在物理科學探究中培養學生的創新能力

摘 要： 在新世紀，沒有創新能力的學生將會被視為“弱智”的學生，沒有創新能力的老師，將會被視為“落伍”的老師。物理特有的教材特點正是培養學生創新能力的好天地，物理教師應以課堂為主戰場，在科學探究六個主要步驟：產生疑問與提出問題、作出猜想與合理假設、制訂計劃與設計實驗、進行實驗與觀察、分析與論證、交流與合作中培養學生的創新能力，把學生培養成為“創新型”人才。

關鍵詞：科學探究；實驗；創新能力；人才

二十一世紀的中國最富有的是什么？是人，最缺乏的是什么？是人才，特別是創新型人才。二十一世紀是一個創新的世紀，世界各個領域的競爭主要表現在創新性的競爭，在新的世紀里，沒有創新能力的學生將會被視為“弱智”的學生，沒有創新能力的老師，將會視被為“落伍”的老師。培養具有創新能力的新型人才已成為我們這個時代的最高呼聲。物理是一門以實驗、觀察為基礎，理論和實踐相結合的自然學科，它特有的教材特點正是培養學生創新能力的好天地。對學生創新能力的培養，教師應圍繞科學探究的六個主要步驟，為學生創造機會，多范圍、多渠道地去開發、啟迪學生。把課堂教學作為培養學生創新能力的主戰場，從每一堂物理課入手，大膽地改變教學觀念、創新課堂結構，采用課堂“完全開放”的辦法，讓學生在完全自我中去獲得知識，促進創新意識的發展，從而培養學生的創新能力。下面我從科學探究的六個主要步驟中談談如何培養學生的創新能力。

一、引導提問、敢于質疑，培養學生發現問題的創新能力

科學探究的第一要素是：“提出問題”。愛因斯坦說過：“提出一個問題，往往比解決一個問題更重要。”因此在物理教學中要特別重視對學生質疑能力的培養，挖掘教材中的質疑因素，激發學生的問題意識。物理學發展的每一個階段都是從質疑開始的，如古希臘的亞里斯多德認為力是物體運動的原因，伽俐略對此提出質疑，才導致后來牛頓運動定律的產生。因此，教學中應不斷挖掘教材中的質疑因素，有意識引導學生敢于質疑，善于質疑，從而點燃創新思維的火花。 。

1.利用學生的好奇心理，積極創設“問題情景”。在物理課教學中，根據學生心理特點和教材內容因勢利導，創設一些問題情景，培養學生的問題意識。如講壓強時，提出一個氣功師躺在釘子板上，身上放一塊大石頭，然后一個人用錘子將石板砸碎，而躺著的人卻安然無恙，你看到這一現象有什么疑問？這到底是不是硬氣功？學生常見但不明原理，引發學習相關知識的興趣，從而產生學習動力。

2.利用學生的生活經驗，合理設置“問題情景”。引導學生對生活中觀察到的物理現象大膽設疑。如家用電器工作一段時間后是否要“歇一歇”來散熱？生活中的哪些問題可以用焦耳定律解決等。引導學生多觀察生活中的物理現象，學會對生活中物理現象提問題。教師經常以各種新獨特的演示來設置能吸引、調動學生積極思維的各類問題情景，才能使學生養成多思的良好習慣，這是培養良好創新思維能力的開端。

讓學生運用學過的知識去發現和解決問題，激活已有的知識，產生新的知識、方法，并把新知識、新方法轉化為良好的創新思維。

二、豐富猜想，善于假設，培養創新意識

牛頓指出“沒有大膽的猜想，就做不出偉大的發現”，在物理課堂實驗教學中，教師要保護學生的好奇心，解除學生對錯誤的恐懼，不斷激勵學生通過觀察、比較和歸納等探索手段，提出各種假設和猜想，激發創新欲望。

