养学生创新思维能力的目标。因此,恰当地运用物理学史、物理科学方法以及心理学应是提高学生的创新思维水平的有效方法。为此,笔者想通过近年来在课堂教学实践中如何培养学生的创新意识,谈点肤浅认识,供同行们参考和指正。
  
  二、 在物理课堂教学中培养学生的创新思维能力
  
  (一)运用心理学培养学生创新思维的意识
  从心理学的角度来看,认知内驱力和学习兴趣是课堂教学的第一主动力,首先应使学生对教学目标本身发生兴趣,才能激发他们的求知欲。
  1、创设情景,引发学生创新思维的意识
  叶澜教授指出:“教学改革的实践目标在于探索、创造充满活力的课堂教学”。教师在课堂教学中根据内容因地制宜的创设情景,使物理问题的背景更新型、更有趣、更富有变化。例如:在讲《行星运动》一章时,其中在引入“万有引力”一节时,为诱发学生探究宇宙的内在动机,教师可播放多媒体课件:在轻柔、动听的乐曲声中,展示一些天体奇观的画面和探索宇宙的现代科技,并简介“20世纪以来,尤其是60年代大型天文望远镜的使用,以及空间探测技术的发展,使天文观测的尺度大大扩展到上百亿年和上百亿光年的时空区域,人们对宇宙的认识还在不断加深”。让学生感到我们的宇宙是如此神秘,从而引导学生共同研讨:①如果一颗行星上有生物存在,它应具有什么样的条件?②物体之间的万有引力非常巨大,为什么没有吸引在一起?③根据你对黑洞的认识,你能说出黑洞可能具有的物理特性吗?④关于宇宙的尺度之谜……等问题,学生通过以上情境和讨论,会认识到:茫茫宇宙无边无垠,耿耿星辰变化万千,人类对宇宙的认识仍然处于婴儿阶段,要想破译宇宙的秘密,乃是“路漫漫兮其修远兮,吾将上下求索”。从而养成他们重视科学的探索过程和大胆的猜想,养成独立思考、勇于怀疑、敢于求真的科学品质。
  2、激发学习兴趣,诱发创新思维的意识
  兴趣是创新思维最好的老师,它是行为驱动系统中最现实、最活跃、最强烈的因素。没有兴趣就谈不上创新意识;没有兴趣就点不燃求知的火花;没有兴趣,就唤不起探究的欲望。例如:在讲《原子、原子核》一章时,若用常规讲法学生会感到乏味,但如果我们从原子模型的发展所遵循的创新规律来讲,则就容易激发学生的学习兴趣。比如:人们对原子结构的认识就记录着人类认识原子结构的里程碑:“原子不可再分模型”→汤姆逊的“枣糕模型”→卢瑟福的核式结构模型→玻尔原子轨道模型→电子云模型。在教学中,让学生体验这种不断“否定”。不断创新的探究模式,会培养学生的科学精神和“质疑”的习惯,比物理知识本身的传授意义还要大。
  3、巧用人体特征,激发对物理学科的兴趣,培养学生的创新意识
  许多物理现象、物理概念与人体的各种特性有关。中学生充满了好奇心与求知欲,在物理教学中,教师若能恰当合理地结合教学内容运用与学生自身特性有关的内容,既增加了实验的直观性与感受性,又能活跃课堂气氛,激发强烈的学习兴趣,引发创新思维的意识,必收到意想不到的有益效果。例如:学生在学习多用表的使用时,让学生用多用表测自身的人体电阻,会发现大部分人体的电阻都在200KΩ左右。由此,学生会亲自感觉到了人体不仅有电阻,有的人还具有很高的阻值,每个人的电阻各不相同。当他们发现这一奇特现象时,课堂气氛会异常的活跃轻松,这会引发学生的创造思维,甚至能推测出人体电阻的不同可能与人体的血液、消化液等各种液体的成份有关。还有在学习“弹力”的概念时,可使学生用一只手的一个手指弯曲后去弹另一只手的手掌心,亲身体验手指弹力的大小与手指的弯曲程度有关。象这样的例子在教学中还有很多,在此就不一一列举了。总之,人体的许多特征与物理现象有关,而且取材容易、使用方便,易产生师生互动的教学效果,更重要的是能引发学生创新思维的灵感。
  (二)运用物理学史,培养学生创新思维的意识
  纵观物理学史,我们不难看出,一个观念性的突破,就是一场伟大的革命,是人类智慧史上的一次重大的飞跃。
  1、运用物理学史,提高整合信息、发现问题的能力
  我们知道,创新思维往往发端于问题的生成和提出,而这又是源于信息的收集和整合的。因此,从信息中整合同质或异质信息是发现问题的基础工程,也是创新思维的开始。例如:1895年,16岁的爱因斯坦就开始思考追光实验问题。可当他得知迈克尔逊-莫雷实验的零结果时,就敏锐地提取了这一与传统相异质的信息——以太是不存在的,从而走向了狭义相对论的第一步。爱因斯坦正是整合了各种有益信息后才使得自己的研究不断深入。同年,他又看到了洛仑兹的论文,经过推算发现要保持麦克斯韦和洛仑兹电动力学方程对动体参照系同样有效,必然导致光速不变的概念,而这明显与力学速度合成法则相抵触。爱因斯坦围绕着矛盾问题经过了十年的砥砺,终于领悟到了问题的症结。从而建立了狭义相对论,为人类拓展出自然界神秘、新奇的新天地。
  2、运用物理学史,培养学生逆向思维的能力
