基于创新能力的培养 开展自主实验探究的策略

张永林

摘   要：科技是国家强盛之基，创新是民族进步之魂，是一个国家兴旺发达的不竭动力。寻找策略，在中学教育教學过程中，开展学生自主实验探究，培养学生在学习、生活中，善于发现问题，自主思考，独立探索，发现自然规律、社会规律，解决问题，培养学生的创新思维和创新能力。

关键词：自主实验;科学探究;创新能力

科技是国家强盛之基，创新是民族进步之魂。不断的科技创新才铸就了华为这样世界领先的科技型民族企业。创新是指以现有的思维模式提出有别于常规或常人思路的见解为导向，利用现有的知识和物质，在特定的环境中，本着理想化需要或为满足社会需求，进而改进或创造新的事物、方法、元素、路径、环境，并能获得一定有益效果的行为[ 1 ]。

创新是民族生存的希望，是一个国家兴旺发达的不竭动力，福特公司创始人亨利·福特认为：不创新，就灭亡。人类的发展与进步，就是永不停止地追求自我超越和不断创新的一个历程，创新是源于人类特有的一种心理品质，而创新能力是人们运用已经掌握的知识、经验产生出某种新颖、独特的问题解决方案，从而有效地解决实际问题的能力[ 2 ]。创新能力是每个人都具有的独特的潜质，它需要通过长期的学习和不断实践探究、进行科学实验等活动，这一潜质方可得以外显。如何加强实验教学和开展学生自主实验探究，以培养学生的创新能力？

1  培养质疑精神，激发自主实验探究意识

“问题是探究的起点，也是创新的动力源。”牛顿因为对天体运动的困惑和强烈的探索欲望，才有在苹果树下的“顿悟”——发现了万有引力;伽利略由于对亚里士多德关于运动与力的质疑和不断的探索——发现了自由落体运动规律;周海中对梅森素数分布的疑惑和追求创新，才有了他对描述梅森素数分布性质的精确表达——"周氏猜测"。

朱熹云"读书无疑，须教有疑，有疑者却要无疑，到这里方是长进。"学生在学习过程中发现问题、提出问题，对知识产生疑问是学生学习的一个重要能力，这个能力是需要教师在日常的教学活动中去培养和训练的。因此，教师应该树立正确的教育观和学生观，从以传授知识为目标转化为以培养学生素养为核心，培养学生的能力为目标，重视培养学生的自主学习能力，培养学生学会质疑，引导学生自主科学探究、探索规律、解决问题。

1.1  营造敢于质疑的学习氛围

课堂是教学的主阵地，校园是师生平等互动的最好环境，教师应该主动走近学生、了解学生，课堂中教会学生发现问题，鼓励学生主动提出问题，和学生一起分析问题、探索问题和解决问题，对大胆提出问题，并能自主探索问题的学生给予充分的肯定和褒奖，形成良好的质疑和探索问题的学习氛围与环境。

1.2  培养学生勇于质疑的品格

质疑是一种批判性思维，要鼓励学生敢于质疑，勇于挖掘和发现问题，提出自己的困惑和观点，不唯书、不唯上，不迷信权威，勇于追求真理的精神。培养学生质疑的勇气，激励学生质疑的意志，让学生体验因为质疑、探索问题、解决问题而带来的快乐，从而培养他们勇于和善于质疑的品格。

“学起于思，思源于疑。”疑是点燃思维的火种，是探究的动力，探究是解决疑惑的最好途径 ，使得学生从有疑到无疑而得到长进，教师的教学应鼓励学生学会生疑、自主解惑，培养学生不断创新的思维能力和精神。

2  强化实验教学，培养自主实验探究能力

物理是一门以实验为基础的科学，物理教学离不开实验教学，通过实验教学培养学生获取知识和运用知识的能力，掌握科学方法，以科学的态度去探索物理世界，培养学生的创新能力。著名的物理学家、量子力学的重要创始人—马克斯·普朗克（Max Planck）认为：物理定律不能单靠“思维”来获得，还应致力于观察和实验。然而，在实际物理教学过程中，还是有不少教师只停在嘴上说实验和纸上做实验，并没有真正落实物理的实验教学，使物理教学变得不完整，让物理教学失去它特有的培养人的功能。在一定程度上来说，学生良好的实验与探究能力不亚于他们的笔试成绩来得重要，因此，作为物理教教师要确实重视和强化落实物理实验教学，并通过实验教学，达到培养和提升学生以下能力。

2.1  培养学生正确应用实验器材和仪器的能力

正确应用实验器材的能力是实验探究的最基本能力要求，物理实验器材种类繁多，每种仪器的作用和使用的方法千差万别，操作方法和步骤各不相同，这就要求我们通过实验教学，让学生反复地训练和使用实验器材，使学生能够熟练掌握各种器材和仪表的作用和操作规程，正确操作、准确读数。通过实验教学，让学生能够根据实验探究的需要，正确选用实验器材，并正确使用。

