創新教育的理論探索與物理教學實踐

【摘要】一、創新教育在新世紀教育中的重要意義 二、中學生創新教育的內涵和內容:1、創新精神主要表現為創新意識和「質疑」精神。2、培養創新能力,主要表現為課堂教學的創新思維能力和實驗教學中的創造能力的培養。 3、培養學生創新人格和協同合作的精神。 三、創新教育的探索與實踐:1、教學中培養學生創新精神。2、挖掘學科特點,培養創新能力。3、培養學生創新人格和協作精神 【關鍵詞】創新 探索 實踐 一、創新教育在新世紀教育中的重要意義 現代社會是知識經濟社會,而知識經濟的核心是創新。當今世界的科技競爭、綜合國力競爭越來越表現為創新型人才的水平和數量的競爭。創新教育是當今世界許多國家教育改革的焦點和核心,中華民族要實現偉大復興,要矗立於世界優秀民族之林,必須要有全民族整體素質、科學水平的提高。學校教育是培養民族創新精神、創新能力的主渠道。教師要明確創新教育思想、創新教育培養目標和實施方案,在教學過程中才能喚醒學生的創新意識,培養學生的創新精神,提高學生的創新能力,使他們想創新、敢創新、會創新。 二、中學生創新教育的內涵和內容 創新是民族的靈魂,創新是科學發展的動力,是技術革命的生命。中學生創新教育的內涵應是: 通過創新教育使學生對已有的經驗和知識進行分解與組合後,產生某種新的、獨特的思想觀點、思路設計、途徑方法……的活動過程。 1、創新精神主要表現為創新意識和「質疑」精神。 要千方百計培養學生形成推崇創新、追求創新的觀點和意識。只有在強烈的創新意識的引導下,學生才可能產生強烈的創新動機,樹立創新目標,充分發揮創新潛力,釋放創新激情。 創新的產品是獨出心裁、前所未有的。因此創新是超越,而不是跟隨。只有大膽向傳統挑戰,才可能創新。 2、培養創新能力,主要表現為課堂教學的創新思維能力和實驗教學中的創造能力的培養。 創新思維的主要形式有:①聯想思維。②直覺思維。③靈感思維。 物理實驗是人類研究自然現象和規律的重要途徑,也是人類發明創造的重要手段。物理實驗教學,可以驗證書本知識,然而更重要的是重溫前人創造的思維的過程,從中受到啟發,同時也培養學生的動手實踐能力。 3、培養學生創新人格和協同合作的精神。 健全的人格是個體順利發展的內在因素,是個人創新能力得以發揮的支柱,主要包括愛國主義情感、獻身科學的精神、勇於面對失敗,百折不撓的意志,求實勤奮的治學態度和較強的自信心。 協同合作精神是新世紀對人材的基本要求。新技術革命,使人類在已經到來的21世紀相互影響,相互依存。重大的發明創造,需要眾多人才共同去探索、開發、創造。因此我們必須培養學生的協同合作精神,以滿足未來社會對人材的需求。 三、創新教育的探索與實踐 1、教學中培養學生創新精神 創新精神包括:創新的意識、熱情、進取心、自信心、創新的膽略;敢於質疑堅韌不拔的毅力等等。在教學中,我們一方面要培養學生推崇創新、追求創新的觀念和意識,鼓勵學生解放思想、獨立思考;另一方面要根據不同的教學內容啟發、培養學生敢於質疑、善於質疑的創新精神。 首先,教師的教學過程要具有創新意識,為學生樹立創新的表率。無論教材提供的知識多麼完整,由於各種原因總會留下縫隙,只要我們積極思考,善於「鑽空子」,就會有所發現,有所創新。例如,在動量守恆的驗證實驗中,落點為什麼會有較大的離散,原因應在碰撞的過程中被碰小球所處的支座與等大的入射小球軌道的末端不能嚴格在一直線上,兩球不是對心正碰。要減小誤差怎麼辦?