高中物理演示實驗中創新思維培養策略探究

摘 要：隨著課程改革不斷推進，高中物理教學有了更高的要求，學生創新思維能力的培養日益得到重視，素質教育將創新能力列為重點，新課程標準將“質疑創新”歸為科學思維四要素之一。物理學是一門以實驗為基礎的自然科學，物理演示實驗是物理教學中最直觀、最形象的手段，是提高物理教學質量的重要途徑，也是激發學生對物理學科產生興趣的最好手段，對提升思維能力具有非常重要的意義。因此，本文將從創新思維的概念與特點出發，根據演示實驗的教學特點以及創新思維培養現狀提出具體的改進措施，從而為培養學生的創新思維提供一些借鑒。

關鍵詞：高中物理;演示實驗;創新思維;培養

創新思維是一種以發散思維為指引，通過運用直覺思維、形象思維、邏輯思維，突破原有的思維定式，以靈活、新穎的方式和多維的角度探求事物運動內部機理的具有積極意義和價值的思維活動。創新思維不是某種基本的思維形式，而是幾種思維有機結合所形成一個有機的整體——創新思維結構。在通過物理演示實驗對創新思維進行培養的研究中，除了創新改進實驗、創設問題情境外，關貞津認為應當對實驗進行拓展和補充，從而讓學生多層面、全方位地了解物理規律的全貌;姜慧媛認為教師應該邊教邊實驗，改變傳統的教師講、學生聽的教學模式;魯世明認為應該增加學生的參與度，增強實驗的探索性;陳愛明認為先讓學生掌握物理基礎理論，再由實驗驗證，并且通過實驗視頻導入實驗教學。筆者認為上述文獻提出的培養策略各有千秋，但對于創新思維的概念描述都略為模糊籠統，皆是一筆帶過，也沒有具體的針對思維特點提出策略。因此，筆者將從創新思維的要素和特點出發，根據培養現狀，對已有策略進行進一步整合、細化，提出新的策略，并給出部分教學案例。

一、 高中物理實驗中創新思維培養現狀

（一）客觀條件受到制約

高中物理實驗室的情況普遍不盡如人意：實驗設施較為陳舊老化，許多儀器年久失修，部分實驗的實驗儀器僅有一臺，年級各班需要調節使用。除此之外，多媒體設備的普及也使得教師更傾向于選擇使用教學課件進行演示，忽略了演示實驗無可比擬的真實性。

（二）教師的教學策略有所不足

多數教師承認創新思維的重要性，但由于擔心在教學過程中注重學生創新思維的培養會影響知識的傳授，并且思維培養成效慢、不顯著，為了保證教學目標能及時有效的完成，很多教師在實驗教學中只注重知識的傳授與技能的培養，而忽視了實驗思想與方法的教育。

（三）學生的學習認知有所不足

多數學生知道物理實驗在物理學習中的重要性，也有著較高的興趣，但由于教師的授課模式較為呆板僵硬，導致學生對實驗的熱情大大消減，科學素養與實驗意識普遍不強。由于教師的不重視，學生對演示實驗的重要性的認識僅僅停留在幫助理解物理概念上，不能正確地認識到演示實驗在思維培養方面的重要作用。

總而言之，無論是演示實驗器材的數量還是質量都難以滿足日益更新的教學需求，除了學校應該投入經費對實驗室進行建設外，想要在物理實驗中有效地培養高中學生的創新思維，教師也應該從現有的條件入手，轉變教學觀念，適當地調整演示實驗的教學策略，改進學生的學習認知與學習方法，從而對創新思維進行培養。

二、 高中物理演示實驗中創新思維培養策略

演示實驗是教師為了完成一定的教學內容而操作表演的實驗。在物理教學中，演示實驗可以將枯燥的講解、抽象的定律變得形象生動，使物理現象清晰直觀地展現給學生。教師通過引導學生觀察實驗現象，配合講解，能讓學生更好地掌握物理知識。在物理課堂上，大部分的演示實驗都被教師用于新課引入部分，僅僅作為激發學生學習興趣和注意的手段。但演示實驗的功能不止于此，在實驗前對實驗現象進行多種可能的猜想或在實驗后對實驗進行改進創新可以對發散思維進行培養;在實驗中觀察與想象都需要良好的形象思維;將物理現象概括、抽象成物理規律和物理概念，或推理實驗結果、判斷實驗成功與否都可以培養學生的邏輯思維;學生形成對物理內部規律獨特的認知方法后，當學生遇到從未見過的物理問題時，可以借助已有的物理知識、認知結構產生物理直覺，培養直覺思維。因此，演示實驗的運用與積累可以培養學生的創新思維。

（一）引導學生猜想

實驗猜想一般出現在探究實驗中，學生對實驗的設計、步驟、結論等大膽地猜測，大膽地設疑，提出自己的見解。但演示實驗同樣可以進行猜想，教師在大致地介紹完實驗器材、實驗過程后，可以引導學生對實驗結果進行猜想：可能會出現什么實驗現象，為什么會出現這樣的實驗現象等。在猜想的過程中，學生根據已有的知識經驗、熟悉的表象以及感知到的問題信息，將不同的事物建立聯系，有理有據地進行聯想，從研究對象的部分信息推測出它具有的全部信息，在此過程中，無論是包含表象與聯想的形象思維還是用于推理的邏輯思維都能得到提高。除此之外，對實驗展開多種思路的分析過程也是學生進行發散思維活動的表現。因此，在演示實驗前，教師應當積極鼓勵學生針對所面臨的問題，開闊思路，廣泛聯想，提出自己的見解，也應該給出時間讓學生發表觀點，互相交流。

