在实验教学中培养学生的质疑创新能力

◎ 海南省海口市海南华侨中学 徐 明

“质疑创新”是物理学科核心素养中关于科学思维方面的组成要素之一，物理学以实验为基础，观察、实验与科学思维相结合是物理学科的基本特征。在培养学生的核心素养、落实立德树人根本任务的主旋律下，如何在物理教学中加强实验教学，充分发挥实验教学的作用，激发学生的科学创造力、培育核心素养、培养学生的质疑创新能力是当前物理教学面临的主要问题。对此，笔者结合自身教学体验，探究如何在物理实验教学中培养学生的科学思维，并提出相应的教学策略。

一、改进演示实验，激发学生的质疑创新意识

培养学生的质疑创新意识需要创造性地教和学。被广泛应用于物理教学中的演示实验具有趣味性、简单性、灵活性、直观性等特点，可以在课堂中配合教师的讲授，更形象地呈现出物理现象和情景。将演示实验穿插于学生的课堂讨论和探究活动中，能帮助学生有效完成课堂学习任务，使学生更为形象、直观地感知物理规律，形成物理观念，从而实现有效教学。教材中的演示实验在设计及方法上虽然经过反复验证，但适当、合理地改进往往可以增强演示的效果，演示实验中鲜明和直观的感性材料能够有效培养学生的观察能力，吸引学生进入到创新的学习环境中，使学生的独立思考能力和创新思维得以激发。

如教学人教版高中物理必修一“自由落体运动”一节，该节内容让学生接触到高中阶段又一个运动模型，既是对之前匀变速直线运动规律的深化，又与生活中的自由落体运动实现了有效结合。学生在学习的过程中，既可以感知前人对运动的理论推理过程，又可以体验实验探究运动规律的科学思维的过程。在本节课教学中我们习惯采用纸片和金属片下落速度快慢的对比来说明自由落体运动的快慢与物体本身的质量无关。首先教师提出问题：“在同一高度同时释放纸片与金属片，谁先落地？”学生回答：“当然是金属片先落地。”教师再把纸片搓成纸团，继续提问：“在同一高度同时释放搓成纸团的纸片和金属片，哪个先落地？”学生回答：“同时落地。”教师演示，果然同时落地，从而得到既定结论。而这一过程，无论是演示实验呈现的结果，还是教师为推动教学进程而提出的问题，都是学生可以通过简单判断得出的结论，或者是曾经已经获知的知识经验。这样的教学缺乏新意，无法调动学生探究新知的积极性，更谈不上培养学生质疑创新的能力。在这里如果我们能对该演示实验略作改进，就会产生截然不同的效果。在学生回答完第一个问题后，教师可以把纸片叠放在金属片上，然后在同一高度同时释放二者，因为二者是紧贴在一起的，所以演示结果与学生的猜想将出现截然相反的情况，这样不但让学生感受到遵循科学规律前提下的巧妙构思，同时也实现了瞬时活跃课堂气氛，激发了学生学习新知的兴趣。

二、将验证性实验改为探究性实验，构建培养学生质疑创新的空间

在当前新课程背景下，教师更应充分挖掘探究性实验或将验证性实验更多地改为探究性实验，精心组织、细心研究，努力创设问题情景，与学生一起交流探究，在科学探究的过程中培养学生的科学思维，在具体实践、学习和运用的过程中引导学生学会科学探究。

