中學物理實驗教學中的創新意識流思考

摘要：在對比分析傳統教學與實驗教學的基礎上，從實驗和學習理論角度分析提出創新意識流的概念，并對創新意識流的形成過程加以分析，結合“創新元”解構分析整個的實驗創新元素，并以牛頓第三定律為例進行案例分析，最后提出實驗創新意識流在教學實踐中的指導意義和實施策略。

關鍵詞：創新意識流；創新元；解構和建構

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148(2011)5(S)-0072-4

1 背景思考

教師在進行實驗教學過程中，大都能認識到實驗的重要作用和意義，但在具體實施過程中無論從理論還是從操作策略上往往會忽略這一點而偏離初衷。具體表現為：一、教師在主觀認識上往往以教學任務為導向，缺乏主觀積極的能動性；要求做的實驗努力去完成，不要求做的則能省則省。二是在學生層面上也缺少主觀能動性，往往也是按部就班、流于形式，且都是以完成任務為主要目標。三是在具體實驗實施中可能會碰到的問題，或對于實驗操作中的很多細節和要求，由于課時的限制大都在課前或課中由教師代勞加以明確和解釋，而這些問題和細節恰恰又正是培養和訓練學生創新意識和能力的著眼點和著力點。以上種種表現可能并不同時存在，但在認識到實驗的重要意義和作用的同時，更進一步從理論上全面分析實驗中的各個教學環節，并在實施中選擇更好的操作策略，在有限的實驗教學中充分高效地利用好這一獨特的學習平臺，無論在理論上還是在操作策略上，都是具有重大意義的。

2 概念和理論上的思考

2.1 實驗教學在物理教學中特有的教學功能

物理學的形成與發展是以實驗為基礎的。物理學的研究方法通常是在觀察和實驗的基礎上，對物理現象進行分析、抽象概括和總結，從而建立物理定律，進而形成物理理論，再回到實驗中去經受檢驗。實驗是物理科學的基礎，也是物理知識的源泉，加強物理實驗是物理教學的時代特征，又是提高物理教學質量的先決條件。學生在學習物理的整個知識體系時不但要通過實驗來理解和體會物理的概念和規律，也要從實驗的設計和實驗過程中體會物理思想和方法，再將其反饋應用于物理學習之中，這樣以來，更加強化了物理知識的學習。

在物理教學中，傳統的課堂教學雖也有課堂演示或展示實驗，但缺少學生參與和互動，而且也大多在教師特定命題和條件下正常、正確地展開實驗，缺少學生自己摸索和探究問題的環節。科學探究能力和創新能力不是通過觀察和被動接受而得，應是在自我特定需求驅動下并親身經歷這一過程中不斷嘗試和驗證中內化感悟而得，并在老師的引導下總結上升為穩固的創新意識和能力。

2.2 實驗教學在學生認知結構上的獨特作用

實驗教學是在一定的物理知識氛圍下，針對某一個命題或問題開展實驗探索。實驗的內容可能是探究式的，也可能是驗證性的，也有可能是測量和應用型的。但不管哪一種目的，對學生而言都是全新的未曾經歷過的。提出最近發展區理論的維果茨基提出：“教學應當走在發展的前面。”對教育過程而言，重要的不是著眼于學生現在已經完成的發展過程，而是關注他那些正處于形成的狀態或正在發展的過程，基于各種目的和任務的實驗都是在一定的知識背景下提出的一些學生可以完成的特定任務，更重要的是學生在完成這一任務過程中會遇到很多處于“發展區”的問題和困難，而在分析和解決這些問題和困難中不斷激發了學生的創新意識，提高了學生創新能力；建構主義學習觀也認為學生的學習是知識的主動建構過程，而不是被動接受。在這一理論指引下教學的過程應是教師努力創造一個適宜的學習環境，使學習者主動而有效地建構他們的知識，而實驗教學正好構建了一個適合的平臺，讓學生親自參與知識的建構。

綜上所述，與傳統教學相比，實驗教學能讓學生在自我需求的驅動下，積極主動地展開探究；能讓學生在遇到困難和問題時積極思考提出可行的解決方案；能為學生提供一個建構知識的有效平臺；能有效地激發和培養學生的創新意識和能力，從而也能更有效地建構學生符合自身的知識體系。所以我們很有必要在重視實驗教學的同時更加深入分析和探討實驗教學中創新理論和實踐操作策略。

2.3 實驗教學中的創新意識流

實驗中的創新意識流是指，在實驗需求上和在實施中產生和碰到一系列的問題，為解決這一系列問題，學生需要積極思維，提出可行的解決方案，在此過程中獲得創新意識的激發和相應創新能力的提高。

實驗開展是創新意識流形成的平臺，問題是創新意識流的源泉，而創新意識的激發與創新能力的培養和訓練正是創新意識流的最終目的。創新意識流在形式上表現為一系列問題的提出、分析和各種嘗試性的解決問題的努力過程，它是架附在實驗過程中的一條重要主線。

2.4 創新意識流的形成過程

實驗過程的總體主線是：

在每一種實驗方案實施中，都有三個要素環節：實驗總目標指引下的并行或串行的各種任務系列或群；在分析和解決目標任務中引入和利用的方法和原理系列或群；在具體準備和操作中出現的問題系列或群。三者關系是以目標任務為主線，緊緊圍繞目標任務展開方法和原理的訴求并開展相應的實驗準備和操作，最終完成目標任務。下圖2反映出各要素環節的組成和關聯關系。