  运用逆向思维方法常常能提出新问题、简化学习研究的进程。逆向思维是创新思维的主要形式之一。在教学中适当引证物理学史,可使学生感受到逆向思维的威力,培养其灵活自觉地运用这一思维方法的习惯,从而提高其思维能力。例如,在讲“电磁感应”时,就必须首先讲电磁感应现象是法拉弟利用逆向思维方法从实验中得出的。因此在演示大气压作用的“烧瓶吞蛋”实验时,让学生感受到了大气压的神奇力量;反过来要求学生运用逆向思维法把瓶中的蛋完好无缺地“吐”出来。经过对比思考:“吞蛋”是瓶内棉花燃烧降低内压的结果,那么“吐蛋”只要使内压升高则就可以了。最终学生发现把瓶倒转再往外壁浇热水就能把蛋“吐”出来了。
  3、运用物理学史,培养学生类比迁移能力
  物理学史中许多重大的发现都是通过类比得出来的。例如:讲卢琴福的原子核式模型时,只需如实讲物理学史:原子的核式模型的建立是充分运用了类比法。1911年,α粒子大角散射实验现象让卢琴福惊奇万分。长岗半太郎的土星系模型给了他启发,从而提出了原子行星式有核模型,即卢琴福将微小的原子和巨大的太阳系作了类比(如图所示),形象地描绘了原子结构的基本轮廓。可见,类比是根据两个事物在某些方面的相同或相似。运用类比法可使学生深刻理解其本质类似的物理现象,如各类变形的单摆题,只要运用类比的建模方法就能迎刃而解了。因此运用类比法进行学习不但能把相近知识简化、迁移形成结构,而且还可以增强推断能力,引发创新思维的意识。
  (三)运用物理科学方法,增强学生创新思维的意识
  在科技迅猛发展、知识日新月异的今天,学生掌握发现问题、解决问题的科学方法,比简单地接受知识,获取知识更为重要。而学生在中学阶段通过物理学习获得科学方法,使他们将来从事科研工作后缩短摸索方法的时间就更为重要。
  1、利用数学思维方法,培养学生创新思维的意识
  数学思维方法是运用数学提供的概念、符号、规则、理论和技巧,对所研究的对象进行定量分析,并用数学形式表达其规律中的方法。因此,我们若能在教学中准确、巧妙地运用数学思维方法,可把物理问题数学模型化,以提高应用数学知识解决物理问题的能力。例如,爱因斯坦在狭义相对论中提出的质能公式E=mc2,预示了原子核裂变或聚变时将有巨大的原子核能释放,开辟了原子能利用的新纪元;麦克斯韦尔方程组则预言了电磁波的存在,23年后为赫兹实验所证实;狄拉克通过求解相对论和量子力学问题时预言了正电子的存在;斯蒂芬·霍金则通过求解爱因斯坦的引力场方程,证明了宇宙可以无限制扩大,提出了“宇宙大爆炸”前的“豌豆”理论,从而解决了“宇宙会继续膨胀总有一天引力会迫使它收缩”这一难点等等。总之,运用数学方法提出科学预见的事例举不胜举。
  2、利用类比思维方法,培养学生创新思维的意识
  类比思维方法在中学物理学中是一种很重要的方法 ,是一种从已知求未知的逻辑方法,也是逻辑学中的一种推理形式。它通过把人们熟知的事物与陌生的事物相比较,从而为认识新事物提供线索和方向,沟通了知识间的横向联系,具有触类旁通、举一反三等启迪思维的作用。中学物理知识点很多,但有很多的基本概念、基本规律在内容的表述,数学表达形式和处理问题的方法上都很相似。例如,万有引力定律的数学表达式F=(Gm1m2)/ r2和库仑定律的数学表达式F=(KQ1Q2)/ r2;行星环绕太阳作近似圆周运动的特点与电子绕原子核旋转的特点;平抛物体的运动规律与带电粒子在匀强电场中的偏转规律进行比较等都相似,若用类比方法讲很轻松的掌握。
  3、利用物理模型方法,培养学生创新思维的意识
  建立物理模型并根据此模型来分析解决物理问题,是物理学研究和物理教学中常用的最基本的方法,也是学生解决实际问题的有力工具。物理学中的模型很多,但实际上有很多是形异而质同。在高中物理复习中,教师可组织学生搜集那些貌似不同、实质相同的物理模型的题于一起,进行分析比较,概括总结,找出其共性,使学生能触类旁通、举一反三。例如,在“匀速圆周运动”的复习中,将“人造地球卫星的运动”模型、“带电粒子在匀强磁场中做圆周运动”模型、“电子绕原子核做圆周运动”的模型、“圆锥摆”模型等归类,可发现表面形式虽各不相同,但都遵循匀速圆周运动的规律。因此,可将它们统一概括为“匀速圆周运动”模型。
  
  三、结论
  
  培养学生的创新思维能力是物理新课标的重要理念之一,也是当今教育改革的重中之重。因此,在物理课堂教学中,注意培养学生的探索能力和创新意识,使学生在接受中学物理知识和技能的同时,学会如何学习,如何思索,如何从书本的有限的信息中去求解未知的问题,具有适应变化的优良品质,这也正是中学物理教学的目标所在。然而教育者如何突破以往的物理课堂教学的观念,还需充分发挥心理学、物理学史和物理科学方法的巨大潜能,从而实现启迪人类智慧之花的创新思维意识的教学,是培养具有创新意识、勇攀科学高峰的有效之路。
  创新思维素质的培养是一个系统工程,涉及的问题和因素很多,需要我们教育工作者深入研究和探讨,尤其在倡导创新教育的今天,在中学物理课堂教学中如何运用心理学、物理学史、物理科学方法培养学生的创新思维的能力是很值得我们进一步探讨和深思的一个课题。
  
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