中学物理教学中的创新思维及培养策略

郭如松

(江苏省高邮中学 江苏 扬州 225600)

创新思维是科学素养的重要组成部分，培养学生科学创新精神和创新思维，是素质教育的核心．新课标要求，中学物理教学要注重科学素养培养，特别要重视发现、探索和创造能力的培养．

物理学作为自然科学的基础学科，蕴涵着许多个性化思维方式和方法，是培养学生创新思维的极好素材．中学生正处在思维最活跃的青春期，借助于中学物理教学培养学生的创新思维，是物理教育的根本目标和最佳时机．

1 创新及创新思维

创新，是指在前人发现、发明的基础上，提出新的见解或观念，采用新的策略、方法和技术，开辟新的领域，创造新的事物或得到新的发现和发展．创新主要追求的是“突破”“新异”和“独特”．创新与创造含义不同，创造是“无中生有”，而创新则是“有中变新”，两者都含有一个共同内核——创造性思维，都是通过发明、革新创造出新的思想、技能和物质等产品．

创新思维是创新能力的基础．创新思维是指人们对未知事物有创见性的思索，需要人们突破思维定势，把已掌握的知识、信息进行加工整理，从新的角度寻找解决问题的方法，达到成果创新的目标．

创新一般包含观念、知识、方法、技术创新等．高中物理教学中创新的内容主要是知识、方法和技能的创新.相应地，高中物理教学中学生创新思维的培养，主要以物理概念、规律和原理的认知过程，物理思想方法在新情境中的灵活应用，实验原理和设计方法的巧妙迁移和重构，物理知识以解决实际问题中的综合运用等为平台开展创新教育探索．

2 物理创新思维的基本形式

物理创新思维是由多种思维形式协调配合、相互作用和加工重组而形成的．

2．1形象思维与抽象思维协调配合

物理形象思维是借助物理表象为思维材料，按照形式逻辑规律进行的思维．爱因斯坦非常善于形象思维，他说：“我不是用语言来思考的，而是用跳跃的形状和形象来思考，思考完成了，才努力把所得结果转为语言来表达．”物理表象是物理形象在人脑中间接和概括的反映．物理学中许多新的实验构思、新的模型提出、新的理论形成、新的解题思路的打开等都归功于形象思维的创造性．

物理抽象思维是以物理概念为思维材料，以判断和推理形式反映物理客观规律，实现对物理事物本质特征和内在联系的认识过程．物理抽象思维分形式思维和辩证思维两种．前者用于认识物理事物相对稳定的一面，后者则用于认识物理事物不断发展和变化的一面．物理抽象思维的创新作用主要是通过辩证思维显现出来．没有辩证思维的参与，创新思维的展开将寸步难行！

在实际创新思维中，两种思维不是独立进行的．物理形象思维必须借助抽象思维对表象进行抽象概括，从而得出物理事物的本质特征和规律．物理抽象思维必须借助物理形象思维建立物理模型，复活物理形象，将抽象的概念和规律运用于实际．

2．2 发散思维与收敛思维的协调配合

物理发散思维是以要解决的问题为中心，充分发挥想像力，突破旧知识框架束缚，进行知识、观念和方法的重新架构，立体多方位地推测、想像、联想和假设，试探性地提出多种解决问题方案的思维过程．

物理收敛思维是以要解决的物理问题为目标，从不同的方向和角度集中指向这个目标．收敛思维主要特性是具有方向上的聚合性和内容上的求同性．遇到物理问题会综合多种知识信息与之联结，寻找问题解决的最优方案．

在创新思维中，发散思维起最主导作用．物理上的许多理论模型、发现发明和奇妙的解决问题方法等主要靠发散思维．但任何一个完整的创新性活动过程，都是要经过由发散思维到收敛思维，再到发散思维的多次循环，才能创造出问题解决的最佳途经和方法．

2．3 求异思维与求同思维的协调配合

物理求异思维是指在解决某一物理问题时，追求思维角度和方式差异性、多样性和新颖性，借助于发散思维来实现．物理求同思维则是指寻求思维的统一性，揭示各种解决问题方法之间的本质联系，借助于收敛思维来实现．在创新思维中，求异思维虽占主导地位，但离不开求同思维的审度作用．求异思维提出创新的设想，求同思维则对创新设想冷静分析，二者几度交叉，逐步逼近最佳创新方案．

