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第1頁 談創(chuàng)造型人才的培養(yǎng) 小議增加設(shè)計性實驗的教學(xué) 重慶市江北中學(xué) 但漢國 關(guān)鍵詞：創(chuàng)造型人才 設(shè)計性實驗 摘要：本文通過對傳統(tǒng)的演示實驗和學(xué)生分組實驗的弊端分 析,，得出了培養(yǎng)創(chuàng)造型人才的重要途徑－增加設(shè)計性實驗的教 學(xué)。 一,、增加設(shè)計性實驗教學(xué)的必要性 時光正以飛速的步伐向21世紀(jì)邁進,，把我們帶到了一個競爭，首先是人才競爭的時代,。中華民族要在強手林立的世界民族之列嶄露頭角,，沒有全民整體素質(zhì)的提高是不行的，沒有高素質(zhì)的人才更是不行的?！皬哪壳暗慕逃l(fā)展趨勢看,，未來社會需要的是大量具有探索精神的創(chuàng)造型人才?！笨梢?，大力加強教育改革，積極推進“應(yīng)試教育”向“素質(zhì)教育”轉(zhuǎn)軌,，全方位,，多渠 道地培養(yǎng)創(chuàng)造型人才，成為世紀(jì)之交我國教育工作者要肩負(fù)起的神圣不可推御的歷史使命,！中學(xué)物理教師更應(yīng)該高舉“素質(zhì)教育”大旗,，抓住物理學(xué)科本身的特性和其獨特的育人功能，努力培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力,。 物理學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué),，物理實驗不僅可以檢驗物理規(guī)律的正確性，而且是探索和揭示物理規(guī)律的主要方法,。物理實驗教學(xué)是物理教學(xué)的的重要組成部分,。它對激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，幫助他們樹立辯證唯物主義觀點,，確立科學(xué)的實驗思想,，養(yǎng)成實事求是，科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度,，培養(yǎng)學(xué)生觀察,，思維，分 第1頁 第2頁 析,，創(chuàng)造能力,， 幫助他們理解，掌握廣博的基礎(chǔ)知識等多方面的 素質(zhì)教育起著不可替代的作用,。 目前，中學(xué)物理教學(xué)中的兩類型實驗是演示實驗和學(xué)生分組 實驗,。演示實驗是教師在課堂上為配合有關(guān)知識的教學(xué)而進行的 教學(xué)實驗,，它是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生觀察和分析物理現(xiàn) 象學(xué)好物理知識的重要方法,，有助于學(xué)生觀察能力的培養(yǎng),。但演 示實驗是以老師講解和演示為中心，學(xué)生處于被動接受知識的地 位,，缺乏主動探索,，開拓向上的精神。并且受到課堂時間和條件 的限制,，學(xué)生親自動手操作的機會很少,。學(xué)生分組實驗是學(xué)生親 自動手操作的物理實驗,。它是將學(xué)生分成小組，在老師指導(dǎo)下獲 得物理知識與訓(xùn)練實驗技能的活動,，是手和腦,，知識和能力得到 基本訓(xùn)練的教學(xué)環(huán)節(jié)。它在加深學(xué)生對物理概念和規(guī)律的理解和 掌握,，培養(yǎng)學(xué)生觀察能力,，實驗?zāi)芰Γ莆諏嶒灱寄艿确矫嬗嘘P(guān) 不可低估的作用,。它克服了演示實驗的不足,，但自身卻也存在缺 限：常規(guī)的學(xué)生分組實驗是根據(jù)教材預(yù)先設(shè)計好的實驗?zāi)康模?