基于探究教学激发创新潜能的实践与思考

杨国庆 耿宜宏

(1. 江苏省常州市金坛区教师发展中心，江苏 常州 213200; 2. 江苏省前黄高级中学，江苏 常州 213161)

物理新课程积极倡导学生掌握物理学科的一些科学探究方法,发展自主学习能力,养成良好的思维习惯,能运用物理知识和科学探究方法解决一些问题;发展好奇心与求知欲,发展科学探索兴趣,有坚持真理、勇于创新、实事求是的科学态度与科学精神．具有较强的观察、实验、思维、自学等能力,具备初步的研究能力和创造能力．德国教育学家斯普朗格认为:“教育的最终目的不是传授已有的东西,而是要把人的创造力量诱导出来,将生命感与价值感唤醒”．因此,智慧的教育不在于将多少学生送进了大学,而在于是否根据学生现实状况尽其所能开发学生的创新潜能．笔者从事一线教育教学工作近30年,一直致力于激发学生创新潜能的实践研究,现将教学实践中几点感悟总结如下.

1 创设问题情境,引发学生创新潜能

“学起于思,思起于疑”, “问题”是激活或唤醒思维材料的刺激因素．创设问题情境就是在教学活动中,根据学生、教学内容和生活实际的具体情况,营造一种真实而富有吸引力的课堂气氛,以激发学生学习物理的兴趣与动机．问题情境的创设,能引发学生合理的认知冲突,激发学生的认知内驱力,进而发展学生的思维能力;问题情境的创设,不仅可以引起学生的好奇心、激发兴趣,而且还可以让学生体验成就感;问题情境的创设,有利于引导学生将客观抽象的知识同化于自己的认知结构之中,使学习方式向自主、合作、探究型转变．因此物理教学中,问题情境的创设就显得十分重要．

1.1 用游戏、故事来创设问题情境

在探究教学过程中,问题情境的形式不是自发的,而是教师为把学生引入积极的思维状态而有目的地设置的．在进行“牛顿第三定律”教学中对作用力与反作用力关系进一步讨论时设计了4个小组做游戏(如图1所示),并提出以下3个问题: (1) 作用力与反作用力哪一个先产生?(2) 作用力与反作用力的性质一定相同吗?(3) 作用力和反作用力的作用效果能够相互抵消吗?

图1 4小组游戏器材

教师结合教学内容创设游戏活动情境,学生则感到奇特不已,妙趣横生,让学生在自然、欢快、轻松的气氛中学习,在游戏活动中学习新知识、运用新知识．

1.2 用类比来创设问题情境

类比是在两类不同事物之间进行对比找出若干相同或相似点之后,推测在其他方面也可能存在相同或相似之处的一种思维方式．由于物理学科知识具有很强的外扩性,而新扩知识总是与扩前知识有很多类似之处,类比新知识与扩前知识是一种巧妙高效的物理策略.利用类比取得重大发现、发明的事例在物理领域屡见不鲜.我们应引导学生开展各种归纳、类比等丰富多彩的探索活动,鼓励学生进行一般与特殊,高维与低维,无限与有限等的类比,达到培养和发展学生创造性思维的目的．

为突破电流的教学难点,在探究教学中设计了一个演示实验(如图2所示),并请学生思考这样的问题:形成持续的水流需要水泵抽水保持两个水槽中水位有一个恒定的高度差,那么形成持续的电流需要什么能保持电灯两端有一个恒定的电势差呢?学生通过类比不难理解电源在电路中的作用可以与水流中的水泵作用相类比．

图2 用水流形成类比电流形成

1.3 用矛盾来创设问题情境

心理学研究表明:“认知矛盾是动机的根源”．矛盾冲突的问题情境能激起学生已有的认知结构与学科知识结构之间的矛盾,使之产生认知冲突,导致一种紧张感,学生必然要提出问题、解决问题．良好的问题情境在于它能有效地引起学生认识的不平衡,使其产生矛盾心理．