2．4 直觉思维和批判思维的协调配合

物理直觉思维是以物理概念和表象融合而成的、具有整体功能的知识组块为思维平台的高度省略、简化和浓缩的跨越式的思维形式．它是抽象思维或形象思维积累到一定程度时的一种“爆发”或“升华”，是在两种思维过程趋向中断时的突然“接通”或“飞跃”．直觉思维决定于人的观察力、想像力和记忆力．人脑中储存知识、经验等越多，想像基础越厚，直觉思维越易于激发．直觉思维是开发人的创新思维的基础，人们凭藉直觉思维，产生解决问题思路方法的灵感和预案．

批判思维是既批判自己设想或结论是否正确和妥当，又品评设想或结论的质态的思维．直觉思维的结果往往具有或然性，必须经批判思维进行反复推敲、多次检验，以期得出科学、可靠的结果．

2．5 类比推理与等效替代的协调配合

类比推理是根据两个或两类物理对象在某些属性上相似而推出它们在另一个属性上也可能相似的一种思维形式．研究类比推理机制，可看出它是一种综合性创造思维形式，是形象、抽象和直觉思维的辩证统一过程．在创新思维中，通过形象思维把握直观物理形象或图景的类比细节和特征，利用抽象思维透过物理现象寻找可类比的本质属性，再运用直觉思维进行大胆的联想、想像，做相似重整化处理，减少类比推理的或然性．

物理学是研究物质运动、构成和物质间相互作用的学科．虽然这些研究内容是极其复杂的，但其内部仍然存在着多种角度下的等同性．在认识复杂物理事物的本质规律时，可从这种等同性出发，将其转化为等效的、简单的、易于研究物理事物，这种思维就是等效替代思维．常用的有：模型等效替代、过程等效替代，作用等效替代，方法等效替代．在物理创新思维中，类比和等效常常相伴同行，在类比中往往会产生等效的灵感，在等效时可能会促进类比的深化．

物理创新思维过程一般分为：知识经验积累-设想方案酝酿-顿悟灵感破壳-创新成果验评4个阶段．而实际物理创新思维有可能是两种或多种思维形式的有机交融而形成的综合性思维．物理创新思维虽然是一个复杂过程，但从根本上讲应是一个抽象思维、形象思维和直觉思维交叉互补的辩证思维过程，在不同阶段和不同问题中各有侧重．

3 中学生物理创新思维的基本特性

创新思维是创造性思维重要组成部分．创造性思维大致可分为三个不同层次，第一层次是经长期艰苦研究和探索而产生的前所未有的非凡成果，如物理学家的重大发现和发明；第二层次是在对原有知识经验，进行加工、重组、改造和应用而形成的对社会有价值的新产品；第三层次是经过自己的智力活动，习得对自身而言是新颖的、有价值的成果．后两个层次属创新思维范畴．每个人都具备创造性思维的潜能，只是在不同年龄阶段，因受知识、智力条件和动力因素的制约，表现出不同的创造性思维层次．中学生物理创新思维，因受知识、年龄和心理等因素的限制，一般都处在上述第三层次，即通过自己智能去发现、掌握前所未知的物理知识与技能，并迁移到各种实际情境中去灵活运用．这些物理知识与技能虽都是前人创造性思维的成果，但对中学生来说都是新的、陌生的，他们获得这样的成果自然需要创新思维能力．

4 中学生物理创新思维的培养策略

中学生物理创新思维的培养，是中学物理教学的根本目标，更是中学物理教学改革的一项重要切入点．中学生接收信息多而快，思维敏而活，这是他们创新思维生成的宝贵资源，只要我们更新教育观念、教学策略和方法，营造合适的创新教学氛围，激发其创新热情，挖掘其创新潜能，强化其创新意识，拓展其创新角度，就能使他们的物理创新思维能力得到有效的培养和提升．

