培養創新能力的定律課教學設計

陳敬華

摘要：本文探索物理定律教學中培養學生創新能力的教學設計思想、原則和模式，探討解決教學中知識增長與創新能力培養之間的矛盾，使學生既掌握物理定律，又學習科學研究方法和提高創新能力。

關鍵詞：創新能力；物理定律教學；教學設計

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1992-7711（2017）01-0082

物理課堂教學包括物理概念、物理定律、物理理論、物理實驗等基本課型。在人類歷史上，物理定律的建立一般都有一個艱辛曲折而漫長的探索過程，在這過程中包含著無數優秀物理學家創新性的思想、創新的研究和創新的思維方式方法。因此，如何在物理定律教學中使學生受到物理學家創新思維方法和創新精神的熏陶，培養學生的創新精神和創新能力是很重要的研究課題。下面，筆者對物理定律課堂教學中為培養學生的創新能力的課堂教學設計做初步探索。

一、培養創新能力教學設計思想及原則

筆者認為，培養創新能力的定律課教學設計應遵循以下思想和原則：以中學物理定律為知識載體，既注重學生知識的增長，又注重創新精神和創新能力的培養；以科學研究方法和科學思維方法的培養為導向，以新問題、新規律的探索和研究為實踐，達到激發學生創新意識，訓練創新思維素質，培養學生創新思維方法，創新精神和熱情為目的。教學設計的全過程必須體現如下三個原則：1. 主體性原則；以學生為主體，教師為主導，營造民主、和諧、合作的教學氛圍，實行教學民主，教師以參與者的身份與學生進行平等的對話，允許學生提出不同的見解和觀點，甚至對教師的觀點提出挑戰；把學生從傳統的班級授課中單純的旁聽者轉變為學習生活的積極參與者，同時給學生以主動探索，自由學習和解決問題的空間，教師應留給學生談、思、議、練等主動活動所必備的時間和空間，而不是教師“獨占”。2. 探索性原則：學生應站在研究者的位置上提出問題、探索性地分析問題和解決問題，而不應是知識的容器，要讓學生在探索物理定律過程中感受疑惑和困難，需要創新性地思考和操作消除和克服，讓學生在自己探索的過程中獲得探索創新的情感體驗和直接的思維體驗。3. 創新性原則：物理定律的課堂教學的流程是：創設問題的情景，學生提出問題（情景問題化），學生探索問題，師生歸納小結得出定律（思維展示過程化），定律運用于各種問題。顯然，這個過程就是培養學生創新思維的過程。

二、培養創新能力定律課教學設計

1. 創設問題情景。教師通過各種手段、生動語言描述，多媒體動畫、演示實驗，在學生面前展現一幅幅生動形象的物理情景，然后由學生或教師提出與展現的物理情景相聯系的探索性問題，這就是創設問題情景的過程。這是物理定律教學的開端。俗話說：“好的開頭是成功的一半”，因此問題情景的設計應達到如下要求：情景新穎能極大地激發學生的興趣，喚起學生的好奇心；情景問題的設置要有適當的難度，智力上應有挑戰性，問題應具有開放性和探索性，給學生以利用原有知識對問題進行分析、猜想的機會。從教學手段上，創設問題情景的方式有三種：（1）語言描述；（2）多媒體動畫；（3）演示實驗。

例1. （語言描述），牛頓第一定律的引入設計：教師提出問題：靜止的車，用力推它就運動起來，不用力又會停下來，這現象是否說明力是物體運動的原因。學生討論后請四個同學分別代表亞里士多德、伽利略、笛卡兒、牛頓介紹各自的觀點，使學生全面理解牛頓第一定律建立的歷史過程。

例2. （演示實驗引入）閉合電路歐姆定律教學的引入設計：

學生觀察實驗：在如下圖所示的實驗電路中，P向左或向右移動時，電流表和電壓表示數的變化，P左移：示數變小，示數變大；P右移： 示數變大， 示數變小。

教師提出問題：為什么在閉合電路中，電流和路端電壓變化有如此規律，原因如何？從而引入定律的探索過程。

例3. （多媒體動畫引入）萬有引力定律的教學引入設計：

電腦演示：在光滑水平面上，線一端栓一小球，另一端系在固定于平面上的釘子上，球繞釘子作勻速圓周運動，線突然斷了，球作離心運動，再演示太陽系九大行星繞太陽作近似圓周的橢圓運動，然后提問；太陽和行星之間并沒有線相連，而行星并非離太陽而去，為什么？從而引入新定律的教學探索。