/p> 材,，方法,，按照規(guī)定的步驟一步一步去做，這種墨守成規(guī)的做法 往往束縛了學(xué)生的思維,，不利于學(xué)生發(fā)散性思維能力,，創(chuàng)造能力 的培養(yǎng)。要彌補這些不足,，充分完善實驗教學(xué)的功能,，就必須增 加沒計性實驗教學(xué)，使實驗教學(xué)成為培養(yǎng)創(chuàng)造型人才的一個重要 方面,。 二,、創(chuàng)造型人才的特點及設(shè)計性實驗的功能 1.創(chuàng)造型人才的特點 創(chuàng)造力是一種層次較高的能力，是獨特地解決問題的能力,。 憑借這種能力,，人們能夠產(chǎn)生新的，獨特的,，具有社會價值的產(chǎn) 物,，其中包括新觀念，新理論,，新方法,，新產(chǎn)品，新工藝等,。創(chuàng) 造型人才具有的顯著特點是：思想解放和富有強烈的探索精神， 顯示出較強的掌握人類已有知識的能力,，更表現(xiàn)為敢于向傳統(tǒng)觀第1頁 念挑戰(zhàn)， 向權(quán)威質(zhì)疑，獨具慧眼的可貴品質(zhì)以及在人們司空見慣 的現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)問題,，在解決問題時能夠提出不同尋常的獨特見 解,。創(chuàng)造型人才的培養(yǎng)，重點是創(chuàng)造能力的培養(yǎng),。而創(chuàng)造性思維 又是創(chuàng)造能力的核心,。設(shè)計性實驗正是以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維為 中心,，全方位地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力,。 2.設(shè)計性實驗的功能 設(shè)計性實險教學(xué)的思路探李 沒計性實驗，是只給出實驗的目的和要求（有些還給出一定 的誤差范圍）或只給出所要研究的問題,，然后再由學(xué)生自己圍繞 實驗?zāi)康模ɑ騿栴}）設(shè)計實驗方案，選擇實驗器材（或給出所需 實驗器材,，有時也可只給一種或幾種主要器材）,。確定實驗步 驟,，完成實驗操作,，分析實驗結(jié)果的一種自主型實驗。這種實驗 立足于學(xué)生學(xué)習(xí)的自覺性,、主動性,、積極性，它只提供了學(xué)生探 索問題的要求和目標(biāo),，拋磚引玉,。俗話說,，“條條大道通羅 馬”，學(xué)生可以思考從不同的方法從不同的路徑來達到目的,。而 “實驗的目的只是實驗的出發(fā)點,，實驗原理和實驗的設(shè)計思想才 是實驗的核心,?！保?)設(shè)計性實驗教學(xué)，正是從實驗的靈魂出發(fā)，緊 緊抓住實驗的精髓,，逐步培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)實驗設(shè)計思想,，發(fā)掘?qū)W 生的創(chuàng)造性思維,。它使物理學(xué)在“培養(yǎng)創(chuàng)造型人才的科學(xué)思想,、 科學(xué)方法,、科學(xué)精神、科學(xué)品質(zhì)等方面具有其他所有自然學(xué)科無 法比擬的特殊教育功能和文化價值”［3],得到最充分的體現(xiàn),。它是 依據(jù)啟發(fā)性原則和發(fā)現(xiàn)法教學(xué)方法,，著眼于學(xué)生創(chuàng)造性思維品質(zhì) 的深刻性,、廣闊性、靈活性,、流暢性和批判性的訓(xùn)練、提高和創(chuàng) 造能力的養(yǎng)成,。“實驗最珍貴的啟發(fā)性意義也在此”?。? 設(shè)計性實驗具有多端性和最佳性,，客觀性和科學(xué)性,，主動性 和獨創(chuàng)性,，復(fù)雜性和變通性等特點,。