例如在探究电源的参量时,学生对电源的理解认为电源能提供恒定的路端电压．为了能帮助学生对电源的理解,笔者设计4组小灯泡并联后与两节电池串联,依次闭合电键请学生观察小灯泡亮度的变化(如图3所示)．实验现象与已有的认知产生冲突,从而激发了学习兴趣,会引发学生深入思考,并努力寻找答案．

图3 4个并联电路

当然,创设物理问题情境的方式很多,这里就不再一一赘述．在创设问题情境的实践过程中,我们发现:良好的问题情境,培养了学生对新知识的兴趣,使他们树立起自己解决问题的信心,有利于学困生的提高;良好的问题情境,训练了学生运用已有知识解决新课题的技能;良好的问题情境，帮助学生树立大胆思索,勇于进取的精神,使其思维的广阔性、深刻性、敏捷性和创造性得到充分的发展;良好的问题情境,使学生体会到真实世界中物理的应用价值,学会发现、确认并分析物理问题,提高他们的社会责任感,与他人合作的能力及批判性思维的能力.总之,长期下去,学生会逐渐形成一种良好的学习方式——自主、合作、探究．

2 自制演示实验,培养学生创新意识

创新意识是指人们根据社会和个体生活发展的需要,引起创造前所未有的事物或观念的动机,并在创造活动中表现出的意向、愿望和设想．它是人类意识活动中的一种积极的、富有成果性的表现形式,是人们进行创造活动的出发点和内在动力，是创造性思维和创造力的前提．在中学物理教学中培养学生善思、善想、善问,需要培养学生发现问题和提出问题的能力,而发现问题和提出问题需要一定的方法,这些方法应在课堂教学中逐步培养．

例如在探究“电感和电容对交变电流的影响”时对“为什么交变电流能够通过电容器?而稳定的直流电却不可以”这样的问题学生也能从电容器原理上做出简洁而准确的解释．观察更细致的学生在此处产生了“直流电路在闭合、断开的瞬间也存在充放电现象,为什么没有看到小灯泡明暗的变化呢?”这个潜在的问题不同于在之前电感对交变电流有阻碍作用实验现象那么外显,但是又极有探究和思考的价值．作为学生学习促进者的教师设计一个小实验就瞬间点亮了所有学生的思维之灯:“直流电路中电键闭合、断开瞬间照理说会看到灯泡闪亮一下” (如图4所示)．结果需质疑,有疑则有思,有思必有得．一套看似简单但效果极佳的自创教具,通过不断开关的合、开就成功解释了电容器反复充放电的理论解释,起到了“四两拨千斤”的教学实效,学生体会到了学习物理原来这么有趣,只要开动脑筋,一些生活中的复杂现象可以通过很简单的装置来解释．并不是所有的物理问题都是高大上的,更多的物理问题是接地气的.这对于培养学生的问题意识、应用物理知识解决生活、生产中的实际问题的能力培养起到了潜移默化的作用．教师在课堂上的自制5个创新实验也给学生做了很好的示范,也激发了学生科学探索兴趣,也内化了学生了创新意识．

图4 用单刀双掷开关演示电容器充放电

3 注重方法渗透,挖掘学生创新潜能

物理本身蕴含着丰富的物理思想．在中学物理中出现的物理思想有:方程思想,函数思想,分类思想,数形结合思想,递推思想,模型思想等．在教学过程中,注重物理思想方法的渗透:在讲解新知识的过程中渗透物理思想方法;在习题讲解的过程中揭示物理思想方法;在知识的总结归纳过程中概括物理思想方法,让学生学会用物理思想方法去解决、思考实际问题,从而锻炼学生创新思维,达到挖掘学生创新潜能的目的．

例如在进行电容器的电容教学中设计探究电容器的电容的分组实验,通过实验来帮助学生理解电容这个概念．考虑到实验条件和分组需求,受库仑二分法的启发,设计该实验．

分组实验:二分法探究电容器的电容.

