基于創造性思維發展的高中物理實驗教學探研

楊發茂

摘要：創造性思維是以現有知識與經驗為基礎，根據一定的現象與過程，產生新的概念，形成新的規律，實現理論創新的高階思維。高中物理實驗教學有助于學生形成創新意識、創新精神、合作精神，提升實踐能力、動手能力和團隊協作能力，深化對物理知識的理解和應用，掌握科學的學習方法，形成良好的思維習慣，是促進學生創造性思維發展的有效途徑。在高中物理實驗教學中，教師可以找準思維起點、強化思維創新、活躍創新思維、運用創新思維等策略，為學生的創造性思維發展做好實驗準備、實驗設計、實驗教學、任務評價。

關鍵詞：高中物理；實驗教學；創造性思維；創新意識；創新精神；合作精神；團隊協作能力

中圖分類號：G633.7文獻標志碼：A文章編號：1008-3561（2024）11-0105-04

“科學思維”是指基于事實證據、科學推理對不同觀點和結論提出質疑、批判，進行檢驗、修正，進而提出創造性見解的能力與品質，是高中物理學科核心素養的內容之一。而創造性思維是學生形成提出創造性見解的能力與品質的前提，在“科學思維”的范疇之內。高中物理實驗是提高學生創造性思維的有效途徑。為此，教師要積極開發適合學情的實驗課程資源，讓學生利用已有的實驗器材多動手、多做實驗，以此提升學生的創造性思維等物理學科核心素養。本文結合教學實踐，在分析創造性思維內涵、實驗教學對學生創造性思維發展意義的基礎上，探究基于創造性思維發展的高中物理實驗教學策略，以此推動高中物理實驗教學改革，并為相關教育工作者提供教學方法和實踐的借鑒。

一、創造性思維的內涵

物理創造性思維是指學生在習得物理知識的思維活動過程中，基于現有物理知識與經驗，根據物理現象，產生新的概念，形成新的規律，實現理論創新的一種獨創而又奇特的思維。創造性思維可細分為初級、中級、高級三個不同的層次。其中，初級思維是指尚未擁有且與社會、科學價值關聯性不強的思維活動；中級思維是指以現有知識與經驗為前提，在觀察與思維活動中自主提出新的概念、建立新的規律以及發明新的裝置等綜合性思維活動；高級思維是指通過長期觀察和實驗，在反復探索和研究中獲得非凡成就的思維活動。同時，創造性思維并非基本思維模式，是形象、直接、抽象思維的綜合體。就形象思維而言，創造性思維具有其具象與意象；就直覺思維而言，創造性思維具有其靈感與頓悟；就抽象思維而言，創造性思維具有其概念與判斷及推理?？梢姡瑒撛煨运季S形式交錯，并具有動態互補的特點。本文以創造性思維中的初級思維為基礎，并將其細分為發散思維與集中思維。其中，發散思維具有輻射性，集中思維具有輻輳性，二者均以解決問題為導向，依托于解決問題與實踐活動，促使學生實現思維的交替循環[1]。

二、實驗教學對學生創造性思維發展的重要意義

1.有助于學生創新意識和創新精神的培育

高中物理實驗具有一定的探索性和創新性。為此，教師可通過實驗教學激發學生的創新意識、創新精神，培養學生的獨立思考和解決問題能力。

2.有助于學生深化對物理知識的理解和應用

學生在實驗中可直觀、形象地感受到抽象的物理知識。這個過程有助于學生深化對物理知識的理解，并將所學知識應用到實際問題中，實現知識的應用能力和實踐能力提升。

3.有助于學生掌握科學的學習方法，形成良好的思維習慣

實驗教學可幫助學生掌握科學的研究方法，形成良好的思維習慣，如觀察、假設、實驗、分析、總結等，以此提高學生的思維能力和創造力。

4.有助于學生合作精神和團隊協作能力的培育

實驗教學通常采取小組合作探究的方式開展，要求學生在實驗過程中相互配合，交流溝通，共同解決問題。這個過程有助于促進學生合作精神與團隊協作能力的培育。

5.有助于學生實踐能力和動手能力的提升

實驗教學強調學生的實踐能力和動手能力。在實驗中，學生要親自操作儀器，記錄數據，分析結果，并通過對比、概括、抽象，建立相應的物理概念。這個過程有助于提高學生的實踐能力和動手能力，促使其將具象思維與抽象思維相結合，實現創造性思維的發展[2]。