4．1 营造民主氛围创设宽松环境

民主、宽松的环境，有利于人的创造性和开拓性的发挥．正如陶行知先生所说 “只有民主，才能解放大多数人的创造力，而且使大多数人的创造力发挥到最高峰”． 在民主宽松的物理课堂里，教师应以合作者角色，投身于学生的创新探索中去，鼓励其大胆想像，耐心倾听取其正确、片面甚至是错误的想法，只有这样学生才会心情舒畅、精神饱满、情绪高涨、思维活跃，点燃起智慧的火花，敢想、敢说、敢问、敢做、敢创．

4．2 摆正“双主”关系凸显主体作用

物理教学是学生探索物理新知的过程，也是学生培养、演练创新思维的过程．抑制、淡化或忽视学生的主体地位，创新思维的培养就会成为一句空话．教师一定要恰到好处地扮演好“主导”角色，要让教师的主导作用更好地为凸显学生创新主体作用服务．教学中，教师要精心设计具有探索性和开放性的问题，鼓励学生发散思维，大胆尝试．凡是处于学生知识“最近发展区”和思维“潜能开发区”的问题，教师一定要留给学生独立思考的时间和空间，决不插手代劳，让学生充分体验到物理知识探索发现和形成过程，习得物理学家研究物理问题的思想方法，为物理创新思维的培养奠定基础．

4.3 引入辩论机制激活智慧火花

引入辩论机制，是培养物理创新思维的有效途径．教学中要求学生围绕一个新问题，运用所学知识展开辩论，在思辨中寻找问题解决的各种方案．巴甫洛夫认为，“争论是思维的最好媒触”．辩论最易激活和调动人的聪明才智，最能触发灵感产生绝妙的解决问题方法．在辩论中，学生注意力高度集中，思维活跃、多向辐射，富于挑战，竭力展示自己创新和雄辩才华．师生合作，精心设置具有培养创新思维功能的辩论话题，供学生争辩，激活其创新火花，引发其求异灵感，充分表达自己与众不同的观点和方法．

“光的本性”这部分内容是教与学的难点．学生课后议论：“一会儿认为光是粒子，一会儿认为光是波，一会儿又认为光是粒子……光到底是什么？真难理解．”其实，如果连贯系统地看，这部分内容是一个“物理理论模型”不断创新的过程，是物理学家创新思维的生动体现．教学中，笔者就以学生议论时提出的“光到底是什么？”为话题，分别以“光是波”和“光是粒子”为正反方辩题，组织学生展开辩论．双方学生人人动手，周密谋划，查阅资料、准备论据、撰写辩词．辩论中，学生情绪饱满，思路清晰，思维缜密，逻辑性强，语言准确，论据确凿，频频碰撞出睿智火花，模糊疑团纷纷化解，最后终于达成“光具有波粒二象性”的共识．

在辩论教学中，学生用智慧攻克了自己学习的难题，真正找到了自己是学习主人的感觉．

4．4 增强发现意识注重过程教学

注重过程教学是要求教师在教学中，注意引导学生以探索发现的视角和方法获取知识，从中感悟创新思维的要素及特征．有“发现”才有“过程”，为了“发现”必须延缓和拓展过程．要重视物理概念形成过程，物理规律的发现过程，物理实验的设计过程，物理问题的解析过程等，为学生物理创新思维的培养和发展提供借鉴．

如在进行“原子核式结构”教学中，先鼓励学生自己尝试构建一个原子模型，然后提出汤姆孙的“枣糕模型”，让学生看到物理学家的创造性思维也可能源发于生活模型．接着指出由于“枣糕模型”被电子流穿透而被怀疑不是原来想像中的实心体．卢瑟福运用探测微观世界的创造性方法——高能粒子轰击法，用α粒子对原子内部进行了“火力侦察”．让学生根据探测的“三条情报”模拟画出“弹道轨迹”，并要求他们先用枣糕模型解释，产生矛盾后，又鼓励他们大胆猜想和想像，得出是“原子核式结构”模型．最后指出玻尔将量子理论创造性地引入了原子核式结构，并成功地解释了氢原子光谱．通过这样的过程教学，让学生看到了一幅物理创新思维的生动过程图景，感受到物理创新思维需要形象、抽象、批判思维的综合支撑和类比想像的有机配合，更需要挑战权威的胆识．

