中學物理教學中的創新思維及培養策略

郭如松

(江蘇省高郵中學 江蘇 揚州 225600)

創新思維是科學素養的重要組成部分，培養學生科學創新精神和創新思維，是素質教育的核心．新課標要求，中學物理教學要注重科學素養培養，特別要重視發現、探索和創造能力的培養．

物理學作為自然科學的基礎學科，蘊涵著許多個性化思維方式和方法，是培養學生創新思維的極好素材．中學生正處在思維最活躍的青春期，借助于中學物理教學培養學生的創新思維，是物理教育的根本目標和最佳時機．

1 創新及創新思維

創新，是指在前人發現、發明的基礎上，提出新的見解或觀念，采用新的策略、方法和技術，開辟新的領域，創造新的事物或得到新的發現和發展．創新主要追求的是“突破”“新異”和“獨特”．創新與創造含義不同，創造是“無中生有”，而創新則是“有中變新”，兩者都含有一個共同內核——創造性思維，都是通過發明、革新創造出新的思想、技能和物質等產品．

創新思維是創新能力的基礎．創新思維是指人們對未知事物有創見性的思索，需要人們突破思維定勢，把已掌握的知識、信息進行加工整理，從新的角度尋找解決問題的方法，達到成果創新的目標．

創新一般包含觀念、知識、方法、技術創新等．高中物理教學中創新的內容主要是知識、方法和技能的創新.相應地，高中物理教學中學生創新思維的培養，主要以物理概念、規律和原理的認知過程，物理思想方法在新情境中的靈活應用，實驗原理和設計方法的巧妙遷移和重構，物理知識以解決實際問題中的綜合運用等為平臺開展創新教育探索．

2 物理創新思維的基本形式

物理創新思維是由多種思維形式協調配合、相互作用和加工重組而形成的．

2．1形象思維與抽象思維協調配合

物理形象思維是借助物理表象為思維材料，按照形式邏輯規律進行的思維．愛因斯坦非常善于形象思維，他說：“我不是用語言來思考的，而是用跳躍的形狀和形象來思考，思考完成了，才努力把所得結果轉為語言來表達．”物理表象是物理形象在人腦中間接和概括的反映．物理學中許多新的實驗構思、新的模型提出、新的理論形成、新的解題思路的打開等都歸功于形象思維的創造性．

物理抽象思維是以物理概念為思維材料，以判斷和推理形式反映物理客觀規律，實現對物理事物本質特征和內在聯系的認識過程．物理抽象思維分形式思維和辯證思維兩種．前者用于認識物理事物相對穩定的一面，后者則用于認識物理事物不斷發展和變化的一面．物理抽象思維的創新作用主要是通過辯證思維顯現出來．沒有辯證思維的參與，創新思維的展開將寸步難行！

在實際創新思維中，兩種思維不是獨立進行的．物理形象思維必須借助抽象思維對表象進行抽象概括，從而得出物理事物的本質特征和規律．物理抽象思維必須借助物理形象思維建立物理模型，復活物理形象，將抽象的概念和規律運用于實際．

2．2 發散思維與收斂思維的協調配合

物理發散思維是以要解決的問題為中心，充分發揮想像力，突破舊知識框架束縛，進行知識、觀念和方法的重新架構，立體多方位地推測、想像、聯想和假設，試探性地提出多種解決問題方案的思維過程．

物理收斂思維是以要解決的物理問題為目標，從不同的方向和角度集中指向這個目標．收斂思維主要特性是具有方向上的聚合性和內容上的求同性．遇到物理問題會綜合多種知識信息與之聯結，尋找問題解決的最優方案．

在創新思維中，發散思維起最主導作用．物理上的許多理論模型、發現發明和奇妙的解決問題方法等主要靠發散思維．但任何一個完整的創新性活動過程，都是要經過由發散思維到收斂思維，再到發散思維的多次循環，才能創造出問題解決的最佳途經和方法．

2．3 求異思維與求同思維的協調配合

物理求異思維是指在解決某一物理問題時，追求思維角度和方式差異性、多樣性和新穎性，借助于發散思維來實現．物理求同思維則是指尋求思維的統一性，揭示各種解決問題方法之間的本質聯系，借助于收斂思維來實現．在創新思維中，求異思維雖占主導地位，但離不開求同思維的審度作用．求異思維提出創新的設想，求同思維則對創新設想冷靜分析，二者幾度交叉，逐步逼近最佳創新方案．

