例谈运用教材资源培养学生创新思维能力

2017-08-02陆增友

物理教师 2017年7期

关键词：导体案例教材

陆增友陈栋

（1.灌云县初级中学，江苏灌云 222200；2.灌云县下车中学，江苏灌云 222200）

例谈运用教材资源培养学生创新思维能力

陆增友1陈栋2

（1.灌云县初级中学，江苏灌云 222200；2.灌云县下车中学，江苏灌云 222200）

根据苏科版初中物理教材教学实践，列举使用教材资源培养学生创新思维典型的教学案例，分析培养学生创新思维的途径和方法，总结培养学生创新思维的三项原则.

初中物理教材；创新思维；案例；原则

1 引言

教材是学生学习的主要载体，它在学生学习知识、形成技能和培养思维能力方面所起作用不言而喻.如何使用教材培养学生创新思维，如何把在使用教材培养学生创新思维的教学过程中产生活生生的教学生成，经过系统的研究和梳理，形成鲜活的案例和分析，不仅能对学科课程改革提供参考和借鉴，同时，对学科教材建设以及课程评价的完善也会产生一定的积极影响.

在课程改革向纵深推进的今天，从宏观层面看，如何培养学生核心素养成为广大一线教育工作者研究的课题；从中观层面看，如何在物理课堂教学中使用教材资源培养学生创新思维，使之形成可操作性的典型案例，更具有现实意义.为此，我们课题组在研究“运用苏科版教材资源培养初中学生创新思维案例”课题时进行了一系列的探索.

2 案例与分析

2.1 扎实开展综合实践活动与练习

（1）做一做，做出新思路.

案例1.“探究不同液体凝固点以及食盐水凝固点和浓度的关系”是8年级物理上册第2章的4个综合实践活动之一（教材第48页）.活动要求：在4个透明的杯子中，分别装入等量（约100mL）的水、牛奶、糖水、食盐水，并将它们放入冷冻室内，每隔一定时间打开电冰箱观察液体的状态，比较它们凝固点是否相同.

针对教材安排的4个选择性活动，我们把“测量不同液体的凝固点”作为必做的指令性实践活动，学生可以根据兴趣自主选择其余探究项目.课题组提出指令性项目不限制探究活动步骤和方法的建议，只为学生设计了综合实践活动记录表.在统计时发现，少数小组在测量凝固点的活动过程中，没有照搬教材设计的步骤和方法.他们将4种液体在冷冻室放置一段时间，待其凝固后取出，观察熔化情况.在学生实验记录中，还发现这样的一段文字：由于晶体的熔点和凝固点相同，只要比较熔点就可以了.由于不知道这些液体在什么时候凝固，如果按照书本的方法，需要不停打开冰箱门，有相当的盲目性，又浪费能源；其次，书本让我们比较凝固点缺乏科学性，因为研究的几种物质中，牛奶就不是晶体，根本就没有凝固点，也就谈不上凝固点有什么不同.

分析：教师处理综合实践活动内容时，没有限制实验步骤和方法，由学生自主设计实验方案，给学生思维创意提供自主发挥的空间和平台，在实践中培养学生的创新精神和创新能力，转变了他们的学习方式，促进学生由课堂走向课外.民主和开发性教学催生了教学生成，让学生做一做，做出了解决问题的新思路.

所以，只要我们相信学生、依靠学生，运用教材，但不拘于教材，就能激活部分学生创新思维的活力，就可能引燃更多学生创新思维的火花，达到培养学生创新思维的目标.

（2）练一练，练出新答案.

案例2.苏科版8年级物理上册教材第5章第4节“运动的相对性”的“www”中（教材第120页），安排习题：根据图1所示的情景，说明两列火车可能的运动情况及你判断的理由.

配套的物理教师教学用书提供的解答为：两列火车可能的运动情况是：①小华所乘坐的火车停在轨道上，另一列火车向前运动；②两列火车都向前运动，但小华所乘坐的火车速度较慢；③小华所乘坐的火车向后倒车，另一列火车停在轨道上；④两列火车均向后倒车，小华乘坐的火车倒车速度较快.因为另一列火车相对于小华所乘坐的火车向前运动.［1］

图1

针对本题教学，课题组成员在研讨时都主张让学生有充分的时间进行思考和表达.各学习小组先进行组内交流，再组外互动，最后出现2个结果超出教师的课堂预设：一是学生给出了5种火车运动情形，比教参答案多出1种；二是答案采用表格的表达方式新颖简洁，让人一目了然.学生还给表格作了说明，如表1所示.

