基于質疑創新思維培養的初中物理教學

沈偉云

(浙江省嵊州市教育體育局教研室,浙江 紹興 312400)

質疑創新是科學思維的重要組成部分,其內涵是基于事實證據和科學推理對不同觀點和結論提出質疑、批判、檢驗和修正,進而提出創造性見解的能力和品格.[1]質疑要求學生經過充分分析后有根據地提出問題,創新要求學生發現新規律,提出解決問題的新方案．質疑是創新的基礎,創新是質疑的深化,兩者融為一個有機的整體.

物理是一門在培養學生科學思維尤其是質疑創新思維方面具有獨特優勢的學科,物理教材蘊含著大量培養學生質疑創新思維的素材,物理教學是培養學生質疑創新思維的重要途徑.

1 辨析物理前概念,發展質疑創新思維

前概念是指在學習科學概念之前,學生根據生活經驗和以前的學習,形成對物理現象的看法和觀點.正確的前概念有助于學生實現認知結構的順應,更好地建構物理概念.但對于很多前概念,由于學生的理解往往停留在物理表象上,不能深入探究物理現象的本質,與正確的科學概念相悖,是錯誤的前概念.為此,教師在深入學習概念之前,可讓學生談談對物理現象的看法,同時也鼓勵其他學生開展質疑.在學習了正確的物理概念之后,引導學生進行辨析,以此來促進學生對物理概念的理解,發展學生質疑創新思維.

如關于不透明物體的顏色由什么決定的問題.在教學前教師可讓學生各抒己見,如有的學生認為物體的顏色是由物體本身決定的,有的學生認為是由物體反射光的顏色決定的.面對學生的質疑,教師不要急于下結論,組織學生開展討論,要求學生收集證據來證明自己的觀點.其中有一組同學設計了一個方案,用紅光去照射西紅柿呈紅色,用藍光或綠光去照射西紅柿,西紅柿顯黑色.由此可得出不透明物體的顏色由物體反射光的顏色決定的.

又如關于“220 V 100 W”的燈與“220 V 25 W”的燈誰亮一些的問題,教師也可組織學生開展討論,進行辨析,有學生認為應該是“220 V 100 W”規格的燈更亮一些,因為可以家庭電路中的現象為證.但有的學生則認為不一定,理由是若把兩盞燈串聯接入到照明電路中,發現“220 V 25 W”燈更亮一些,有的學生則根據電學知識進行了判斷,根據R=U額2/P額,可知“220 V 25 W”燈的電阻R1=1936 Ω,“220 V 100 W”燈的電阻R2=484 Ω,又根據P實=I2R,可知燈“200 V 25 W”串聯時實際功率大,燈也就更亮一些.

通過創設情境,暴露學生的前概念,鼓勵其他學生質疑,有助于培養學生批判性思維.接著引導學生設計實驗、科學推理來尋找證據,提出判斷前概念正確與否的新方案,以此來發展學生的創造性思維.

2 學習物理學史,領悟質疑創新思維

物理學的任何新概念和新理論的提出或創立,都是科學家在對前人結論提出質疑的基礎上,運用創新思維綜合現有的研究成果才能實現.[2]為此,教師可在教學中有機融入物理學史素材,通過片段性呈現物理學史料,讓學生找出問題,引導學生提出質疑,然后與當時科學家的質疑進行比較,讓學生領悟科學家是根據什么方法來研究物理問題的,進而促進學生質疑創新思維的發展.

如在2000多年前,亞里士多德認為空氣是沒有“重量”的,不存在真空.1614年,伽利略提出質疑認為空氣是有重量的,托里拆利于1643年做了如圖1所示實驗:把一端封閉的長玻璃管裝滿水銀,然后倒置在一個敞口的水銀槽內,水銀從玻璃管頂部下降到高度距槽中水銀面約76 cm后,不再下降.

圖1

1946年,帕斯卡重復了這一實驗,一些反對者對該實驗提出了爭論,第1個問題:水銀柱是誰支撐的?反對者認為,是管內水銀產生蒸汽導致水銀減少,致使液面下降．帕斯卡用酒和水做托里拆利實驗,按照反對者的觀點,由于酒精容易蒸發,酒精的液面應該下降得更多,而事實上卻是水柱液下降得更多.第2個問題:由于管內遺留了少量空氣,使水銀液面下降.帕斯卡用1 m左右長、直徑不同的玻璃管進行托里拆利實驗,觀察到不同直徑的玻璃管內水銀柱的高度相同的實驗現象. 基于實驗現象,教師可引導學生分析,反駁錯誤觀點.

又如原子結構模型的建立,經歷了以下過程:道爾頓實心球模型→葡萄干蛋糕模型→盧瑟福行星模型→玻爾量子化模型→電子云模型.教師可把每個模型階段的特點、存在問題、運用什么先進科技手段開展研究等物理史實呈現給學生,讓學生體會到科學的發展是一個不斷完善、不斷修正的創新過程.

在物理教學中,教師可以作業形式讓學生去收集物理史素材,也可根據物理史內容,提出問題,讓學生思考、討論,引導學生去深入挖掘、領悟質疑的科學方法和創新思維的發展.