在實驗的總目標指引下，針對方案實施要求分解為各級各類任務和目標，每一級目標和任務的提出會產生一系列問題（下圖3問題Ⅰ）；為解決完成這些子目標和任務就需要引入和應用各種方法和原理，同時也會產生一系列問題（下圖3問題Ⅱ）；在具體實施和操作完成上述相應目標和任務過程中（下圖3問題Ⅱ）、在每一個目標任務的完成后，對結果加以評價或改進時（下圖3問題Ⅲ）也會產生一系列問題。所有這些問題群貫穿整個實驗過程，每一個問題的提出、分析和解決不妨定義成一個“創新元”，一系列的問題自然就對應著一系列的“創新元”，而這一系列“創新元”的解決過程就構成一個完整的創新意識流。從某種角度而言，問題就是創新意識流最終的動力，“創新元”是創新意識流的基本構成單元。

2．5 創新意識流形成案例分析

下面我們以牛頓第二定律的探究實驗為例，分析其中一種方案的實施過程中創新意識流的形成過程。在探究或驗證這個定律的實驗中，以目前學校配備的實驗器材來看，可以有多種方案。條件好的學校還可以借助氣墊導軌、傳感器甚至計算機實時數據顯示和處理等現代技術手段來開展這個實驗。這些現代化技術手段的使用在演示和說明這個定律的時候不失為一種簡單、有效和實用的方案，但筆者認為從培養學生創新意識和能力的角度來講下圖最“粗糙”最“原始”的方案恰恰是最有用的方案。

實驗思路：利用控制變量法，在質量不變的情況下改變外力，得到不同外力作用下的加速度

變化；在外力不變的情況下改變質量，得到不同質量下的加速度變化。再對實驗數據進行處理，

運用圖像法分析得出外力與加速度的關系。圖4和圖5分別為這個實驗的實物圖和原理圖。

下面我們先來分析這個實驗方案實施過程中可能會出現的幾個問題和解決方法。

以上表格所列的每一項目標任務中，都包含著三個要素環節。在發現、產生和提出目標問題和任務的過程中；在搜索、選擇和確認的具體方法和原理分析和解決這些問題時；在具體準備和操作實施過程這三個要素環節中，都將形成一個個的“創新元”。這一系列“創新元”的解決過程便形成一個完整的基于該實驗平臺的創新意識流。

3 實驗創新意識流在教學實踐中的指導意義和實施策略

認識、分析和解構某一實驗中架附于實驗過程中的創新意識流，有助于正確而又高效地指導我們的實驗教學，幫助學生通過這一實驗平臺建構主要實驗技能和知識的同時，激發學生的創新意識，發展和提高他們的創新能力及分析解決問題的能力。具體講：

3.1 在教師層面

任何一個教學過程，學生永遠是主體，但教師的主導作用同樣是很重要的。教師指導的內容和方式將直接影響到學生主體學習活動的效果和效率，在學生實驗教學過程中教師的指導作用同樣不可忽視。當我們在分析和明確了整個實驗中創新意識流的各個要素和環節之后，結合學生的實際可以更加科學合理地安排相應的指導，讓學生在實驗過程中有目的、有順序地獲得更多更有效的知識和建構能力，并能在流暢和有序的“創新元”解決中得到切實而有效的創新意識的激發和創新能力的發展與訓練。

首先，教師要分析實驗的目標任務和過程，理出整個實驗過程中可能或肯定會出現的問題，建立相應系列的“創新元”體系。要做到盡可能完整并做好充分的指導備案。其次，在上述分析的基礎上要明確各個“創新元”的難易程度和主次，做到心中有數，并能在不同小組和學生中面對同樣的“創新元”時能采取相應的指導方法和方式，做到有區別的對待和指導。然后，要合理安排和組織好各個“創新元”的出現順序，讓學生可以層層深入最終達到解決問題的目的。最后在實施過程和指導過程中也要避免和防止學生過度或離題的創新設想，對合理有價值的想法要加以鼓勵，明顯錯誤或離題的要幫助引導分析其不合理之處，引導學生走向正確的解決問題的軌道。當遇到自己不是很清楚的問題時，要抱著跟學生共同探討的態度，利用好這一新出現的師生共同的探究課題，激發師生共同的探究欲望。

3.2 在學生層面

在教師正確而有序的引導下，使一個復雜和系統的實驗難題得到合理有效的分解，并在具體的實驗過程中使學生經歷一個一個的“最近發展區”——“創新元”環節。使他們在自身知識和能力基礎上，在每一個“最近發展區”內得到創新意識的強化和創新能力的鍛煉，并能持續和分段享受以創新解決問題后成功的快樂和愉悅，得到切實和深刻的成功體驗。創新意識的激發和創新能力的訓練只有在學生的親身體驗下才能得到切實有效的提高。也正是有了教師正確而有準備的布置和引導，使整個訓練和學習過程更加合理和順暢。

在物理教學中，我們應該逐步擯棄傳統教學中缺少學生自主參與的弊端，而應該讓學生真正成為課堂的主體，實驗教學能為學生提供一個積極主動的構建自身知識體系的平臺，學生在針對某一個命題或問題開展實驗探索的過程中，在遇到問題時能積極思維提出可行的解決方案，在這一過程中學生的創新意識得到激發、創新能力得到訓練，一系列的問題解決過程構成了一個完整的創新意識流。通過實驗教學培養創新能力在理論上和實踐上都有重要的指導意義。

實驗教學中的理論分析，應該有很多東西值得我們探討和學習。理論和實踐不僅是物理學科進步的不二法則，也是我們教學實踐所必需的，更是我們實驗教學中努力追求的目標。本文在實驗教學的理論和實踐上的思考希望能與大家共同探討。

參考文獻：

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［4］邢紅軍．物理教學心理學［M］.成都科技大學出版社，1994.

(欄目編輯張正嚴)

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文