2．4 直覺思維和批判思維的協調配合

物理直覺思維是以物理概念和表象融合而成的、具有整體功能的知識組塊為思維平臺的高度省略、簡化和濃縮的跨越式的思維形式．它是抽象思維或形象思維積累到一定程度時的一種“爆發”或“升華”，是在兩種思維過程趨向中斷時的突然“接通”或“飛躍”．直覺思維決定于人的觀察力、想像力和記憶力．人腦中儲存知識、經驗等越多，想像基礎越厚，直覺思維越易于激發．直覺思維是開發人的創新思維的基礎，人們憑藉直覺思維，產生解決問題思路方法的靈感和預案．

批判思維是既批判自己設想或結論是否正確和妥當，又品評設想或結論的質態的思維．直覺思維的結果往往具有或然性，必須經批判思維進行反復推敲、多次檢驗，以期得出科學、可靠的結果．

2．5 類比推理與等效替代的協調配合

類比推理是根據兩個或兩類物理對象在某些屬性上相似而推出它們在另一個屬性上也可能相似的一種思維形式．研究類比推理機制，可看出它是一種綜合性創造思維形式，是形象、抽象和直覺思維的辯證統一過程．在創新思維中，通過形象思維把握直觀物理形象或圖景的類比細節和特征，利用抽象思維透過物理現象尋找可類比的本質屬性，再運用直覺思維進行大膽的聯想、想像，做相似重整化處理，減少類比推理的或然性．

物理學是研究物質運動、構成和物質間相互作用的學科．雖然這些研究內容是極其復雜的，但其內部仍然存在著多種角度下的等同性．在認識復雜物理事物的本質規律時，可從這種等同性出發，將其轉化為等效的、簡單的、易于研究物理事物，這種思維就是等效替代思維．常用的有：模型等效替代、過程等效替代，作用等效替代，方法等效替代．在物理創新思維中，類比和等效常常相伴同行，在類比中往往會產生等效的靈感，在等效時可能會促進類比的深化．

物理創新思維過程一般分為：知識經驗積累-設想方案醞釀-頓悟靈感破殼-創新成果驗評4個階段．而實際物理創新思維有可能是兩種或多種思維形式的有機交融而形成的綜合性思維．物理創新思維雖然是一個復雜過程，但從根本上講應是一個抽象思維、形象思維和直覺思維交叉互補的辯證思維過程，在不同階段和不同問題中各有側重．

3 中學生物理創新思維的基本特性

創新思維是創造性思維重要組成部分．創造性思維大致可分為三個不同層次，第一層次是經長期艱苦研究和探索而產生的前所未有的非凡成果，如物理學家的重大發現和發明；第二層次是在對原有知識經驗，進行加工、重組、改造和應用而形成的對社會有價值的新產品；第三層次是經過自己的智力活動，習得對自身而言是新穎的、有價值的成果．后兩個層次屬創新思維范疇．每個人都具備創造性思維的潛能，只是在不同年齡階段，因受知識、智力條件和動力因素的制約，表現出不同的創造性思維層次．中學生物理創新思維，因受知識、年齡和心理等因素的限制，一般都處在上述第三層次，即通過自己智能去發現、掌握前所未知的物理知識與技能，并遷移到各種實際情境中去靈活運用．這些物理知識與技能雖都是前人創造性思維的成果，但對中學生來說都是新的、陌生的，他們獲得這樣的成果自然需要創新思維能力．

4 中學生物理創新思維的培養策略

中學生物理創新思維的培養，是中學物理教學的根本目標，更是中學物理教學改革的一項重要切入點．中學生接收信息多而快，思維敏而活，這是他們創新思維生成的寶貴資源，只要我們更新教育觀念、教學策略和方法，營造合適的創新教學氛圍，激發其創新熱情，挖掘其創新潛能，強化其創新意識，拓展其創新角度，就能使他們的物理創新思維能力得到有效的培養和提升．

