创新教育的理论探索与物理教学实践

【摘要】一、创新教育在新世纪教育中的重要意义
二、中学生创新教育的内涵和内容:1、创新精神主要表现为创新意识和“质疑”精神。2、培养创新能力,主要表现为课堂教学的创新思维能力和实验教学中的创造能力的培养。 3、培养学生创新人格和协同合作的精神。
三、创新教育的探索与实践:1、教学中培养学生创新精神。2、挖掘学科特点,培养创新能力。3、培养学生创新人格和协作精神
【关键词】创新 探索 实践
一、创新教育在新世纪教育中的重要意义
现代社会是知识经济社会,而知识经济的核心是创新。当今世界的科技竞争、综合国力竞争越来越表现为创新型人才的水平和数量的竞争。创新教育是当今世界许多国家教育改革的焦点和核心,中华民族要实现伟大复兴,要矗立于世界优秀民族之林,必须要有全民族整体素质、科学水平的提高。学校教育是培养民族创新精神、创新能力的主渠道。教师要明确创新教育思想、创新教育培养目标和实施方案,在教学过程中才能唤醒学生的创新意识,培养学生的创新精神,提高学生的创新能力,使他们想创新、敢创新、会创新。
二、中学生创新教育的内涵和内容
创新是民族的灵魂,创新是科学发展的动力,是技术革命的生命。中学生创新教育的内涵应是: 通过创新教育使学生对已有的经验和知识进行分解与组合后,产生某种新的、独特的思想观点、思路设计、途径方法……的活动过程。
1、创新精神主要表现为创新意识和“质疑”精神。 要千方百计培养学生形成推崇创新、追求创新的观点和意识。只有在强烈的创新意识的引导下,学生才可能产生强烈的创新动机,树立创新目标,充分发挥创新潜力,释放创新激情。 创新的产品是独出心裁、前所未有的。因此创新是超越,而不是跟随。只有大胆向传统挑战,才可能创新。
2、培养创新能力,主要表现为课堂教学的创新思维能力和实验教学中的创造能力的培养。
创新思维的主要形式有:①联想思维。②直觉思维。③灵感思维。
物理实验是人类研究自然现象和规律的重要途径,也是人类发明创造的重要手段。物理实验教学,可以验证书本知识,然而更重要的是重温前人创造的思维的过程,从中受到启发,同时也培养学生的动手实践能力。
3、培养学生创新人格和协同合作的精神。 健全的人格是个体顺利发展的内在因素,是个人创新能力得以发挥的支柱,主要包括爱国主义情感、献身科学的精神、勇于面对失败,百折不挠的意志,求实勤奋的治学态度和较强的自信心。
协同合作精神是新世纪对人材的基本要求。新技术革命,使人类在已经到来的21世纪相互影响,相互依存。重大的发明创造,需要众多人才共同去探索、开发、创造。因此我们必须培养学生的协同合作精神,以满足未来社会对人材的需求。
三、创新教育的探索与实践
1、教学中培养学生创新精神
创新精神包括:创新的意识、热情、进取心、自信心、创新的胆略;敢于质疑坚韧不拔的毅力等等。在教学中,我们一方面要培养学生推崇创新、追求创新的观念和意识,鼓励学生解放思想、独立思考;另一方面要根据不同的教学内容启发、培养学生敢于质疑、善于质疑的创新精神。
首先,教师的教学过程要具有创新意识,为学生树立创新的表率。无论教材提供的知识多么完整,由于各种原因总会留下缝隙,只要我们积极思考,善于“钻空子”,就会有所发现,有所创新。例如,在动量守恒的验证实验中,落点为什么会有较大的离散,原因应在碰撞的过程中被碰小球所处的支座与等大的入射小球轨道的末端不能严格在一直线上,两球不是对心正碰。要减小误差怎么办?教学过程要引导学生观察这一现象,分析其原因,再由学生提出减小误差的方案,选出最佳的方案表扬。只要事事处处做有心人,善于思考,就会设计出灵活多变的教学方案,培养学生的创新意识。