正是因為它有如此廣泛而又 獨特的性質(zhì),，所以它在實驗教學(xué)中充分顯示了演示實驗和學(xué)生分 組實驗無法比擬的優(yōu)越性,，體現(xiàn)了它強大的育人功能：＜1>它可以幫助學(xué)生鞏固掌握物理概念規(guī)律,，靈活運用知識,。 2>進一步提高學(xué)生的觀察能力,，實驗?zāi)芰?，?xùn)練學(xué)生辨別評 價能力,。 ＜3>培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散性思維能力,，空間想象能力，自學(xué)能力,，創(chuàng) 造能力和獨立分析解決問題的能力,。 ＜＞養(yǎng)成學(xué)生主動探索奧秘的科學(xué)品質(zhì),，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實的 科學(xué)態(tài)度和開拓創(chuàng)新的科學(xué)精神。 設(shè)計性實驗在中學(xué)物理學(xué)科實施素質(zhì)教育中的地位顯赫,，它 是區(qū)別于傳統(tǒng)實驗（注：通常把演示實驗和學(xué)生分組實驗稱作傳 統(tǒng)實驗：）亟待開設(shè)的新型實驗，該怎樣來實施設(shè)計性實驗教學(xué) 呢,？下面結(jié)合其特點， 具體談一下設(shè)計性實驗的教學(xué),。 三,、設(shè)計性實驗的教學(xué) 1.進行實驗方案設(shè)計的初步訓(xùn)練 思維和能力的培養(yǎng)不是一蹴而就的，它是一個逐步培養(yǎng),，逐 漸發(fā)展的過程,。在設(shè)計性實驗的初始教學(xué)階段，可以出一些簡單 的設(shè)計性實驗題目,，發(fā)動全體學(xué)生思考,，不同的人有不同的思 路，可能設(shè)計出不同的實驗方案,，同一個人也可能想出幾種不同 的解決辦法,，這是設(shè)計性實驗多端性的體現(xiàn)。例如：給你一個透 鏡,，怎樣用最簡單的方法判斷它是不是凸透鏡,？對這樣的實驗題 目，學(xué)生通過積極思考后,，可能得出不同的答案： ①用手去摸,； ②觀察在太陽光下是否能聚焦,； ③看這個透鏡是不是放大鏡。 這些實驗設(shè)計方案有的是可行的,，有的是將被淘汰的,，有的 （一種或幾種）可能最佳，這就是設(shè)計實驗的最佳性,。需要學(xué)生 對此進行分析比較,，辨別判斷選擇最優(yōu)方案，從而對發(fā)散性思維 進行收斂性加工,，培養(yǎng)學(xué)生的評價能力,。例如上例中的第一種方案，可靠性不好,； 第二種方案又受天氣的限制,，可操作性不強： 而第三種方案則不受天氣、器材限制,，既簡單又可靠,，具客觀性 和科學(xué)性， 是最佳的方法,。通過這樣的初步訓(xùn)練,，逐步培養(yǎng)學(xué)生 的空間想象能力， 發(fā)散性思維能力和靈活運用知識的能力,，為培 養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力打基礎(chǔ),。 2.給出實驗?zāi)康模凡?，完成實驗操?/p> 有了初始階段教學(xué)的奠基,，便可進行給出實驗?zāi)康暮推鞑牡?/p> 實驗教學(xué)了。給出實驗?zāi)康暮推鞑闹?，?yīng)要求學(xué)生結(jié)合實驗?zāi)?/p> 的并根據(jù)實驗器材的提示作用從不同的角度去思考,，運用聯(lián)想、 等效,、直覺,、逆向等思維方法，建立正確解決問題的思路,，充分 發(fā)揮學(xué)生的主動性和獨創(chuàng)性,。 例如，給學(xué)生一把直尺,，叫學(xué)生估測啤酒的容積,。首先讓學(xué) 生思考，確立不同的實驗設(shè)計方案,，然后在不同的方案中通過分 析,、比較,、篩選出學(xué)生自己認(rèn)為最優(yōu)的一種，然后進行實際的實 驗操作,。