自主实验教学中学生创新能力的培养研究

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　　摘   要：培养学生的创新能力是新时期教育教学改革对教师的基本要求，文章分析传统实验教学中存在的主要问题，提出了自主实验学习模式设计、操作原则、培养目标及开展自主实验教学的实施效果，为自主实验教学中学生创新能力的培养提供了模式。
　　关键词：自主实验;创新能力;模式
　　作者简介：刘煜民，广东省深圳市龙岗区龙城高级中学教师。（广东  深圳  518172）
　　中图分类号：G632      文献标识码：A      文章编号：1671-0568（2019）10-0085-03
　　一、问题的提出
　　当前，培养学生的创新能力，已成为学校教育的重要目标，创造性地教，教会学生创造，这是对教师的基本要求。物理、化学、生物属于实验科学，其知识的形成、规律的探究都依靠实验，因此，通过实验教学培养学生的创新能力也就成为学校实施创新教育的重要途径，但传统的物理、化学、生物实验教学模式是教师演、学生看，教师的角色是“演员”，学生的角色是“观众”。学生实验的实验原理、实验步骤、数据处理方法，甚至数据记录表格都是教材或教师设计好的，致使学生对实验缺失兴趣，使实验教学效率偏低。
　　从学习内容、研究方法、科学思维、创新方法等角度来看，物理、化学、生物实验、研究性学习课程、通用技术课程之间存在整合的可能性。为了改变传统的实验教学模式，让学生在实验探究中迅速提高科学素养和创新能力，并提高研究性学习课程、通用技术课程的教学效果，我们构建了一种新的自主实验学习模式，以探究学生创新能力培养的新途径。
　　二、自主实验学习模式培养目标
　　自主实验学习模式的培养目标是多元的，既有知识目标，又有情感、态度、价值观目标，更有能力目标。实践证明，创造性思维是创新能力的核心，中学生创新能力的外在表现为创新学习能力和创新发明能力。其中，创造性思维能力、学科创新学习能力、科学探究能力和创造发明能力是四位一体的，本模式着重从四个方面提高学生的创新能力。
　　1. 创造性思维能力。创造性思维是相对于常规再现性思维而言的一类高级思维，是人们在已有经验的基础上，发现新事物、创造新方法、解决新问题的高级思维过程，它注重发散和求异，本模式重点关注学生创造性思维的流畅性、灵活性、独创性和精密性。
　　2. 创新学习能力。创新学习是指学生在教师的指导下，不迷信书本上的知识，而是在已有知识的基础上，结合实际，独立思考，组合加工，大胆探索，积极提出一些新思想、新方法。创新学习的主要特征是质疑、联想、迁移、变通、组合和标新。
　　3. 科学探究能力。通过开展实验探究活动，反思学科学习中的实验缺陷，将实验探究的知识科学化、理论化和系统化，提高实验设计、操作和评价能力，在此基础上开展专利发明的探索。
　　4. 创造发明能力。创造发明能力是创造力的具体体现，创造发明能力的高低可用创新成果的数量和质量衡量。本模式注重学生创造发明作品的新奇性、适用性和突破性，利用上述标准对学生的创新设计和创新成果（实物作品、创意作品）进行评价和引导，进而提高其创造、发明能力。
　　三、自主实验学习模式设计
　　自主实验学习是指在多学科教师指导下，学生自主发现、自主设计、评价、操作、总结、反思和拓展的实验形式，它对学生的综合素质有较高要求。自主实验包括演示实验、学生实验、创新探究实验和教具发明等内容。
　　1. 自主实验学习模式相关素质的跨学科培养。
　　（1）创新思维、创新方法的训练与渗透。实验探究过程是一个创新的过程，为了保证学生在实验探索的过程中创造性地提出、分析和解决问题，加强创新思维和创新方法的训练尤为必要。创新思维和创新方法有许多，本模式中重点强化的创新思维和创新方法有：发散思维、联想思维、直觉思维、求异思维和例举法、组合法、头脑风暴法、信息交合法、类比移植法、检核表法、价值分析法等。
