从物理实验竞赛反思初中生创新能力的培养

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  习近平总书记在2014年的中国科学院和工程院的院士大会上指出,科技是国家强盛之基,创新是民族进步之魂.可见,培养初中生的创新能力已经成为了时代发展的需要与要求.但是,在我们的日常教学过程中,对初中生的创新能力培养情况如何呢?
  在2015年厦门市初中学生物理实验能力竞赛决赛中,试题二是在学生必做实验“探究并联电路的电流特点”能力要求的基础上,提出了接入滑动变阻器实现多次测量并且通过多个开关的闭合与断开改变电流表测量对象的设计要求,题目为:
  【实验目的】探究并联电路的电流关系.
  【实验器材】电流表1只、定值电阻2个、干电池3节、滑动变阻器1个、开关、导线若干.
  【实验要求】不得改动电路连接导线和移动电流表位置,只靠闭合或断开开关完成两组实验.
  【实验电路】请设计出实验电路图(实验设计4分钟完成此电路图)
  (实验操作8分钟完成以下内容,下标要与设计电路图一致)
  【实验步骤】
  (1)闭合开关______,断开开关______,测得I1=______A;
  (2)闭合开关______,断开开关______,测得I2=______A;
  (3)闭合开关______,断开开关______,测得I=______A.
  第二组实验数据:I1′=______A;I2′=______A;I′=______A.
  【实验结论】______________________________.
  依题意,基于培养多次测量避免偶然性的探究精神和提高学生设计开关控制能力的考察目的,该题的设计难度不小,电路设计如图1所示.在比赛过程中,笔者也对全市各个区和直属校选派参加的210名选手的完成情况做了如表1所示的相关统计.
  不难看出,类型E的参赛选手占了绝大多数,究其原因,选手们对沪科版教材里“探究并联电路的电流特点(拆接电流表)”的实验做了改进,大多想到了利用干路和支路里三个开关的通断来实现要求之一——不得改动电路连接导线和移动电流表位置,设计出了如图2所示的电路,但他们却没有察觉到,测量干路电流和各支路电流时,即使滑片位于同一位置,R1、R2两端的电压和他们两端的总电压都是不相等的,也因此出现了个别选手看到测量结果不符合自己的认知后,出现了不尊重事实,捏造数据的现象.
  纵观整个比赛过程,笔者深深感受到了学生在实验探究中过分依赖以往学习上的认知(在没有滑动变阻器的电路中测量电流特点),而临场分析实际情况(有了滑动变阻器,仅闭合某支路开关对电阻两端电压的影响),找到解决办法的创新能力还有待进一步的提高.那么,实际教学过程中,教师应该怎样注重培养学生的创新能力呢?
  1 诱发好奇心,敢于质疑,激励学生的创新意识
  心理学认为,好奇心是学生个体在遇到新鲜事物时所产生的注意、操作和提问的心理倾向,它是学生个体探索知识的内在动机,也是创造性人才的重要特征.少年时期的牛顿就经常带着强烈的好奇心仰望星空,观察着星体间的运转,思考着星体们为什么不相撞的问题,好奇心激发着他的探索欲望,成就了他发现了万有引力定律.因此,教师要注重诱发学生的好奇心,引导学生在遇到问题时要多方面考虑,要有强烈的追求创新意识,敢于怀疑所学习或研究的事物.
  在《牛顿第一定律》这一节课中,教师可以介绍史实:在亚里士多德学派认为物体运动靠精灵或外界迂回空气推动的说法延续了1000多年以后,伽利略以系统的实验和观察推翻了亚里士多德的观点,不但开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体系的近代科学,也为牛顿的经典力学理论体系建立奠定了基础,通过真实故事,让学生了解科学家们之间的互相质疑与科学史在互相质疑中的不断发展,培养学生的质疑和创新意识.
  当然,老师也可以结合初中生的年龄特点,诱发学生的好奇心,让学生对问题产生兴趣,由此激发强烈的创新欲望.如以2014年厦门市青少年趣味科学竞赛的一道题为例,题目为:利用塑料直身吸管制作船模.船模制作完成并加载装载物后放入海模专用水池,用组委会统一提供的设置在池边的电风扇(注明:扇叶直径230 mm)吹动船模,用最短的时间抵达终点线为胜.在引导学生制作初期,发现初中生的思维难免有局限性,考虑不够周全,因此不同的学生做出来的船模都有其自身优点和缺点,但是经过彼此的取长补短,最终还是完整集合了以下几个要点:吸管两端都密封上;吸管排列要紧密;所载物体藏在吸管船的底部等,达到了最理想的状态.整个过程中学生们跃跃欲试,互相攀比,体现了较强的创新意识.
  2 异中有同,同中有异,训练学生的创新思维
  创新思维也就是创造性思维,它不仅表现在做出了完整的新发现和新发明的思维过程,而且还表现在思考的方法和技巧上.创新思维的培养就在于培养学生有一种善于发现的习惯,有善于在相同事物中求异和不同事物中求同的能力,并且善于找到各事物的联系,以崭新的视角来发明创造新的事物.物理教师可以侧重对学生进行求同——求异——求合思维的训练.
  2.1 在分类中训练求同思维
  我们不难发现,长期的定势思维会束缚学生的思想,从而渐渐地让学生忽略了事物之间的各种联系.因此,教师要培养学生在不同事物中寻找共同点的习惯,久而久之,学生就可以大大提高找出不同事物中的联系的能力.例如,在学习《材料的开发和利用》一节时,教师可以让学生对橡皮垫,玻璃杯,大理石台面,塑料尺,不锈钢勺子,铁筷子等物品进行分类,学生也许一下子愣住了,但很快就能找出6种物品之间的联系,可能按金属和非金属、透明体和不透明体的不同来分类.经常进行类似训练,可以培养学生不同事物中求同的能力.
  2.2 在多角度看待事物中训练求异思维
  培养学生的创新思维,求异思维训练是必不可少的.“一千个观众眼里有一千个哈姆雷特”,求异思维与求同思维在方法上是刚好相反的,它要求学生能从不同的角度去审视同一个问题,在相同事物中寻找出不同点.例如,在光学部分的学习中,学生总是不能清楚区别物体所成的像到底是实像还是虚像,但是,这个问题也是培养学生求异思维的契机之一.教师可以引导学生通过多种方法来判断虚实像:一是用DIS温度探针证明,成实像处比周围温度略高,虚像则没有;二是用光路作图证明,由实际光线相交的点为实像,反之则为虚像;三是用光屏能否承接证明,实像可以在光屏上承接,虚像则不能.
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