4．5 实施开放教学解放学生手脑

(1)要打开学生创新思维的翅膀，必须充分解放学生的手脑．

“解放学生的双手”放手让学生实验．开放实验室，变演示实验为学生实验，变验证性实验为探索性实验，变现成性实验为设计性实验，最大限度地给学生营造动手、探索、发现和创造的机会，促进手脑并用和抽象思维与形象思维、直觉思维和辩证思维的协调配合．

在“探究影响滑动摩擦力大小的因素”实验教学中,测量水平木板对木块滑动摩擦力是一个难点．笔者就将学生带进实验室，鼓励他们大胆设计各种实验方案．有的学生提出用弹簧测力计水平匀速拉动小木块，弹簧测力计的示数就是等于滑动摩擦力，但在实际操作时发现小木块做匀速运动很难控制．笔者因势利导，继续把改进实验方法的任务仍然交给学生．学生创新热情高涨，最后提出了固定弹簧测力计,拉动长木板的方法，既解决了匀速难以控制的问题,又便于读数．整个教学过程，学生的认知心理虽经历了失衡—平衡—再失衡—再平衡的过程，但认知情绪放松，手脑并用，思维发散，创新能力得到了有效的培养．

(2)“解放学生的思维”要求学生不要受书本束缚，灵活多变地运用各种思维方式思考问题．

笔者每教完一种物理思想方法后，都鼓励学生大胆迁移，变式运用，自主创新．在学习了“平抛运动”后，笔者特地将“斜上抛运动”呈现给学生研究，有的学生受平抛运动研究方法的启发，把斜抛运动分解成水平方向匀速直线，竖直方向竖直上抛；有少数学生思维被运动分解思想激活，把斜抛运动分解为沿初速方向的匀速直线和沿竖直方向的自由落体；还有的学生思维更为发散活跃，将斜上抛运动的前半段逆向看成平抛运动来研究．在肯定他们“创新成果”基础上，笔者因势利导编制了一题：“在斜面的顶端水平抛出一小球，问小球何时距斜面最远？最远距多大？”要求学生用多种方法求解．学生们的学习的热情越发的高涨，想出几种方法，并优选出一法．

4．6 强化物理学史教育激发创新精神

一部物理学史，既是一部物理学家探研科学奥秘的发现史，更是一部展示物理学家创造智慧和奉献精神的壮丽史诗．伽利略运用富有创造性的“理想实验”否定了亚里士多德统治2 000多年“力是维持物体运动的原因”的错误观念，为后来建立经典“牛顿力学”奠定坚实基础．他不迷信权威，敢于挑战、坚持真理精神和科学严谨的态度，对学生创新精神无疑将起着巨大激励作用．爱因斯坦一生，可以说是不断创新的一生，他执着于理论的大胆创新，先后创立了狭义相对论、广义相对论和光子说等，为物理学向顶峰迈进做出了巨大的贡献！在物理教学中，我们要领会教科版物理教材中“发展空间”栏目的编写意图，深挖其包括物理学史教育在内各种创新思维教育元素，激发学生物理学习的兴趣和创造欲望．突出展示物理学家在探索新规律、构建新理论的思维过程，使学生逐步树立科学世界观，学会科学的研究方法，提升科学素养，真正把创新思维培养这一核心理念落实到位．

“创新，是一个国家兴旺发达的不竭的动力．”马约尔先生指出“我们留下一个什么样的世界给子孙后代，在很大程度上取决于我们给这个世界留下什么样的子孙．”物理课堂教学是培养学生创新思维的主阵地，作为新课程背景下的物理教师，要更新教育观念，提升自身的教学技能，不断创新和优化教学策略，着力于学生自主创新潜能的挖掘和激活．我们要充分利用概念规律教学、实验教学和习题教学等机会营造创新教育的机制或氛围；相信和尊重学生的创新才能，鼓励他们不断强化创新意识，发展个性、善于质疑、标新立异、奇思妙想，真正把自由探索创造的时空、权限留给学生，为培养学生的创新精神、创新思维和创新能力贡献自己的创造才能．