表1

分析：创设适合的学习情境，给学生自主思考和学习的时间和空间，求异思维就会随时随地发生.［2］如果教师在课堂教学中照本宣科，将参考书上的答案直接告诉学生，那么学生的思维将可能永远定位在4种火车运动情形上，他们不会开动脑筋，只等教师给现成的答案，更不会出现创造性地提出用非常明了的表格法表达列车相对运动的情况.

因此，突出学生为学习主人的地位，扎实开展综合实践活动，加强对教材习题资源的自主练习，不失为培养学生创新思维的重要途径.

2.2 重视教材中“活动”资源的开发

（1）数一数，数出新方法.

案例3.“估测人站立时对地面压强”是苏科版8年级下册教材第8章第1节“压强”中的1个活动（教材第78页），学生需要数出鞋印所占坐标纸的格数，算出受压面积.教材给出数格数的方法提示，如图2所示.

图2

教学时，我们让学生进行比赛，看谁又快又准数出格数.课题组教师在教学时不仅让学生尽快报出数字结果，同时要求说出数格数的过程和方法.

笔者统计学生汇报数据时发现，所数格数基本都在120－170格之间，学生数格数的方法简单概括为如下2个方面：①大框抠除法.贴合脚印边缘画一长方形大框，如图3所示.先算出大框内格数，再减去框内空白部分格数.少部分学生创造性提出这种数格数的方法，又快又准.②外框拓补法.如图4所示，多数学生采用这种一个一个数的方法，花费较多时间.

图3

图4

分析：一般情况下，教师在此处教学时，仅仅关心数字结果，而不关注这些数字是怎么数出来的.研究此案例时，有教师提出，这样做是浪费教学时间.卢梭说过，误用光阴比虚掷光阴损失更大，教育错了的儿童比未受教育的离智慧更远.［3］所以，我们不仅满足于得出鞋印的面积这个数字结果，更关注产生结果的过程和方法.对活动资源进行二次加工和开发，把教材中隐形资源开发出来，让学生数一数，调动了学生的创新精神，激发了学生创新思维的灵感，从而使学生数出了新方法.

（2）读一读，读出新评价.

案例4.8年级物理下册第10章第3节“气体的压强”中，教材安排了“体验大气压强的存在”活动.其中，马德堡半球实验是通过“读一读”栏目让学生体会大气压强的.在处理该教学内容时，我们让学生阅读后发表独立的见解、谈谈自己的感想和对这个实验的评价.多数学生发言，对实验者的科学精神表示敬仰，但也有学生针对这段短短的几行文字提出了出乎教师课堂预设的问题：①马德堡半球实验不需要16匹马，只需要8匹马.②奥托市长涉嫌滥用权力，浪费资源.

学生认为，力的作用是相互的，左边8匹马拉半球的力等于半球拉左边8匹马的力，右边8匹马拉半球的力等于半球拉右边8匹马的力，显然拉开马德堡半球的力不是16匹马的力，而是8匹马的力.既然拉开马德堡半球所需要的力只是8匹马的拉力，只要将半球的另一侧用绳子固定在坚固的建筑物或者大树根部就可以了，奥托市长不可能想不到这个办法.

分析：从培养学生创新思维能力来看，学生上述的表现是难能可贵的，学生对教材分析的思维方式从传统的一味顺从和认同走向了质疑和批判.［4］只有做一位民主、包容型教师，让学生充分发表自己的观点与看法，耐心让学生读一读，使他们有更多时间去体味教材的人文资源，充分让他们进行民主、自由地表达和评价；只有把课堂的话语权真正还给学生，不搞教师一言堂，才会有效提升学生思考和批判思维能力.相反，如果教师在课堂抑制学生的质疑和批判精神，不允许学生对教材人文部分内容进行剖析，所有的上述原生态的教学生成和创新思维案例就永远埋藏在课堂之外，不为教师发现.

因此，重视对教材中“活动”资源的二次开发，开展有效的阅读、交流和讨论，是培养学生创新思维的需要，也是培养学生创新思维的方法和手段.

2.3 注重对教材习题资源的变式和问题迁移

（1）编一编，编出新创意.

案例5.8年级物理下册教材第7章第4节“宇宙探秘”的“www”中，教材安排了这样的习题（教材38页）：孙悟空一个筋斗可翻十万八千里，即5.4×104km，织女星距地球约2.3×1014km，那么孙悟空大约要翻多少个筋斗才能到达织女星？如果孙悟空每秒钟翻一个筋斗，那么他要连续不停地翻多少年才能到达织女星（只要求估算出数量级）.

在教学中，课题组尝试让学生编写一道情景与此相似的题目，并给出答案.