心理學研究表明：任何一項創新活動都存在至關重要的猜測環節。猜測是建立在原有的知識和經驗基礎上超越一般嚴密推理過程的直覺判斷。科學家的猜測是建立在寬厚知識基礎和豐富經驗之上的，而對學生來說，有意義的猜測活動是激發智慧和想象力的最好方式，也是引起興趣和進行思維訓練的最好時機。在進行壓強新課教學時，我拿了兩個氣球，請一位力氣大的男生和一位小女生壓破氣球，結果大男生費了很大的勁才把氣球壓破，而小女生輕輕一碰氣球就破了。看到這個結果同學們很是好奇、急于想了解其原因。若在引入課題后直接給出結論或在做實驗時先布置要觀察的現象，學生只能被動地按照教師的思路進行思考和觀察，而學生依據已有的知識及生活經驗對所研究的問題做出自主猜測的訓練就被忽視了。

猜測活動能有效地激發學生學習物理的興趣，調動他們所有的相關知識在頭腦中進行探究，尋找各種可能的答案。當學生的猜測一旦被證實時，成功的喜悅、自信心的加強會使他們在學習物理時思維更加活躍，更有利于培養學生創新思維。

三、在制訂計劃和設計實驗的過程中培養學生“縝密思維”的創新能力

引導學生形成在實驗前根據確定的探究課題設計科學的探究計劃和方案的習慣。如學習平面鏡成像時，平面鏡是學生很熟悉的一個生活用品，如果實驗前沒有制定實驗計劃，而是讓學生拿面鏡子自己隨便觀察，一節課結束學生可能什么都沒學到。根據要探究的內容，讓學生思考：怎樣設計實驗，怎樣選擇恰當的儀器？用平面鏡還是用玻璃板好呢？像的位置怎樣確定？怎樣保證鏡子垂直？一個簡單的實驗，在計劃的基礎上來做，就變得生動活潑、有趣了。學生探究出很多辦法，探究實驗記錄表格也由學生自己根據需要自行設計。這樣老師只是參與者、合作伙伴，學生的熱情很高、興趣很濃。學生在制訂和設計實驗的過程中，思維的創新能力得以提高。

四、在進行實驗和收集證據的過程中培養學生“動手動腦”的創新能力

物理學是一門實驗科學，物理概念的建立和規律的形成，都有其實驗基礎。而實驗過程蘊涵了豐富的科學思維和方法，同時也包含著比較全面的綜合能力。實驗教學，不僅要讓學生學會實驗的具體操作，掌握一些基本的實驗技能，還要引導學生學會研究物理問題的方法，為培養他們的創新能力打下良好的基礎。

在實際操作中，我們經常選擇典型的實驗，通過多種實驗方案的設計、討論和辨析來培養學生的創新能力，也可以把某些學生實驗和演示實驗設計為探索性實驗，使之達到不同層次的創新能力的培養目標。探索性實驗教學比課堂教學有更廣闊的活動空間和思維空間，可以激發和滿足不同層次學生的探索與創新欲望。學生在自主探索過程中可以把動手和動腦結合起來，鍛煉和培養了自己的創新能力。教師應讓學生明確探索性實驗的基本環節，并在實驗儀器的選取與操作、實驗現象的觀察、實驗數據的處理、實驗故障的排除及結論的得出等一系列環節中，及時對學生進行指導，使學生在相對獨立的實驗活動中體會創新的艱辛與愉悅。為了使創新能力的培養長期化，教師要有計劃地組織學生進行系列化的探索性實驗，并把實驗內容和生活中的實際問題聯系起來，使創新能力培養和物理知識學習緊密結合起來。如為了幫助學生認識大氣壓強的變化對液體沸點的影響，設計了這樣的實驗：用酒精燈加熱燒瓶中的水直至沸騰，然后移去酒精燈，水不再吸熱，不能沸騰，水的溫度下降不到100℃，這時讓學生用大號注射器插入燒瓶的橡皮塞往外抽氣，水重新沸騰起來。這時再把燒瓶倒過來，用冷水澆燒瓶底部，水又重新沸騰。

