基于探究教學激發創新潛能的實踐與思考

楊國慶 耿宜宏

(1. 江蘇省常州市金壇區教師發展中心，江蘇 常州 213200; 2. 江蘇省前黃高級中學，江蘇 常州 213161)

物理新課程積極倡導學生掌握物理學科的一些科學探究方法,發展自主學習能力,養成良好的思維習慣,能運用物理知識和科學探究方法解決一些問題;發展好奇心與求知欲,發展科學探索興趣,有堅持真理、勇于創新、實事求是的科學態度與科學精神．具有較強的觀察、實驗、思維、自學等能力,具備初步的研究能力和創造能力．德國教育學家斯普朗格認為:“教育的最終目的不是傳授已有的東西,而是要把人的創造力量誘導出來,將生命感與價值感喚醒”．因此,智慧的教育不在于將多少學生送進了大學,而在于是否根據學生現實狀況盡其所能開發學生的創新潛能．筆者從事一線教育教學工作近30年,一直致力于激發學生創新潛能的實踐研究,現將教學實踐中幾點感悟總結如下.

1 創設問題情境,引發學生創新潛能

“學起于思,思起于疑”, “問題”是激活或喚醒思維材料的刺激因素．創設問題情境就是在教學活動中,根據學生、教學內容和生活實際的具體情況,營造一種真實而富有吸引力的課堂氣氛,以激發學生學習物理的興趣與動機．問題情境的創設,能引發學生合理的認知沖突,激發學生的認知內驅力,進而發展學生的思維能力;問題情境的創設,不僅可以引起學生的好奇心、激發興趣,而且還可以讓學生體驗成就感;問題情境的創設,有利于引導學生將客觀抽象的知識同化于自己的認知結構之中,使學習方式向自主、合作、探究型轉變．因此物理教學中,問題情境的創設就顯得十分重要．

1.1 用游戲、故事來創設問題情境

在探究教學過程中,問題情境的形式不是自發的,而是教師為把學生引入積極的思維狀態而有目的地設置的．在進行“牛頓第三定律”教學中對作用力與反作用力關系進一步討論時設計了4個小組做游戲(如圖1所示),并提出以下3個問題: (1) 作用力與反作用力哪一個先產生?(2) 作用力與反作用力的性質一定相同嗎?(3) 作用力和反作用力的作用效果能夠相互抵消嗎?

圖1 4小組游戲器材

教師結合教學內容創設游戲活動情境,學生則感到奇特不已,妙趣橫生,讓學生在自然、歡快、輕松的氣氛中學習,在游戲活動中學習新知識、運用新知識．

1.2 用類比來創設問題情境

類比是在兩類不同事物之間進行對比找出若干相同或相似點之后,推測在其他方面也可能存在相同或相似之處的一種思維方式．由于物理學科知識具有很強的外擴性,而新擴知識總是與擴前知識有很多類似之處,類比新知識與擴前知識是一種巧妙高效的物理策略.利用類比取得重大發現、發明的事例在物理領域屢見不鮮.我們應引導學生開展各種歸納、類比等豐富多彩的探索活動,鼓勵學生進行一般與特殊,高維與低維,無限與有限等的類比,達到培養和發展學生創造性思維的目的．

為突破電流的教學難點,在探究教學中設計了一個演示實驗(如圖2所示),并請學生思考這樣的問題:形成持續的水流需要水泵抽水保持兩個水槽中水位有一個恒定的高度差,那么形成持續的電流需要什么能保持電燈兩端有一個恒定的電勢差呢?學生通過類比不難理解電源在電路中的作用可以與水流中的水泵作用相類比．

圖2 用水流形成類比電流形成

1.3 用矛盾來創設問題情境

心理學研究表明:“認知矛盾是動機的根源”．矛盾沖突的問題情境能激起學生已有的認知結構與學科知識結構之間的矛盾,使之產生認知沖突,導致一種緊張感,學生必然要提出問題、解決問題．良好的問題情境在于它能有效地引起學生認識的不平衡,使其產生矛盾心理．

