优化实验教学与培养创新能力初探

郑志国

【摘要】 人类的生存发展离不开创新思维,因为它是人们学习知识、认识世界、揭示规律、创造发明、改造世界的金钥匙。创新是事物发展过程中量的积累,是量变过程。同时创新又是创造,是事物的突变,是一个全新的事物和方法,是事物发展过程中的质变。物理的实验教学能够很好的体现这一质变过程,本文就在初中物理实验教学中如何培养学生的创新能力作简要阐述。

【关键词】 实验教学独创性灵活性深刻性创新能力创造力

物理学研究的是力、光、电、热、声、磁等自然现象,目的是找出这些自然现象的发展变化规律,研究怎样利用它们来为人类服务。要实现这样的目标,对学生的培养就必须走"素质教育"之路,着重于以创新教育来展现创新能力的培养。然而创新能力的培养在于引导观察培养思维的独创性,启迪联想培养思维的灵活性,启发诱导培养思维的深刻性,这些通过物理实验教学都能够很好地得以体现。

1转变实验教学思路,积极开展非常规物理实验

物理是一门以实验为基础的学科,这是因为物理的定义、定理、规律、定律都建立在大量的实验和实践活动之上,因此我们所说的实验也就不仅仅局限于现行初中物理教科书中所安排的分组实验、演示实验和若干课外小实验。我们的实验教学可以在课上,也可以在课下;可以使用实验室所配备的器材,也可以自备自制教具,甚至可以使用我们日常生活中的现有物品。人们在教学实践中早就发现,与使用“厂家生产的专门器材”做的实验相比,使用生活物品、废旧材料等自制器材开展非常规物理实验,更能激发学生的兴趣,更能引起学生参与学习的主动性和积极性,更有利于促进学生手脑并用、发展学生实践能力、探究与创新能力。而且通过使用这些课本上没有出现的器材,对启发学生的创新意识和创新精神,会收到意想不到的效果。

另外,从认识生活物品或材料的物理本质入手可开发学生感兴趣的探究问题也不失为一种新的教学思路。至于探究问题的难易程度和探究的完整性可根据课程内容(或超越课程内容)、学生认知水平和教学时间等制约因素进行设计,先突出不同环节的探究活动,循序渐进,最终使学生理解科学探究的全过程。比如探究泡沫塑料、塑料、玻璃等材料的导热性能,探究硬币、鸡蛋、钥匙、易拉罐等材料的密度,探究耳环、戒指、项链等饰物的纯度,利用书本、粉笔探究物体的稳度或“比较滑动摩擦与滚动摩擦的大小”,探究弹力与橡皮筋伸长量的关系,用纸张等材料探究“轻重不同、等高下落的物体是否同时落地”等。

2创新实验教学方法,围绕智能目标设计思维层次

2.1学会观察,在情境中激趣。观察是实验的第一步,

也是创新的前提。实验教学中首先应该使学生知道:所谓观察就是要有目的地辨明观察对象的主要特征,注意发现引起变化的条件和原因,其次,要使学生了解观察是要经过一定的努力,克服一定的困难,才能发现问题,才能得到对事物的正确认识和正确的结论。例如:学习连通器原理时,要求学生先观察并思考:茶壶的茶嘴为何总与壶盖保持一样高?确定了思考目标,带着问题让学生观察实物,教师可出示一个去掉了一截嘴的茶壶,让学生先猜测,后装水试验,再让学生在嘴上套接课前已准备好的纸折空心园柱套管,做改变嘴长短装水的试验,使学生观察到:如果壶嘴变高了,将不易随心所欲地倒出水;如果壶嘴变矮了,水未装满就会从壶嘴流出的现象。以此启迪学生,最终把压强相等的定量平衡知识引入作出解释,其道理自然就清楚了。在这种观察和实验的“讨论探究”、“诱发思维”的长期教学活动中,不仅使学生体会到了物理的知识性、趣味性和实用性,而且能顺其自然地从已有的思维模式基础上通过讨论启发式教学,较好地解决学物理“入门难”的问题。

2.2大胆实验,在探究中质疑。人们的许多物理知识是通过观察和实验认真地加以思索和总结得到的。如对于彩虹,自然界在特定雨天后才能看到,平时看不到。在序言的教学中用三棱镜做光的色散实验让彩虹出现在教室里,使学生感到新奇,通过这段教学师生共同讨论,形成共识,知道什么是实验。实验就是在人工控制条件下使物理现象重复出现供人们观察的工作。通过实验,能够对物理事实获得具体的明确的认识,有助于理解物理概念和规律。那么在这里学习的就不是色散的知识,更重要的学习了这种探索事实根本的方法——实验。在教学中,教师在培养学生创新能力的“导向性”、“可知性”、“程序性”和“新颖性”原则指导下,结合课程内容和学生实际,通过以学生为主体的直观演示启发、设疑启发、引趣启发、攻难启发和求变启发等的选择,做到对象精巧练,尽可能把讨论探究的问题,设拟得新颖有趣。比如:用铅笔和小刀做压强实验,用纸张和黑板擦或者用钢笔甩墨水做惯性演示实验,用平口玻璃杯、水和硬纸片去做证明大气压强存在的实验,用眼药瓶做物体的浮沉实验等。这些器材学生更熟悉,更有利于使学生明白物理就在身边,物理与生活的联系非常紧密。如果经常在教学过程中有机结合教材内容,巧妙安排现象明显,富有趣味的一些直观演示实验,对激发学生学习兴趣的效果是不言而喻的。在探究光的折射规律时,我常借来激光手电和水槽进行模拟“日出光路”实验,巧用情景诱发创新思维。不仅直观生动、形象化,而且在判断和推理的思维过程中能引发学生身临其境,热爱大自然的情怀,大大增强和激发了学生学习光学的兴趣。