學生通過對物理知識的親自動手實驗、觀察、思考，有效地提高了學生自主探究實驗的積極性，激發了學生的創造性思維，對學生創新能力的培養起著潛移默化的作用。物理實驗對發展興趣，培養分析、歸納與創造性思維能力，培養操作能力、觀察能力，提高勞動技能以及感受簡單美，進行某些品德教育等等，都是其他物理教學手段很難集于一身的。

五、在分析、論證和評估中體驗創新的價值

教師引導學生收集各種信息、實驗數據和證據，并應用科學的思維和方法對它們進行分析、總結和歸納，找出規律，從而得出結論。如在分子間的相互作用力教學中，教師經常會做這樣一個演示實驗：兩塊平板玻璃間的空氣用水排出后，會牢牢地粘合在一起，很難把它們分開。如何解釋這個現象？由于實驗目的本身“定向”作用，學生探究的方向會去迎合實驗目的──“分子間存在相互吸引力”結論。其實，從實驗原理上分析，“分子間存在相互吸引力”僅是兩塊玻璃粘合在一起的推測之一，推測之二是外面的大氣把兩塊玻璃緊緊地壓在一起了，就像馬德堡半球實驗。需引導學生對實驗現象的本質做進一步探究，可設計如下驗證方案：把玻璃片A、B用水粘好，較大的一塊A在上，用木塊架起來，B懸空，用玻璃罩罩住，而后用抽氣機抽出罩內空氣。實現現象是，玻璃罩內空氣抽出后，B仍與A粘在一起。由此才可得結論：大氣壓把兩塊玻璃壓在一起的推測錯誤。在分析和論證的過程中培養學生發現問題、分析問題的能力和嚴謹的科學態度。

評估是探究過程的重要環節，過去的物理教學雖然也組織過一些探究活動，但是，往往在得出結論后就萬事大吉了，學生通過探究究竟得到了哪些啟示？為什么探究的結果與事先的預測不一樣？探究的設計和計劃的進行過程是否有缺陷？還有哪些需要改進的地方？這些都需要學生去反思，只有通過這樣的反思和評估，學生的科學探究能力才能逐步提高。

六、學會交流與合作，培養團隊的創新意識

在科學探究的過程中要讓每個學生都有機會向其他同學表述自己的研究成果，包括研究的過程、方法和結果。要循序漸進地培養學生盡可能用已有的科學知識、收集到的信息和實驗數據，用較為準確的語言表述自己的探究成果并作出有說服力的解釋。要培養學生注意傾聽其他同學的研究報告、尊重別人的探究成果，允許別人對自己的探究過程和成果提出不同的意見，并能認真思考別人的意見，改進自己的探究方案。要讓各種想法、觀點進行充分地交流和討論，在此過程中，使學生體會到科學探索的艱辛和喜悅。

總之，在物理實驗教學中，要重視科學探究的每一個步驟，時刻注意體現學生的主體地位，處理好掌握知識和發展能力的關系，緊扣教材，做好實驗，同時盡可能地為學生提供創新機會。在教學中不僅要注意物理知識本身，而且要看到知識后面蘊藏的對學生創造性思維訓練的巨大價值，充分利用物理學科獨特的優勢，突出地體現創新精神和創造能力的培養，使之成為最有助于誘發學生創造潛能的最具活力的課程。我們的教育不是選擇適合教育的學生，而應當創造一種適合每一個學生的教育。一個人只要得到對他最合適的教育，他的才能就可以得到充分的發展。創新教育能使學生學會學習、開發智力、提高素質，增強適應社會發展的能力，使之成為具有創新性的現代化建設所需的人才。

參考文獻：

［1］婁進，劉曉每.著譯開發奇妙的物理實驗資源［M］.北京：北京大學出版社，2005.

［2］馮新安.實驗教學中思維能力的培養與訓練［J］.教學儀器與實驗，2001（7）.