如在教学人教版高中物理选择性必修第二册“楞次定律”时，在教学之前，学生所学习的电场和磁场的相关知识局限于“静态电场”和“静态磁场”，而楞次定律涉及到变化的磁场与该变化的磁场所感应出的电流产生的磁场之间的相互关系，这个变化的磁场即为“动态场”。这种由“静”到“动”的变化学生理解起来有一定困难。且“楞次定律”相关内容包含的物理量比较繁多，涉及到的关系也比较复杂，它们之间存在相互依存又相互排斥的关系。只有明确指出这些物理量的关系，帮助学生梳理出清晰的思路，才能够使学生对于该定理形成正确的理解。因此教师在讲授新知识前可设置一节探究实验课，在探究的过程中引导学生梳理出清晰的脉络。教师可提出问题：1.如何将电路中电流的方向呈现出来？（引导学生设计实验电路，如图1）2.怎样通过实验加以归纳得出结论？（设计实验现象对比表格，如表1）在这两个问题的基础上，逐步引导学生根据与电路和电磁感应现象有关的知识，利用线圈、电流表、条形磁铁等实验器材共同设计一个实验，并强调做好实验现象的观察和记录。通过现象观察——问题思考——解决问题——记录分析——总结规律，学生从中顺利得出感应电流的磁场总是要阻碍原来磁场的变化的结论，即楞次定律。该结论是学生在自主实验探究的过程中总结出的，不但使学生对学到的知识印象深刻，而且容易唤起学生的创新意识，培养学生的创新精神。

图1

表1 磁场方向变化表

由此可以看出，理解“楞次定律”必须具备一定的思维能力，而部分学生的抽象思维和空间想象能力还不是很强，对物理知识的理解、判断、分析、推理常常表现出一定的主观性、片面性和表面性。教师需要将教材中的探究成分充分挖掘出来，将探究实验与问题导学有机结合，在物理实验教学中利用问题法激发学生的参与性，明晰科学推理的逻辑性，从而唤起学生的学习热情。

在以上案例中，通过问题将知识点串连起来，带领学生一步步讨论探究并分析总结，将楞次定律的探究内容逐步深化。在问题的驱动下，学生的学习积极性明显提高，主动性明显增强，合作探究也使学生对科学探究和科学推理的一般方法有所掌握。物理教学要立足于教材，结合具体内容向学生提出有价值的问题，激励学生思考探究，感知科学推理的逻辑美感，培养学生科学思维的能力，构建出质疑与创新的学习空间。在这样的学习空间中有效激发学生的质疑意识，培养其创新能力的同时有效达成教学效果。

三、引导学生自行设计实验，创设提升学生质疑创新能力的途径

让学生根据实验目的和原理自行设计实验，使其独立完成有关实验的过程，不但可以使学生的实验能力得到锻炼，还能让学生突破固定的思维模式，有效培养其创新意识。

如在人教版高中物理必修2“功”的专题内容训练教学中，有部分同学根据“作用力和反作用力的方向相反”认为“作用力和反作用力，若一个力对物体作正功，那么另一个力就会对物体作负功”。针对这个问题，教师可以引导学生这样设计实验：将两块有较强磁性的磁铁分别固定在两辆小车上，并让磁铁的异名磁极相对，释放小车后，两车靠近的同时速度增大，由此可以说明两磁铁间相互作用的一对力都做了正功。接下来，让两辆小车上的磁铁的同名磁极相对，两车间隔一段距离并给它们施以相向的作用力，两车运动的过程中会看到速度减小。这说明两磁铁间相互作用的一对力都做了负功。这样设计实验既简单又明晰地使学生对作用力和反作用力做功情况有了正确认识。继而趁热打铁布置任务：1.如何设计实验验证一对作用力和反作用力中，一个力做功一个力不做功；2.能否举例说明一对静摩擦力对两个运动的物体都不做功。

在物理教学中，教师应最大限度地挖掘教学内容，有目标地指导学生设计实验，因为在实验的过程中更能够直观地暴露出学生在学习中的错误根源，这样就可以在巩固学生感性认识的基础上纠正其错误观点。当学生对某一类问题具备了初步的分析问题、解决问题的能力时，就会生成改进实验和自行设计实验的需求。在物理教学的过程中，适当安排一些具有设计性质的小实验不但能够使教学的氛围变得活跃，而且能够有效开拓学生的创新思路，培养学生的创新意识，这也是培养符合社会发展需要的创新型人才的重要途径。

开展物理实验教学是培养学生质疑创新能力的有效途径，教师应在实验教学中不断提高学生实验方案的设计能力，着力培养学生的实验探究能力，从而使学生在实验的过程中体验，在体验中获得研究方法的改进和实验能力的发展，使学科素养得以实现，进而提高学生的质疑创新能力。