其次,教学活动要使学生保持旺盛的好奇心和求知欲,脑海中经常出现“为什么”三个字。“月亮为什么不会飞走?”“苹果熟了为什么会从树上掉到地面上”,牛顿对这些自然现象的观察,引发思考研究,得出了十六世纪自然科学最伟大的发现——万有引力定律。教师要在教学过程中,使学生养成多问“为什么”的习惯。例如:物理概念为什么要这样定义?物理规律如何来的?实验为什么要这样设计?做错习题时更要问为什么会错?知识联系实际的“为什么”是创新意识的升华。例如:为什么我们乘车时会看到远处的太阳向前走而近处的树木会向后走?雨后的天空为什么会出现彩虹?为什么彩虹呈圆弧形等等,坚持不懈地寻根问底就会激发创新意识。
然后,在教学中要培养学生的“质疑”精神。人的思维活动起始于问题,有疑问才会去思考。有疑问是学习新知识、产生新思想、发现新观点的起点,教师要营造一个宽松的教学环境,也就要创造一个和谐、平等的教学环境,使学生勇于发现问题,敢于提出问题,渴求解决问题,他们的创新意识就会得到培养和发挥。
①提倡学生向教师的教学过程、教学内容质疑。教师的知识结构和教育教学模式都在迅速地老化,只有不断地“充氧”才能赶上时代的步伐。教师在教学中的言行举止对学生有潜移默化的影响,教师若能实事求是地但陈不足,和学生一起研究问题,就能成为学生培养质疑精神的好榜样、好朋友,好老师。学生敢于质疑的精神非常宝贵,要鼓励和提倡。
②鼓励学生对教材质疑。高中学生对知识、现象、实验等有旺盛的求知欲,对新异的事物,特别感兴趣,他们对学习的知识爱提出一些疑问,例如:在滑动摩擦力的教学中,有学生提出教材上给出的动摩擦因数都小于1,有没有大于1的呢?在演示分子间有空隙的实验中,得到酒精与水混和总体积缩小的现象。有学生提出所有两种液体混和的体积都缩小吗?有增大的吗?在光电效应的教学中,有学生提出入射光的频率增大,光电子数目增加否?在透镜的教学中,有学生提出反射光是在人射光区域相消的,透射光应不变,为什么还会增强呢?等等。说明了学生存着强烈的质疑意识,孕育着可贵的创新精神。
③大力提倡学生争辩。通过争辩活动可以提高学生质疑的敏捷性、灵活性。量子力学中的测不准原理就是海森堡与爱因斯坦等人长期激烈的争论后,在海森堡的脑海骤然出现的。长期引导学生进行争辩、互相质疑无疑会大大增强学生质疑的意识,使学生在质疑辩论中,搞清原来模糊的概念,更重要的是培养学生会持质疑的态度上课,锻炼思维的准确性、开放性,也提高了流畅表达自己的观点的能力。
2、挖掘学科特点,培养创新能力
每个人都具有天生的创造力。对于每个正常人来说,创新能力只有大小之差,没有有无之别。科学家与普通人的差别,不在其大脑聪明与否,而是在其创造潜能能否得到培养与开发。物理课堂教学的重点是培养创新思维,实验教学的重点培养动手创造能力。
⑴、培养学生创新思维能力。创新思维是一种具有主动性、灵活性、求异性、独创性和灵感性的思维方式,它往往能突破习惯思维的束缚,在解决问题的过程中,其观点富有创意。心理学研究表明:中学生热情奔放,充满对新世界、新事物的好奇,不畏艰难,勇于探索,对他们进行创新思维的培养,具备心理发展基础和可能牲。
