高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)視域下創(chuàng)新思維的生成路徑

■福建省同安第一中學(xué) 張瑯鈺

一、高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的生成路徑探索

（一）依托教材 拓展延伸

在日常的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，教師要立足于教材，尤其是在分組實(shí)驗(yàn)中要發(fā)現(xiàn)其探究性和開(kāi)放性，讓學(xué)生能夠直接獲取學(xué)習(xí)體驗(yàn)，梳理實(shí)驗(yàn)原理，通過(guò)自主實(shí)驗(yàn)觀察和數(shù)據(jù)處理，鍛煉學(xué)生的質(zhì)疑、科學(xué)推理、創(chuàng)新思維和品質(zhì)，使學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)涉及的物理知識(shí)印象更加深刻，掌握更加到位，較好地培養(yǎng)學(xué)生的高中物理創(chuàng)新思維。在高中物理必修2中的《探究功與速度變化的關(guān)系》分組教學(xué)實(shí)驗(yàn)之中，教師要以教材為著眼點(diǎn)和立足點(diǎn)，精心組織學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，提出問(wèn)題讓各實(shí)驗(yàn)小組進(jìn)行思考和探討：1.功的改變方式是什么呢？功的測(cè)量方法如何實(shí)現(xiàn)？2.實(shí)驗(yàn)中的小車受到的摩擦力能夠如何實(shí)現(xiàn)自身的平衡呢？3.怎樣判斷小車自身的平衡狀態(tài)？4.用紙帶記錄小車的運(yùn)動(dòng)狀況。

學(xué)生通過(guò)分組合作實(shí)驗(yàn)，在確保儀器安裝正確和固定的前提下，將紙帶與小車相連接，橡皮筋的一端連至小車，另一端與夾子相連；再使軌道的止動(dòng)彈簧片與小車相連，接通電源并通過(guò)紙帶標(biāo)記獲悉小車的運(yùn)動(dòng)狀況。為了全面考查實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以考慮增加橡皮筋的條數(shù)以獲悉相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

通過(guò)上述問(wèn)題的設(shè)置，讓學(xué)生帶著問(wèn)題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究和思考，啟發(fā)學(xué)生的自主思考，探索典型性問(wèn)題，如：當(dāng)橡皮筋成倍增加時(shí)，每條橡皮筋的形變量是否相同？電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的墨粉紙盤和紙帶的具體位置怎樣？從而培養(yǎng)學(xué)生的自主觀察能力、實(shí)踐操作能力，拓展和發(fā)散學(xué)生的物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新思維。

（二）探究實(shí)驗(yàn) 開(kāi)放深入

1.問(wèn)題情境驅(qū)動(dòng)下的主動(dòng)探究。“疑是思之始，學(xué)之端。”高中物理實(shí)驗(yàn)課堂的問(wèn)題情境創(chuàng)設(shè)，對(duì)于培育學(xué)生的“問(wèn)題意識(shí)”有不可小覷的作用，能夠有效激活學(xué)生新舊知識(shí)之間的矛盾沖突，使學(xué)生積極主動(dòng)地進(jìn)行思維探究，深入透徹地理解高中物理實(shí)驗(yàn)原理和知識(shí)。例如：以高中物理“微小形變”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例，由于學(xué)生缺乏對(duì)微小形變的感性認(rèn)知，可以結(jié)合學(xué)生日常熟悉的生活物品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，預(yù)先準(zhǔn)備1個(gè)塑料可樂(lè)瓶、底面橢圓形扁玻璃瓶、帶孔的橡皮塞、細(xì)塑料管和水，自己動(dòng)手?jǐn)D壓塑料瓶并觀察其形變現(xiàn)象及瓶中水面的變化，再拿出一個(gè)玻璃瓶讓學(xué)生用力擠壓，思考如下問(wèn)題：（1）玻璃瓶是否出現(xiàn)了明顯的形變？如果觀察不到應(yīng)當(dāng)如何清晰地觀察其形變呢？（2）在裝水的玻璃瓶中會(huì)不會(huì)存在較小的形變呢？怎樣才能使之產(chǎn)生視覺(jué)上的較大改變呢？（3）將橡皮塞穿入有水的塑料管，再對(duì)盛滿水的玻璃瓶進(jìn)行擠壓，可以看到塑料管中的水面有變化嗎？玻璃瓶中水面的變化是否是因?yàn)槭譁囟蛊績(jī)?nèi)的水熱脹冷縮而出現(xiàn)改變的呢？在上述問(wèn)題情境的精心創(chuàng)設(shè)下，教師要對(duì)學(xué)生進(jìn)行適時(shí)的質(zhì)疑、引導(dǎo)和點(diǎn)撥，剖析學(xué)生在實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)中的思維過(guò)程，總結(jié)和歸納與實(shí)驗(yàn)相符的思維方法，從而有效地提高學(xué)生的探索意識(shí)，誘發(fā)新的創(chuàng)造動(dòng)機(jī)。

