在實驗教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑創(chuàng)新能力

◎ 海南省海口市海南華僑中學(xué) 徐 明

“質(zhì)疑創(chuàng)新”是物理學(xué)科核心素養(yǎng)中關(guān)于科學(xué)思維方面的組成要素之一，物理學(xué)以實驗為基礎(chǔ)，觀察、實驗與科學(xué)思維相結(jié)合是物理學(xué)科的基本特征。在培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)、落實立德樹人根本任務(wù)的主旋律下，如何在物理教學(xué)中加強實驗教學(xué)，充分發(fā)揮實驗教學(xué)的作用，激發(fā)學(xué)生的科學(xué)創(chuàng)造力、培育核心素養(yǎng)、培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑創(chuàng)新能力是當(dāng)前物理教學(xué)面臨的主要問題。對此，筆者結(jié)合自身教學(xué)體驗，探究如何在物理實驗教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，并提出相應(yīng)的教學(xué)策略。

一、改進演示實驗，激發(fā)學(xué)生的質(zhì)疑創(chuàng)新意識

培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑創(chuàng)新意識需要創(chuàng)造性地教和學(xué)。被廣泛應(yīng)用于物理教學(xué)中的演示實驗具有趣味性、簡單性、靈活性、直觀性等特點，可以在課堂中配合教師的講授，更形象地呈現(xiàn)出物理現(xiàn)象和情景。將演示實驗穿插于學(xué)生的課堂討論和探究活動中，能幫助學(xué)生有效完成課堂學(xué)習(xí)任務(wù)，使學(xué)生更為形象、直觀地感知物理規(guī)律，形成物理觀念，從而實現(xiàn)有效教學(xué)。教材中的演示實驗在設(shè)計及方法上雖然經(jīng)過反復(fù)驗證，但適當(dāng)、合理地改進往往可以增強演示的效果，演示實驗中鮮明和直觀的感性材料能夠有效培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力，吸引學(xué)生進入到創(chuàng)新的學(xué)習(xí)環(huán)境中，使學(xué)生的獨立思考能力和創(chuàng)新思維得以激發(fā)。

如教學(xué)人教版高中物理必修一“自由落體運動”一節(jié)，該節(jié)內(nèi)容讓學(xué)生接觸到高中階段又一個運動模型，既是對之前勻變速直線運動規(guī)律的深化，又與生活中的自由落體運動實現(xiàn)了有效結(jié)合。學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中，既可以感知前人對運動的理論推理過程，又可以體驗實驗探究運動規(guī)律的科學(xué)思維的過程。在本節(jié)課教學(xué)中我們習(xí)慣采用紙片和金屬片下落速度快慢的對比來說明自由落體運動的快慢與物體本身的質(zhì)量無關(guān)。首先教師提出問題：“在同一高度同時釋放紙片與金屬片，誰先落地？”學(xué)生回答：“當(dāng)然是金屬片先落地。”教師再把紙片搓成紙團，繼續(xù)提問：“在同一高度同時釋放搓成紙團的紙片和金屬片，哪個先落地？”學(xué)生回答：“同時落地。”教師演示，果然同時落地，從而得到既定結(jié)論。而這一過程，無論是演示實驗呈現(xiàn)的結(jié)果，還是教師為推動教學(xué)進程而提出的問題，都是學(xué)生可以通過簡單判斷得出的結(jié)論，或者是曾經(jīng)已經(jīng)獲知的知識經(jīng)驗。這樣的教學(xué)缺乏新意，無法調(diào)動學(xué)生探究新知的積極性，更談不上培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑創(chuàng)新的能力。在這里如果我們能對該演示實驗略作改進，就會產(chǎn)生截然不同的效果。在學(xué)生回答完第一個問題后，教師可以把紙片疊放在金屬片上，然后在同一高度同時釋放二者，因為二者是緊貼在一起的，所以演示結(jié)果與學(xué)生的猜想將出現(xiàn)截然相反的情況，這樣不但讓學(xué)生感受到遵循科學(xué)規(guī)律前提下的巧妙構(gòu)思，同時也實現(xiàn)了瞬時活躍課堂氣氛，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)新知的興趣。

二、將驗證性實驗改為探究性實驗，構(gòu)建培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑創(chuàng)新的空間

在當(dāng)前新課程背景下，教師更應(yīng)充分挖掘探究性實驗或?qū)Ⅱ炞C性實驗更多地改為探究性實驗，精心組織、細心研究，努力創(chuàng)設(shè)問題情景，與學(xué)生一起交流探究，在科學(xué)探究的過程中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，在具體實踐、學(xué)習(xí)和運用的過程中引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會科學(xué)探究。