2. 探索研究。探索研究物理定律的基本方法是實驗探索，現階段中學物理實驗形式是演示實驗和學生的分組實驗，無論是演示實驗還是學生的分組實驗，多數為驗證性或測定性實驗。從培養學生研究能力和創新能力角度上看盡可能把驗證性實驗設計為探索性實驗，把演示實驗設計為學生自行探索的分組實驗。探索性實驗具有更廣闊的活動空間和思維空間，可以激發和滿足不同層次學生的探索與創新欲望，學生在自己探索物理規律的實驗過程中可以把動手和動腦結合起來，鍛煉和培養自己的創新能力。下面是實驗探索定律教學設計實例。

例1. 楞次定律的教學設計

（1）讓學生運用右手定則判斷下面四種情況下回路感應電流方向。然后提出如下的問題：①上面四種情況中Ф增加是哪個？Ф減少的是哪個？②在Ф增加的甲丙中B原與感應電流的磁場B感方向關系如何？③在Ф減少的乙丁中B原與B感的方向關系又如何？學生討論后得出結論：Ф增加，B原與B感方向相反，Ф減少，B原與B感方向相同。上述結論是否普遍性呢？（提出實驗探索問題）

（2）學生分組實驗，探索其他電磁感應現象中感應電流磁場是否有相同的規律。

實驗1：磁體在下面兩種情況下向上和向下運動，觀察電流表的指針偏轉并記錄觀察結果，

實驗結果填在下表：

實驗2：在如下圖所示的實驗裝置中P左移或右移，觀察實驗結果并填寫下表：

最后，歸納小結具有普遍意義楞次定律。上述教學設計體現由個別現象猜想到普遍規律，然后用實驗再探索驗證猜想的正確性，這是物理研究，發現物理規律最基本方法，方法所包含的思維過程本身就是一種創新性思維，讓學生體驗這種研究方法，這是對學生很好的創新思維實踐。

受學校實驗條件的限制。某些定律不能展開實驗探索，可通過設置情景回顧物理學家探索該定律的過程，使學生感受到物理學家創新精神和創新思維的熏陶。例如，萬有引力定律的教學，可作如下設計：

①介紹萬有引力定律創立前的歷史背景：天文學上研究成就，即開普勒三大定律和月亮繞地球運動中加速度a月與地面物體下落的加速度g的關系及軌道半徑r與地球半徑R地的關系：

a月= g，r=60R地

②引導學生沿著牛頓探索過程展開如下的探索：由天文學成就知：

a月= g （1）

r=60R地 （2）

假設地球對月亮存在一種吸引力，由牛頓定律得：

F引=m月a月= m月g （3）

地球表面上的重力是地球對物體的吸引力。設月球在地球表面時，則：

F1引=m月g （4）

由（3）（4）得： = （5）

由（2）和（5）可得： =（ ）2 （I）

（I）表明地球對月球的吸引力與距離平方成反比。

設太陽對行星存在一種吸引力F引，F引是行星繞太陽運動的原因。由開普勒第一、第三定律可知：

=k（常數） （6）

橢圓簡化為圓軌道后，由運動學原理知和（6）式得：

a向心= R= （7）

由牛頓定律得：

F引=M行a向心=M行 = · （II）

（II）表明與距離平方成反比，綜合（I）（II）可得，引力與距離平方成反比定律。

以上的探索對中學生有一定的難度，也花費了一定的時間，但卻能讓學生領略探索定律的思維體驗，其中也發展和訓練了學生的創新思維和科學研究問題的能力。

創新能力的培養應貫穿于物理教學的全過程，貫穿于定律教學的各個環節。在定律的應用過程中培養創新能力仍有廣闊的空間，這里限于篇幅，不作探討。學生創新能力的培養依賴于探索實踐和創新實踐。這需要給學生足夠的課堂時間和空間，且這種探索實踐具有不可預見性，教學過程可能出現各種偶然問題。這在一定程度上影響教學內容的完成。從應試的角度上看，花較長的時間進行物理定律探索，不如用較短時間把定律傳授給學生，然后用較足夠的時間讓學生完成與定律相關的習題劃算，這樣容易在考試上拿高分。但從培養人才的角度上看，從學生發展角度上看，熟練的解題能力和探索創新能力是不能相提并論的。教師應轉變應試教育觀念，樹立素質教育和創新教育的觀念，從提高學生科學素質和培養創新能力上考慮教學過程的設計。高中物理教學內容多、難度大，而教學時間相對不足，探索實踐過程長，耗時多。解決這些矛盾在于培養創新能力的探索實踐的內容立足于教學大綱的物理知識或作適當的拓展，定律的探索設計應進行充分的準備。應在學生能力發展的前沿區設置探索問題，避免啟而不發的尷尬局面。創新能力培養應滲透在定律、理論、實驗、習題教學的各個環節，一個引入新課的小實驗，一道習題的創新性的解決都能給學生一種創新的示范，使學生掌握物理定律，同時提高物理素質和提高創新能力。

注：本文曾獲廣西教育學會第八次優秀論文（專著）評比二等獎。

（作者單位：廣西合浦廉州中學 536100）