教學過程要引導學生觀察這一現象,分析其原因,再由學生提出減小誤差的方案,選出最佳的方案表揚。只要事事處處做有心人,善於思考,就會設計出靈活多變的教學方案,培養學生的創新意識。 其次,教學活動要使學生保持旺盛的好奇心和求知慾,腦海中經常出現「為什麼」三個字。「月亮為什麼不會飛走?」「蘋果熟了為什麼會從樹上掉到地面上」,牛頓對這些自然現象的觀察,引發思考研究,得出了十六世紀自然科學最偉大的發現——萬有引力定律。教師要在教學過程中,使學生養成多問「為什麼」的習慣。例如:物理概念為什麼要這樣定義?物理規律如何來的?實驗為什麼要這樣設計?做錯習題時更要問為什麼會錯?知識聯繫實際的「為什麼」是創新意識的升華。例如:為什麼我們乘車時會看到遠處的太陽向前走而近處的樹木會向後走?雨後的天空為什麼會出現彩虹?為什麼彩虹呈圓弧形等等,堅持不懈地尋根問底就會激發創新意識。 然後,在教學中要培養學生的「質疑」精神。人的思維活動起始於問題,有疑問才會去思考。有疑問是學習新知識、產生新思想、發現新觀點的起點,教師要營造一個寬鬆的教學環境,也就要創造一個和諧、平等的教學環境,使學生勇於發現問題,敢於提出問題,渴求解決問題,他們的創新意識就會得到培養和發揮。 ①提倡學生向教師的教學過程、教學內容質疑。教師的知識結構和教育教學模式都在迅速地老化,只有不斷地「充氧」才能趕上時代的步伐。教師在教學中的言行舉止對學生有潛移默化的影響,教師若能實事求是地但陳不足,和學生一起研究問題,就能成為學生培養質疑精神的好榜樣、好朋友,好老師。學生敢於質疑的精神非常寶貴,要鼓勵和提倡。 ②鼓勵學生對教材質疑。高中學生對知識、現象、實驗等有旺盛的求知慾,對新異的事物,特別感興趣,他們對學習的知識愛提出一些疑問,例如:在滑動摩擦力的教學中,有學生提出教材上給出的動摩擦因數都小於1,有沒有大於1的呢?在演示分子間有空隙的實驗中,得到酒精與水混和總體積縮小的現象。有學生提出所有兩種液體混和的體積都縮小嗎?有增大的嗎?在光電效應的教學中,有學生提出入射光的頻率增大,光電子數目增加否?在透鏡的教學中,有學生提出反射光是在人射光區域相消的,透射光應不變,為什麼還會增強呢?等等。說明了學生存著強烈的質疑意識,孕育著可貴的創新精神。 ③大力提倡學生爭辯。通過爭辯活動可以提高學生質疑的敏捷性、靈活性。量子力學中的測不準原理就是海森堡與愛因斯坦等人長期激烈的爭論後,在海森堡的腦海驟然出現的。長期引導學生進行爭辯、互相質疑無疑會大大增強學生質疑的意識,使學生在質疑辯論中,搞清原來模糊的概念,更重要的是培養學生會持質疑的態度上課,鍛煉思維的準確性、開放性,也提高了流暢表達自己的觀點的能力。 2、挖掘學科特點,培養創新能力 每個人都具有天生的創造力。對於每個正常人來說,創新能力只有大小之差,沒有有無之別。科學家與普通人的差別,不在其大腦聰明與否,而是在其創造潛能能否得到培養與開發。物理課堂教學的重點是培養創新思維,實驗教學的重點培養動手創造能力。 ⑴、培養學生創新思維能力。創新思維是一種具有主動性、靈活性、求異性、獨創性和靈感性的思維方式,它往往能突破習慣思維的束縛,在解決問題的過程中,其觀點富有創意。心理學研究表明:中學生熱情奔放,充滿對新世界、新事物的好奇,不畏艱難,勇於探索,對他們進行創新思維的培養,具備心理發展基礎和可能牲。 ①在物理教學過程中,從知識的傳授、解題的思維等,都要加強聯想思維的培養。