對本例,，可以先用直尺量出啤酒瓶的主要部分－－圓柱 體的高H,估測出內(nèi)徑D,從而算出其容積，但瓶的頸部是不規(guī)則 的幾何形狀,，很難較準(zhǔn)確地進行估測,。但如果我們采用如下一種 方法，則問題就迎刃而解了,。如果我們在瓶中倒入大半瓶水（如 圖一），量出水的高度H,再堵住瓶口將其倒置,，量出空氣柱的高 度H2,白于I和I'部分體積相等,，因而I和工部分的體積也相等， 故可測得總?cè)莘e為： T H b T （H+H)-11=A H （圖一） H這個階段的教學(xué),， 意在提高學(xué)生的發(fā)散性思維能力和創(chuàng)造能 力,，逐步培養(yǎng)獨立操作， 發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力,。有些問題 還要通過學(xué)生在課外自覽一些相關(guān)知識才能夠得到解決,，所以比 過程也是培養(yǎng)自學(xué)能力的一個開端。在能力和思維基本形成之 后,，還必須進一步的鞏固和升華,，用更高的要求來檢驗同時也是 提高能力。這就是設(shè)計性實驗的后期性教學(xué)的任務(wù),。 3.只給出研究問題,， 設(shè)計方案，并完成實驗 這個階段的教學(xué),， 必須在學(xué)生已掌握一般的實驗技能和素 質(zhì),，并具備初步的綜合運用知識的能力和良好的獨立探索和解決 問題的能力的條件下進行。這樣的教學(xué)題目,，既沒有所需實驗器 材的提示作用,，又存在一個器材選擇的難度，這是設(shè)計性實驗復(fù) 雜性的體現(xiàn),。 例如：給定引力恒量G,地球質(zhì)量M,設(shè)計實驗測地球表面 積,。對于這樣的題目，首先要引導(dǎo)學(xué)生回憶學(xué)過的相關(guān)知識,，明 確問題的性質(zhì),，開展豐富的想象，充分利用形象思維,，邏輯思維 和發(fā)散性思維,，由題目所需要的結(jié)果入手,，逆向追根求源。采用 轉(zhuǎn)換,、等效,、放大、比較,、模擬等實驗方法,，從多角度、多方位 來思考解決問題的可能性,。對本例要求地球的表面積,，我們可以 想到球的表面公式： S=4IIR2 （A) 接下來便是如何求地球的半徑R的事了。很顯然,，我們肯定不 能直接去測量它,，必須通過輔助的方法來間接計算，題目中告訴 了我們引力恒量G和地球質(zhì)量M,由此我們可以聯(lián)想到運用萬有引 力定律的有關(guān)知識來解決測半徑R的問題,。我們知道,，在地球表面 的物體得到地球?qū)λ娜f有引力就等于它受到的重力，如果我們 選取一個物體,， 一把彈簧稱和一架天平,，測出該物體的重力G和質(zhì) 量m,便可用：Mm mg=G 。,。,。。,。,。。（B) R 求得： R2=GM/g......................(C) 將（C)式代入（A)式即可求得地球的表面積： S=4IIGMg.. ,。,。。,。,。。,。,。。,。,。。。,。,。。,。,。。,。,。。 （D) 同時,，我們從（C)式可以看出：地球的半徑與重力加速度相 關(guān),，只要我們測出重力加速度，則問題也就解決,。而如何求重力 的加速度又成為了一個設(shè)計實驗題目,。根據(jù)不同的物理原理，又 可以有單擺法,、雙線擺法,、圓錐擺法,、落體法,、振子法、機械能 守恒法等多種方案,。然后根據(jù)實驗室能夠提供的設(shè)備,、器材，叫 學(xué)生選擇一種最為合適和可行的實驗方案進行實際操作,，并討論 結(jié)果,，分析誤差，作出實驗報告,。這樣,，看似一個無法著手的天 體問題的研究就這樣被幾個簡單的實驗所解決。這充分展示了設(shè) 計性實驗的變通性,。