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物理教学中师生互动与创新能力的培养
一、明确物理学学科体系,树立正确的创新教育观
创造力是指能够创造出具有社会价值的新理论和新事物的各种心理特点的总和,是指能够独创性解决问题的能力。创造的标准具有狭义和广义之分:我们将第一次产生的、前所未有的、具有社会意义的产物和活动,称为狭义的创造,例如科学上的发现和发明、艺术作品创作等,狭义的创造性思维是少数人才才有的;而那些对本人来说是新颖的、前所未有的产物,就可称为广义的创造。从这个意义上来理解,对于正在成长中的中学生来说,他们在学习、生活和解决问题的过程中,有时也具有一定的创造能力和创造性。我们在教学上所提出的创新教育所说的正是这种广义上的创新。
创造力的形成与发展同诸多因素有关,但创造力与知识的关系最为密切,不存在超越知识的创造力。创新教育不能与知识传授分离开来,创新意识、创新精神、创新能力的培养离不开一定的知识基础,学生的学习能力、创新能力必须以科学知识为载体,运用科学方法而实现的,如果离开了基础知识来谈创新,是没有意义的。创新教育的关键是传授什么样的知识和怎样传授知识,学生又如何学习,才能有效地培养学生的学习能力,进而达到“学会学习”,实现创新教育。但同时我们也一定要注意到创造力的发展与知识的产生并不是同步的,学习成绩并不等于创造力。
由于创新不能与知识分离开来,所以我们要在物理教学当中去培养学生的创新能力,就必须仔细深入地去研究物理学科学科体系的本质。物理学作为自然科学中的一门基础科学,它是研究构成自然界的物质的基本结构和运动规律,及其应用的科学。物理学学科体系主要包括三部分,一部分是知识体系,一部分是观念体系,另一部分是科学方法体系。
物理理论是建立在实验基础上,而实验基础于理论知识密切结合在一起,因此我们把理论知识和实验基础统称为物理知识。物理观念是物理世界在人脑中留下的概括的形象,是人们对物理世界的根本认识,物理学科的发展,最集中反映在物理观念的变更上。例如经典力学建立的基本观念是机械论的物质观念和时空观念;电磁场理论的基本观念是场的概念;相对论则提出了依赖于物质和运动的空间和时间,相互联系的质量和能量,任何参照系对于物理定律的描述都是有效的等基本观念。中学阶段要建立的物理观念主要包括物质观、运动观和守恒观三个方面。科学方法是指正确反映研究对象的客观规律的主要手段,是人们研究活动得以顺利完成的程序、方式和规则,学会科学方法是提高创新能力的必要条件。
物理科学的内容是由物理知识、观念和方法以及实验基础构成的有机整体。那么在具体的物理教学当中,我们应该如何结合物理学的这些特点,与其它学科有机地结合起来培养学生的创新能力?
二、激发学生的探究兴趣,培养学生的创新意识
创新意识是指创新的愿望和动机,要激发创新意识就必须培养学生的学习和探究兴趣。物理世界是一个充满神奇的世界,大量的物理实验能显现各种奇妙的物理现象,并且物理与人们的生产生活紧密相连,非常切合实际,能够使学生感到学有所用,另外,物理学史又是一块儿能够激发学生探究热情的热土,所有的这些都能够激发学生学习物理的兴趣。我们应该根据学生的特点和规律,激发学生的学习和探究兴趣,这是物理教学实施创新教育的基本条件。
在教学中,兴趣能够促进学生去思考、去探究、去创新,它是发展思维,激发学生主动学习的催化剂,是调动学生学习积极性、自觉性和创新性的一种内在动力。物理学史的大量事实证明,强烈的创新意识来源于永不满足的好奇心和对科学的热爱。因此,我们在教学当中一定要充分利用实验、物理学史等方法来刺激学生那种隐藏在内心深处的求知欲,激发他们的探究兴趣,培养起他们的创新意识。
(1)做好物理实验
实验是物理教学的基础,它具有生动形象的特点,有利于激发学生的好奇心和求知欲,实验的一个重要特点是“动手操作,动眼观察,动脑思考”。在物理实验中,为了达到探索的目的,需要将观察、思维和操作紧密结合起来,它可以满足学生操作的欲望,但又不是单调的机械动作,因此可以将学生的操作兴趣转化为探索的兴趣,从而形成稳定的学习动机和认知兴趣。又由于实验本身的特点,它又成为中学物理教学培养学生开拓意识和创新能力的重要途径。面对“3+综合”实验教学,我们除了本学科的实验以外,我们还要注意跨学科实验能力的培养,重视运用物理实验的设计、思想和实验手段来分析化学和生物学的现象。
(2)结合实际,与“热点时事联系”,试着解决其它学科的问题