2.3掌握方法,在运用中求异。当学生做了基本实验后,教师应当对学生实验提出较高层次的要求——做验证性的和设计性的实验。如果将演示实验改为探索性实验,让学生充分的动脑、动手、动口,发挥学生的主体作用,就能有利于学生创造思维的激发。物理教学常用的演示实验有实验归纳法和实验验证法。在教学中,应有意识地安排这两种方法加强探索训练。例如,在总电阻教学中,就可进行这两种方法的训练:①应用实验归纳法探索电阻串联。首先,教师要求学生根据欧姆定律设计一个电路,测定各个电阻的阻值,然后由学生进行实验,并从实验中归纳出R串=R1+R2的结论。接着,教师根据串联电路中电流电压的特点和欧姆定律,从理论上加以推导,也得出同样的结果。这样,在获得关于串联总电阻与分电阻关系的知识的同时,学生不仅学习到了自己设计电路、总结规律、从理论上论证的初步方法即实验归纳法,同时也培养了他们的探索精神。②应用实验验证法探索电阻并联。在并联电路的探索中,先由教师从理论上推导出1/R并=1/R1+1/R2的关系,接着由学生自己设计电路操作实验,然后验证这一关系。最后,由教师进行总结,联系电阻与导体截面积的关系对并联作出解释。这样,在获得关于并联电阻知识的同时,学生学习了实验验证法。又如在做完焦耳定律的实验后应该总结实验时所采用的物理方法——控制变量法和转换观察法。这些方法在物理的实验中是最常用的,也是必须掌握的。在学完浮力知识后根据实验室所能提供的器材可以要求学生解决探究决定浮力大小的因素问题,学生可以根据控制变量的方法提出设计方案,还可以提出一些具体问题。用自己设计的实验方法进行实验,这不仅是对前面知识的应用,也是对物理方法的一种使用。

运用现有的知识内容推论后面的学习内容是一种物理研究的思路,更是学生应该掌握的物理方法之一。在做晶体熔化(直接加热)的实验过程中,开始的实验结论和课本上总是不一致,学生甚至考虑了推翻课本的大胆想法。在引导学生考虑小学学习的热平衡的知识后,就有学生考虑是不是加热不均匀的问题,通过广泛讨论,最终采取了“水浴法”来解决问题,保证了结论与课本的一致性。这就是运用现有知识来探讨新知识的一种方法,在探讨中学生也品尝到了成功的喜悦。

3树立教学评价新意识,重视学生创造力的体现

教师对教学目标的完成情况进行评估,为制订下一个目标做准备,这是一个学科目标的结束。如果说学生已经掌握了知识的重难点,形成了相应的技能技巧,那么教师应该对学生的学习过程进行总结,包括学生掌握了什么?超越了什么?谁做得最好?……由教师和学生共同作出交流评价,从而形成一种再创新能力,这个环节是必不可少的。课程标准对评估这一要素的基本要求是:能注意假设与探究结果间的差异,注意探究活动过程中未解决的予盾,发现新的问题;尝试改进探究方案;有评估探究过程和探究结果及从评估中吸取经验教训的意识。

我在组织《研究串联电路特点》的一节课中,由于分组自主探究,学生的活动热情很高,八个小组中的五个都由实验数据归纳出了串联电路中的电流、电压特点。但是,有一个小组,实验数据几乎无规律可循,另两个小组的实验数据近似与电路特点相吻合。在交流时,由于受到有正确结论的小组的影响,后两个小组的代表说:“我们的实验数据显示:串联电路中各导体中的电流基本相等;串联电路中各导体两端电压之和基本等于电路两端的总电压。”而实验数据出现问题的那个小组的代表交流时讲道:“我们小组的实验不能验证串联电路中电流、电压的猜想是否成立。”这种情况的出现非常正常,由于连接电路时导线接头处接触电阻的影响或操作不当,导致实验失败。考虑到本节课的时间有限,我只做了对三个小组探究活动的肯定和对他们实事求是的科学精神的认可,先请同学们(包括实验结论正常的同学)就此实验现象自己分析原因,留待下一节课再交流、讨论。虽然教学进度被打乱,我还要花费一节课的时间来“善后”,但能让同学们动起来,积极地探究新的、更深一步的课题,这不正符合了我们教育的目的吗?利弊互化,关键在怎样看待、怎样引导。

以往的教学评价当中,往往是以学生的一次次考试的成绩来评价每一个学生,在具有创新意识的教育教学过程中,这个评价方法自然也应该有所改进,而实验教学的评价似乎成了其中的重点。新的评价观点不仅仅应该看到学生在操作实验中的熟练程度、准确程度,更应该重视实验中解决问题的能力。由于这种评价还在起步当中,在实际操作时就更应该努力避免死板缺乏创造力的观点,这也是我们今后努力的方向之一。

总之,通过优化实验教学对学生进行创新能力的培养是实施素质教育的重要中介,是造就创造性人才的有效途径。在具体教学中应营造有利于创新能力培养的环境,要注重创设探索情境,提出探索性问题,注意不同教学过程、教学方法对学生素质的影响。