例如在介紹“超重與失重”時，在進行實驗之前，教師可以讓學生進行猜想：將一個裝滿水的瓶子開一個小孔，如果將瓶子上拋或自由下落，瓶子中的水會從小孔中流出嗎？學生根據以往的生活經驗可能會猜想，自由下落時不會流出，上拋時會流出。經過討論與交流后，教師進行實驗演示，學生發現自己的猜想并不正確，從而被激起學習興趣。

（二）設計問題引發思考

教師在演示實驗中除了需要將實驗現象真實地展現給學生，引導學生有重點地觀察實驗現象外，還需要借由實驗現象設計問題，適時合理地拋給學生，引發學生進一步思考。在思考的過程中，學生需要將所觀察到的現象與存在腦海中的現象進行聯結、對比，運用形象思維找出兩個現象的相似點;或是需要運用到以往所學習到的知識，經過邏輯推理，得到現象產生的原因;或是需要從實驗現象反推實驗原理，運用逆向思維解決問題。因此，在演示實驗中設計問題、提出問題可以培養學生的形象思維、邏輯思維與直覺思維。

例如在“自由落體運動”中，教師在做真空毛錢管實驗前提問，羽毛和金屬片在同一高度同時下落，誰先落地？學生回答金屬片先落地。實驗后教師提問，為什么羽毛和金屬片同時落地？學生討論思考后回答，因為管內真空，沒有空氣阻力，物體只受到重力。教師繼續提問，他們的質量并不相同，為什么會同時落地？學生回答由牛頓第二定律可知，他們有相同的加速度g，因此會同時落地。根據教師的三個連問，學生思考由淺入深，由表及里，認識到自由落體運動的實質。

（三）積累知識與方法

“不積跬步，無以至千里;不積小流，無以成江海。”知識與方法的積累無論是在日常學習中還是在創新思維的培養中都尤為重要。而在創新思維的四個要素中，直覺思維的培養更加依賴于知識的積累。直覺思維具體表現為運用已有的經驗和知識，對問題從整體上加以認識和把握，以一種高度省略、簡化、濃縮的方式，洞察問題的實質，并迅速解決問題或做出某種猜測。由此可見，直覺是主體所掌握的知識與經驗和所遇到的問題擦碰出的思想火花，想要培養高中學生的直覺思維，就應該讓他們積累更多的物理知識和物理方法。

物理教學中科學研究方法眾多，如控制變量法、轉換法、圖像法、理想模型法、極限法、類比法、微元法等。在演示實驗過程中，教師運用科學方法分析、解決問題，學生從實驗中掌握了科學方法，有效地訓練了思維能力，養成良好的思考方法和習慣，在日后遇到類似的問題時就能靈活運用物理方法分析問題、解決問題。學生將物理方法內化，不僅能豐富自己的認知結構，形成自己的知識網絡，也可以為直覺思維積累素材，以備在遇到問題時靈光一現，運用適當的物理方法解決問題。解決問題的過程中也涉及了邏輯思維的使用。不同的方法有不同的優缺點，學生接觸不同的物理方法，可以啟發思維，培養思維的靈活性與獨特性。因此，科學物理方法與知識的積累可以鍛煉學生的邏輯思維與直覺思維。

例如在“探究小車速度隨時間變化規律”的實驗中，一般教學采用“紙帶法”計算出小車在相同時間間隔內的平均速度，再作出

vt圖像，從而找出小車運動規律。但也可以將紙帶從計數點處剪斷，依次黏貼在坐標橫軸上，取紙帶上端的中點作線。由于時間間隔相等，因此每條紙帶的長度可以代表小車經過相同時間間隔的平均速度。

（四）實驗總結與反思

在演示實驗結束后，不應該戛然而止，教師應該引導學生對實驗進行總結和反思，讓學生再一次思考實驗與本節課的聯系之處、實驗的方案有哪些優點和缺點、實驗有誤差的原因有哪些、是否可以對實驗進行改進或創新、實驗原理是否可以應用到日常生活之中等等。學生在回顧實驗原理與過程中不僅需要使用形象思維，還需要運用逆向思維反推實驗誤差所在，從而進一步鞏固與加深理解、培養創新思維。

三、 結語

高中物理演示實驗中培養學生創新思維是一項重要的任務，需要教師轉變教學觀念，與時代發展相結合，優化教學方式，敢于對教學設計進行創新，從而幫助學生完成實驗操作，啟發創新思維，增強創新能力，為社會培育高素質的科學人才。

參考文獻：

[1]何克抗.創造性思維理論——DC模型的建構與論證[M].北京：北京師范大學出版社，2000.

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[5]陳愛明.初中物理實驗教學中創新思維能力的培養[J].華夏教師，2019（20）.

[6]胡春華.中學物理教學中創新思維能力培養研究[D].長沙：湖南師范大學，2004.

作者簡介：陳珂，江蘇省揚州市，揚州大學。