例如在探究電源的參量時,學生對電源的理解認為電源能提供恒定的路端電壓．為了能幫助學生對電源的理解,筆者設計4組小燈泡并聯后與兩節電池串聯,依次閉合電鍵請學生觀察小燈泡亮度的變化(如圖3所示)．實驗現象與已有的認知產生沖突,從而激發了學習興趣,會引發學生深入思考,并努力尋找答案．

圖3 4個并聯電路

當然,創設物理問題情境的方式很多,這里就不再一一贅述．在創設問題情境的實踐過程中,我們發現:良好的問題情境,培養了學生對新知識的興趣,使他們樹立起自己解決問題的信心,有利于學困生的提高;良好的問題情境,訓練了學生運用已有知識解決新課題的技能;良好的問題情境，幫助學生樹立大膽思索,勇于進取的精神,使其思維的廣闊性、深刻性、敏捷性和創造性得到充分的發展;良好的問題情境,使學生體會到真實世界中物理的應用價值,學會發現、確認并分析物理問題,提高他們的社會責任感,與他人合作的能力及批判性思維的能力.總之,長期下去,學生會逐漸形成一種良好的學習方式——自主、合作、探究．

2 自制演示實驗,培養學生創新意識

創新意識是指人們根據社會和個體生活發展的需要,引起創造前所未有的事物或觀念的動機,并在創造活動中表現出的意向、愿望和設想．它是人類意識活動中的一種積極的、富有成果性的表現形式,是人們進行創造活動的出發點和內在動力，是創造性思維和創造力的前提．在中學物理教學中培養學生善思、善想、善問,需要培養學生發現問題和提出問題的能力,而發現問題和提出問題需要一定的方法,這些方法應在課堂教學中逐步培養．

例如在探究“電感和電容對交變電流的影響”時對“為什么交變電流能夠通過電容器?而穩定的直流電卻不可以”這樣的問題學生也能從電容器原理上做出簡潔而準確的解釋．觀察更細致的學生在此處產生了“直流電路在閉合、斷開的瞬間也存在充放電現象,為什么沒有看到小燈泡明暗的變化呢?”這個潛在的問題不同于在之前電感對交變電流有阻礙作用實驗現象那么外顯,但是又極有探究和思考的價值．作為學生學習促進者的教師設計一個小實驗就瞬間點亮了所有學生的思維之燈:“直流電路中電鍵閉合、斷開瞬間照理說會看到燈泡閃亮一下” (如圖4所示)．結果需質疑,有疑則有思,有思必有得．一套看似簡單但效果極佳的自創教具,通過不斷開關的合、開就成功解釋了電容器反復充放電的理論解釋,起到了“四兩撥千斤”的教學實效,學生體會到了學習物理原來這么有趣,只要開動腦筋,一些生活中的復雜現象可以通過很簡單的裝置來解釋．并不是所有的物理問題都是高大上的,更多的物理問題是接地氣的.這對于培養學生的問題意識、應用物理知識解決生活、生產中的實際問題的能力培養起到了潛移默化的作用．教師在課堂上的自制5個創新實驗也給學生做了很好的示范,也激發了學生科學探索興趣,也內化了學生了創新意識．

圖4 用單刀雙擲開關演示電容器充放電

3 注重方法滲透,挖掘學生創新潛能

物理本身蘊含著豐富的物理思想．在中學物理中出現的物理思想有:方程思想,函數思想,分類思想,數形結合思想,遞推思想,模型思想等．在教學過程中,注重物理思想方法的滲透:在講解新知識的過程中滲透物理思想方法;在習題講解的過程中揭示物理思想方法;在知識的總結歸納過程中概括物理思想方法,讓學生學會用物理思想方法去解決、思考實際問題,從而鍛煉學生創新思維,達到挖掘學生創新潛能的目的．

例如在進行電容器的電容教學中設計探究電容器的電容的分組實驗,通過實驗來幫助學生理解電容這個概念．考慮到實驗條件和分組需求,受庫侖二分法的啟發,設計該實驗．

分組實驗:二分法探究電容器的電容.