4．1 營造民主氛圍創設寬松環境

民主、寬松的環境，有利于人的創造性和開拓性的發揮．正如陶行知先生所說 “只有民主，才能解放大多數人的創造力，而且使大多數人的創造力發揮到最高峰”． 在民主寬松的物理課堂里，教師應以合作者角色，投身于學生的創新探索中去，鼓勵其大膽想像，耐心傾聽取其正確、片面甚至是錯誤的想法，只有這樣學生才會心情舒暢、精神飽滿、情緒高漲、思維活躍，點燃起智慧的火花，敢想、敢說、敢問、敢做、敢創．

4．2 擺正“雙主”關系凸顯主體作用

物理教學是學生探索物理新知的過程，也是學生培養、演練創新思維的過程．抑制、淡化或忽視學生的主體地位，創新思維的培養就會成為一句空話．教師一定要恰到好處地扮演好“主導”角色，要讓教師的主導作用更好地為凸顯學生創新主體作用服務．教學中，教師要精心設計具有探索性和開放性的問題，鼓勵學生發散思維，大膽嘗試．凡是處于學生知識“最近發展區”和思維“潛能開發區”的問題，教師一定要留給學生獨立思考的時間和空間，決不插手代勞，讓學生充分體驗到物理知識探索發現和形成過程，習得物理學家研究物理問題的思想方法，為物理創新思維的培養奠定基礎．

4.3 引入辯論機制激活智慧火花

引入辯論機制，是培養物理創新思維的有效途徑．教學中要求學生圍繞一個新問題，運用所學知識展開辯論，在思辨中尋找問題解決的各種方案．巴甫洛夫認為，“爭論是思維的最好媒觸”．辯論最易激活和調動人的聰明才智，最能觸發靈感產生絕妙的解決問題方法．在辯論中，學生注意力高度集中，思維活躍、多向輻射，富于挑戰，竭力展示自己創新和雄辯才華．師生合作，精心設置具有培養創新思維功能的辯論話題，供學生爭辯，激活其創新火花，引發其求異靈感，充分表達自己與眾不同的觀點和方法．

“光的本性”這部分內容是教與學的難點．學生課后議論：“一會兒認為光是粒子，一會兒認為光是波，一會兒又認為光是粒子……光到底是什么？真難理解．”其實，如果連貫系統地看，這部分內容是一個“物理理論模型”不斷創新的過程，是物理學家創新思維的生動體現．教學中，筆者就以學生議論時提出的“光到底是什么？”為話題，分別以“光是波”和“光是粒子”為正反方辯題，組織學生展開辯論．雙方學生人人動手，周密謀劃，查閱資料、準備論據、撰寫辯詞．辯論中，學生情緒飽滿，思路清晰，思維縝密，邏輯性強，語言準確，論據確鑿，頻頻碰撞出睿智火花，模糊疑團紛紛化解，最后終于達成“光具有波粒二象性”的共識．

在辯論教學中，學生用智慧攻克了自己學習的難題，真正找到了自己是學習主人的感覺．

4．4 增強發現意識注重過程教學

注重過程教學是要求教師在教學中，注意引導學生以探索發現的視角和方法獲取知識，從中感悟創新思維的要素及特征．有“發現”才有“過程”，為了“發現”必須延緩和拓展過程．要重視物理概念形成過程，物理規律的發現過程，物理實驗的設計過程，物理問題的解析過程等，為學生物理創新思維的培養和發展提供借鑒．

如在進行“原子核式結構”教學中，先鼓勵學生自己嘗試構建一個原子模型，然后提出湯姆孫的“棗糕模型”，讓學生看到物理學家的創造性思維也可能源發于生活模型．接著指出由于“棗糕模型”被電子流穿透而被懷疑不是原來想像中的實心體．盧瑟福運用探測微觀世界的創造性方法——高能粒子轟擊法，用α粒子對原子內部進行了“火力偵察”．讓學生根據探測的“三條情報”模擬畫出“彈道軌跡”，并要求他們先用棗糕模型解釋，產生矛盾后，又鼓勵他們大膽猜想和想像，得出是“原子核式結構”模型．最后指出玻爾將量子理論創造性地引入了原子核式結構，并成功地解釋了氫原子光譜．通過這樣的過程教學，讓學生看到了一幅物理創新思維的生動過程圖景，感受到物理創新思維需要形象、抽象、批判思維的綜合支撐和類比想像的有機配合，更需要挑戰權威的膽識．

