高中物理教学中渗透科学质疑和创新素养教育的研究

顾红霞

学贵有疑！有疑才能创新！科学发展中，这两条可以说是基本定律.高中物理教学中，如果能够有效渗透科学质疑和创新素养的教育，可以让物理教学更加接近物理发展的本质，可以更为有效地培养学生的质疑意识与创新精神.基于这样的考虑，笔者进行了“高中物理教学中渗透科学质疑和创新素养教育”的课题研究，取得了一些成果.

一、问题的提出

物理学习本来应当具有质疑和创新的基因的，但笔者发现现在的学生进入高中学习之后，在物理课堂上表现出来的质疑与创新是很稀缺的，更多的是“服从”于教师所讲的概念和所教的规律.究其原因，因为学生在义务教育阶段接受的物理教育，多以一种神圣不可侵犯的姿态进入了学生的头脑，久而久之，质疑与创新的意识与能力便有所欠缺.而且更令人注意的是，尽管初中阶段有一些所谓的创新题，但事实上非但起不到培养学生创新思维和创新能力的作用，相反更加让学生掌握的物理知识变得僵化和保守.因而，高中的物理学习阶段，教师对于质疑意识和创新能力的努力，与其说是一种培养，倒不如说是一种纠正，是让学生从僵化的梦境中醒来.

事实上，高中物理的许多知识的学习，都需要学生的质疑与创新.比如物理知识构建中常常用到的平行四边形定则、机械能守恒定律、动量守恒定律等.这些规律发展到今天已经形成一种完善的科学理论，没有什么值得怀疑的地方.但对于学生来说却不是如此，根据新课程理念中的探究思想，学生的探究学习类似于科学家的探究过程，因而质疑与创新就是其中不可或缺的成份.从物理发展的角度看，这些定律的形成事实上也经历了怀疑、证实的过程，因而今天我们提出让学生以质疑和创新的态度来学习这些知识，并不是没有科学道理.

二、研究的内容

课题研究中笔者主要围绕高中物理的重要定理与定律，以课例研究的方式进行了研究.从大的思路上看，主要让学生对重要定律和定律的探究中，对于实验思路的确定，对于实验步骤的设计，对于实验器材的选择，对于实验结果的评价等环节，充分发挥学生的主观能动性，让学生敢于质疑、善于质疑、敢于创新、善于创新.从而实现在质疑中培养质疑能力，在创新中培养创新能力的研究目标.

课例一：平行四边形定则的研究.（由于本研究侧重于质疑和创新两大关键词，因而在本课例中的常规教学要求就不再赘述.）

这一研究中，学生的质疑主要集中在两个方面：一是力的分解的描述；二是为什么力的分解与合成遵守平行四边形定则？对于第一个问题而言，这实际上是物理教学中的一个难点，很多时候学生的观念都是由于教师主导下的重复而生成的，并不是学生的直观认识.于是我们大胆让学生去质疑，而学生的质疑结果其实不外乎两类：一是力的分解可不可以不按照力的作用效果去分解？二是力的分解从数学的角度来看有多少种结果？对于学生这样的质疑，我们让学生自己去尝试解答：一个力从数学的角度去分解，理论上有无数种结果，但考虑到物理的现实意义，因此数学分析的结果必须接受物理实际意义的检验；一个力的作用中往往有两种或两种以上的作用效果（如斜面上的物体产生压力和“下滑力”两种效果），因此根据力的作用效果分解往往符合实际需要.这样的质疑与分析过程虽然会花费一定的时间，但却可以高效地扫除学生在力的分解[JP3]与合成中的认识误区，从而给后面知识的学习奠定坚实的基础.[JP]

第二个质疑：为什么是平行四边形？传统教学中是通过实验来证实的.但一旦我们让学生质疑，学生仍然会有疑问：力的合成与分解怎么偏偏就与平行四边形产生了关系呢？即使跟学生强调“这是实验的结果”，事实上也不能解答学生的疑问.于是笔者引领学生进行思维上的创新，在研究中我们称之为“头脑风暴”，这个过程的各个环节基本上是这样的：力的合成与分解是物理问题（教师陈述）平行四边形属于什么学科的知识？（学生回答）因此我们说力的合成与分解符合平行四边形定则，实际上是用什么知识描述什么知识？（学生回答）经过这样的问答之后，下面的任务就交给学生：寻求数学知识解答此物理问题的合理性.结果学生思维的创新性就表现出来：有的学生开始研究平行四边形的特点，有的学生开始研究力的表示（有向线段）与数学的关系，有的学生将注意力放在矢量方面.这一研究从课内延伸到课外，学生通过资料查询、请教数学老师等方式，终于认清了力的合成与分解遵循平行四边形法则的背后，是数学上矢量运算规则.而这样的认识有什么好处呢？给后来的力矩知识的学习、洛伦兹力的学习提供了有力的保证.

课例二：机械能守恒定律.

这节课上学生的质疑主要是：自然界中，机械能真的守恒吗？这一疑问看似不合理，其实却非常符合高中学生的认知规律.众所周知，物理发展史上关于永动机的研究至今也没停止，侧面说明了并不是所有人都认同这一规律.因此在这一疑问的引导下，笔者让学生自己去想办法理解.学生的思路也体现出了创新的一般步骤：一开始是寻找正例，结果发现根本就无法穷尽，因而无法完全证明；随后再去寻找反例，即看有没有不遵循机械能守恒定律的.在这种情况下，笔者也将搜集的有关永动机的从古至今的研究并整理出来给学生阅读.这样的教学方式让学生对机械能守恒定律有了更为深刻的认识.而反思这一教学方式，何尝不是一种创新呢？

三、研究的总结

通过本课题的研究，笔者发现其实高中学生只要给了质疑和创新的机会，他们总能给教师一些惊喜：提出的质疑并非全无道理，而且就算是在教师一眼就看出的质疑，事实上也反应了学生的一种思维过程，有助于教师准确地判断学生的学情；而学生在创新中的表现则呈现出一种发散的状态，不同的学生针对同一问题总能想到不同的方法.这些方法大多还都是可行的，比如说在动量守恒中学生的一些创新实验，有学生提出可以将两辆质量相等的小车之间压一个弹簧，然后通过弹簧将两车弹出的距离，来判断两车动量是否守恒.这样的设计吻合了系统不受外力的情形，且效果明显，不能不说是学生的一个创新（尽管教师可能是熟知的）.

[BP（]至于有老师担心学生的创新会不会影响最终的考试，言下之意是担心学生的答案在试卷上不够标准.笔者采取的策略是将学生的创新结果，与教材上的结果进行比较，这样学生大多能够发现教材上的设计会比他们的好，从而也就加深了对教材的认同；即使偶尔学生会认为自己的创新成果好，笔者也会鼓励学生记下自己的创新结果，甚至是改编成习题，而这也成为笔者研究习题的重要来源.[BP）]

总而言之，这一课题研究给笔者带来的收获是很大的.当然，从长远来看，这一课题还有不断发掘与研究的价值，相信随着笔者的认识不断深入，随着学生的思维不断深入，这一研究还会收获更多的成果.endprint