2.勇于質(zhì)疑和猜測(cè)。高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)要鼓勵(lì)學(xué)生大膽猜測(cè)、勇于質(zhì)疑，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)造潛能和發(fā)散性思維，獲得對(duì)物理知識(shí)的科學(xué)探索和本質(zhì)理解。以高中物理教材魯科版選修3-4《單擺》教學(xué)為例，教師要讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)的探究活動(dòng)，猜測(cè)影響單擺周期的因素，并對(duì)猜測(cè)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證和總結(jié)，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和實(shí)驗(yàn)動(dòng)手操作能力。具體教學(xué)方法為：運(yùn)用實(shí)驗(yàn)、多媒體手段等方式，引導(dǎo)學(xué)生觀察擺錘的擺動(dòng)和指針的變化，思考擺的振動(dòng)周期與哪些因素有關(guān)，可以從學(xué)生熟悉的“蕩秋千”導(dǎo)入，讓學(xué)生思考秋千的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，判斷蕩秋千是否是在做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，并引導(dǎo)學(xué)生分析單擺的回復(fù)力，對(duì)周期性運(yùn)動(dòng)開(kāi)展發(fā)散性的思考和猜想：（1）擺的振動(dòng)周期可能會(huì)與哪些產(chǎn)生關(guān)聯(lián)呢？是擺球的振幅、擺球的質(zhì)量、擺球的擺長(zhǎng)嗎？（2）學(xué)生可以猜一猜，擺的振動(dòng)周期會(huì)與擺線的質(zhì)量、形狀、體積、重力加速度有關(guān)系嗎？如何采用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)證呢？由此激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新發(fā)散思維，讓學(xué)生采用控制變量法，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行觀察、測(cè)量和實(shí)驗(yàn)。

（三）利用儀器 參與提升

在部分物理實(shí)驗(yàn)課堂中，相對(duì)注重對(duì)標(biāo)準(zhǔn)器材的選用，如：小車、砝碼、長(zhǎng)木板等，這些對(duì)于實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性和規(guī)范性有積極的作用，然而有時(shí)卻也會(huì)對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新思維產(chǎn)生一定的限制和束縛。為此可以在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中增加自制教具，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新，激發(fā)學(xué)生的新奇體驗(yàn)，提高學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中的參與性。以高中物理中的單擺實(shí)驗(yàn)為例，常規(guī)是采用沙擺的演示方式，并僅限于在講桌上開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，不利于學(xué)生的觀察，難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與熱情。為此可以對(duì)教材中的實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，做一個(gè)類似的實(shí)驗(yàn)儀器——“墨擺”，如下圖所示：

在實(shí)驗(yàn)中采用以墨水替代細(xì)砂的創(chuàng)新方式，并將實(shí)驗(yàn)繪制的圖線貼于黑板上，預(yù)先準(zhǔn)備相關(guān)器件，如：圓錐形的塑料瓶蓋、細(xì)線、白張、稀釋的墨水，在圓錐瓶蓋的頂部鉆一個(gè)小孔，孔徑的大小足夠讓水緩慢流出且越細(xì)越好，然后在瓶蓋的圓形口部位鉆兩個(gè)對(duì)稱的小孔，以細(xì)線將其懸掛，再以墨水和清水相混，使之能夠清晰地落于白紙之上。操作方法為：對(duì)白紙進(jìn)行小塊切割，使之保持足夠的長(zhǎng)度，并能夠放置于支撐墨擺的兩個(gè)支柱之間。再以透明膠對(duì)小孔進(jìn)行密封，在小墨擺中注入稀釋的墨水，再對(duì)墨擺設(shè)置較小的角度，開(kāi)啟小孔，使墨擺能夠自由擺動(dòng)并勻速拉動(dòng)下方的白紙，墨水由小墨擺中持續(xù)流至白紙上形成一條清晰的正統(tǒng)曲線。反復(fù)操作，讓學(xué)生在觀察和自主操作的過(guò)程中，自主思考實(shí)驗(yàn)所傳遞出來(lái)的物理相關(guān)知識(shí)，并提出自己的看法和見(jiàn)解。由此極大地激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，提高學(xué)生的專注力和創(chuàng)新性思維品質(zhì)，使其積極主動(dòng)地參與到物理實(shí)驗(yàn)之中，提高物理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的效果。

二、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師可以通過(guò)三種路徑促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新思維的形成。一是以學(xué)生的主動(dòng)性探究學(xué)習(xí)活動(dòng)為主體，構(gòu)建以學(xué)生自主活動(dòng)為基礎(chǔ)的教學(xué)過(guò)程；二是立足于高中物理實(shí)驗(yàn)教材，將傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新演變成探究性實(shí)驗(yàn)；三是在物理實(shí)驗(yàn)課堂上引入創(chuàng)新高效精準(zhǔn)的物理儀器，提高學(xué)生的物理創(chuàng)新品質(zhì)。最終，依托物理實(shí)驗(yàn)，學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)素養(yǎng)得到了培養(yǎng)，形成了受益終身的創(chuàng)新思維。