這樣,，通過學(xué)生自己設(shè)計方案，選擇器材,， 自己做實驗,，去發(fā)現(xiàn)規(guī)律，掌握知識,，探索奧秘,，能夠進一步調(diào) 動學(xué)生學(xué)習(xí)物理的積極性，發(fā)展學(xué)生的智力，啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性 思維,，鞏固和提高學(xué)生的創(chuàng)造能力和探索能力,。 正如近代科學(xué)研究的目的不只是科學(xué)研究本身，而要縮短科 學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的周期一樣,，物理學(xué)科的創(chuàng)造性教學(xué)目的也 不只是教學(xué)本身,，而是一個過程，其最終目的是通過對探究問題 的結(jié)果,，發(fā)現(xiàn)和導(dǎo)求新的問題,，引導(dǎo)學(xué)生搞發(fā)現(xiàn)與發(fā)明。當(dāng)然,， 一個人的品質(zhì)和能力的形成是一個過程,，期望中學(xué)生在求學(xué)階段 就能做出驚天動地的創(chuàng)造發(fā)明，通常是不現(xiàn)實的,。中學(xué)教育所應(yīng) 該做的是促使學(xué)生形成今后能夠做出重大創(chuàng)造性發(fā)明所必要的思 想基礎(chǔ)和能力儲備,。這也是設(shè)計性實驗教學(xué)所要達到的目的。 前面詳盡論述了設(shè)計性實驗的教學(xué),，下面簡要談一下設(shè)計性實驗需要注意的問題,。 四、設(shè)計性實驗教學(xué)應(yīng)當(dāng)注意的問題 需要指出的是,，設(shè)計性實驗的教學(xué)由于其自身的難度和現(xiàn)在 部分學(xué)校條件所限,，開設(shè)起來比較困難。但是,，從發(fā)展的眼光 看,，我們在盡可能的情況下力爭開設(shè)一些對我們未來創(chuàng)造型人才 的培養(yǎng)是大有裨益的。 這顯需要注意,，設(shè)計性實驗的教學(xué)應(yīng)該遵 循白淺及深,， 循序漸進，逐步提高的原則,，進行分階段,、有目 標(biāo)、有計劃,、有步驟地教學(xué),。同時，為了搞好設(shè)計性實驗教學(xué),， 還應(yīng)該增設(shè)物理活動課,， 定期或不定期開放實驗室，作為其有益 的,、必要的教學(xué)補充,，為創(chuàng)造型人才提供創(chuàng)造性活動的場所,，讓 學(xué)生發(fā)揮自己的創(chuàng)造能力有更多的機會和條件。 另外,，前面已經(jīng)提到過,，創(chuàng)造型人才的培養(yǎng)要“多渠道、全 方位”進行,。所以單獨靠設(shè)計性實驗的教學(xué)來肩負(fù)這個重?fù)?dān),，顯 得有點勢單力薄。并且,，有助于創(chuàng)造力的能力是多方面的,，為培 養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力，我們不可忽視其他方面的能力培養(yǎng),。設(shè)計性實 驗的功能也并非面面俱到,，演示實驗和學(xué)生分組實驗也有其不可 替代的優(yōu)點。只有把設(shè)計性實驗教學(xué)和演示實驗,、學(xué)生分組實驗 教學(xué)有機結(jié)合起來,，共同發(fā)揮物理學(xué)科實驗整體教學(xué)的功能，才 能充分展示物理學(xué)科在創(chuàng)造型人才的培養(yǎng)中的巨大作用,！ 主要參考資料： ［1]:姚翔《中師物理實驗教學(xué)應(yīng)有自己的特色》,，《物理教師》1992.11 ［2]:《中學(xué)物理》， 1992.5 ［3]:《21世紀(jì)物理教育展望》,、《物理通報》社論,，1998.1 ［4]:何圣靜、趙蕙英《略論科學(xué)實驗思想》,，《物理教師》,，1992.2 |
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