①在物理教学过程中,从知识的传授、解题的思维等,都要加强联想思维的培养。联想思维主要是指在大量的经验知识的基础上,在创造激情的推动下,通过形象类比联想,把记忆中能反映事物特征的那些映象加以选择、提炼,重新组合成新的映象的过程。威尔逊发明的、被卢瑟福称为“科学史上最新最精彩的仪器”——“云雾室”,是与他在苏格兰群山的最高峰尼维斯峰度过几个星期,对山间云雾缭绕的瑰丽的光学现象的观察、思考分不开的。例如在讲解分子势能、电势能时,应启发学生联想弹簧的弹性势能、重力势能与分子势能、电势能之间的共性,比较它们的异性,从而使“机械”势能——“分子”势能——“电”势能形成一条链。又如:学习玻尔原子能级时,引导学生把核外电子在不同轨道上绕氢核运转的情况与人运地球卫星在不同轨道上绕地球运转的情况类比联想,从而掌握电子绕行的动能、势能、速度、周期等变化规律。应用类比联想将知识系统化是创新思维的基础。
联想思维将抽象的问题形象化,把复杂的问题简单化。卢瑟福在α粒子散射实验的启发下,在数字计算和逻辑推理的基础上,以丰富的想象力提出原子的核式结构模型。卢瑟福的脑海里浮现出这样的图景,反弹回来的粒子如此稀少,而速率又几乎和射击时相等,这不像子弹打在茫茫草原上的核桃上又反弹回来一样吗?这是何等生动的想象力。在教学中培养想象力是联想思维训练的重要方法。如子弹以一定的速度射击固定的相同厚度的木板,其阻力恒定,恰好能射穿五块木板,求子弹穿过各木块的时间比。从匀减速运动来思考这问题较难,可想象成让恒定牵引力作用下汽车从静止开始作匀加速直线运动,在相等位移内的时间比,再将比值关系反向排列为所求。
②直觉思维不遵循一般逻辑规则,不局限于传统的思维模式。因而具有创造性、灵活快捷的特点。直觉思维作为一种心理现象,必有其自身规律,从本质上讲是一种认识的突变,其机理是许多知识因素与思维活动能量积累到一定程度时迅速结合形成认识上的飞跃。这种飞跃产生基础有两个方面,合理而清晰的知识结构,是形成思维的内在因素;娴熟的专项技能是产生直觉思维的外部条件。
直觉思维产生机理告诉我们,结合物理知识与技能教学,追寻思维活动的路径,创设情境,能有效地诱发直觉思维。物理教学中,学生有扎实知识基础,理解各部分知识关系,优化知识结构,使学生对所学内容融会贯通,才能起到居高临下,高瞻远瞩的作用。面临物理问题就能迅速作出取舍,产生直觉。精选习题,系统地培训解决物理问题的专项技能,如整体与隔离法、观察联想、类比法、假设法、等效法、图象法、数列、极限法等,建立合理模式,熟练各项技能,提高思维的快捷性、灵活性,有助于直觉思维能力的发现。在中学物理教学中,要引导学生动手搞小制作、小实验、小发明、写小论文和科幻文章,培养他们的理论联系实际的直觉思维能力和创新意识。例如:学生遥控汽车在一平板小车上“进、停、追”平板车就会退、停、进,演示人在船上行走满足动量守恒定律的现象模似,使抽象的思维直觉化。再如用“超级特技飞行”玩具代替小球在脱离轨道运动,演示圆周运动向心力与速度的关系。用悬挂旋转飞机验证一维圆锥摆运动等,这样既培养了学生的创造思维,又使更多的学生用直觉灵感思维来分析和感知物理现象和规律。
③灵感思维的养成是个逐步积淀的过程,对中学生灵感思维的培养,主要是培养设想、猜想思维能力。布鲁纳说过:“在自然科学和普通生活中,我们常常被迫根据不完善的知识去行动,我们不得不去猜想。”中曾根说:“没有大胆的猜想,就做不出伟大的发现”。物理学史上的大量事例都是揭示科学创新这一本质的历史,让学生了解科学家打破常规思路的科学创新过程,往往会在学生的记忆中留下深刻的印象,久久不会淡忘。这对提高学生的创新能力是非常有益的。
