基于创造性思维发展的高中物理实验教学探研

杨发茂

摘要：创造性思维是以现有知识与经验为基础，根據一定的现象与过程，产生新的概念，形成新的规律，实现理论创新的高阶思维。高中物理实验教学有助于学生形成创新意识、创新精神、合作精神，提升实践能力、动手能力和团队协作能力，深化对物理知识的理解和应用，掌握科学的学习方法，形成良好的思维习惯，是促进学生创造性思维发展的有效途径。在高中物理实验教学中，教师可以找准思维起点、强化思维创新、活跃创新思维、运用创新思维等策略，为学生的创造性思维发展做好实验准备、实验设计、实验教学、任务评价。

关键词：高中物理；实验教学；创造性思维；创新意识；创新精神；合作精神；团队协作能力

中图分类号：G633.7文献标志码：A文章编号：1008-3561（2024）11-0105-04

“科学思维”是指基于事实证据、科学推理对不同观点和结论提出质疑、批判，进行检验、修正，进而提出创造性见解的能力与品质，是高中物理学科核心素养的内容之一。而创造性思维是学生形成提出创造性见解的能力与品质的前提，在“科学思维”的范畴之内。高中物理实验是提高学生创造性思维的有效途径。为此，教师要积极开发适合学情的实验课程资源，让学生利用已有的实验器材多动手、多做实验，以此提升学生的创造性思维等物理学科核心素养。本文结合教学实践，在分析创造性思维内涵、实验教学对学生创造性思维发展意义的基础上，探究基于创造性思维发展的高中物理实验教学策略，以此推动高中物理实验教学改革，并为相关教育工作者提供教学方法和实践的借鉴。

一、创造性思维的内涵

物理创造性思维是指学生在习得物理知识的思维活动过程中，基于现有物理知识与经验，根据物理现象，产生新的概念，形成新的规律，实现理论创新的一种独创而又奇特的思维。创造性思维可细分为初级、中级、高级三个不同的层次。其中，初级思维是指尚未拥有且与社会、科学价值关联性不强的思维活动；中级思维是指以现有知识与经验为前提，在观察与思维活动中自主提出新的概念、建立新的规律以及发明新的装置等综合性思维活动；高级思维是指通过长期观察和实验，在反复探索和研究中获得非凡成就的思维活动。同时，创造性思维并非基本思维模式，是形象、直接、抽象思维的综合体。就形象思维而言，创造性思维具有其具象与意象；就直觉思维而言，创造性思维具有其灵感与顿悟；就抽象思维而言，创造性思维具有其概念与判断及推理。可见，创造性思维形式交错，并具有动态互补的特点。本文以创造性思维中的初级思维为基础，并将其细分为发散思维与集中思维。其中，发散思维具有辐射性，集中思维具有辐辏性，二者均以解决问题为导向，依托于解决问题与实践活动，促使学生实现思维的交替循环[1]。

二、实验教学对学生创造性思维发展的重要意义

1.有助于学生创新意识和创新精神的培育

高中物理实验具有一定的探索性和创新性。为此，教师可通过实验教学激发学生的创新意识、创新精神，培养学生的独立思考和解决问题能力。

2.有助于学生深化对物理知识的理解和应用

学生在实验中可直观、形象地感受到抽象的物理知识。这个过程有助于学生深化对物理知识的理解，并将所学知识应用到实际问题中，实现知识的应用能力和实践能力提升。

3.有助于学生掌握科学的学习方法，形成良好的思维习惯

实验教学可帮助学生掌握科学的研究方法，形成良好的思维习惯，如观察、假设、实验、分析、总结等，以此提高学生的思维能力和创造力。

4.有助于学生合作精神和团队协作能力的培育

实验教学通常采取小组合作探究的方式开展，要求学生在实验过程中相互配合，交流沟通，共同解决问题。这个过程有助于促进学生合作精神与团队协作能力的培育。

5.有助于学生实践能力和动手能力的提升

实验教学强调学生的实践能力和动手能力。在实验中，学生要亲自操作仪器，记录数据，分析结果，并通过对比、概括、抽象，建立相应的物理概念。这个过程有助于提高学生的实践能力和动手能力，促使其将具象思维与抽象思维相结合，实现创造性思维的发展[2]。

