立足实验教学 培养学生创新能力

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  摘要 本文就中学物理教学中立足实验教学,改进教学方法,积极开发和培养学生的创新能力和创新精神提出一些有效途经和具体做法,以期求得物理教学效益的“低投入”和“高产出”。
  关键词 物理教学;创新意识;创新思维;实验教学;研究性学习;实验方法
  作者简介 马彦甫(1968-),男,河南新密市职教中心,中学一级教师,省骨干教师。
  
  21世纪是知识创新的世纪,创新是时代的特征。创新教育是目前教育改革和教育发展的大趋势。同时,它又是一个新课题、新尝试,涉及面广,一个人的创新潜能,应从小学、中学开始培养。尤其是中学阶段,是学生步入成年的开始,具有丰富的想象力和独立思考的能力,因此在中学开展创新教育是很必要的,学生创新思维的形成、发展,与教师的全面素质、教育的氛围密不可分。同时,对学生的良好行为及时的发现和灵活评价,是激励学生启动创新思维的钥匙。在中学物理教学中培养学生的创新意识和创新能力,应尽可能给学生以想象和自我探究的空间,培养学生学习兴趣和科学研究能力。中学物理教育应当怎样培养学生的创新能力和创新精神呢?以下将结合自己的教学实践谈一些肤浅的认识和做法。
  物理学是一门以实验为基础的学科。物理实验在物理学的发展中,起到了相当重要的作用。实验能力是一种从事科学创作的技能,加强实验教学是提高创新思维能力的有效途径。因此,在物理教学中,教师必须立足实验这个物理学的基础,将实验与思维相结合,对培养学生的创新观察能力、创新实践能力和创新思维能力有着十分重要的作用。
  实验教学中,教师不能包办代替,而是要善于指导、启发,如实验前预习时鼓励学生思考本实验为何采用此方法?能否用其它方法?实验是否可以进行某些改进?实验材料是否可能替代?验证性实验能否改变为探索性实验?鼓励学生对相关知识设计实验进行探索、尝试、验证等,给学生创造和表现的空间,让他们充分展示自己的个性与才能,对他们任何成功的创意或作品进行及时的肯定。对实验或设计中错误的地方,不必急于指正。而是让学生通过自己的努力去发现,从中寻找正确答案。
  
  一、着眼于看,培养学生的创新观察能力
  
  观察作为一种有目的、有计划、较持久的知觉,是人们全面、深入、正确地认识事物的一种过程,是学生认识世界、获得信息和汲取知识的主要途径。观察要讲究方法,观察能力本身也是创新能力的一个重要方面。从一定意义上讲,实验就是人为地创造提供观察的条件。物理实验中的观察一般包括对教师演示实验的观察和学生分组实验中的观察两个方面,为了使物理实验中的观察真正成为创新意义上的观察,进而卓有成效地培养学生的创新能力,要求观察活动必须突出如下几个方面。
  (一)全面性。要全方位、多视角、全过程地观察物理实验过程中的各种现象和现象的各个方面。如“观察水的沸腾”,既要观察水沸腾时液体内部形成的气泡在上升过程中逐渐变大至液面后破裂的情况,也要观察水沸腾前气泡在上升过程中逐渐变小,甚至未达到液面就消失的现象,同时还要观察水沸腾过程中温度保持不变等情况。
  (二)深刻性。必须善于透过纷繁复杂的表面现象,善于撇开事物的那些扑朔迷离的非本质特征,有选择、有重点地捕捉观察目标,进而抓住事物的本质特征。如在“研究电磁感应定律”实验中,要能透过磁铁接近与远离线圈时电流表指针的偏转方向不同的表面现象,认识感应电流磁场与原磁场间存在着“来斥去吸”的作用情况,进而认识到“感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化”这个本质规律。
  (三)准确性。观察需要认真细致的科学态度,对一些定性的研究要求“定性”准确,对定量的研究则要求必须有足够的准确度。正是天文学家第谷在条件极为简陋(当时连简单的望远镜也没有)的情况下通过对火星的精确观测,使开普勒从按圆形运行轨道计算的火星位置与第谷观测结果之间所存在的微乎其微的8分之差(仅相当于秒针0.02秒瞬间转过的角度)中,发现了行星绕太阳按椭圆轨道运行的规律,从而“引起了天文学的全部革新”。
  (四)敏锐性。要善于抓住那些稍纵即逝的物理现象,尤其是那些乍看起来有些“反常”的现象。如在玻意耳定律的实验中,当气体的体积被压缩到一定程度时,在水银表面有时会出现凝结水;当带有少量电荷的验电器箔片张开一定角度后,当带有大量异种电荷的带电体靠近验电器时,可以明显看到箔片张角反而增大。抓住这些反常现象并追溯其产生的原因,常常可以得到意外的一些收获。
  