庫侖在研究庫侖定律的時候采用了電荷量二分法:兩個完全相同的金屬小球,一個帶電一個不帶電,互相接觸以后,前者的電荷量就會分給后者一半．今天我們就利用這種思想來探究電容器的帶電荷量與兩板間電勢差的關系．

實驗器材:每小組有兩只相同規格的同種電容器(2200 μF，16 V)、一個低壓電源、一個數字電表．

圖5 二分法探究電容器的電容

實驗步驟:

(1) 用電池給電容器甲充電,測量其兩端電勢差U1,數據記入表格.

(2) 將電容器甲與不帶電的電容器乙串聯,使得電容器甲的帶電荷量減為Q/2,測量電容器甲兩端的電勢差U2,數據記入表格.

(3) 使電容器乙完全放電,然后與電容器甲串聯,使電容器甲的電荷量減為Q/4,測量其兩端電勢差U3,數據記入表格.

(4) 使電容器乙完全放電,然后再次與電容器甲串聯,使電容器甲的電荷量減為Q/8,測量其兩端電勢差U4,數據記入表格.

(5) 使電容器乙完全放電,再與電容器甲串聯,使電容器甲的電荷量減為Q/16,測量其兩端電勢差U5,數據記入表格.

(6) 使電容器乙完全放電,再與電容器甲串聯,使電容器甲的電荷量減為Q/32,測量其兩端電勢差U6,數據記入表格．

實驗數據記錄入表1.

表1 同一個電容器甲

數據數理方法:

(1) 通過觀察,引導學生發現電壓隨著電荷量的減半而減半,從而得到比值不變．

(2) 利用Excel繪圖，如圖6所示.

圖6

由圖表不難發現,系列1(電量與電勢差的關系圖)與線性參考線幾乎吻合,由此說明電荷量與電勢差的比值不變,從而得到電容的概念．然后,利用數字多用電表的電容檔測量不同的電容器的電容,完善電容的概念．

本實驗設計巧妙地運用二分法實現了教學目標,學生在分組學生中也體會到了科學思維的魅力.

4 打造人文課堂,激發學生創新情懷

普通高中《物理課程標準》明確提出,在人類文化背景下構建高中物理課程體系,充分體現物理課程的人文內涵,發揮物理課程對培養學生人文精神的積極作用．課程改革不僅在課程理念、內容和結構方面的變革,而且體現在課程文化的重構,應實現“由技術取向”到“文化取向”的根本性轉變．因為“沒有科學的人文是殘缺的人文,人文要有科學的基礎與科學的精髓;沒有人文的科學是殘缺的科學,科學要有人文的精神與人文的內涵．”普通高中的培養目標是進一步提升學生綜合素質,著力發展核心素養,使學生具有理想信念和社會責任感,具有科學文化素養和終身學習能力,具有自主發展能力和溝通合作能力．任何一個物理概念、規律的背后都有物理學家的人文情懷與人文思想的軌跡,他們在這種充滿人類理想與激情的探索中,求真、向善、唯美,一次次超越前人智慧的上限,引領著人類不斷從未知走向已知．

在科學發展的歷程中,一種新的思想,一種新的觀念,要讓人們接受,也包括讓最早萌生這種思想和觀念的人自己完全接受,需要時間,也需要更多的人對這種思想和觀念的深入解析．在19世紀末,普朗克對黑體輻射的研究提出能量量子化的概念就是一個人文科學的典型案例．在很長的歷史時期內,不僅是物理學界,就是整個科學和哲學界都認為,一切自然過程都是連續的.數學家、哲學家萊布尼茲曾經說道:“自然界不會突變．如果要對此提出疑問,那么世界將會出現許多間隙,這就迫使我們去乞求神靈來解釋自然現象了．間斷性同科學格格不入”．正是這樣的信條使普朗克惶惑．他對兒子說,自己的發現“要么是荒誕無稽的,要么也許是牛頓以來物理學最偉大的發現之一”．這需要強大創新能力、執著的研究精神和大膽質疑的科學態度!

總之,學生的創新潛能好比一個“礦”,這個“礦”里藏著豐富的財產,但是,它需要人去勘探、發現和開采．如果把它埋在地下,就不能成為有用的資源．這就需要我們教師在教學中,努力培養學生的創新意識,挖掘學生的創新潛能,才能培養出具有創新精神的人才．