物理是一门基础自然科学,它的最大特点就是与实际生活联系紧密,这也是它的最大生命力之所在。而在我们的传统教学当中,我们往往忽视对知识在实际生活中的体现及其具体应用,不能把它与具体的事情联系起来,只是去得到一些结论,去计算一些问题。为了激发学生的兴趣,我们可以在平时的教学当中注意与实践结合,与“热点的时事”相联系去解决一些实际的问题。我们可以出一些与实际紧密联系的问题,比如:1999年6月20日,山西青年朱朝辉驾驶摩托车飞越黄河壶口瀑布,从而成为世界上驾驶摩托车飞越黄河第一人。假设摩托车在高出对岸落地点h的平台上起飞,河宽为d,则摩托车起飞时的最小速度应为    ?这样便用物理课上学的平抛知识来解决实际生活问题。另外我们还可以设计一些与其他学科相联系的问题,例如:2000年8月12日,俄罗斯北方舰队所属的“库尔斯克”号潜艇在巴伦支海参加舰队演习时失事。8月21日,由挪威和英国救生人员参加的救援工作宣告失败,“库尔斯克”号成员全部遇难。那么在潜艇长时间潜于水中时舱内乘员所需氧气是否充足呢?通常潜艇上使用氧气再生药板,氧气瓶和电解制氧等装置,以保证充足的氧气供应。(1)氧气再生药板,是一片涂有      的薄板,它能吸收二氧化碳,放出氧气。(2)氧气供氧时,假如乘员一共有25人,每个人每分钟需要氧气1.5L,氧气瓶中压强为5×106Pa,体积为90L,则可供全体艇员呼吸     小时?这样通过一道例题便将时事以及不同学科联系起来,激发了学生的学习兴趣,同时也培养了学生的创新能力。
三、发挥学生的主体作用,培养学生的创新精神
传统的课堂教学大都是“教师讲、学生听、教师写、学生记”的形式,课堂气氛沉闷,学生缺少主动权,更谈不上发展学生的创造性思维了。所以教师要落实如何从“教”的角度去唤起学生的“学”的兴趣,以学生活动为主线,充分体现学生的主体作用,让每个学生参与教学全过程,在参与的过程中,培养学生的创新精神。
1、 使用探究式教学
传统的教学以“板书”加“讲授”为主体模式,教师牵着学生鼻子走,致使学生养成“等、要、靠”的不良学习习惯,抑制了学生多种能力的发展。而探究式教学则主要以学生为主体,教师只是设计出如何导学,如何让学生自己看书解决问题,同时老师如何加以适当的引导。
一般教师先做好课前导学准备,让学生预习,在引入新课的时候,教师要运用生动有趣的方式导入新课,激发学生的兴趣和求知欲,为指导学生进行探究式学习营造良好的心理氛围。先让学生对照课前导学,结合新课内容梳理知识,并且与同学讨论,同时老师在教室内巡视,及时指导学生并与学生讨论,发现学生的共性问题与个性问题,并且回答学生所提出的“稀奇古怪”的问题,应充分肯定他们独到的见解,保护学生的创造意识,为培养学生的创造能力服务。对于学生所提出来的问题以及学生所出现的问题应拿出来让学生集体讨论、答辩,教师要注意组织好学生活动,充分尊重学生的见解,体现学生的主体地位,为学生发挥自己的想象力提供足够的空间,同时教师也应在方法上加以指导,将学生没有提出的问题提出来,让学生讨论,以保证教学内容的完整性。最后,教师应在学生讨论的基础上,加以总结和概括,并且迅速组织学生进行训练,在训练时仍然要注意鼓励学生独立思考,深入探究,与学生讨论解决不了的问题,这时老师就更要注意对学生进行技巧点拨,注重学生的总结和提高。使学生在讨论中积极思考,发掘潜力,使自己的行为具有创造性。
2、 指导学生设计“设计性实验”
“手脑结合,是创新教德育开始”,“手脑双全,是创新教育的目的”,脑和手是必须紧密联系的,其联系的程度将直接影响创新能力的水平,而我们的实验本身就是促进手脑联系的桥梁。实践证明,指导学生进行设计性实验的训练是促进学生手脑紧密联系的一项有效措施。设计性实验力求使学生感到有探索价值和设计必要,能引起学生兴趣,能培养学生动手动脑的能力。另外,实验设计应注意联系教学实际,努力从学生及实验的具体情况出发,通过启发引导、点拨指导,达到控制实验难度,降低思维台阶,逐步提高设计水平,进而达到培养学生创新思维能力的目的。
例如,在研究单摆振动规律的教学中,为了帮助学生进行实验设计,首先应当向学生介绍在多种因素可能影响单摆周期的情况下,为了判断周期与某一因素的具体关系,较为简便的方法是“控制变量法”,并加以“同时比较”。即在控制其它变量不变的情况下,将某一物理量量值不同的两个单摆放在一起摆动,比较振动快慢,从而得到周期与摆球质量以及振幅无关,这样研究的重点就转移到判断周期与摆长的关系上来。至于对有一定难度的周期与重力加速度的关系,我们可以通过虚拟变量引导学生思考:如果g增大,T将如何变化?由于导致单摆振动的回复力来源于重力,若g变大,则回复力变大,故单摆振动加快,即周期T变小。
