培養(yǎng)創(chuàng)新能力的定律課教學(xué)設(shè)計(jì)

陳敬華

摘要：本文探索物理定律教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的教學(xué)設(shè)計(jì)思想、原則和模式，探討解決教學(xué)中知識(shí)增長與創(chuàng)新能力培養(yǎng)之間的矛盾，使學(xué)生既掌握物理定律，又學(xué)習(xí)科學(xué)研究方法和提高創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新能力；物理定律教學(xué)；教學(xué)設(shè)計(jì)

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1992-7711（2017）01-0082

物理課堂教學(xué)包括物理概念、物理定律、物理理論、物理實(shí)驗(yàn)等基本課型。在人類歷史上，物理定律的建立一般都有一個(gè)艱辛曲折而漫長的探索過程，在這過程中包含著無數(shù)優(yōu)秀物理學(xué)家創(chuàng)新性的思想、創(chuàng)新的研究和創(chuàng)新的思維方式方法。因此，如何在物理定律教學(xué)中使學(xué)生受到物理學(xué)家創(chuàng)新思維方法和創(chuàng)新精神的熏陶，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力是很重要的研究課題。下面，筆者對物理定律課堂教學(xué)中為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力的課堂教學(xué)設(shè)計(jì)做初步探索。

一、培養(yǎng)創(chuàng)新能力教學(xué)設(shè)計(jì)思想及原則

筆者認(rèn)為，培養(yǎng)創(chuàng)新能力的定律課教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下思想和原則：以中學(xué)物理定律為知識(shí)載體，既注重學(xué)生知識(shí)的增長，又注重創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)；以科學(xué)研究方法和科學(xué)思維方法的培養(yǎng)為導(dǎo)向，以新問題、新規(guī)律的探索和研究為實(shí)踐，達(dá)到激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)，訓(xùn)練創(chuàng)新思維素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維方法，創(chuàng)新精神和熱情為目的。教學(xué)設(shè)計(jì)的全過程必須體現(xiàn)如下三個(gè)原則：1. 主體性原則；以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，營造民主、和諧、合作的教學(xué)氛圍，實(shí)行教學(xué)民主，教師以參與者的身份與學(xué)生進(jìn)行平等的對話，允許學(xué)生提出不同的見解和觀點(diǎn)，甚至對教師的觀點(diǎn)提出挑戰(zhàn)；把學(xué)生從傳統(tǒng)的班級授課中單純的旁聽者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)習(xí)生活的積極參與者，同時(shí)給學(xué)生以主動(dòng)探索，自由學(xué)習(xí)和解決問題的空間，教師應(yīng)留給學(xué)生談、思、議、練等主動(dòng)活動(dòng)所必備的時(shí)間和空間，而不是教師“獨(dú)占”。2. 探索性原則：學(xué)生應(yīng)站在研究者的位置上提出問題、探索性地分析問題和解決問題，而不應(yīng)是知識(shí)的容器，要讓學(xué)生在探索物理定律過程中感受疑惑和困難，需要?jiǎng)?chuàng)新性地思考和操作消除和克服，讓學(xué)生在自己探索的過程中獲得探索創(chuàng)新的情感體驗(yàn)和直接的思維體驗(yàn)。3. 創(chuàng)新性原則：物理定律的課堂教學(xué)的流程是：創(chuàng)設(shè)問題的情景，學(xué)生提出問題（情景問題化），學(xué)生探索問題，師生歸納小結(jié)得出定律（思維展示過程化），定律運(yùn)用于各種問題。顯然，這個(gè)過程就是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的過程。

二、培養(yǎng)創(chuàng)新能力定律課教學(xué)設(shè)計(jì)

1. 創(chuàng)設(shè)問題情景。教師通過各種手段、生動(dòng)語言描述，多媒體動(dòng)畫、演示實(shí)驗(yàn)，在學(xué)生面前展現(xiàn)一幅幅生動(dòng)形象的物理情景，然后由學(xué)生或教師提出與展現(xiàn)的物理情景相聯(lián)系的探索性問題，這就是創(chuàng)設(shè)問題情景的過程。這是物理定律教學(xué)的開端。俗話說：“好的開頭是成功的一半”，因此問題情景的設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到如下要求：情景新穎能極大地激發(fā)學(xué)生的興趣，喚起學(xué)生的好奇心；情景問題的設(shè)置要有適當(dāng)?shù)碾y度，智力上應(yīng)有挑戰(zhàn)性，問題應(yīng)具有開放性和探索性，給學(xué)生以利用原有知識(shí)對問題進(jìn)行分析、猜想的機(jī)會(huì)。從教學(xué)手段上，創(chuàng)設(shè)問題情景的方式有三種：（1）語言描述；（2）多媒體動(dòng)畫；（3）演示實(shí)驗(yàn)。