有学生改编成如下题目：织女星到地球约2.3×1014km，如果18岁的牛郎在地球上用手机给织女打电话，织女在听到牛郎的“你好”问候后，立即回应.手机信号传播速度等同于光速，约为3×105km／s，那么牛郎听到织女的第一声问候是多少岁（精确到十位整数即可）.

分析：本题的人文背景是中国古老的爱情传说，悠久的历史超过了西游记，具有深厚的人文性.从编制的数据看，现代通讯工具信号传播速度达到光速，远远超过孙悟空的筋斗云，体现现代科学力量已经战胜神话的魅力，而设置“18岁”这个年龄体现处于青春期时代的学生对微妙的情感世界产生了朦胧的认知，反映了初中学生的年龄特征.

地球到织女星约26光年，电磁波往返需要52年左右，也就是说，18岁牛郎用手机打给织女星上织女，到70岁才能等到织女的第一声问候，这个答案也令学生大跌眼镜.

新颖性是创新思维最基本的特征.［5］编写如此有新意的题目，令教师叹为观止.不能不说这是课堂预设换来的但又超出了预设的硕果，这一极具创意的硕果也是学生联想和类比思维的结晶，产生了不可复制的原生态教学生成.无论是从科学性、人文性还是趣味性的角度看，本题的编制都不逊色于教材编写的题目.

改编题蕴藏着茫茫宇宙无限广博的内涵，激发了学生对未知王国产生探究的欲望，也加深了课题组成员对“教学相长”理论的再认识.它使学生的创新思维在广阔的物理世界中不断向前延伸，锻炼了学生整合学科知识能力以及变式和迁移问题的创新思维能力.

（2）问一问，问破思维定势负迁移.

案例6.苏科版9年级上册物理第14章第1节“电阻”中，教材安排了“探究影响导体电阻大小因素”的活动（教材第87页），给出了A（镍铬合金丝长度L、横截面积S）、B（镍铬合金丝、长度2L、横截面积S）、C（镍铬合金丝长度L、横截面积2S）、D（锰铜丝长度L、横截面积S）4个导体.在教学中，我们让学生自主学习和讨论，自主选择材料进行探究.

在学生选择导体A、B实验探究得出“电阻大小和长度有关”的结论之后，研究导体和横截面积关系更加顺利，似乎此时的学生对控制变量法运用已经得心应手.笔者将教材表格（9年级物理上册教材第88页）略微改动，变为如表2所示.

表2

针对表2，师生进行了如下交流.

师：根据上述实验数据能否得出“导体的电阻和横截面积有关”的结论？为什么？

生：不能！因为导体长度不一样，没有控制好变量（响亮，异口同声）.

师：真的吗（表情凝重，语调婉转）？

生：真的（响声变低，有点稀稀拉拉，稍显迟疑）！

……真的（不久，再次异口同声表示肯定）！

师：不赞成的请举手.

生：举手（一两个，放下后又举手）

师：还有吗（似乎期待更多）？

生：举手（多出几个）.

师：请你讲出理由.

生：一位学生放下手，接着又有三位举起手（全班发出笑声，似乎有幸灾乐祸的味道）.

一位举手的学生用略带颤抖声音响亮地回答：能说明导体的电阻和横截面积有关，因为材料相同，E导体长度长，如果电阻和横截面积无关，应该电阻大，通过电流小，而E导体中电流为0.25A，大于C导体中电流0.2A，唯有E导体“横截面积大”这个因素，才导致E导体电阻比C导体电阻小.”

师：请重复，重要的话可以重复三遍.

生：……（笑，重复）.

接着，全班发出响亮的掌声.

分析：心理学认为，定势是心理活动的一种准备状态，其既可能有利于问题的解决，也可能阻碍问题的解决［6］.控制变量法是研究物理问题最常用的思想方法，在学生的脑海根深蒂固，甚至做题时思维都形成定势：研究某物理量和几个因素中某个因素的关系，必须要让其余因素保持不变，这种思维在一般情况下处理问题是正确的.但是，在处理此类特殊问题时，有时又容易让学生产生错误的认知，这种定向思维容易抑制学生的创新思维能力的发展.

本案例中，学生由开始的“异口同声反对”到“三两个学生举手支持”，最后发展到“全面倒戈”，这种教学现象的出现给学生留下深刻的印象，启发更多学生遇到新问题要克服思维定势的负迁移，摒弃从众心理，深入思考问题，而不盲目妄下结论.

教师在使用教材教学时，针对教材中探究问题的思想方法有效设计新问题，进行问题的迁移，就会促进学生由掌握知识向形成思维能力的转化.时常做到问一问，打破思维定势产生的负迁移作用，把学生思维引向创新思维的最近发展区.