科学创新来自于创造性的猜想。因此我们在教学中应重视发掘教材中有效因素。变换常规的教学方法,放开束缚学生思路的枷锁,有意识地引导学生进行合理的猜想。例如:在学习牛顿第二定律时,可引导学生从一些日常生活中的现象提出猜想:物体获得的加速度的大小可能与那些因素有关?是什么关系?然后再进行实验定量研究来得出结论。在讲等温变化的玻意定律时,由学生初中的热现象和生活经验,先猜想一定质量气体,在温度不变的情况下,压强和体积可能是什么关系?再通过实验来验证。又如在“原子核的人工转变”α粒子轰击氮核的教学中,α粒子轰击氮核产生了新的粒子是质子。这一现象发生是α粒子将氮核中的质子打出来的,还是氮核获得α粒子后形成新的原子核,再衰变产生的呢?允许同学们提出猜想,再引导同学们观察分析布拉凯特云雾室拍摄的照片。由照片中得到的三条径迹的事实,论证你的猜想是否正确。教材中有很多知识涉及科学猜想的思维,教师要充分挖掘教材的潜力,培养学生灵感思维,提高创新能力。
⑵、在物理实验教学中培养学生的创新能力。 在物理实验教学中,重视实验的创新与探索,设计问题的情境,显示知识获取的过程,实施“实验、启迪、引导”的教学模式,充分发挥物理实验在培养学生创新精神、探究能力、创造能力的特殊功效。
①、由学生自行设计小实验。例如:让学生自行设计不同物体与小木板之间的动摩擦因数的实验。同学们设计了不同的测定动摩擦擦因数的方案,有水平平面滑动,有斜面上滑动;有用橡皮筋伸长量比值法,也有弹簧秤读数法;有匀速平衡法,也有匀加速方法求解。又如:在自由落体运动的教学中,教师可让学生观察一些落体运动后,由学生分析这些运动的共同特征。提出“这些落体是否是重的落的快,轻的落的慢”,由学生设计简单的实验来说明。同学们议论纷纷地设计了很多的方案,最简单的是将质量差异较大的两石块从同一高度,同时释放。听落在桌上的声音是否有先后之差。再提出自由落体是什么性质的运动?你可以设计实验来验证吗?同学们积极思考,共同商量,设计出了用打点的方法来测;有用光电计时方法来测;有用闪光照相方法来测;最有创意而又简单的方法是“外报法”,物体从光滑斜面上加速下滑是匀变速运动,(这是已有的经验事实)增大角度物体的运动性质不变,只是加速度的值增大。当角度增大到90o时,就是自由落体运动,且只有重力作用,运动性质还应是匀变速直线运动。教学中使学生动脑,动手的实践中,感受“创新”成功的滋味,培养创新意识,提高创新能力。
②、学生的心灵深处都存在着使自己成为发现者、研究者、探索者的愿望,如果教师在教学过程中,重视把教学与学生的这种愿望相结合,注意为学生提供发现问题和运用知识的机会、创造解决问题的条件,学生的创新能力就会得到培养和发展,并能在研究过程中亲身体验到人类驾驭知识、改造现实的自豪感,这种内在的情感体验,会反过来激励学生再探索、再创新。例如:测电阻的实验中,给出学生足够的电学器材,让学生测小灯泡伏安特性曲线的实验,要求从零电压开始逐渐到额定电压为止。从器材的选择,电路的设计,测量记录到作出图象,分析图象的意义等都由学生自行设计。最后评比交流,使同学们相互学习,取长补短。再如单摆教学完成后,给出设计题目:提供一定容积的可乐瓶一只(瓶底有一小孔)、细线一根、米尺一把、小石子一块和盛水的桶一只。试估测水从此瓶底小孔连续流出的平均流量。较多的同学开始很茫然,因水的体积和水流时间都有连续性,通过同学们认真思考、观察,将已学的知识结合起来,多数同学能完成这个实验。从标签上读出水的体积。用细线与石子组成单摆测时间。这些实验与知识结合较好,又有较好的创意性,是培养学生创新能力的好方法。