3 拓展科學探究,培養質疑創新思維

科學課程標準指出,科學探究活動是培養科學觀念與能力的重要途徑,也是培養創新精神與實踐能力的有效手段.[3]對于教材探究實驗,教師不僅要重視學生探究能力的培養,加深對物理概念和規律的理解,而且也要鼓勵學生積極質疑,引導學生發現原有知識的局限性,通過拓展探究,提出新的問題,設計新的方案去解決問題.

如在學習“光的折射”后,得出了光的折射規律,即光從空氣斜射入玻璃中時,折射角小于入射角,入射角增大,折射角也增大.此時有學生提出問題:當光從空氣斜射入玻璃中時,折射角與入射角大小是否成正比呢?為此,學生設計如圖2所示實驗開展探究,測出相關實驗數據如表1所示.通過分析得出結論,折射角與入射角大小不成正比. 通過該實驗的拓展,深化了學生對光的折射規律認識,發展了學生深刻性的思維品質.

圖2 光的折射

表1 入射角與折射角的關系

又如某學生按圖3所示測定值電阻R的阻值,測得數據如表2所示,取平均值可得該電阻為861Ω.

圖3 電路圖

表2 記錄表

有學生發現該電阻R的標定阻值為1000 Ω,為什么電阻R的測量值與標定量之間會存在較大偏差呢?學生通過查閱資料,發現平時在計算時常常把電流表阻值作為0處理,把電壓表作為開關斷開處理.而實際上它們都具有一定阻值,電壓表阻值較大,電流表阻值較小,實際上會對測量結果產生影響,如在圖3中,由于電壓表與電阻相并聯,電流表所測電流等于通過電壓表和電阻的電流之和,即測得的電流偏大,根據歐姆定律可分析計算出R阻值偏小.同樣,教師也可引導學生按圖4開展探究,測得并分析電阻偏大的原因.

圖4 電路圖

科學課程標準指出,科學探究的教學僅憑課堂教學是不夠的,應將其延伸到課外綜合實踐活動中去.[3]拓展科學探究,既有助于豐富科學探究的內涵,培養學生深刻性思維品質,也有利于培養學生質疑的思維品質,有利于培養學生創造性解決問題的能力.

4 改進物理實驗,提高質疑創新思維

科學課程標準指出,要鼓勵教師和學生因地制定地使用和自制實驗器材,積極研究、改進、創新實驗和活動.[3]通過改進物理實驗,使實驗效果更加明顯、實驗操作更加便捷,既有助于激發學生的學習興趣,也有利于加深學生對物理概念和規律的理解,提高學生質疑創新的思維水平.

如在探究“分子之間存在引力”的實驗中,常常將2塊端面已銼平的鉛柱緊壓在一起,如圖5懸掛,在下端懸掛一重物,兩鉛塊仍不分開.有學生提出質疑認為兩鉛柱不分開的原因可能是大氣壓力造成的.通過學生討論,對此實驗作出改進:將圖5所示的鉛柱與重物固定在一個玻璃鐘罩內,如圖6所示,逐漸將鐘罩內的空氣抽出,在抽氣過程中,隨著鐘罩內氣壓變小,兩鉛柱仍不分開,若再抽成真空,發現鐘罩內兩鉛柱仍不分開,由此說明了兩鉛柱不分開的原因不是大氣壓力所致,而是由于鉛柱間存在引力的緣故.

圖5 探究分子之間存在引力

圖6 探究兩鉛柱不分開與大氣壓的關系

又如在學習浮力時,有學生提出疑問,浮力產生的原因是什么?教材中沒有對此進行深入的探討,為此,教師既可引導學生建立物體模型進行受力分析,指出由于前后、左右受到的液體壓力互相抵消,是上、下壓力差造成的.同樣也可引導學生設計一個實驗:剪去礦泉水瓶底,使瓶口向下,從上面放入兩個乒乓球,一個在下方堵住瓶頸,另一個放在上方.然后往瓶中倒入適量的水,由于下方乒乓球堵住瓶頸,水只能向下滲漏,上方乒乓球則會浮在水面上,而下面的乒乓球盡管在它的周圍和上面有水,卻沒有上浮.如圖7所示,由此也可分析得出浮力產生的原因.

圖7 探究浮力產生的原因

實驗改進是一項高階思維活動,鼓勵學生指出實驗中存在的問題,有助于培養學生質疑思維品質.實驗改進不僅是動手更是動腦的過程,是一個創造性解決問題的過程,也有助于學生創造性思維的發展.

關于質疑創新思維,高中物理課程標準就其內涵、課程目標與思維水平等方面已作系統闡述.而新版初中科學課程標準尚未頒布,現沿用的仍是2011版,缺乏相應質疑創新思維教學要求,但作為初中科學教師,在培養學生質疑創新的實踐研究上卻不能落后,可在參考借鑒高中物理課程標準教學理念的基礎上,結合初中學生認知思維特點,結合初中物理教材,鼓勵學生不斷質疑,引導學生創造性地解決問題,不斷促進學生質疑創新思維水平的發展.