三、基于學生創造性思維發展的高中物理實驗教學策略

1.找準思維起點，為學生創造性思維發展做好實驗準備

觀察和實驗是學生獲得物理知識的有效途徑。學生創造性思維發展的起點也在于其具有較強的好奇心與良好的觀察力。在實驗中，觀察力可幫助學生基于實驗現象獲取新的知識信息，以此為學生創造性思維的發展提供素材與靈感，而好奇心起到的是催化劑的作用，可促使學生不斷探索未知領域，進而拓展自身的思維與視野。這就要求教師加強學情分析，然后以此為依據確定實驗教學目標，為找準學生思維起點做好準備，即在實驗前激發學生的好奇心，在實驗中引導其觀察物理現象，提出相應物理問題，并尋求解決問題的有效方法[3]。

例如，在“探究小車速度隨時間變化的規律”的實驗教學中，為激發學生的好奇心，培養學生的觀察力，教師可采取以下策略。第一，加強教材分析。本節課的切入點是引導學生尋找某種運動的規律與特點，要以某個具體事例的研究為前提，再根據問題進行深入探究。基于學生通過第一章節的學習初步掌握直線運動中速度測量方法的學情，為促進學生的創造性思維發展，在分析教材時，教師要加強實驗思路的總結，并做好實驗操作、數據記錄與數據分析等方面的準備工作，以激發學生的好奇心，引導學生借助實驗探究運動現象所蘊含的本質規律，確保學生的探究過程更加科學[4]。第二，加強學情研判。學生通過第一章的學習已經掌握平均速度及瞬時速度的定義、勻速直線運動的規律等知識，對變速直線運動速度隨時間變化規律的認識尚處于直觀感性階段。為此，教師可引導學生解決不同思維層次的問題，使其意識到通過實驗能間接獲取到速度數據，而數據與擬合圖像能通過科學探究獲取，并在尋找規律和科學探究的過程中，逐漸產生好奇心，提升觀察力。第三，營造實驗環境。開放、自由的實驗環境有助于激發學生的好奇心和求知欲，有助于激活學生的創造性思維，使其自主探索和發現物理現象，并勇于提出自己的想法和問題。為此，在實驗教學中，教師可設計具有挑戰性的實驗任務，鼓勵學生從多個角度思考問題，并找到解決問題的創新性途徑。第四，確定實驗目標。為激活學生的思維，為學生的創新性思維發展提供支撐，教師可在學情分析的基礎上確定實驗目標。本實驗的根本目標是促進學生的創造性思維發展，子目標有四個，具體如下。（1）將紙帶運動遷移到小車運動中，使學生對小車運動、紙帶運動二者的相同性形成初步認識。（2）引導學生通過實驗探究理順運動速度隨時間變化的規律，觀察與測量紙帶上的點的間隔規律，并計算測量數據、作圖，使其實現定性分析向定量分析的轉變。（3）引導學生結合測量的數值來計算瞬時速度，并建立標度科學的v-t坐標系，在坐標系中正確描點，同時將物體運動時的v-t圖像描繪出來。（4）使學生初步感受到圖像在物理規律表達中的重要性，并學會借助v-t圖像描述小車速度隨時間變化的規律[5]。

2.強化思維創新，為學生創造性思維發展做好實驗設計

在實驗設計中，教師應圍繞發展學生的創造性思維，體現實驗設計的科學性和有效性。其中，探究性實驗是引導學生通過觀察、假設、驗證和總結等步驟，發展自身的批判性思維和創新能力。為此，在實驗教學中，教師要注重培養學生的創新人格特質，如好奇心、冒險精神、自信心、堅韌不拔的毅力等，并讓學生認識到創新人格特質在科學研究和實際工作中的作用和意義，從而形成正確的學習態度。