例1. （語言描述），牛頓第一定律的引入設(shè)計(jì)：教師提出問題：靜止的車，用力推它就運(yùn)動(dòng)起來，不用力又會(huì)停下來，這現(xiàn)象是否說明力是物體運(yùn)動(dòng)的原因。學(xué)生討論后請四個(gè)同學(xué)分別代表亞里士多德、伽利略、笛卡兒、牛頓介紹各自的觀點(diǎn)，使學(xué)生全面理解牛頓第一定律建立的歷史過程。

例2. （演示實(shí)驗(yàn)引入）閉合電路歐姆定律教學(xué)的引入設(shè)計(jì)：

學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)：在如下圖所示的實(shí)驗(yàn)電路中，P向左或向右移動(dòng)時(shí)，電流表和電壓表示數(shù)的變化，P左移：示數(shù)變小，示數(shù)變大；P右移： 示數(shù)變大， 示數(shù)變小。

教師提出問題：為什么在閉合電路中，電流和路端電壓變化有如此規(guī)律，原因如何？從而引入定律的探索過程。

例3. （多媒體動(dòng)畫引入）萬有引力定律的教學(xué)引入設(shè)計(jì)：

電腦演示：在光滑水平面上，線一端栓一小球，另一端系在固定于平面上的釘子上，球繞釘子作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，線突然斷了，球作離心運(yùn)動(dòng)，再演示太陽系九大行星繞太陽作近似圓周的橢圓運(yùn)動(dòng)，然后提問；太陽和行星之間并沒有線相連，而行星并非離太陽而去，為什么？從而引入新定律的教學(xué)探索。

2. 探索研究。探索研究物理定律的基本方法是實(shí)驗(yàn)探索，現(xiàn)階段中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)形式是演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生的分組實(shí)驗(yàn)，無論是演示實(shí)驗(yàn)還是學(xué)生的分組實(shí)驗(yàn)，多數(shù)為驗(yàn)證性或測定性實(shí)驗(yàn)。從培養(yǎng)學(xué)生研究能力和創(chuàng)新能力角度上看盡可能把驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為探索性實(shí)驗(yàn)，把演示實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為學(xué)生自行探索的分組實(shí)驗(yàn)。探索性實(shí)驗(yàn)具有更廣闊的活動(dòng)空間和思維空間，可以激發(fā)和滿足不同層次學(xué)生的探索與創(chuàng)新欲望，學(xué)生在自己探索物理規(guī)律的實(shí)驗(yàn)過程中可以把動(dòng)手和動(dòng)腦結(jié)合起來，鍛煉和培養(yǎng)自己的創(chuàng)新能力。下面是實(shí)驗(yàn)探索定律教學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)例。

例1. 楞次定律的教學(xué)設(shè)計(jì)

（1）讓學(xué)生運(yùn)用右手定則判斷下面四種情況下回路感應(yīng)電流方向。然后提出如下的問題：①上面四種情況中Ф增加是哪個(gè)？Ф減少的是哪個(gè)？②在Ф增加的甲丙中B原與感應(yīng)電流的磁場B感方向關(guān)系如何？③在Ф減少的乙丁中B原與B感的方向關(guān)系又如何？學(xué)生討論后得出結(jié)論：Ф增加，B原與B感方向相反，Ф減少，B原與B感方向相同。上述結(jié)論是否普遍性呢？（提出實(shí)驗(yàn)探索問題）

（2）學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，探索其他電磁感應(yīng)現(xiàn)象中感應(yīng)電流磁場是否有相同的規(guī)律。

實(shí)驗(yàn)1：磁體在下面兩種情況下向上和向下運(yùn)動(dòng)，觀察電流表的指針偏轉(zhuǎn)并記錄觀察結(jié)果，

實(shí)驗(yàn)結(jié)果填在下表：

實(shí)驗(yàn)2：在如下圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置中P左移或右移，觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果并填寫下表：

最后，歸納小結(jié)具有普遍意義楞次定律。上述教學(xué)設(shè)計(jì)體現(xiàn)由個(gè)別現(xiàn)象猜想到普遍規(guī)律，然后用實(shí)驗(yàn)再探索驗(yàn)證猜想的正確性，這是物理研究，發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律最基本方法，方法所包含的思維過程本身就是一種創(chuàng)新性思維，讓學(xué)生體驗(yàn)這種研究方法，這是對學(xué)生很好的創(chuàng)新思維實(shí)踐。