库仑在研究库仑定律的时候采用了电荷量二分法:两个完全相同的金属小球,一个带电一个不带电,互相接触以后,前者的电荷量就会分给后者一半．今天我们就利用这种思想来探究电容器的带电荷量与两板间电势差的关系．

实验器材:每小组有两只相同规格的同种电容器(2200 μF，16 V)、一个低压电源、一个数字电表．

图5 二分法探究电容器的电容

实验步骤:

(1) 用电池给电容器甲充电,测量其两端电势差U1,数据记入表格.

(2) 将电容器甲与不带电的电容器乙串联,使得电容器甲的带电荷量减为Q/2,测量电容器甲两端的电势差U2,数据记入表格.

(3) 使电容器乙完全放电,然后与电容器甲串联,使电容器甲的电荷量减为Q/4,测量其两端电势差U3,数据记入表格.

(4) 使电容器乙完全放电,然后再次与电容器甲串联,使电容器甲的电荷量减为Q/8,测量其两端电势差U4,数据记入表格.

(5) 使电容器乙完全放电,再与电容器甲串联,使电容器甲的电荷量减为Q/16,测量其两端电势差U5,数据记入表格.

(6) 使电容器乙完全放电,再与电容器甲串联,使电容器甲的电荷量减为Q/32,测量其两端电势差U6,数据记入表格．

实验数据记录入表1.

表1 同一个电容器甲

数据数理方法:

(1) 通过观察,引导学生发现电压随着电荷量的减半而减半,从而得到比值不变．

(2) 利用Excel绘图，如图6所示.

图6

由图表不难发现,系列1(电量与电势差的关系图)与线性参考线几乎吻合,由此说明电荷量与电势差的比值不变,从而得到电容的概念．然后,利用数字多用电表的电容档测量不同的电容器的电容,完善电容的概念．

本实验设计巧妙地运用二分法实现了教学目标,学生在分组学生中也体会到了科学思维的魅力.

4 打造人文课堂,激发学生创新情怀

普通高中《物理课程标准》明确提出,在人类文化背景下构建高中物理课程体系,充分体现物理课程的人文内涵,发挥物理课程对培养学生人文精神的积极作用．课程改革不仅在课程理念、内容和结构方面的变革,而且体现在课程文化的重构,应实现“由技术取向”到“文化取向”的根本性转变．因为“没有科学的人文是残缺的人文,人文要有科学的基础与科学的精髓;没有人文的科学是残缺的科学,科学要有人文的精神与人文的内涵．”普通高中的培养目标是进一步提升学生综合素质,着力发展核心素养,使学生具有理想信念和社会责任感,具有科学文化素养和终身学习能力,具有自主发展能力和沟通合作能力．任何一个物理概念、规律的背后都有物理学家的人文情怀与人文思想的轨迹,他们在这种充满人类理想与激情的探索中,求真、向善、唯美,一次次超越前人智慧的上限,引领着人类不断从未知走向已知．

在科学发展的历程中,一种新的思想,一种新的观念,要让人们接受,也包括让最早萌生这种思想和观念的人自己完全接受,需要时间,也需要更多的人对这种思想和观念的深入解析．在19世纪末,普朗克对黑体辐射的研究提出能量量子化的概念就是一个人文科学的典型案例．在很长的历史时期内,不仅是物理学界,就是整个科学和哲学界都认为,一切自然过程都是连续的.数学家、哲学家莱布尼兹曾经说道:“自然界不会突变．如果要对此提出疑问,那么世界将会出现许多间隙,这就迫使我们去乞求神灵来解释自然现象了．间断性同科学格格不入”．正是这样的信条使普朗克惶惑．他对儿子说,自己的发现“要么是荒诞无稽的,要么也许是牛顿以来物理学最伟大的发现之一”．这需要强大创新能力、执着的研究精神和大胆质疑的科学态度!

总之,学生的创新潜能好比一个“矿”,这个“矿”里藏着丰富的财产,但是,它需要人去勘探、发现和开采．如果把它埋在地下,就不能成为有用的资源．这就需要我们教师在教学中,努力培养学生的创新意识,挖掘学生的创新潜能,才能培养出具有创新精神的人才．