繼續以“探究小車速度隨時間變化的規律”的實驗教學為例，其實驗設計具體如下。第一，結合實驗內容提出探究性問題，如灑水車在灑完水之后，灑水管滴落的水滴會形成一個運動軌跡，為此，教師可引導學生結合生活中的現象以及打點計時器的運行原理，通過水跡分析獲取車輛的運動軌跡，在此基礎上繼續提出問題讓學生思考[6]。（1）能否通過水滴的運動軌跡發現車的運動軌跡。（2）為掌握灑水車在某一時刻或者位置的速度，需要測量的物理量有哪些。第二，出示速度測量器材，設計不同的測量方法，引導學生分析探究其測量原理。（1）給學生提供氣墊導軌和數字計時器。在滑塊恒力作用實驗中，讓學生從同一個位置多次釋放滑塊，在釋放時多次改變擋光片的寬度，并記錄相應的寬度與時間，然后計算平均速度，根據實驗現象總結平均速度的特點。在此基礎上，教師可借助Excel表格呈現寬度與平均速度的特點，引導學生觀察圖像并思考為測量瞬時速度要確保擋光片滿足哪些條件，并通過實驗思考和驗證能否借助氣墊導軌和數字計時器相結合的裝置，找到速度隨時間變化的規律。（2）運用打點計時器。教師可引導學生在小車后面拖一條紙帶，分別用電火花計時器和電磁打點計時器打出點跡，據此分析不同打點計時器呈現的小車運動情況的區別與聯系，并思考能否運用打點計時器分析滑塊運動速度的時間變化規律。第三，引導學生借助實驗探究小車運動過程，并對獲取的數據做好記錄。（1）正確安裝實驗所需器材，掌握實驗操作規范。（2）認真觀察并讀出紙帶上的點的信息，根據各點的間隔變化，從定性視角對小車的運動情況進行判斷。（3）將合理計數點標出后開展測量，并設計相應表格，及時將實驗數據記錄下來。第四，引導學生加強數據處理，分析其規律。（1）引導學生結合速度記錄表的數據信息，思考小車速度隨時間的變化規律。（2）引導學生思考如何以直觀、形象的方式表示變化規律，在采用作圖的方法時，如何給坐標軸定標。（3）引導學生結合所描點思考能否獲取其他時刻的速度，分析連續與評估的依據，思考是否所有點均需出現在連線上，如何根據v-t圖像獲取運動規律信息等，以此讓學生結合實驗數據，擬合得到相應的圖像，找到小車速度隨時間變化的規律[7]。

3.活躍創新思維，為學生創造性思維發展做好實驗教學

以“探究小車速度隨時間變化的規律”的實驗設計為例，為活躍學生的思維，教師可在實驗中將質點設計為理想化模型，速度采用比值定義法，以此培養學生的極限思想，幫助學生發現相應的運動規律與特點，實現創造性思維發展。第一，導入環節?？刹捎们榫硨氲姆绞剑龑W生回顧打點計時器測量的物理量有哪些，思考運用打點計時器所打的紙帶能間接測算出哪些物理量。第二，實驗環節?？梢龑W生進行實驗設計，思考重物牽引的小車的速度隨時間的變化規律是什么，需要測量的物理量有哪些，應選用哪些器材進行測量?；谝陨蠈嶒炈悸罚瑢W生可將位移和時間作為測量的物理量。在計算瞬時速度時，每個計數點的瞬時速度是以這一點前后一段時間的平均速度來表示的。第三，數據處理環節。第一步是做好紙帶選取，讓學生以清楚的點作為起始點，將紙帶開頭較為密集的點舍棄，每間隔5個點作為一個計數點，且每2個計數點的時間間隔為0.1s。第二步是測量數據，在這一過程中，學生不能直接將相鄰2個點的間距作為測量對象，要先測量每個計數點與計時0點之間的距離，再將相鄰2個點的間距計算出來。第三步是計算瞬時速度，即用該點前后一段時間的平均速度作為瞬時速度。第四步是采用列表法進行數據處理，引導學生總結小車瞬時速度隨時間的增加而增加的規律。若采用圖像化處理數據時，應結合所得數據建立相應的直角坐標系。為確保圖像在坐標系中的分布，應注意選取合適的標度，再結合所得數據將各點所在位置描出，并觀察和思考每個點的分布規律。第四，實驗總結環節。教師可引導學生根據描繪得出的小車v-t圖像，總結小車速度隨時間的變化規律。例如，運用圖像判斷小車在勻加速直線運動中的特點，若所描各點基本處于一條直線上，且無較大實驗誤差，可以認為小車在做勻加速直線運動。在這條直線上，應盡量描出多個點，確保分布均勻。如果有偏差較大的點，需要刪掉。通過觀察v-t圖像，可發現勻加速直線運動的小車速度隨時間線性增加。也就是說，在相同的時間內，隨著時間的增加，小車的速度也會相應增加。這個規律對于理解和分析小車的運動特性非常重要。此外，v-t圖像還可提供其他信息，如小車的加速度。在v-t圖像中，加速度等于斜率的數值，因此，通過測量圖像的斜率，可以得到小車的加速度。第五，引入跨學科的實驗內容。教師可結合其他學科知識，培養學生的綜合素質和交叉思維能力，促使其實現創新思維。這種跨學科的實驗教學可幫助學生將不同學科知識融合在一起，形成更加完善的知識結構。例如，在上述教學案例中，教師可引入數學知識，讓學生運用數學方法處理實驗數據，或使用描點法、圖像法等數學方法，將實驗數據轉換成圖表形式，更加直觀地呈現小車速度隨時間變化的規律。這樣，通過運用數學方法處理實驗數據，學生能進一步加深對數學方法的理解，并提高應用能力。