　　（2）实验基本方法学习。是指对科学研究过程、实验设计思路（包括实验目的和内容的确定、实验原理的选择、实验变量的分析界定和控制方法，实验过程设计、实验器材的确定方法）、实验数据的记录、处理等知识技能的系统学习和训练，这是自主实验科学性、有效性和教育发展性的重要保障。
　　上述相关素质的训练和培养在研究性学习和通用技术课程中开展，一般采用任务式教学法。例如，通过开发一种新饮料来学习信息交合法和商品概念法，通过伽利略理想斜面实验演示器、氯气制取与性质实验的改进的发明活动学习例举法、价值分析法和头脑风暴法，通过影响化学反应速率因素的实验研究、关于钼是否是玉米生长所必需的元素的实验研究、二氧化硫性质探究学习实验设计和变量控制方法等。
　　2. 自主实验学习模式的操作流程。
　　操作流程说明：自主实验以课题组形式开展，每次任务都由课题组成员共同完成，因而要求课题组成员合理分工、科学组织探究。
　　（1）目标呈现。学生提出或教师提供实验目标、实验内容或问题背景。其中，演示实验、学生实验由教师课前提供实验目标和实验内容;创新探究实验由学生自己提出或教师课前提供实验目标和实验内容;教具发明由学生自己提出或教师提供设计问题。
　　（2）背景学习。课题组成员共同学习与实验目标、实验内容相关的知识，了解现有的相关仪器设备及药品特点等，其中，对于教具发明类课题还要求进行技术创新。
　　（3）自主設计。选择实验原理、确定实验条件控制方法、设计实验程序、确定实验用品、明确实验结果的呈现、记录和处理方式等。要求以头脑风暴会的方式产生多个设计方案，通过综合比较、评价，优选1～3个实验方案参与互动评价。教具设计是利用创新思维和创新技法解决实际问题进行创造发明的过程。教具设计活动包括对已有教具的改进、设计新教具演示学科中的某一规律或原理及由此引发的其他创造发明活动。 　　（4）互动评价。一般分三种评价方式。①相关教师评价：每个课题组的实验设计方案（1～3个）上交给相关任课教师，由该教师评价并提出改进意见，直到科学合理为止。②课题组互评：由相关任课教师调配，课题组之间互评。③利用研究性学习和通用技术课互评：每个课题组选择最佳实验设计方案参与课堂互评，互评以头脑风暴会的方式在研究性学习和通用技术课中开展，程序为：陈述→互问→优化。优化后的实验设计方案交给相关教师，再由该教师评价并提出改进意见，直到科学合理为止。对于教具发明，优化后的设计方案交给研究性学习课和通用技术课教师，再由该教师评价并提出改进意见，直到科学合理为止。
　　（5）自主操作。演示实验改为学生演示：该学科教师从学生的实验设计方案中选择最佳设计，课堂上由该课题组派代表上台演示;学生实验按每个课题组的最佳实验设计方案在实验课时自主实验;创新探究实验按每个课题组的最佳实验设计方案在社团课时自主实验;教具发明由研究性学习和通用技术教师指导完成模型的制作。
　　（6）总结反思。对实验数据进行科学处理，对实验过程进行反思和评价，撰写实验报告和工作报告。笔者认为，教具模型由研究性学习、通用技术教师和相关学科教师指导完成技术试验和技术革新。
　　（7）拓展延伸。由该实验引发相关的问题。开展问题拓展头脑风暴会和衍生问题展。
　　四、自主实验学习模式的操作原则
　　1. 自主原则。实验教学中要构建民主、和谐的师生关系，尊重学生的主体性，强调自主设计、自主思考、自主操作;强调独立、批判和开拓，鼓励学生发表不同的意见并采用不同的表现方式。
　　2. 开放原则。开放原则包括如下几个方面：①内容开放，既有课本中的问题，也有非课本中的问题;既有实际性问题，也有虚拟性问题;既有本学科中的问题，也有其他学科中的问题;②思维开放，强调思维的发散、联想、迁移、变通、新颖和独创;③时空开放，强调课内、课外相结合，个人探究与小组合作探究相结合。
　　3. 延缓评价原则。在实验教学中，注重相互激励，教师对学生，学生对学生的设想、意见等不当场进行分析评价，而鼓励学生开放思维，并善于利用他人的智慧，学会转化、创新他人的想法。在充分开放思维后，再进行缜密的分析判断和评价。