三、基于学生创造性思维发展的高中物理实验教学策略

1.找准思维起点，为学生创造性思维发展做好实验准备

观察和实验是学生获得物理知识的有效途径。学生创造性思维发展的起点也在于其具有较强的好奇心与良好的观察力。在实验中，观察力可帮助学生基于实验现象获取新的知识信息，以此为学生创造性思维的发展提供素材与灵感，而好奇心起到的是催化剂的作用，可促使学生不断探索未知领域，进而拓展自身的思维与视野。这就要求教师加强学情分析，然后以此为依据确定实验教学目标，为找准学生思维起点做好准备，即在实验前激发学生的好奇心，在实验中引导其观察物理现象，提出相应物理问题，并寻求解决问题的有效方法[3]。

例如，在“探究小车速度随时间变化的规律”的实验教学中，为激发学生的好奇心，培养学生的观察力，教师可采取以下策略。第一，加强教材分析。本节课的切入点是引导学生寻找某种运动的规律与特点，要以某个具体事例的研究为前提，再根据问题进行深入探究。基于学生通过第一章节的学习初步掌握直线运动中速度测量方法的学情，为促进学生的创造性思维发展，在分析教材时，教师要加强实验思路的总结，并做好实验操作、数据记录与数据分析等方面的准备工作，以激发学生的好奇心，引导学生借助实验探究运动现象所蕴含的本质规律，确保学生的探究过程更加科学[4]。第二，加强学情研判。学生通过第一章的学习已经掌握平均速度及瞬时速度的定义、匀速直线运动的规律等知识，对变速直线运动速度随时间变化规律的认识尚处于直观感性阶段。为此，教师可引导学生解决不同思维层次的问题，使其意识到通过实验能间接获取到速度数据，而数据与拟合图像能通过科学探究获取，并在寻找规律和科学探究的过程中，逐渐产生好奇心，提升观察力。第三，营造实验环境。开放、自由的实验环境有助于激发学生的好奇心和求知欲，有助于激活学生的创造性思维，使其自主探索和发现物理现象，并勇于提出自己的想法和问题。为此，在实验教学中，教师可设计具有挑战性的实验任务，鼓励学生从多个角度思考问题，并找到解决问题的创新性途径。第四，确定实验目标。为激活学生的思维，为学生的创新性思维发展提供支撑，教师可在学情分析的基础上确定实验目标。本实验的根本目标是促进学生的创造性思维发展，子目标有四个，具体如下。（1）将纸带运动迁移到小车运动中，使学生对小车运动、纸带运动二者的相同性形成初步认识。（2）引导学生通过实验探究理顺运动速度随时间变化的规律，观察与测量纸带上的点的间隔规律，并计算测量数据、作图，使其实现定性分析向定量分析的转变。（3）引导学生结合测量的数值来计算瞬时速度，并建立标度科学的v-t坐标系，在坐标系中正确描点，同时将物体运动时的v-t图像描绘出来。（4）使学生初步感受到图像在物理规律表达中的重要性，并学会借助v-t图像描述小车速度随时间变化的规律[5]。

2.强化思维创新，为学生创造性思维发展做好实验设计

在实验设计中，教师应围绕发展学生的创造性思维，体现实验设计的科学性和有效性。其中，探究性实验是引导学生通过观察、假设、验证和总结等步骤，发展自身的批判性思维和创新能力。为此，在实验教学中，教师要注重培养学生的创新人格特质，如好奇心、冒险精神、自信心、坚韧不拔的毅力等，并让学生认识到创新人格特质在科学研究和实际工作中的作用和意义，从而形成正确的学习态度。