聯想思維主要是指在大量的經驗知識的基礎上,在創造激情的推動下,通過形象類比聯想,把記憶中能反映事物特徵的那些映象加以選擇、提煉,重新組合成新的映象的過程。威爾遜發明的、被盧瑟福稱為「科學史上最新最精彩的儀器」——「雲霧室」,是與他在蘇格蘭群山的最高峰尼維斯峰度過幾個星期,對山間雲霧繚繞的瑰麗的光學現象的觀察、思考分不開的。例如在講解分子勢能、電勢能時,應啟發學生聯想彈簧的彈性勢能、重力勢能與分子勢能、電勢能之間的共性,比較它們的異性,從而使「機械」勢能——「分子」勢能——「電」勢能形成一條鏈。又如:學習玻爾原子能級時,引導學生把核外電子在不同軌道上繞氫核運轉的情況與人運地球衛星在不同軌道上繞地球運轉的情況類比聯想,從而掌握電子繞行的動能、勢能、速度、周期等變化規律。應用類比聯想將知識系統化是創新思維的基礎。 聯想思維將抽象的問題形象化,把複雜的問題簡單化。盧瑟福在α粒子散射實驗的啟發下,在數字計算和邏輯推理的基礎上,以豐富的想像力提出原子的核式結構模型。盧瑟福的腦海里浮現出這樣的圖景,反彈回來的粒子如此稀少,而速率又幾乎和射擊時相等,這不像子彈打在茫茫草原上的核桃上又反彈回來一樣嗎?這是何等生動的想像力。在教學中培養想像力是聯想思維訓練的重要方法。如子彈以一定的速度射擊固定的相同厚度的木板,其阻力恆定,恰好能射穿五塊木板,求子彈穿過各木塊的時間比。從勻減速運動來思考這問題較難,可想像成讓恆定牽引力作用下汽車從靜止開始作勻加速直線運動,在相等位移內的時間比,再將比值關係反向排列為所求。 ②直覺思維不遵循一般邏輯規則,不局限於傳統的思維模式。因而具有創造性、靈活快捷的特點。直覺思維作為一種心理現象,必有其自身規律,從本質上講是一種認識的突變,其機理是許多知識因素與思維活動能量積累到一定程度時迅速結合形成認識上的飛躍。這種飛躍產生基礎有兩個方面,合理而清晰的知識結構,是形成思維的內在因素;嫻熟的專項技能是產生直覺思維的外部條件。 直覺思維產生機理告訴我們,結合物理知識與技能教學,追尋思維活動的路徑,創設情境,能有效地誘發直覺思維。物理教學中,學生有紮實知識基礎,理解各部分知識關係,優化知識結構,使學生對所學內容融會貫通,才能起到居高臨下,高瞻遠矚的作用。面臨物理問題就能迅速作出取捨,產生直覺。精選習題,系統地培訓解決物理問題的專項技能,如整體與隔離法、觀察聯想、類比法、假設法、等效法、圖象法、數列、極限法等,建立合理模式,熟練各項技能,提高思維的快捷性、靈活性,有助於直覺思維能力的發現。在中學物理教學中,要引導學生動手搞小製作、小實驗、小發明、寫小論文和科幻文章,培養他們的理論聯繫實際的直覺思維能力和創新意識。例如:學生遙控汽車在一平板小車上「進、停、追」平板車就會退、停、進,演示人在船上行走滿足動量守恆定律的現象模似,使抽象的思維直覺化。再如用「超級特技飛行」玩具代替小球在脫離軌道運動,演示圓周運動向心力與速度的關係。用懸掛旋轉飛機驗證一維圓錐擺運動等,這樣既培養了學生的創造思維,又使更多的學生用直覺靈感思維來分析和感知物理現象和規律。 ③靈感思維的養成是個逐步積澱的過程,對中學生靈感思維的培養,主要是培養設想、猜想思維能力。布魯納說過:「在自然科學和普通生活中,我們常常被迫根據不完善的知識去行動,我們不得不去猜想。」中曾根說:「沒有大膽的猜想,就做不出偉大的發現」。物理學史上的大量事例都是揭示科學創新這一本質的歷史,讓學生了解科學家打破常規思路的科學創新過程,往往會在學生的記憶中留下深刻的印象,久久不會淡忘。