2.2  培养学生实验操作能力

落实课程设置的实验，做好每一个分组实验，教材中设置的实验要做到应做尽做，不仅要做好《物理课程标准》要求的学生必做实验，还应该创造条件去完成好每一个非必做实验，悉心指导学生严格按照实验规程和步骤，认真操作、仔细观察、精确读数，准确得出实验数据和真实的实验现象，通过学生动手做好每一个实验，不仅要训练他们掌握物理实验器材和仪器的基本操作和使用方法，更要训练他们的实验操作能力，提升学生的实验素养。

2.3  培养学生的科学探究能力

科学探究过程包括：①提出问题;②猜想与假设;③设计实验;④进行实验;⑤收集证据;⑥反思与评价;⑦表达与交流。通过实验教学，培养学生从日常生活及物理学习中发现有价值的问题，对问题可能情形或影响的因素作出猜想与假设，并指导学生，组织学习小组讨论，提出验证猜想或假设的实验方案，按照制定的实验设计方案进行实验探究，仔细观察，认真思考，祥实记录所观察到的实验现象和测量的数据，通过对实验现象和数据进行科学的归纳、比较、分类、概括、加工、整理和充分的交流讨论，对探究结果的可靠性和科学性进行评价，得出正确的结论，让学生掌握物理学科科学探究的基本方法和实验操作，培养他们的科学实验探究能力。

2.4  培养学生严谨的科学态度

通过物理实验教学，培养学生学会善于提出问题，并且积极主动寻求探索，多次实验，反复求证，以求客观真实，同时，学会尊重实验真实数据和现象，尊重实验事实，不唯心、不唯上、不主观，能客观地对实验数据和观察的事实进行实事求是的、批判性的分析评价，进行充分的交流与讨论，得出科学性的结论。确实通过实验教学，培养学生严谨的科学态度。

2.5  创新实验教学，提升自主实验探究能力

随着现代科技的发展，对教育教学的要求也不断提升，用传统的实验器材实验，有的实验现象和效果并不理想，我们应该创新实验教学，应用现代科技手段，结合功能各异的传感器、计算机等，设计实验，通过增强现实、虚拟现实等技术手段呈现实验，这样，有机融合传统实验教学和现代新兴科技，提高实验教学质量和效果，通过创新实验教学有效地提升学生自主实验探究的能力。如：应用温度传感器、计算机，探究电流的热效应，把每个时刻的温度精确地测量出来，通过计算机导入Excel表格，在计算机中呈现出T-t图象，能比较直观看出Q与I2、R、t的线性关系，更好地呈现实验效果。

3  开放实验室，创设自主实验探究环境

实验室和图书馆是学校最重要的教学与学习资源，也是学校投入重大资金建设的重要教学装备，用好这两大资源是学校培养人的重要途径，是践行核心素养教育思想的现实行动。开放实验室与开放图书馆一样重要，应该得到同等的重视，在理工科高等教育院校，开放实验室已经取得了共识，得到高度的重视，做了大量有益的尝试，但在初、高中学校中，几乎没有哪所学校把开放实验列入学校常规教学管理工作， 有效开放实验室，为学生自主实验探究提供必要的实验条件。

3.1  开放实验的意义

学生利用课余时间，根据自身学习、生活中遇到的一些困惑和问题，以及兴趣爱好，进行个性化的自主实验探究，这对提高学生的实践与探究能力，培养学生的科学探究意识和创新精神有着十分重大的意义。自主实验、科学探究不是纸上谈兵，需要有物质条件和物质环境，开放实验室对此提供了重要物质与时间的保障是对学生进行自主实验探究最大的支持和鼓励。有条件的学校，还应该加大实验建设与投入，建设探究实验室，创造更好的条件，鼓励学生自主实验、独立探究。

3.2  开放实验的时间

学校应该根据学校的校情、学情，科学合理安排实验开放时间，由于实验室开放的对象是本校学生，所以，开放实验应该以课余时间为主。正常工作日开放时间为中午和下午课外活动时间，双休日和其他节假日开放一天或开放一个上午（或下午），节假日是否每天开放实验也要根据实际情况来定，既要为学生自主实验探究提供条件，又不能无谓地给教师增加太大的工作负担，开放实验室与图书馆，既有相似之处，又别于图书馆的开放，可以适当参照，但不简的照搬照套。

3.3  实验开放的制度化

学校要加大实验建设和管理，完善实验管理制度，重视实验制度建设，把开放实验室制度化，做好实验室开放的安排，合理增加实验室人员的，以满足实验教学与实验室开放的需要。实验室开放时間，不仅要安排实验员，还要安排物理、化学、生物等学科任课教师，作为学校教师，不仅参与开放时间实验的管理，同时，还要指导学生开展自主实验探究，帮助学生解决在实验探究中遇到的困难和问题，指导他们很好地完成自主实验探究，得到科学的结论，引导和协助学生进行科技制作、科技创新。学校把开放理、化、生实验室制度化，形成一定的开放机制，把任课教师参与开放实验室管理、指导学生自主实验探究作为教师工作的制度要求，并计算一定的工作量。