继续以“探究小车速度随时间变化的规律”的实验教学为例，其实验设计具体如下。第一，结合实验内容提出探究性问题，如洒水车在洒完水之后，洒水管滴落的水滴会形成一个运动轨迹，为此，教师可引导学生结合生活中的现象以及打点计时器的运行原理，通过水迹分析获取车辆的运动轨迹，在此基础上继续提出问题让学生思考[6]。（1）能否通过水滴的运动轨迹发现车的运动轨迹。（2）为掌握洒水车在某一时刻或者位置的速度，需要测量的物理量有哪些。第二，出示速度测量器材，设计不同的测量方法，引导学生分析探究其测量原理。（1）给学生提供气垫导轨和数字计时器。在滑块恒力作用实验中，让学生从同一个位置多次释放滑块，在释放时多次改变挡光片的宽度，并记录相应的宽度与时间，然后计算平均速度，根据实验现象总结平均速度的特点。在此基础上，教师可借助Excel表格呈现宽度与平均速度的特点，引导学生观察图像并思考为测量瞬时速度要确保挡光片满足哪些条件，并通过实验思考和验证能否借助气垫导轨和数字计时器相结合的装置，找到速度随时间变化的规律。（2）运用打点计时器。教师可引导学生在小车后面拖一条纸带，分别用电火花计时器和电磁打点计时器打出点迹，据此分析不同打点计时器呈现的小车运动情况的区别与联系，并思考能否运用打点计时器分析滑块运动速度的时间变化规律。第三，引导学生借助实验探究小车运动过程，并对获取的数据做好记录。（1）正确安装实验所需器材，掌握实验操作规范。（2）认真观察并读出纸带上的点的信息，根据各点的间隔变化，从定性视角对小车的运动情况进行判断。（3）将合理计数点标出后开展测量，并设计相应表格，及时将实验数据记录下来。第四，引导学生加强数据处理，分析其规律。（1）引导学生结合速度记录表的数据信息，思考小车速度随时间的变化规律。（2）引导学生思考如何以直观、形象的方式表示变化规律，在采用作图的方法时，如何给坐标轴定标。（3）引导学生结合所描点思考能否获取其他时刻的速度，分析连续与评估的依据，思考是否所有点均需出现在连线上，如何根据v-t图像获取运动规律信息等，以此让学生结合实验数据，拟合得到相应的图像，找到小车速度随时间变化的规律[7]。

3.活跃创新思维，为学生创造性思维发展做好实验教学

以“探究小车速度随时间变化的规律”的实验设计为例，为活跃学生的思维，教师可在实验中将质点设计为理想化模型，速度采用比值定义法，以此培养学生的极限思想，帮助学生发现相应的运动规律与特点，实现创造性思维发展。第一，导入环节。可采用情境导入的方式，引导学生回顾打点计时器测量的物理量有哪些，思考运用打点计时器所打的纸带能间接测算出哪些物理量。第二，实验环节。可引导学生进行实验设计，思考重物牵引的小车的速度随时间的变化规律是什么，需要测量的物理量有哪些，应选用哪些器材进行测量。基于以上实验思路，学生可将位移和时间作为测量的物理量。在计算瞬时速度时，每个计数点的瞬时速度是以这一点前后一段时间的平均速度来表示的。第三，数据处理环节。第一步是做好纸带选取，让学生以清楚的点作为起始点，将纸带开头较为密集的点舍弃，每间隔5个点作为一个计数点，且每2个计数点的时间间隔为0.1s。第二步是测量数据，在这一过程中，学生不能直接将相邻2个点的间距作为测量对象，要先测量每个计数点与计时0点之间的距离，再将相邻2个点的间距计算出来。第三步是计算瞬时速度，即用该点前后一段时间的平均速度作为瞬时速度。第四步是采用列表法进行数据处理，引导学生总结小车瞬时速度随时间的增加而增加的规律。若采用图像化处理数据时，应结合所得数据建立相应的直角坐标系。为确保图像在坐标系中的分布，应注意选取合适的标度，再结合所得数据将各点所在位置描出，并观察和思考每个点的分布规律。第四，实验总结环节。教師可引导学生根据描绘得出的小车v-t图像，总结小车速度随时间的变化规律。例如，运用图像判断小车在匀加速直线运动中的特点，若所描各点基本处于一条直线上，且无较大实验误差，可以认为小车在做匀加速直线运动。在这条直线上，应尽量描出多个点，确保分布均匀。如果有偏差较大的点，需要删掉。通过观察v-t图像，可发现匀加速直线运动的小车速度随时间线性增加。也就是说，在相同的时间内，随着时间的增加，小车的速度也会相应增加。这个规律对于理解和分析小车的运动特性非常重要。此外，v-t图像还可提供其他信息，如小车的加速度。在v-t图像中，加速度等于斜率的数值，因此，通过测量图像的斜率，可以得到小车的加速度。第五，引入跨学科的实验内容。教师可结合其他学科知识，培养学生的综合素质和交叉思维能力，促使其实现创新思维。这种跨学科的实验教学可帮助学生将不同学科知识融合在一起，形成更加完善的知识结构。例如，在上述教学案例中，教师可引入数学知识，让学生运用数学方法处理实验数据，或使用描点法、图像法等数学方法，将实验数据转换成图表形式，更加直观地呈现小车速度随时间变化的规律。这样，通过运用数学方法处理实验数据，学生能进一步加深对数学方法的理解，并提高应用能力。