  二、着手于做。培养学生的创新实践能力
  
  杨振宁教授曾经指出:“中国的小孩在动手的兴趣和能力方面明显不如欧洲和美国的小孩,主要是没有动手的机会。”由于在我国的物理教学中,实验所占比重本来就偏小,又由于多方面因素的影响,以致教材中安排的本来就不算多的实验,在实际教学中也往往难以落到实处。一些教师常会不自觉地越俎代庖,用讲解和演示代替学生的动手操作,有的则干脆以程序化的书面训练代替学生分组实验。因而,实验教学仍然是我国物理教学的一个薄弱环节,学生实践能力较差的问题仍然是一个不容忽视的现实问题,这势必会严重制约学生创新水平的提高。因此,我们必须努力加强和改进实验教学,以便为学生提供较为充分的动手实践机会。
  (一)扩大实验空间在我国现行的物理教学中,本来为数不多的实验中演示实验占有绝大多数的比例。由于演示实验习惯上都是由教师在讲台上做给学生看的,导致学生动手机会明显偏少,动手能力普遍不高,因而我们有必要想方设法将演示实验的空间由讲台向学生乃至更大的范围扩展,可以通过改进、改组和改造等方法。改进是将一些演示实验改为师生合作实验或共同实验,如以往由教师“承包”的单摆演示实验可改为由教师控制单摆、学生手执秒表计时的师生合作实验;改组是创造条件将一些演示实验改为学生分组实验或边学边实验,像胡克定律、光的色散等可改为边学边实验,焦耳定律、玻意耳定律等可改为学生分组实验;改造是将一些演示实验在课堂正常安排的情况下,利用家庭和社会的条件进一步将其改为课外实验,如声波的反射、水波的干涉和衍射、验证水是热的不良导体的“沸水游鱼”实验等。
  (二)增加实验时间即将实验时间由通常的课内向课外延伸。延伸的办法主要包括课外兴趣小组活动和开放实验室等方面。课外活动的时间比较充裕,形式灵活,还可以照顾到学生的兴趣爱好,因而便于有针对性地通过实验操作加强动手能力的培养。如围绕物理课堂教学,可以成立小家电维修、玩具制作、幻灯片、投影片及小实验仪器的制作等兴趣小组,这些活动在受到学生广泛欢迎的同时,在实践中也会产生积极的效果。开放实验室就是在规定的时间内将有关实验仪器摆放在实验室,供学生 有选择地进行操作、研究。开放内容包括:一些课堂演示实验,一些课内学生没有做好或做后有不同见解及有疑惑的学生分组实验,一些课外补充实验,教材中的一些小制作、小实验、小研究,由教师命题学生设计的实验以及学生自行设计的实验等。这样,可以让不同层次、不同需要的学生各得其所,便于学生在宽松自由的氛围中积极、自由地动手和动脑。
  (三)拓展实验方式实验教学立足于做,需要以一定的物质条件为基础,即势必需要添置更多的实验器材。我们可以按照因陋就简、就地取材、修旧利废的原则,“坛坛罐罐当仪器,拼拼凑凑做实验”,大力发展简单易行的各种替代实验。在现有的实验条件基础上,组织学生共同研究和制作一些简单实用的实验器材以及对实验器材进行维护、修理和改组,其本身就是培养学生动手能力的有效方法。同时,还要注意发挥一些微型化实验、简约化实验以及玩具类实验在培养学生动手能力方面的重要作用。特别是对玩具实验功能的开发,一方面可以在一定程度上激发学生的创造欲望,另一方面,玩具作为一种信息源,其巧妙的设计独特的构思,常使学生叹为观止,进而引其入胜,欲名其妙。
  