　　4. 动机激励原则。动机是行为的内驱力，在实验教学中，教师要鼓励学生增强成就感，在讨论中，在解答问题的过程中，在自我学习中，在实验设计与操作过程中，在创造发明过程中要体验到成功的快乐，感受到自身的价值，要创造条件激发学生的学习探究动机。
　　5. 理论与实践相结合原则。在实验教学中，教师既要强调理论的分析探讨，也要注重实际操作和应用，要让学生在实践中体验、反思、修正和提升。
　　五、讨论
　　1. 自主实验学习模式有效实施的关键在于常规化。任何一种教学方法只有变成一种教学常规后才能显现其效果，自主实验学习模式改变了学生原有的学习程序和学习方式，思维定式的力量一定会阻碍学生主动改变，因此，教师的引导、激励与监督就显得尤为重要。
　　2. 自主实验学习模式对学生创新能力的培养效果显著。自主实验学习模式为学生提供了广阔的自我发展机会和发展空间，学生在自我发现、自我设计、自我操作、自我总结和反思中，在激烈、开放的交流讨论与评价中激发潜能，发展创造性思维，培养创新意识，优化创新个性，进而提高创新学习能力和创造发明能力。这种教学模式使学生彻底从按部就班的被动学习中解放出来，极大地提高了学生的积极性和主动性。同时，这种教学模式也促使教师打破传统的千篇一律的教学程式，要求教师在教学中思想开放，大胆创新。
　　3. 自主实验学习模式的有效实施能显著提高学生的创新学习能力。实践证明，自主实验学习活动的开展改变了学生现有的学习程序和学习方式，促使学生提前学习、自主学习、合作学习和探究学习，教师的鼓励、团队智力激励式学习和自我表现，调动了学生学习物理、化学、生物的积极性，培养了他们科学的学习方法，发展了创新学习能力，使他们在学习过程中从单一模仿思考问题逐步发展为能从多角度去联想，较快地提高学科成绩，同时，反过来又能促进自主实验学习。
　　4. 自主实验学习模式能促进学生实验设计能力和动手能力的提高。通过自主实验学习活动，学生从原来不重视科学实验到自觉地设计实验、创作自制教具，开展创新实验，既丰富了知识，提高了实验设计能力，又培养了动手能力，使学生终身受益。
　　5. 以学科学习为载体，开展自主实验学习，对学生进行科技创新教育具有可行性。科技创新教育作为素质教育的重点，一直为教育界所广泛关注。本研究提供了一种切实可行的学科科技创新教育途径：以实验改进和教具改进为载体，开展创新思维和创新技法训练，进而将科技创新活动引向其他领域，这种学科科技创新教育活动必将增强学生学科学习兴趣和学习能力。
　　6. 实施自主实验教学时应尽量拓展学生学习的生长点。为了更好地激发学生的探究积极性和探究时空，实施自主实验教学时应尽量拓展学生的学习生长点。学校定期举行科学论坛、科学讲座、科学沙龙、论文答辩活动，举办小改进、小制作、小发明比赛，对优胜者给予必要的精神和物质奖励;学校注重“请进来，走出去”，开展各种各样实践活动：近年来，学校不间断地聘请各高校、科研单位的知名专家、教授、学者（如袁隆平、神舟飞船发射的科学家等）来校讲演，不定期组织学生到华为、神舟、中兴通讯、隆平高科等高新技术企业和科研单位参观，开阔了学生的视野，激发了学生学习和探究的兴趣，这些活动的开展对自主实验教学起到了积极作用。
　　创新教育是一项持之以恒的系统工程，它必须与学科教学关联才具有生命力和可持续性。通过多年的不断探索，我们取得了一些成绩，目前，已开发了几十项与学科学习有关的发明成果，现有十多项成果已申请国家专利，有多项作品在各级各类创新大赛中获奖。应该说，上述自主实验学习模式还有不少探索的空间，我们在后續教学中将不断改进，共同推进创新教育事业的发展。
　　参考文献：
　　[1] 陈龙安.创造性思维与教学[M].北京：中国轻工业出版社，1999.
　　[2] 叶瑞祥.创新学习能力论[M].天津：天津教育出版社，2004.
　　[3] 蔡惠京.创造力开发教程[M].长沙：湖南大学出版社，1997.
　　责任编辑   范艳玲
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