這對提高學生的創新能力是非常有益的。 科學創新來自於創造性的猜想。因此我們在教學中應重視發掘教材中有效因素。變換常規的教學方法,放開束縛學生思路的枷鎖,有意識地引導學生進行合理的猜想。例如:在學習牛頓第二定律時,可引導學生從一些日常生活中的現象提出猜想:物體獲得的加速度的大小可能與那些因素有關?是什麼關係?然後再進行實驗定量研究來得出結論。在講等溫變化的玻意定律時,由學生初中的熱現象和生活經驗,先猜想一定質量氣體,在溫度不變的情況下,壓強和體積可能是什麼關係?再通過實驗來驗證。又如在「原子核的人工轉變」α粒子轟擊氮核的教學中,α粒子轟擊氮核產生了新的粒子是質子。這一現象發生是α粒子將氮核中的質子打出來的,還是氮核獲得α粒子後形成新的原子核,再衰變產生的呢?允許同學們提出猜想,再引導同學們觀察分析布拉凱特雲霧室拍攝的照片。由照片中得到的三條徑跡的事實,論證你的猜想是否正確。教材中有很多知識涉及科學猜想的思維,教師要充分挖掘教材的潛力,培養學生靈感思維,提高創新能力。 ⑵、在物理實驗教學中培養學生的創新能力。 在物理實驗教學中,重視實驗的創新與探索,設計問題的情境,顯示知識獲取的過程,實施「實驗、啟迪、引導」的教學模式,充分發揮物理實驗在培養學生創新精神、探究能力、創造能力的特殊功效。 ①、由學生自行設計小實驗。例如:讓學生自行設計不同物體與小木板之間的動摩擦因數的實驗。同學們設計了不同的測定動摩擦擦因數的方案,有水平平面滑動,有斜面上滑動;有用橡皮筋伸長量比值法,也有彈簧秤讀數法;有勻速平衡法,也有勻加速方法求解。又如:在自由落體運動的教學中,教師可讓學生觀察一些落體運動後,由學生分析這些運動的共同特徵。提出「這些落體是否是重的落的快,輕的落的慢」,由學生設計簡單的實驗來說明。同學們議論紛紛地設計了很多的方案,最簡單的是將質量差異較大的兩石塊從同一高度,同時釋放。聽落在桌上的聲音是否有先後之差。再提出自由落體是什麼性質的運動?你可以設計實驗來驗證嗎?同學們積極思考,共同商量,設計出了用打點的方法來測;有用光電計時方法來測;有用閃光照相方法來測;最有創意而又簡單的方法是「外報法」,物體從光滑斜面上加速下滑是勻變速運動,(這是已有的經驗事實)增大角度物體的運動性質不變,只是加速度的值增大。當角度增大到90o時,就是自由落體運動,且只有重力作用,運動性質還應是勻變速直線運動。教學中使學生動腦,動手的實踐中,感受「創新」成功的滋味,培養創新意識,提高創新能力。 ②、學生的心靈深處都存在著使自己成為發現者、研究者、探索者的願望,如果教師在教學過程中,重視把教學與學生的這種願望相結合,注意為學生提供發現問題和運用知識的機會、創造解決問題的條件,學生的創新能力就會得到培養和發展,並能在研究過程中親身體驗到人類駕馭知識、改造現實的自豪感,這種內在的情感體驗,會反過來激勵學生再探索、再創新。例如:測電阻的實驗中,給出學生足夠的電學器材,讓學生測小燈泡伏安特性曲線的實驗,要求從零電壓開始逐漸到額定電壓為止。從器材的選擇,電路的設計,測量記錄到作出圖象,分析圖象的意義等都由學生自行設計。最後評比交流,使同學們相互學習,取長補短。再如單擺教學完成後,給出設計題目:提供一定容積的可樂瓶一隻(瓶底有一小孔)、細線一根、米尺一把、小石子一塊和盛水的桶一隻。試估測水從此瓶底小孔連續流出的平均流量。較多的同學開始很茫然,因水的體積和水流時間都有連續性,通過同學們認真思考、觀察,將已學的知識結合起來,多數同學能完成這個實驗。