高中物理演示实验中创新思维培养策略探究
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作者:陈珂
摘 要：随着课程改革不断推进，高中物理教学有了更高的要求，学生创新思维能力的培养日益得到重视，素质教育将创新能力列为重点，新课程标准将“质疑创新”归为科学思维四要素之一。物理学是一门以实验为基础的自然科学，物理演示实验是物理教学中最直观、最形象的手段，是提高物理教学质量的重要途径，也是激发学生对物理学科产生兴趣的最好手段，对提升思维能力具有非常重要的意义。因此，本文将从创新思维的概念与特点出发，根据演示实验的教学特点以及创新思维培养现状提出具体的改进措施，从而为培养学生的创新思维提供一些借鉴。
关键词：高中物理;演示实验;创新思维;培养
创新思维是一种以发散思维为指引，通过运用直觉思维、形象思维、逻辑思维，突破原有的思维定式，以灵活、新颖的方式和多维的角度探求事物运动内部机理的具有积极意义和价值的思维活动。创新思维不是某种基本的思维形式，而是几种思维有机结合所形成一个有機的整体——创新思维结构。在通过物理演示实验对创新思维进行培养的研究中，除了创新改进实验、创设问题情境外，关贞津认为应当对实验进行拓展和补充，从而让学生多层面、全方位地了解物理规律的全貌;姜慧媛认为教师应该边教边实验，改变传统的教师讲、学生听的教学模式;鲁世明认为应该增加学生的参与度，增强实验的探索性;陈爱明认为先让学生掌握物理基础理论，再由实验验证，并且通过实验视频导入实验教学。笔者认为上述文献提出的培养策略各有千秋，但对于创新思维的概念描述都略为模糊笼统，皆是一笔带过，也没有具体的针对思维特点提出策略。因此，笔者将从创新思维的要素和特点出发，根据培养现状，对已有策略进行进一步整合、细化，提出新的策略，并给出部分教学案例。
一、 高中物理实验中创新思维培养现状
（一）客观条件受到制约
高中物理实验室的情况普遍不尽如人意：实验设施较为陈旧老化，许多仪器年久失修，部分实验的实验仪器仅有一台，年级各班需要调节使用。除此之外，多媒体设备的普及也使得教师更倾向于选择使用教学课件进行演示，忽略了演示实验无可比拟的真实性。
（二）教师的教学策略有所不足
多数教师承认创新思维的重要性，但由于担心在教学过程中注重学生创新思维的培养会影响知识的传授，并且思维培养成效慢、不显著，为了保证教学目标能及时有效的完成，很多教师在实验教学中只注重知识的传授与技能的培养，而忽视了实验思想与方法的教育。
（三）学生的学习认知有所不足
多数学生知道物理实验在物理学习中的重要性，也有着较高的兴趣，但由于教师的授课模式较为呆板僵硬，导致学生对实验的热情大大消减，科学素养与实验意识普遍不强。由于教师的不重视，学生对演示实验的重要性的认识仅仅停留在帮助理解物理概念上，不能正确地认识到演示实验在思维培养方面的重要作用。
总而言之，无论是演示实验器材的数量还是质量都难以满足日益更新的教学需求，除了学校应该投入经费对实验室进行建设外，想要在物理实验中有效地培养高中学生的创新思维，教师也应该从现有的条件入手，转变教学观念，适当地调整演示实验的教学策略，改进学生的学习认知与学习方法，从而对创新思维进行培养。
二、 高中物理演示实验中创新思维培养策略
演示实验是教师为了完成一定的教学内容而操作表演的实验。在物理教学中，演示实验可以将枯燥的讲解、抽象的定律变得形象生动，使物理现象清晰直观地展现给学生。教师通过引导学生观察实验现象，配合讲解，能让学生更好地掌握物理知识。在物理课堂上，大部分的演示实验都被教师用于新课引入部分，仅仅作为激发学生学习兴趣和注意的手段。但演示实验的功能不止于此，在实验前对实验现象进行多种可能的猜想或在实验后对实验进行改进创新可以对发散思维进行培养;在实验中观察与想象都需要良好的形象思维;将物理现象概括、抽象成物理规律和物理概念，或推理实验结果、判断实验成功与否都可以培养学生的逻辑思维;学生形成对物理内部规律独特的认知方法后，当学生遇到从未见过的物理问题时，可以借助已有的物理知识、认知结构产生物理直觉，培养直觉思维。因此，演示实验的运用与积累可以培养学生的创新思维。
（一）引导学生猜想
实验猜想一般出现在探究实验中，学生对实验的设计、步骤、结论等大胆地猜测，大胆地设疑，提出自己的见解。但演示实验同样可以进行猜想，教师在大致地介绍完实验器材、实验过程后，可以引导学生对实验结果进行猜想：可能会出现什么实验现象，为什么会出现这样的实验现象等。在猜想的过程中，学生根据已有的知识经验、熟悉的表象以及感知到的问题信息，将不同的事物建立联系，有理有据地进行联想，从研究对象的部分信息推测出它具有的全部信息，在此过程中，无论是包含表象与联想的形象思维还是用于推理的逻辑思维都能得到提高。除此之外，对实验展开多种思路的分析过程也是学生进行发散思维活动的表现。因此，在演示实验前，教师应当积极鼓励学生针对所面临的问题，开阔思路，广泛联想，提出自己的见解，也应该给出时间让学生发表观点，互相交流。