③结合物理知识进行科技制作,如:电学知识学完后,布置学生作一个小型的风力发电机。可以用现成的发电机零件组装,也可用磁铁、线圈等制作发电机,自制风轮,让学生在制作过程中去探索怎样使轮转动得最快,怎样检测发电机的电流的大小等。最后在相同条件下对比发电量大小。再如:讲完全反射教学内容后,安排学生制作蜃景现象的模拟。同学们首先想解决的是有折射梯度的气层,经同学们的讨论研究,认为液体折射梯度容易实现,由不同液体接触面上的分子扩散来实现。学生在科技活动中,做了大量的小制作。如水位报答器,摇控航模,光控和声控继电电路等等。培养了学生的动手能力和解决问题的创新能力。
3、培养学生创新人格和协作精神
人们的价值观念正经历着从重视人的创造物的价值到重视人自身的价值的转变,面对人的品质评价已趋向于提倡人的创造型、开拓型的性格。因此,我们最终应把创新能力的培养落实到学生创新人格的塑造上,凡是有利于创新活动的个性品质,都是创新需要,称为创新个性,创新个性具有相当的完整性和持久性,对学生今后的发展将产生积极的和决定性的影响。
创新人格表现为:良好的思维品质、独立的个性特征。如质疑精神、创新意识;优良的意志品质;强烈的求知欲;不竭的进取精神。为塑造学生的创新人格,在教学中,应保护学生的好奇心,解除学生对错误的恐惧心理,鼓励独创性与多样性,鼓励幻想,鼓励向有创新精神的人学习和接触。
培养学生勇于面对失败的精神。在创造活动中,错误和失败远远多于成功。爱迪生发明电灯,瓦特发明蒸汽机,莱特兄弟把飞机送上天,都是建立在成千上万次失败的基础上的,事实证明,失败会使人聪明,“失败是成功之母”,在物理教学中要将科学家们可歌可泣的百折不挠的意志,献身科学的精神融合在知识传授中,增强学生的爱国主义精神、为人类的进步献身科学的责任心和勇于创新的顽强意志。
物理教师可利用灵活的形式,由学生组合成不同的物理兴趣小组,开展各种科技小制作、小发明、小论文等活动,举办物理知识竞赛,实验创新能手的评比等,办好科技板报、手抄报,使班内形成以创新为核心的班级舆论。教师要经常与学生交流创新体会,鼓励学生之间的适度竞争、相互合作交流相互了解和相互宽容,使全体学生的创造力和每个学生的创新能力相互激励同步增强。
创新教育的探索与实践使我们认识到,二十一世纪创新人材的培养是世界教育发展的主流。创新教育既关系到学生个人的可持续发展,更是国家和民族发展和进步的需要,所以我们必须树立正确的教育观念,真正地从应试教育转变为素质教育。努力提高自身创新能力。明确课堂教学是学生获取知识的主渠道,也是培养学生创新素质的主要途径。教学中贯彻创新意识是先导,创新精神是源头,创新思维是关键,观察、实践是途径,创新能力和创新人及协作为目标的教学原则。坚定方向,不断努力,一定能够培养出优秀的、具有创新能力的栋梁之材。
主要参考文献资料:
1、《创造学教程》:中国建材工业出版社,鲁克成等编着。ISBN7-80090-627-2/G?2;
2、《中国中学教学百科全书?物理卷》:沈阳出版社,许嘉璐等主编。ISBN7-80556-422-2/G?108;
3、《中学物理教材教法》:苏州大学出版社,张喜贤等编。

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