從標籤上讀出水的體積。用細線與石子組成單擺測時間。這些實驗與知識結合較好,又有較好的創意性,是培養學生創新能力的好方法。 ③結合物理知識進行科技製作,如:電學知識學完後,布置學生作一個小型的風力發電機。可以用現成的發電機零件組裝,也可用磁鐵、線圈等製作發電機,自製風輪,讓學生在製作過程中去探索怎樣使輪轉動得最快,怎樣檢測發電機的電流的大小等。最後在相同條件下對比發電量大小。再如:講完全反射教學內容後,安排學生製作蜃景現象的模擬。同學們首先想解決的是有折射梯度的氣層,經同學們的討論研究,認為液體折射梯度容易實現,由不同液體接觸面上的分子擴散來實現。學生在科技活動中,做了大量的小製作。如水位報答器,搖控航模,光控和聲控繼電電路等等。培養了學生的動手能力和解決問題的創新能力。 3、培養學生創新人格和協作精神 人們的價值觀念正經歷著從重視人的創造物的價值到重視人自身的價值的轉變,面對人的品質評價已趨向於提倡人的創造型、開拓型的性格。因此,我們最終應把創新能力的培養落實到學生創新人格的塑造上,凡是有利於創新活動的個性品質,都是創新需要,稱為創新個性,創新個性具有相當的完整性和持久性,對學生今後的發展將產生積極的和決定性的影響。 創新人格表現為:良好的思維品質、獨立的個性特徵。如質疑精神、創新意識;優良的意志品質;強烈的求知慾;不竭的進取精神。為塑造學生的創新人格,在教學中,應保護學生的好奇心,解除學生對錯誤的恐懼心理,鼓勵獨創性與多樣性,鼓勵幻想,鼓勵向有創新精神的人學習和接觸。 培養學生勇於面對失敗的精神。在創造活動中,錯誤和失敗遠遠多於成功。愛迪生髮明電燈,瓦特發明蒸汽機,萊特兄弟把飛機送上天,都是建立在成千上萬次失敗的基礎上的,事實證明,失敗會使人聰明,「失敗是成功之母」,在物理教學中要將科學家們可歌可泣的百折不撓的意志,獻身科學的精神融合在知識傳授中,增強學生的愛國主義精神、為人類的進步獻身科學的責任心和勇於創新的頑強意志。 物理教師可利用靈活的形式,由學生組合成不同的物理興趣小組,開展各種科技小製作、小發明、小論文等活動,舉辦物理知識競賽,實驗創新能手的評比等,辦好科技板報、手抄報,使班內形成以創新為核心的班級輿論。教師要經常與學生交流創新體會,鼓勵學生之間的適度競爭、相互合作交流相互了解和相互寬容,使全體學生的創造力和每個學生的創新能力相互激勵同步增強。 創新教育的探索與實踐使我們認識到,二十一世紀創新人材的培養是世界教育發展的主流。創新教育既關係到學生個人的可持續發展,更是國家和民族發展和進步的需要,所以我們必須樹立正確的教育觀念,真正地從應試教育轉變為素質教育。努力提高自身創新能力。明確課堂教學是學生獲取知識的主渠道,也是培養學生創新素質的主要途徑。教學中貫徹創新意識是先導,創新精神是源頭,創新思維是關鍵,觀察、實踐是途徑,創新能力和創新人及協作為目標的教學原則。堅定方向,不斷努力,一定能夠培養出優秀的、具有創新能力的棟樑之材。 主要參考文獻資料: 1、《創造學教程》:中國建材工業出版社,魯克成等編著。ISBN7-80090-627-2/G?2; 2、《中國中學教學百科全書?物理卷》:瀋陽出版社,許嘉璐等主編。ISBN7-80556-422-2/G?108; 3、《中學物理教材教法》:蘇州大學出版社,張喜賢等編。
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