例如在介绍“超重与失重”时，在进行实验之前，教师可以让学生进行猜想：将一个装满水的瓶子开一个小孔，如果将瓶子上抛或自由下落，瓶子中的水会从小孔中流出吗？学生根据以往的生活经验可能会猜想，自由下落时不会流出，上抛时会流出。经过讨论与交流后，教师进行实验演示，学生发现自己的猜想并不正确，从而被激起学习兴趣。
（二）设计问题引发思考
教师在演示实验中除了需要将实验现象真实地展现给学生，引导学生有重点地观察实验现象外，还需要借由实验现象设计问题，适时合理地抛给学生，引发学生进一步思考。在思考的过程中，学生需要将所观察到的现象与存在脑海中的现象进行联结、对比，运用形象思维找出两个现象的相似点;或是需要运用到以往所学习到的知识，经过逻辑推理，得到现象产生的原因;或是需要从实验现象反推实验原理，运用逆向思维解决问题。因此，在演示实验中设计问题、提出问题可以培养学生的形象思维、逻辑思维与直觉思维。 例如在“自由落体运动”中，教师在做真空毛钱管实验前提问，羽毛和金属片在同一高度同时下落，谁先落地？学生回答金属片先落地。实验后教师提问，为什么羽毛和金属片同时落地？学生讨论思考后回答，因为管内真空，没有空气阻力，物体只受到重力。教师继续提问，他们的质量并不相同，为什么会同时落地？学生回答由牛顿第二定律可知，他们有相同的加速度g，因此会同时落地。根据教师的三个连问，学生思考由浅入深，由表及里，认识到自由落体运动的实质。
（三）积累知识与方法
“不积跬步，无以至千里;不积小流，无以成江海。”知识与方法的积累无论是在日常学习中还是在创新思维的培养中都尤为重要。而在创新思维的四个要素中，直觉思维的培养更加依赖于知识的积累。直觉思维具体表现为运用已有的经验和知识，对问题从整体上加以认识和把握，以一种高度省略、简化、浓缩的方式，洞察问题的实质，并迅速解决问题或做出某种猜测。由此可见，直觉是主体所掌握的知识与经验和所遇到的问题擦碰出的思想火花，想要培养高中学生的直觉思维，就应该让他们积累更多的物理知识和物理方法。
物理教学中科学研究方法众多，如控制变量法、转换法、图像法、理想模型法、极限法、类比法、微元法等。在演示实验过程中，教师运用科学方法分析、解决问题，学生从实验中掌握了科学方法，有效地训练了思维能力，养成良好的思考方法和习惯，在日后遇到类似的问题时就能灵活运用物理方法分析问题、解决问题。学生将物理方法内化，不仅能丰富自己的认知结构，形成自己的知识网络，也可以为直觉思维积累素材，以备在遇到问题时灵光一现，运用适当的物理方法解决问题。解决问题的过程中也涉及了逻辑思维的使用。不同的方法有不同的优缺点，学生接触不同的物理方法，可以启发思维，培养思维的灵活性与独特性。因此，科学物理方法与知识的积累可以锻炼学生的逻辑思维与直觉思维。
例如在“探究小车速度随时间变化规律”的实验中，一般教学采用“纸带法”计算出小车在相同时间间隔内的平均速度，再作出
vt图像，從而找出小车运动规律。但也可以将纸带从计数点处剪断，依次黏贴在坐标横轴上，取纸带上端的中点作线。由于时间间隔相等，因此每条纸带的长度可以代表小车经过相同时间间隔的平均速度。
（四）实验总结与反思
在演示实验结束后，不应该戛然而止，教师应该引导学生对实验进行总结和反思，让学生再一次思考实验与本节课的联系之处、实验的方案有哪些优点和缺点、实验有误差的原因有哪些、是否可以对实验进行改进或创新、实验原理是否可以应用到日常生活之中等等。学生在回顾实验原理与过程中不仅需要使用形象思维，还需要运用逆向思维反推实验误差所在，从而进一步巩固与加深理解、培养创新思维。
三、 结语
高中物理演示实验中培养学生创新思维是一项重要的任务，需要教师转变教学观念，与时代发展相结合，优化教学方式，敢于对教学设计进行创新，从而帮助学生完成实验操作，启发创新思维，增强创新能力，为社会培育高素质的科学人才。
参考文献：
[1]何克抗.创造性思维理论——DC模型的建构与论证[M].北京：北京师范大学出版社，2000.
[2]关贞津.物理教学要发挥演示实验作用，培养学生创新思维能力[J].成才之路，2010（33）：32.
[3]姜慧媛.利用物理演示实验，培养学生创新思维[J].学习月刊，2010（9）：73-74.
[4]鲁世明.高中物理演示实验教学中学生创新能力的培养策略[J].物理教学探讨，2013，31（1）：34-35.
[5]陈爱明.初中物理实验教学中创新思维能力的培养[J].华夏教师，2019（20）.
[6]胡春华.中学物理教学中创新思维能力培养研究[D].长沙：湖南师范大学，2004.
作者简介：陈珂，江苏省扬州市，扬州大学。
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