受學(xué)校實(shí)驗(yàn)條件的限制。某些定律不能展開實(shí)驗(yàn)探索，可通過設(shè)置情景回顧物理學(xué)家探索該定律的過程，使學(xué)生感受到物理學(xué)家創(chuàng)新精神和創(chuàng)新思維的熏陶。例如，萬有引力定律的教學(xué)，可作如下設(shè)計(jì)：

①介紹萬有引力定律創(chuàng)立前的歷史背景：天文學(xué)上研究成就，即開普勒三大定律和月亮繞地球運(yùn)動(dòng)中加速度a月與地面物體下落的加速度g的關(guān)系及軌道半徑r與地球半徑R地的關(guān)系：

a月= g，r=60R地

②引導(dǎo)學(xué)生沿著牛頓探索過程展開如下的探索：由天文學(xué)成就知：

a月= g （1）

r=60R地 （2）

假設(shè)地球?qū)υ铝链嬖谝环N吸引力，由牛頓定律得：

F引=m月a月= m月g （3）

地球表面上的重力是地球?qū)ξ矬w的吸引力。設(shè)月球在地球表面時(shí)，則：

F1引=m月g （4）

由（3）（4）得： = （5）

由（2）和（5）可得： =（ ）2 （I）

（I）表明地球?qū)υ虑虻奈εc距離平方成反比。

設(shè)太陽對行星存在一種吸引力F引，F(xiàn)引是行星繞太陽運(yùn)動(dòng)的原因。由開普勒第一、第三定律可知：

=k（常數(shù)） （6）

橢圓簡化為圓軌道后，由運(yùn)動(dòng)學(xué)原理知和（6）式得：

a向心= R= （7）

由牛頓定律得：

F引=M行a向心=M行 = · （II）

（II）表明與距離平方成反比，綜合（I）（II）可得，引力與距離平方成反比定律。

以上的探索對中學(xué)生有一定的難度，也花費(fèi)了一定的時(shí)間，但卻能讓學(xué)生領(lǐng)略探索定律的思維體驗(yàn)，其中也發(fā)展和訓(xùn)練了學(xué)生的創(chuàng)新思維和科學(xué)研究問題的能力。

創(chuàng)新能力的培養(yǎng)應(yīng)貫穿于物理教學(xué)的全過程，貫穿于定律教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)。在定律的應(yīng)用過程中培養(yǎng)創(chuàng)新能力仍有廣闊的空間，這里限于篇幅，不作探討。學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)依賴于探索實(shí)踐和創(chuàng)新實(shí)踐。這需要給學(xué)生足夠的課堂時(shí)間和空間，且這種探索實(shí)踐具有不可預(yù)見性，教學(xué)過程可能出現(xiàn)各種偶然問題。這在一定程度上影響教學(xué)內(nèi)容的完成。從應(yīng)試的角度上看，花較長的時(shí)間進(jìn)行物理定律探索，不如用較短時(shí)間把定律傳授給學(xué)生，然后用較足夠的時(shí)間讓學(xué)生完成與定律相關(guān)的習(xí)題劃算，這樣容易在考試上拿高分。但從培養(yǎng)人才的角度上看，從學(xué)生發(fā)展角度上看，熟練的解題能力和探索創(chuàng)新能力是不能相提并論的。教師應(yīng)轉(zhuǎn)變應(yīng)試教育觀念，樹立素質(zhì)教育和創(chuàng)新教育的觀念，從提高學(xué)生科學(xué)素質(zhì)和培養(yǎng)創(chuàng)新能力上考慮教學(xué)過程的設(shè)計(jì)。高中物理教學(xué)內(nèi)容多、難度大，而教學(xué)時(shí)間相對不足，探索實(shí)踐過程長，耗時(shí)多。解決這些矛盾在于培養(yǎng)創(chuàng)新能力的探索實(shí)踐的內(nèi)容立足于教學(xué)大綱的物理知識(shí)或作適當(dāng)?shù)耐卣梗傻奶剿髟O(shè)計(jì)應(yīng)進(jìn)行充分的準(zhǔn)備。應(yīng)在學(xué)生能力發(fā)展的前沿區(qū)設(shè)置探索問題，避免啟而不發(fā)的尷尬局面。創(chuàng)新能力培養(yǎng)應(yīng)滲透在定律、理論、實(shí)驗(yàn)、習(xí)題教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)，一個(gè)引入新課的小實(shí)驗(yàn)，一道習(xí)題的創(chuàng)新性的解決都能給學(xué)生一種創(chuàng)新的示范，使學(xué)生掌握物理定律，同時(shí)提高物理素質(zhì)和提高創(chuàng)新能力。

注：本文曾獲廣西教育學(xué)會(huì)第八次優(yōu)秀論文（專著）評比二等獎(jiǎng)。

（作者單位：廣西合浦廉州中學(xué) 536100）