如果说开放图书馆是给学生打开了知识之窗、架设了通往知识海洋的桥梁，那么，开放实验室，就是给学生自主实验探究提供了物质条件与探究环境，为学生探究未知世界，进行科学探索铺设了一条路。

4  自制实验器材，创设自主实验探究条件

自制实验器材是自主实验探究的重要组成。基于培养创新能力的自主实验探究，是学生在学习、生活中自主的思考、遇到的问题或困惑，进行独立的思索、提出问题、作出假设与猜想而开展的科学实验探究，它更具独特性、个性化，是课堂实验教学的拓展与延伸，自主实验探究对实验器材有着不同于课程实验教学的要求，它更具独特性和多样性，为了更好地开展自主实验探究，自主制作更多独特的实验器材，要创造实验条件，以满足不同的自主实验探究的需要。

4.1  自制实验器材的意义

（1）激发学生学习兴趣，促进学生主动探索。自制实验器材，使学生做到“学中做”“做中学”，主动获取知识，运用知识解决实践问题。（2）培养学生的合作精神。在制作实验器材过程中，师生交流、生生交流，促进思维，提升合作[ 3 ]。（3）提升学生的实践能力。学生运用知识，举一反三，自主分析探究实验，根据实验，自主设计实验器材、制作器材，提高学生的动手能力和实践能力。

4.2  指导学生制作实验器材

（1）改进、组合现有实验器材，运用到自主实验探究中，以取得更好的实验效果。（2）利用生活用品制作实验器材，变废为宝。比如易拉罐、注射器、橡皮筋等，制作各种探究实验所需的器材。（3）运用新技术。如运用数码相机、各种传感器等，以获得传统实验器材所无法获取的数据和传统实验器材无法实现的实验效果。

5  创设情境，激发学生自主实验探究

5.1  创设教学情境，指导学生自主实验探究

创设教学情境，能更好地激发学生的好奇心，形成学生的原认知冲突，形成新的心理疑惑，激发学生新的思维和探究的欲望，培养学生发现问题、探究规律的意识和能力。如：探究平面镜成像规律的实验，在分组实验之前，让学生举起右手站在大的平面镜前，观察人、像有什么异同，人、像、镜之间有什么关系，并思考为什么要举手观像？在镜子的背后能看到像吗？在镜子的背后看不到像，又如何去确定像和像的位置呢？根据观察到的现象和产生的困惑，组织学生分小组进行讨论，引导学生提出问题，作出猜想，依据猜想自主设计实验，指导学生进行小组实验探究，并记录实验数据，组织学生对实验现象和数据进行交流讨论，分析总结，得出探究结论，通过实验探究，获取知识。

5.2  创设生活情境，激发学生自主实验探究

《物理课程标准》指出：“教师要紧密联系学生的生活环境，从学生的经验和已有的知识出发，创设生动的物理情境，关心学生体验、感悟和实践过程。” 物理学寓理于物，源于自然，源于生活[ 4 ]。教师要从学生熟悉的生活情境去创设问题，激发学生的探究愿望，开展丰富多彩、贴近生活的物理科学实验探究，培养学生自主开展实验探究的热情和兴趣，培养他们的实践和创新能力。如：在生活中，指导学生观察灯的亮暗情况，思考灯的亮暗程度由什么因素决定，组织学生开展小组讨论，大胆猜想，广泛交流讨论，灯的亮暗程度决定因素是电流、电压、电阻、额定功率，还是灯的实际功率？指导他们自主开展科学实验探究，从而得出科学性结论。

问题学习的价值在于把教学的中心从学科转向学科群所要解决的问题，由教师主体转向学生主体，从而有序地激发学生的学习动机和兴趣[ 5 ]。自主实验探究，它是基于问题，学生通过主体性思考、自主探究、考察与反思、小组交流讨论、解决问题，做到“做中学”“学中做”，它有利于学生的知识建构，学习力和实践能力的提升，同时，它更有利于培养学生自主思维、主动探究与交流、学会合作。在中学物理教学中，大力开展学生自主实验探究，有效地提升学生的创新思维和创新能力，培养创新人才，实现培养人的教育目标。

参考文献：

[1]赵伟. 如何在实验室中培养学生的创新能力[J]. 新课程（教研版），2011（2）： 95.

[2]安婧. 如何在物理教学中培养学生的创新能力[J]. 中国科教创新导刊， 2007（8）： 57.

[3]高永品. 自制教具中的创新实验研究[J]. 学周刊，2016（5）： 36.

[4]杨丽. 利用创新实验优化中学物理教学设计的实践探索[D]成都： 四川师范大学，2016：  96.

[5]钟启泉. 课堂研究[M]. 上海：华东师范大学出版社，2017：35-42.