高中物理教學中滲透科學質疑和創新素養教育的研究

顧紅霞

學貴有疑！有疑才能創新！科學發展中，這兩條可以說是基本定律.高中物理教學中，如果能夠有效滲透科學質疑和創新素養的教育，可以讓物理教學更加接近物理發展的本質，可以更為有效地培養學生的質疑意識與創新精神.基于這樣的考慮，筆者進行了“高中物理教學中滲透科學質疑和創新素養教育”的課題研究，取得了一些成果.

一、問題的提出

物理學習本來應當具有質疑和創新的基因的，但筆者發現現在的學生進入高中學習之后，在物理課堂上表現出來的質疑與創新是很稀缺的，更多的是“服從”于教師所講的概念和所教的規律.究其原因，因為學生在義務教育階段接受的物理教育，多以一種神圣不可侵犯的姿態進入了學生的頭腦，久而久之，質疑與創新的意識與能力便有所欠缺.而且更令人注意的是，盡管初中階段有一些所謂的創新題，但事實上非但起不到培養學生創新思維和創新能力的作用，相反更加讓學生掌握的物理知識變得僵化和保守.因而，高中的物理學習階段，教師對于質疑意識和創新能力的努力，與其說是一種培養，倒不如說是一種糾正，是讓學生從僵化的夢境中醒來.

事實上，高中物理的許多知識的學習，都需要學生的質疑與創新.比如物理知識構建中常常用到的平行四邊形定則、機械能守恒定律、動量守恒定律等.這些規律發展到今天已經形成一種完善的科學理論，沒有什么值得懷疑的地方.但對于學生來說卻不是如此，根據新課程理念中的探究思想，學生的探究學習類似于科學家的探究過程，因而質疑與創新就是其中不可或缺的成份.從物理發展的角度看，這些定律的形成事實上也經歷了懷疑、證實的過程，因而今天我們提出讓學生以質疑和創新的態度來學習這些知識，并不是沒有科學道理.

二、研究的內容

課題研究中筆者主要圍繞高中物理的重要定理與定律，以課例研究的方式進行了研究.從大的思路上看，主要讓學生對重要定律和定律的探究中，對于實驗思路的確定，對于實驗步驟的設計，對于實驗器材的選擇，對于實驗結果的評價等環節，充分發揮學生的主觀能動性，讓學生敢于質疑、善于質疑、敢于創新、善于創新.從而實現在質疑中培養質疑能力，在創新中培養創新能力的研究目標.

課例一：平行四邊形定則的研究.（由于本研究側重于質疑和創新兩大關鍵詞，因而在本課例中的常規教學要求就不再贅述.）

這一研究中，學生的質疑主要集中在兩個方面：一是力的分解的描述；二是為什么力的分解與合成遵守平行四邊形定則？對于第一個問題而言，這實際上是物理教學中的一個難點，很多時候學生的觀念都是由于教師主導下的重復而生成的，并不是學生的直觀認識.于是我們大膽讓學生去質疑，而學生的質疑結果其實不外乎兩類：一是力的分解可不可以不按照力的作用效果去分解？二是力的分解從數學的角度來看有多少種結果？對于學生這樣的質疑，我們讓學生自己去嘗試解答：一個力從數學的角度去分解，理論上有無數種結果，但考慮到物理的現實意義，因此數學分析的結果必須接受物理實際意義的檢驗；一個力的作用中往往有兩種或兩種以上的作用效果（如斜面上的物體產生壓力和“下滑力”兩種效果），因此根據力的作用效果分解往往符合實際需要.這樣的質疑與分析過程雖然會花費一定的時間，但卻可以高效地掃除學生在力的分解[JP3]與合成中的認識誤區，從而給后面知識的學習奠定堅實的基礎.[JP]

第二個質疑：為什么是平行四邊形？傳統教學中是通過實驗來證實的.但一旦我們讓學生質疑，學生仍然會有疑問：力的合成與分解怎么偏偏就與平行四邊形產生了關系呢？即使跟學生強調“這是實驗的結果”，事實上也不能解答學生的疑問.于是筆者引領學生進行思維上的創新，在研究中我們稱之為“頭腦風暴”，這個過程的各個環節基本上是這樣的：力的合成與分解是物理問題（教師陳述）平行四邊形屬于什么學科的知識？（學生回答）因此我們說力的合成與分解符合平行四邊形定則，實際上是用什么知識描述什么知識？（學生回答）經過這樣的問答之后，下面的任務就交給學生：尋求數學知識解答此物理問題的合理性.結果學生思維的創新性就表現出來：有的學生開始研究平行四邊形的特點，有的學生開始研究力的表示（有向線段）與數學的關系，有的學生將注意力放在矢量方面.這一研究從課內延伸到課外，學生通過資料查詢、請教數學老師等方式，終于認清了力的合成與分解遵循平行四邊形法則的背后，是數學上矢量運算規則.而這樣的認識有什么好處呢？給后來的力矩知識的學習、洛倫茲力的學習提供了有力的保證.

課例二：機械能守恒定律.

這節課上學生的質疑主要是：自然界中，機械能真的守恒嗎？這一疑問看似不合理，其實卻非常符合高中學生的認知規律.眾所周知，物理發展史上關于永動機的研究至今也沒停止，側面說明了并不是所有人都認同這一規律.因此在這一疑問的引導下，筆者讓學生自己去想辦法理解.學生的思路也體現出了創新的一般步驟：一開始是尋找正例，結果發現根本就無法窮盡，因而無法完全證明；隨后再去尋找反例，即看有沒有不遵循機械能守恒定律的.在這種情況下，筆者也將搜集的有關永動機的從古至今的研究并整理出來給學生閱讀.這樣的教學方式讓學生對機械能守恒定律有了更為深刻的認識.而反思這一教學方式，何嘗不是一種創新呢？

三、研究的總結

通過本課題的研究，筆者發現其實高中學生只要給了質疑和創新的機會，他們總能給教師一些驚喜：提出的質疑并非全無道理，而且就算是在教師一眼就看出的質疑，事實上也反應了學生的一種思維過程，有助于教師準確地判斷學生的學情；而學生在創新中的表現則呈現出一種發散的狀態，不同的學生針對同一問題總能想到不同的方法.這些方法大多還都是可行的，比如說在動量守恒中學生的一些創新實驗，有學生提出可以將兩輛質量相等的小車之間壓一個彈簧，然后通過彈簧將兩車彈出的距離，來判斷兩車動量是否守恒.這樣的設計吻合了系統不受外力的情形，且效果明顯，不能不說是學生的一個創新（盡管教師可能是熟知的）.

[BP（]至于有老師擔心學生的創新會不會影響最終的考試，言下之意是擔心學生的答案在試卷上不夠標準.筆者采取的策略是將學生的創新結果，與教材上的結果進行比較，這樣學生大多能夠發現教材上的設計會比他們的好，從而也就加深了對教材的認同；即使偶爾學生會認為自己的創新成果好，筆者也會鼓勵學生記下自己的創新結果，甚至是改編成習題，而這也成為筆者研究習題的重要來源.[BP）]

總而言之，這一課題研究給筆者帶來的收獲是很大的.當然，從長遠來看，這一課題還有不斷發掘與研究的價值，相信隨著筆者的認識不斷深入，隨著學生的思維不斷深入，這一研究還會收獲更多的成果.endprint