如在教學(xué)人教版高中物理選擇性必修第二冊“楞次定律”時，在教學(xué)之前，學(xué)生所學(xué)習(xí)的電場和磁場的相關(guān)知識局限于“靜態(tài)電場”和“靜態(tài)磁場”，而楞次定律涉及到變化的磁場與該變化的磁場所感應(yīng)出的電流產(chǎn)生的磁場之間的相互關(guān)系，這個變化的磁場即為“動態(tài)場”。這種由“靜”到“動”的變化學(xué)生理解起來有一定困難。且“楞次定律”相關(guān)內(nèi)容包含的物理量比較繁多，涉及到的關(guān)系也比較復(fù)雜，它們之間存在相互依存又相互排斥的關(guān)系。只有明確指出這些物理量的關(guān)系，幫助學(xué)生梳理出清晰的思路，才能夠使學(xué)生對于該定理形成正確的理解。因此教師在講授新知識前可設(shè)置一節(jié)探究實驗課，在探究的過程中引導(dǎo)學(xué)生梳理出清晰的脈絡(luò)。教師可提出問題：1.如何將電路中電流的方向呈現(xiàn)出來？（引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計實驗電路，如圖1）2.怎樣通過實驗加以歸納得出結(jié)論？（設(shè)計實驗現(xiàn)象對比表格，如表1）在這兩個問題的基礎(chǔ)上，逐步引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)與電路和電磁感應(yīng)現(xiàn)象有關(guān)的知識，利用線圈、電流表、條形磁鐵等實驗器材共同設(shè)計一個實驗，并強調(diào)做好實驗現(xiàn)象的觀察和記錄。通過現(xiàn)象觀察——問題思考——解決問題——記錄分析——總結(jié)規(guī)律，學(xué)生從中順利得出感應(yīng)電流的磁場總是要阻礙原來磁場的變化的結(jié)論，即楞次定律。該結(jié)論是學(xué)生在自主實驗探究的過程中總結(jié)出的，不但使學(xué)生對學(xué)到的知識印象深刻，而且容易喚起學(xué)生的創(chuàng)新意識，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。

圖1

表1 磁場方向變化表

由此可以看出，理解“楞次定律”必須具備一定的思維能力，而部分學(xué)生的抽象思維和空間想象能力還不是很強，對物理知識的理解、判斷、分析、推理常常表現(xiàn)出一定的主觀性、片面性和表面性。教師需要將教材中的探究成分充分挖掘出來，將探究實驗與問題導(dǎo)學(xué)有機結(jié)合，在物理實驗教學(xué)中利用問題法激發(fā)學(xué)生的參與性，明晰科學(xué)推理的邏輯性，從而喚起學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

在以上案例中，通過問題將知識點串連起來，帶領(lǐng)學(xué)生一步步討論探究并分析總結(jié)，將楞次定律的探究內(nèi)容逐步深化。在問題的驅(qū)動下，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性明顯提高，主動性明顯增強，合作探究也使學(xué)生對科學(xué)探究和科學(xué)推理的一般方法有所掌握。物理教學(xué)要立足于教材，結(jié)合具體內(nèi)容向?qū)W生提出有價值的問題，激勵學(xué)生思考探究，感知科學(xué)推理的邏輯美感，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的能力，構(gòu)建出質(zhì)疑與創(chuàng)新的學(xué)習(xí)空間。在這樣的學(xué)習(xí)空間中有效激發(fā)學(xué)生的質(zhì)疑意識，培養(yǎng)其創(chuàng)新能力的同時有效達成教學(xué)效果。

三、引導(dǎo)學(xué)生自行設(shè)計實驗，創(chuàng)設(shè)提升學(xué)生質(zhì)疑創(chuàng)新能力的途徑

讓學(xué)生根據(jù)實驗?zāi)康暮驮碜孕性O(shè)計實驗，使其獨立完成有關(guān)實驗的過程，不但可以使學(xué)生的實驗?zāi)芰Φ玫藉憻挘€能讓學(xué)生突破固定的思維模式，有效培養(yǎng)其創(chuàng)新意識。

如在人教版高中物理必修2“功”的專題內(nèi)容訓(xùn)練教學(xué)中，有部分同學(xué)根據(jù)“作用力和反作用力的方向相反”認為“作用力和反作用力，若一個力對物體作正功，那么另一個力就會對物體作負功”。針對這個問題，教師可以引導(dǎo)學(xué)生這樣設(shè)計實驗：將兩塊有較強磁性的磁鐵分別固定在兩輛小車上，并讓磁鐵的異名磁極相對，釋放小車后，兩車靠近的同時速度增大，由此可以說明兩磁鐵間相互作用的一對力都做了正功。接下來，讓兩輛小車上的磁鐵的同名磁極相對，兩車間隔一段距離并給它們施以相向的作用力，兩車運動的過程中會看到速度減小。這說明兩磁鐵間相互作用的一對力都做了負功。這樣設(shè)計實驗既簡單又明晰地使學(xué)生對作用力和反作用力做功情況有了正確認識。繼而趁熱打鐵布置任務(wù)：1.如何設(shè)計實驗驗證一對作用力和反作用力中，一個力做功一個力不做功；2.能否舉例說明一對靜摩擦力對兩個運動的物體都不做功。

在物理教學(xué)中，教師應(yīng)最大限度地挖掘教學(xué)內(nèi)容，有目標(biāo)地指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計實驗，因為在實驗的過程中更能夠直觀地暴露出學(xué)生在學(xué)習(xí)中的錯誤根源，這樣就可以在鞏固學(xué)生感性認識的基礎(chǔ)上糾正其錯誤觀點。當(dāng)學(xué)生對某一類問題具備了初步的分析問題、解決問題的能力時，就會生成改進實驗和自行設(shè)計實驗的需求。在物理教學(xué)的過程中，適當(dāng)安排一些具有設(shè)計性質(zhì)的小實驗不但能夠使教學(xué)的氛圍變得活躍，而且能夠有效開拓學(xué)生的創(chuàng)新思路，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，這也是培養(yǎng)符合社會發(fā)展需要的創(chuàng)新型人才的重要途徑。

開展物理實驗教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑創(chuàng)新能力的有效途徑，教師應(yīng)在實驗教學(xué)中不斷提高學(xué)生實驗方案的設(shè)計能力，著力培養(yǎng)學(xué)生的實驗探究能力，從而使學(xué)生在實驗的過程中體驗，在體驗中獲得研究方法的改進和實驗?zāi)芰Φ陌l(fā)展，使學(xué)科素養(yǎng)得以實現(xiàn)，進而提高學(xué)生的質(zhì)疑創(chuàng)新能力。