Question

如何在高中物理实验中培养学生的思维能力

Answer 1

“创新是一个民族的灵魂”，在全面实施素质教育的今天，人的最重要的素质是创新能力。物理教学中培养学生的创新能力是实施素质教育的重要内容。新课标指出，物理课程不仅应该注重科学知识的传授和技能的训练，而且还应重视对学生终身学习愿望、科学探究能力、创新意识以及科学精神的培养。实验教学对培养学生的创新思维能力有着至关重要、不可替代的作用。下面就如何在实验教学中培养学生的创新思维能力，与同仁共同探讨：
一、更新教学观念，加强设计训练
教师教学观念的陈旧已严重阻碍了学生创新思维和创新能力的发展。由于我们长期徘徊在“做实验不如讲实验，讲实验不如背实验”的“应试教育”的怪圈里，直到现在，还有部分教师把演示实验甚至学生实验课作为讲读课来上，根本就谈不上什么探索性、开放性的实验课。从根本上有悖于新课标的精神和新教材的要求。因此，作为教师，要想培养创新人才，必须树立创新的观念，立足于开发学生的实验潜能，点燃学生创新的火花，保护并尊重学生的主体发展与创新精神，让学生由教的对象，变为学的主体、创新的主力。在物理中应该把更多的精力、时间投放在学生创造性解决问题上。
设计实验对培养学生的创新思维和实践能力具有“新颖”、“有趣”的特点，并有助于对学生进行发散性思维的训练。“新颖”并不是无原则的新，而是以学生现有知识水平为基础；“有趣”即要有趣味性，以激活学生的求知欲，引导学生进一步思考探索。例如，在“测定小灯泡的功率”的实验中，除按课本上的方法测定小灯泡的额定功率外，教师可引导：若题目中不具备电压表或电流表中的任意一个，而是给出了一个已知阻值的电阻，同学们能不能测出小灯泡的功率呢?可让学生动手做一做。当学生完成这两步后，教师再深入引导，“假如已知电源电压，而电压表的量程小于灯泡的额定电压时，怎样测量小灯泡的额定功率呢?”这样步步引导，逐渐深入，利用新颖、有趣的实验设计，激活学生的思维。不但提高了学生灵活应用知识的能力，更重要的是培养了学生从不同角度、用不同方法解决问题的发散思维能力，有效地促进了学生创造力的培养。
实践表明：指导学生进行设计性实验的训练是调动学生动手和动脑积极性的一项有效措施。设计性实验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，进而培养学生的创新思维能力的目的。
二、引导发现探索，活跃创新思维
实验总是以发现，以探索作为追求目标的。虽然物理实验中的现象和规律通常都是前人已经发现的，但对学生来说却依然是未知的，因此，在实验教学中，教师应当努力把发现的任务交给学生，在让学生成为发现的主人的同时，让他们充分体验到智力劳动的艰辛以及科学发现的喜悦，从而激发其强烈的探索精神，培养学生的创新思维能力。例如，在“用伏安法测导体电阻”实验中，教师先给各组提供一个阻值相同的电阻让学生测量，由于有的学生将电流表内接，有的将电流表外接，势必导致彼此间测量结果的较大差别（甚至可以是成倍的差别），疑惑也就由此产生：“相同阻值的电阻其测量值为何会有这么大的差别？”“哪一个测量值比较准确？”“怎样才能减少测量的误差？”这时，学生会怀着解决问题的迫切心情去通过实验并结合实验原理及误差的来源进行探索。进而会使他们发现，电流表内接与外接测量同一电阻，会导致测量结果的较大差别，为了减少测量的误差，应根据被测电阻的大小及电流表、电压表的内阻等具体情况确定电流表的接法。但由于这种简单伏安法电路本身的不完善，不论是采用电流表内接还是外接，都有系统误差。那么，能否消除这种系统误差呢？为此，可向学生介绍补偿的思想，引导学生设计出原理上较为完善的电压补偿和电流补偿电路。这时，由于电流表和电压表不够准确带来的误差又会成为主要矛盾，如何解决这个矛盾？经过进一步引导，可使学生认识到，如采用准确度高得多的电阻箱和灵敏度很高的电流计来代替电压表和电流表，便可大大提高测量精度。最后，再让学生分别用上述三种方法实际测量同一个标准电阻的阻值，比较测量的结果证实了理性的分析。即通过如此的发现探究，学生对怎样较准确地测量电阻的问题也就有了深刻的认识。
三、重视预测猜想，掌握研究方法