  三、着重于思,培养学生的创新思维能力
  
  实验不仅要使学生得到观察和操作实践方面的训练,更重要的是要通过观察和思考的结合,动手和动脑的结合,实现由现象到本质由感性到理性的飞跃。在实验教学中培养学生的创新能力,即在培养学生创新观察能力和创新实践能力的同时,着重培养学生的创新思维能力。培养学生的创新思维能力,从实验教学的实际看,可采用如下一些措施。
  (一)加强设计训练实践表明,指导学生进行设计性实验的训练是调动学生动手和动脑积极性的一项有效措施。实验设计应注意联系教学实际,以学生和实验的具体情况出发,将实验的主动权放给学生,让学生自选仪器、自行设计、自行完成各种小实验、小制作、小发明等物理实验活动,给学生提供更多动手、动脑和自我发展的机会,充分培养学生的物理创新思维能力。
  (二)重视预测猜想预测和猜想是创新思维的一种重要形式。正如牛顿所说:“没有大胆的猜想,就做不出伟大的发现。”在实验教学中,要对学生进行预测和猜想能力的训练。如在研究“单摆的周期”时,可先让学生猜想可能影响单摆周期的因素,进而引导学生设计实验方案,选择实验器材,并用实验去验证自己的猜想。当然,预测和猜想可能正确,也可能错误,把“尝试错误”作为一条学习原则,在实验教学中恰当地加以运用,对培养学生的创新能力同样是有积极意义的。
  综上所述。在物理教学中,教师要不断改进教学方法和手段,优化课堂教学程序,调动学生学习的积极性和创造性,为学习创造更好的实验条件,让学生自由地大胆地去做、去说、去看、去想,充分发挥其创新能力。
  
  四、加强对验证性实验的研究,培养学生创新能力
  
  (一)积极将验证性实验转化为探索性实验,培养学生的创新意识
  验证性实验能否吸引学生,不在于实验器材的先进,而是在于能否创设问题情景,拨动学生的思维,能否激发内部动机,牵动积极的情感,所以可以积极地将验证性实验向探索性实验转化。例如,课本上有一验证玻玛定律的分组实验,我们可以将它转化为探索性实验。在讲玻玛定律时,可以采用边讲边实验的方法,用实验来探索出气体等温变化的规律。首先是从气体的温度、体积、压强三个状态参量出发,让学生思考一定质量气体三个状态参量的相互关系,引导学生利用控制变量法,先研究温度不变的情况下,气体的压强和体积的关系;然后列出提供的实验器材,要学生考虑怎样利用这些仪器来探索气体的压强和体积的关系,并在教师引导下完善实验方案,以及在实验中应注意的问题,最后是实验操作,根据实验数据得出在温度不变时,一定质量的气体压强和体积成反比的关系。
  由上面的例子可以看出,采用将验证性实验改为探索性实验,就可以让学生充分的动手、动脑,发挥学生的主体作用,从而有助于学生的创造性思维的激发。
  
  (二)加强验证性实验过程的设计教学,培养学生的创新兴趣
  每个实验都有各自的设计思想,一个成功的实验,其设计思想包含着对已有知识的灵活运用和创造性的科学构思。在验证性实验中,如何能够进一步地突出这一点,就可以提高学生学习的兴趣。例如,在验证牛顿第二定律实验中,如何采用控制变量法研究加速度、质量、力的关系,如何消除摩擦力对实验的影响,拉力如何才能近似等于沙和沙桶的重力;在验证互成角度力的合成实验中,如何使得两个弹簧秤的拉力与一个弹簧秤的拉力等效;在研究动量定恒实验中,如何确定入射小球和被碰小球的落地点等,这就使学生不论是对实验所提示和结论,还是实验的设计思想均能产生深刻地认识和理解,学生通过问题的思考,激发创新的兴趣,提高了实验思维能力。
  
  (三)采用多种实验方法,活跃学生的创新思维
  我们在讲清实验原理的基础上,开放实验室,允许学生使用不同的器材,不同的实验步骤进行实验。如在验证动量定律实验中,我们改变实验器材:长木板、小车两辆、橡皮泥一块、打点记时器一台、纸带、砝码组一盒、米尺一把、开关一个、导线若干。让学生思考如何满足动量守恒的条件,如何方便的控制实验过程,如何确定初末系统总动量,如何处理实验数据。实验中,学生就需要在各种因素中进行取舍,对所得信息进行筛选。这就要求学生在完成即定目标过程中,有全局观念,在不同情况下善于应变,从而培养了学生的应变能力,使学生分析抽象概括综合表达能力都得到训练和发展,活跃学生的创新思维。
  从上可见,要在验证性实验中培养学生的创新能力,就需要充分发挥教师的主导作用,突出学生的主体地位,这样才能丰富学生的学习动机和层次,启迪学习情感的内涵,加强思维启发力度,从而提高学生的素质。
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