3、 拓宽学生视野,激活学生学习主动性
如何拓宽学生视野,激活学生学习主动性?我们可以尝试一下给学生一个话题,让学生自己看书、找资料、上网去查信息、甚至写论文,都不失为好的方法。
现代社会是“信息化”的时代,一个人对信息能否掌握直接影响到这个人能否发展,也直接影响到一个人能否创新,能否成功。在物理教学中,不仅仅是直接灌输给学生某些知识,而是给学生一个话题,调动他们自己去看书、查资料、甚至写论文,这样可以逐步培养他们处理信息的能力,从而使学生学会从一大堆信息中找到自己所需要的资料,开阔思路,利于创新。
比如,我们学校一位老师在讲《人造地球卫星  宇宙速度》这一节的时候,她首先在前一周就给学生布置下一个任务,让学生去查找一些关于人造地球卫星的知识,并把它们归类。任务布置下以后,同学们教积极的去查找资料,有的去国家图书馆,有的求助于网络,总之想尽了一切办法,结果课上讨论时,同学们积极发言,课堂气氛十分活跃,甚至有些知识连老师都不知道,这样既使学生锻炼了自己的能力,又学到了一些知识,还引发了他们的兴趣,可谓一举多得。
4、 鼓励并教会学生敢于质疑,善于质疑
亚里士多德说“思维自疑问和惊疑开始”,判断学生学得如何,学得是否积极主动,不仅要看学生回答了多少问题,还要看学生提出了多少问题及问题的价值。如果学生仅停留在回答老师提出的问题上,还不会质疑和问难,说明学生还不会思考,它的理解还只停留在知识的表层上,学生自己发现问题、解决问题更有利于培养学生的思维能力。
物理教学中的质疑,主要是从观察到的物理现象、从实验中得到的数据、从实验的理论解释、从理论的逻辑推理等方面提出问题,或从那些似乎没有问题的地方提出高质量的问题,使之同中见异、异中见同、平中见奇。我们在教学中要适时地结合教材向学生介绍古今中外著名学者多思多问,自问自答,刻苦努力创造发明的故事。例如伽利略通过敏锐的观察和思索,推翻了亚里士多德的“物体越重,下落的越快”的错误观点,从而揭示了自由落体运动的规律。同时,我们在教学中还要教给学生怎样质疑,作为教师必须在教学中从学生已有的认知结构和思维水平出发,采用适当例子作引子,让学生带着问题学,随着问题的深入学习。因此,在平时的教学中注意“鼓励”学生质疑,指导学生善于质疑就尤为重要了。
总之,科学创见始于提问,没有提问是不会有所创新的。为此,教师在教学中要有意识地激发学生质疑,培养学生良好的质疑习惯,以利于开发学生的潜能,从而培养他们创造性思维的能力。
四、渗透物理科学方法,培养学生科学创新
中学物理教学大纲中明确规定“要重视科学态度和科学方法的教育”。所谓物理科学方法,就是指在物理学发展的过程中,物理学家研究处理问题的思想方法和手段。常用的方法有:观察与实验方法、归纳与演绎方法、科学抽象与理想化方法、比较与类比方法、分析和综合方法、数学方法及科学假说的方法,这些方法大多隐含在物理知识当中,例如牛顿第一定律就是理想化方法,原子物理学中经常使用的就是科学假说的方法。
知识是宝贵的,但知识只有通过具体的方法加以应用才能体现出知识的价值,所以那些得到知识的方法就显得比知识本身更为重要,只有将方法掌握了,将来才可能利用这些方法去科学的创新。我们的学生将来不一定都成为物理学家,他们在学校所学的知识也不一定在实际工作中都能直接应用,并且随着时间的推移,在学校学的“完整知识体系”也会变得支离破碎。为此从长远观点看,掌握得来知识的科学方法比知识本身更为重要。
进行科学方法教育,不能脱离物理知识的教学,我们要寓科学方法教育于物理教学之中,挖掘教材中的科学方法论的素材,以物理知识为背景进行科学方法教育。科学方法教育的具体内容,往往是以隐性的方式出现在教材中的,所以科学方法必须与物理知识教学相结合,以知识传授作为方法教育的载体,让学生在学习知识的过程中潜移默化地受到科学方法的熏陶。
参考文献
1. 刘军、吴永熙 《论物理教学中的科学方法教育》 网络下载
2. 凌瑞初 《培养学生主动学习的精神,提高学生主动探索的能力》 
3. 物理教师 岳燕宁  《重视知识的产生和发展过程的教育 培养学生的科学精神和创新思维》 物理教师   董加选  《高中物理教学中实施创新教育的策略》  网络下载
4. 顾香娟  《试论自然科学课程与创新教育》  物理教师陈行  《关于中学物理教学改革的几点思考》  网络下载
5. 苏明义  《如何运用学史进行科学方法教育》
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