心理学的研究表明，人通过思维在头脑中创造出某些没有经历过或现实中尚未发现的事物的形象。人们借助这种思维（即想象）常能在未经逐步、仔细分析的情况下迅速对问题的答案作出一些合理的预测或猜想。这种预测或猜想是创新思维的一种重要形式。正如牛顿所说：“没有大胆的猜想，就做不出伟大的发现。”事实上，法拉第正是根据电能生磁猜想到磁能生电，并最终发现了电磁感应定律。鉴于此，在实验教学中要对学生进行预测和猜想能力的训练。如在研究“单摆的周期”时，可先让学生猜想可能影响单摆周期的因素，进而引导学生设计实验方案，选择实验器材，并用实验去验证自己的猜想。当然，预测和猜想可能是正确的也可能是错误的，当学生通过实验发现自己的预测或猜想是错误的时候，也就为下一步进行成功的预测或猜想创造了条件，这就是人们常说的“失败是成功之母”的道理，实际上，“尝试错误”作为一条重要的学习原则，在实验教学中恰当地加以运用，对培养学生的创新思维能力同样是有积极意义的。
中学物理实验重视实验的方法和设计思想、探究问题的思路。一个物理概念和规律的形成，就有与之对应的科学方法的形成。而科学方法又是体现在具体物理知识的认知过程中，只有把认知过程充分而合理的展示出来，学生才能看到科学方法是怎样提出，从什么角度，用什么方法解决问题的，从而掌握科学的方法。例如，学习“科学探究：声音的产生与传播”一节的教学中，在学习完“声音是由于物体的振动而产生的”后问学生，“物体振动了就一定能发声吗？发声就一定能听到吗？”再通过一些简单的小实验让学生随堂练习，加以验证，使学生在实验过程中领会有关声音的知识。
四、鼓励独立思考，保护创新火种
独立思考是形成创新思维能力的前提和条件，学生的独立思考能力只有通过经常的独立思考活动的锻炼才能逐步形成，而物理实验本身就是独立思考活动的一种有效形式。因而，在实验教学中教师应将学生推上思考问题，解决问题的主体地位。例如，在研究感应电流的方向时，教师不是把感应线圈的绕向、电流表指针偏转方向与电流方间的关系的结论简单告诉学生，而是让学生通过实验和思考自己去弄清个中缘由。在此基础上，引导学生思考，既然感应电流是由磁通量的变化引起的，那感应电流的方向会不会与磁场方向及磁通量的变化情况有关呢？若有关系又该有怎样的关系呢？进而再让学生通过实验进行探索和研究自行得出结论。促进学生独立思考要注意立足学生认知及思维发展水平，要让学生“跳一跳”能摘到“桃子”。必要时，还要帮助学生向上推一把，至少要让他们能触摸到“桃子”。需要强调指出的是：在实验教学中，还要努力使学生逐步形成独立列出实验步聚，独立选择实验器材，独立进行实验操作，独立设计记录表格，独立分析实验结果的能力。而离开学生的独立思考，实验能力的培养就会成为“空中楼阁”，当然也不能奢谈什么创新思维能力的培养了。
另外多给学生一些鼓励，对学生的正确行为或好的成绩表示赞许，保护创新的火种。学生时期自我评价能力较低，常常默认教师的评价，而且常以教师的评价衡量自己在群体中的地位。同时，又常从成人的表情或语言判断对其的评价，带有一定片面性。因此，教师应对学生正确行为表示明确的赞扬，使学生明白教师对他们的评价，增强他们的自信心，使学生看到自己成功的希望。比如：教学中宜常使用表扬的语气词，如：“很好！”“太棒了！”“不错”“有进步”等等表示你的关注和赞许。
五、丰富课外实践，培养创新意识
物理中的不少概念、原理都比较抽象、枯燥，而新教科书中的“信息窗”、“交流与讨论”、“迷你实验室”等，大多数都是学生课外的实践和小制作等，再加上没有现成的器材，这就需要学生在实验过程中多动脑、多动手，充分挖掘潜能，寻找性能相似的代用品。通过自己的摸索，让学生在实践摸索中创新。
另外可开展形式多样，丰富多彩的社会实践活动。如组织物理兴趣小组探讨与物理有关的课题，如自行车中的物理问题、电饭锅原理与故障维修、照明线路安装；开展社会调查，写调查报告；带领同学参观工厂、参加社区活动等。通过以上的实践活动，不仅可以培养学生创新意识，而且还可以增进生存体验，形成服务意识，强化社会责任感，进一步提高学生的综合素质。
总之，在物理教学中，不断地利用实验教学培养学生的创新思维能力，能使学生对实验仪器的用途和实验原理的理解不落俗套，敢于求异，解决实际问题能多方设想，不拘一格，不断地运用发散思维方法解决问题，才能摆脱习惯思维的束缚，拓宽思维范围，从而使创新思维得到发展，以适应当前素质教育的需要。