4.運用創新思維，為學生創造性思維發展做好任務評價

學生創造性思維的運用離不開教師設計的學習任務。為此，在教學評價中，教師要落實教學高度一致的理念，為學生精心設計作業和任務，并聚焦真實的情境和實際過程，對學生創造性思維的發展情況進行評價。在評價任務完成情況時，可分別從學生完成任務的創新性、靈活性、流暢性、精細性、批判性五個視角展開。其中，評價創新性時，主要按照“學生是否能提出新穎、獨特、不同于常規的解決方案或見解”這一思路展開；在評價靈活性時，主要按照“學生是否能從多角度思考和解決問題，表現出靈活的思維方式”這一思路展開；在評價流暢性時，主要按照“學生是否能迅速產生多種想法或解決方案，思維流暢”這一思路展開；在評價精細性時，主要按照“學生是否能深入分析問題，考慮到細節，產生精細的見解或解決方案”這一思路展開；在評價批判性時，主要按照“學生是否能對產生的想法或解決方案進行批判性評估，判斷其可行性和優缺點”這一思路展開。為建設創新性實驗教學評價體系，關注學生的實驗過程和創新思維發展情況，教師可采取多元化的評價方式，包括教師評價以及學生自評、互評等，以保證評價的公正性和客觀性。評價內容可包括學生的實驗設計、實驗操作、數據處理和分析、團隊合作以及問題解決等多個方面，以鼓勵學生積極參與實驗操作，并在這一過程中發展實踐能力和創造性思維。

四、結語

綜上所述，基于創造性思維發展的高中物理實驗教學，以發展學生的初級思維為導向，有助于培育學生的創新意識與創新精神，深化學生對物理知識的理解與應用，幫助學生掌握科學的實驗方法并形成良好的思維習慣，提升學生的合作精神與團隊協作能力。在實驗教學中，教師應找準學生思維的起點，注重思維的創新、思維的活躍、思維的運用，以此借助實驗準備、實驗設計、實驗教學、任務評價，積極發展學生的創造性思維，提升學生的物理學科核心素養。

參考文獻：

[1]朱蕾.基于核心素養的高中物理課堂教學策略———評《核心素養導向的高中物理教學設計》[J].中國教育學刊，2023（11）：134.

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[3]饒華東，肖巧玲.深化物理規律理解培育正確物理觀念———高中物理誤用兩大定理問題的歸類剖析[J].物理教學，2023，45（10）： 48-51.

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[5]王棟然，馬亞鵬.基于科學論證的高中物理全反射教學案例研究[J].物理教學，2023，45（09）：2-6+31.

[6]張小帥.深度學習背景下的高中物理單元教學———以勻變速直線運動為例[J].廣西物理，2023，44（03）：110-112.

[7]王孫權.“問題引領式”教學模式下的高中物理教學探究[J].成才， 2023（10）：73-74.

Exploration of Senior Middle School Physics Experimental Teaching Based on Creative Thinking Development

Yang Famao

（Yongdeng County Xitie Middle School， Lanzhou City， Gansu Province， Yongdeng 730334， China）

Abstract： Creative thinking is a higher-order thinking that is based on existing knowledge and experience， generates new concepts， forms new laws， and achieves theoretical innovation according to certain phenomena and processes. High school physics experimental teaching helps students form innovative consciousness， innovative spirit， and cooperative spirit， enhance practical ability， hands-on ability， and teamwork ability， deepen understanding and application of physics knowledge， master scientific learning methods， and form good thinking habits. It is an effective way to promote the development of students creative thinking. In senior middle school physics experimental teaching， teachers can find the starting point of thinking， strengthen thinking innovation， activate innovative thinking， and apply innovative thinking strategies to prepare， design， teach， and evaluate experiments for the development of students creative thinking.

Key words： senior middle school physics； experimental teaching； creative thinking； innovation consciousness； innovative spirit；cooperation spirit； teamwork ability