4.运用创新思维，为学生创造性思维发展做好任务评价

学生创造性思维的运用离不开教师设计的学习任务。为此，在教学评价中，教师要落实教学高度一致的理念，为学生精心设计作业和任务，并聚焦真实的情境和实际过程，对学生创造性思维的发展情况进行评价。在评价任务完成情况时，可分别从学生完成任务的创新性、灵活性、流畅性、精细性、批判性五个视角展开。其中，评价创新性时，主要按照“学生是否能提出新颖、独特、不同于常规的解决方案或见解”这一思路展开；在评价灵活性时，主要按照“学生是否能从多角度思考和解决问题，表现出灵活的思维方式”这一思路展开；在评价流畅性时，主要按照“学生是否能迅速产生多种想法或解决方案，思维流畅”这一思路展开；在评价精细性时，主要按照“学生是否能深入分析问题，考虑到细节，产生精细的见解或解决方案”这一思路展开；在评价批判性时，主要按照“学生是否能对产生的想法或解决方案进行批判性评估，判断其可行性和优缺点”这一思路展开。为建设创新性实验教学评价体系，关注学生的实验过程和创新思维发展情况，教师可采取多元化的评价方式，包括教师评价以及学生自评、互评等，以保证评价的公正性和客观性。评价内容可包括学生的实验设计、实验操作、数据处理和分析、团队合作以及问题解决等多个方面，以鼓励学生积极参与实验操作，并在这一过程中发展实践能力和创造性思维。

四、結语

综上所述，基于创造性思维发展的高中物理实验教学，以发展学生的初级思维为导向，有助于培育学生的创新意识与创新精神，深化学生对物理知识的理解与应用，帮助学生掌握科学的实验方法并形成良好的思维习惯，提升学生的合作精神与团队协作能力。在实验教学中，教师应找准学生思维的起点，注重思维的创新、思维的活跃、思维的运用，以此借助实验准备、实验设计、实验教学、任务评价，积极发展学生的创造性思维，提升学生的物理学科核心素养。

参考文献：

[1]朱蕾.基于核心素养的高中物理课堂教学策略———评《核心素养导向的高中物理教学设计》[J].中国教育学刊，2023（11）：134.

[2]李茹新，陈晓陆，皮永旺.指向深度学习的高中物理实验教学———以有趣的硬币碰撞为例[J].物理教师，2023，44（11）：29-32.

[3]饶华东，肖巧玲.深化物理规律理解培育正确物理观念———高中物理误用两大定理问题的归类剖析[J].物理教学，2023，45（10）： 48-51.

[4]刘涵.高中物理教学中如何培养学生的创新思维能力[J].数理天地，2023（18）：84-86.

[5]王栋然，马亚鹏.基于科学论证的高中物理全反射教学案例研究[J].物理教学，2023，45（09）：2-6+31.

[6]张小帅.深度学习背景下的高中物理单元教学———以匀变速直线运动为例[J].广西物理，2023，44（03）：110-112.

[7]王孙权.“问题引领式”教学模式下的高中物理教学探究[J].成才， 2023（10）：73-74.

Exploration of Senior Middle School Physics Experimental Teaching Based on Creative Thinking Development

Yang Famao

（Yongdeng County Xitie Middle School， Lanzhou City， Gansu Province， Yongdeng 730334， China）

Abstract： Creative thinking is a higher-order thinking that is based on existing knowledge and experience， generates new concepts， forms new laws， and achieves theoretical innovation according to certain phenomena and processes. High school physics experimental teaching helps students form innovative consciousness， innovative spirit， and cooperative spirit， enhance practical ability， hands-on ability， and teamwork ability， deepen understanding and application of physics knowledge， master scientific learning methods， and form good thinking habits. It is an effective way to promote the development of students creative thinking. In senior middle school physics experimental teaching， teachers can find the starting point of thinking， strengthen thinking innovation， activate innovative thinking， and apply innovative thinking strategies to prepare， design， teach， and evaluate experiments for the development of students creative thinking.

Key words： senior middle school physics； experimental teaching； creative thinking； innovation consciousness； innovative spirit；cooperation spirit； teamwork ability