4．5 實施開放教學解放學生手腦

(1)要打開學生創新思維的翅膀，必須充分解放學生的手腦．

“解放學生的雙手”放手讓學生實驗．開放實驗室，變演示實驗為學生實驗，變驗證性實驗為探索性實驗，變現成性實驗為設計性實驗，最大限度地給學生營造動手、探索、發現和創造的機會，促進手腦并用和抽象思維與形象思維、直覺思維和辯證思維的協調配合．

在“探究影響滑動摩擦力大小的因素”實驗教學中,測量水平木板對木塊滑動摩擦力是一個難點．筆者就將學生帶進實驗室，鼓勵他們大膽設計各種實驗方案．有的學生提出用彈簧測力計水平勻速拉動小木塊，彈簧測力計的示數就是等于滑動摩擦力，但在實際操作時發現小木塊做勻速運動很難控制．筆者因勢利導，繼續把改進實驗方法的任務仍然交給學生．學生創新熱情高漲，最后提出了固定彈簧測力計,拉動長木板的方法，既解決了勻速難以控制的問題,又便于讀數．整個教學過程，學生的認知心理雖經歷了失衡—平衡—再失衡—再平衡的過程，但認知情緒放松，手腦并用，思維發散，創新能力得到了有效的培養．

(2)“解放學生的思維”要求學生不要受書本束縛，靈活多變地運用各種思維方式思考問題．

筆者每教完一種物理思想方法后，都鼓勵學生大膽遷移，變式運用，自主創新．在學習了“平拋運動”后，筆者特地將“斜上拋運動”呈現給學生研究，有的學生受平拋運動研究方法的啟發，把斜拋運動分解成水平方向勻速直線，豎直方向豎直上拋；有少數學生思維被運動分解思想激活，把斜拋運動分解為沿初速方向的勻速直線和沿豎直方向的自由落體；還有的學生思維更為發散活躍，將斜上拋運動的前半段逆向看成平拋運動來研究．在肯定他們“創新成果”基礎上，筆者因勢利導編制了一題：“在斜面的頂端水平拋出一小球，問小球何時距斜面最遠？最遠距多大？”要求學生用多種方法求解．學生們的學習的熱情越發的高漲，想出幾種方法，并優選出一法．

4．6 強化物理學史教育激發創新精神

一部物理學史，既是一部物理學家探研科學奧秘的發現史，更是一部展示物理學家創造智慧和奉獻精神的壯麗史詩．伽利略運用富有創造性的“理想實驗”否定了亞里士多德統治2 000多年“力是維持物體運動的原因”的錯誤觀念，為后來建立經典“牛頓力學”奠定堅實基礎．他不迷信權威，敢于挑戰、堅持真理精神和科學嚴謹的態度，對學生創新精神無疑將起著巨大激勵作用．愛因斯坦一生，可以說是不斷創新的一生，他執著于理論的大膽創新，先后創立了狹義相對論、廣義相對論和光子說等，為物理學向頂峰邁進做出了巨大的貢獻！在物理教學中，我們要領會教科版物理教材中“發展空間”欄目的編寫意圖，深挖其包括物理學史教育在內各種創新思維教育元素，激發學生物理學習的興趣和創造欲望．突出展示物理學家在探索新規律、構建新理論的思維過程，使學生逐步樹立科學世界觀，學會科學的研究方法，提升科學素養，真正把創新思維培養這一核心理念落實到位．

“創新，是一個國家興旺發達的不竭的動力．”馬約爾先生指出“我們留下一個什么樣的世界給子孫后代，在很大程度上取決于我們給這個世界留下什么樣的子孫．”物理課堂教學是培養學生創新思維的主陣地，作為新課程背景下的物理教師，要更新教育觀念，提升自身的教學技能，不斷創新和優化教學策略，著力于學生自主創新潛能的挖掘和激活．我們要充分利用概念規律教學、實驗教學和習題教學等機會營造創新教育的機制或氛圍；相信和尊重學生的創新才能，鼓勵他們不斷強化創新意識，發展個性、善于質疑、標新立異、奇思妙想，真正把自由探索創造的時空、權限留給學生，為培養學生的創新精神、創新思維和創新能力貢獻自己的創造才能．