摘 要:如何在中学物理教学中对学生进行创造性思维能力的培养,是当前素质教育的热点问题,笔者从物理学习心理学理论出发,结合教育教学实践,就如何在中学物理教学中培养学生的创造性思维能力进行了研究。
关键词:教育 物理教学 培养 创造性思维能力
中学生在学习物理的过程中,通过自己的智力活动去独立发现并掌握和运用新的知识与技能,这些知识、技能尽管是前人已有的思维成果,但对中学生本人来说却是前所未有的。学生从物理实验中,可以学到怎样根据观察做出理论概括,培养从个别到一般的归纳思维方法。而从物理习题中,学生可以锻炼从一般到个别的演绎思维方法,把学得的公式和定律用来解决具体问题。物理学史中的大量史实能够告诉学生理论预言与实验事实之间的矛盾怎样导致了新科学的发现。因此,从这些方面的教学中,可以培养学生思维方式逐步从正向思维向逆向思维,从常规思维向立异性思维,从直觉思维向抽象思维,从单向思维向发散思维发展,这对于提高学生的创造性思维能力都是十分有利的。
一、多样化的物理实验设计与培养学生的创造性思维能力
(一)培养发散性思维的创意物理实验设计
发散思维又称求异思维、辐射型思维,它是指一种沿着不同方向,不同角度,从多方面寻求多样性答案的展开性思维方式。
根据培养创造性思维能力的发散思维的要求,我们在物理实验设计中应尽可能针对不同的实验目的、实验器材多寻求各种方案。
根据与实验相关的实验目的、实验器材,通常有以下几种物理实验设计方法。
1.根据同一实验目的,进行多样性的实验设计
即根据现成的有限的几件器材,要求学生采用不同的方法,设计不同的实验方案来达到同一目的。
例如,在“电磁感应现象”一课中,教师将原、副线圈,变阻器导线、磁铁等器材直接发给学生。在简单介绍器材后,用条形磁铁演示了磁生电的实验现象,让学生观察著名的法拉第电磁感应现象后,随即要求学生自行设计产生感应电流的方法并自行验证。在引起学生好奇心,激发学生思维中学生成功设计了十种方法,其中不乏新颖的设计,如将磁铁绕闭合线圈做圆周运动,甚至有学生用导线在条形磁铁外自绕线圈,通过改变线圈包围条形磁铁的面积来产生感应电流等。
在学生获得成功的体验后,教师进而要求学生从不同的个性方案中归纳出共性特点,理解产生电磁感应现象的共同条件。
最后让学生思考:为什么有的设计理论上正确,而实践中却观察不到实验现象?是否可能在闭合线圈中插入通电线圈时而不产生感应电流?从而使学生的思维得到进一步的深化和发散。
2.现成有限的几种器材,要求学生发散实验设计,看看最多做多少不同的实验
例如,以打点计时器为主可设计多种实验方案。(1)判断运动性质;(2)测量一些物理量:如时间、位移、平均速度、瞬时速度、加速度等有关运动学的物理量;(3)研究自由落体运动;(4)验证牛顿第二定律、机械能定律;(5)演示震动和波的干涉现象。
在开发实验器材的多用途的同时,通过联想,把力学各章节的知识点串联起来,有助于知识结构的形成。
3.根据实验目的,让学生自己设计实验方案,选择实验器材进行实验
例如,测量型物理量如密度、质量、动摩擦因数、电阻、折射率等均可作为长期题让学生用多种方法设计。笔者根据心理学发散思维原则让学生设法测定本地重力加速度。学生设计了多种方案。其中不乏新颖思路,除了常规的单摆、打点计时器、频闪照相法,还有落球法,滴水法、斜面法、圆锥摆法,通过共同讨论,应让学生明白:除了创造多种方案外,还要注意按正确、可靠、简便、精确的原则,优化方案,选出最佳方案。只有这样才能使创造性思维达到较高境界。
以上培养发散性思维的创意物理实验设计使思维打破单一思维常规,寻求变异,广开思路,充分想象,是探索多样的方案和新途径的开放式思维,有助于培养学生创造性思维能力和创新精神。
(二)求思维变通可能的实验设计
所谓思维变通性是指发散性思维能从思维的某一方向跳到第二、第三、第四个等等方向上,有更多的方向可供考虑和选择。变通性使发散思维沿着不同的方向和方面发散,表现出极其丰富的多样性和多方向性。这种变通性,就是善于从多侧面、多角度思考问题。
教师训练学生在最短时间内,从多个角度去分析问题。提出多种设想的答案,以最佳方法解决问题。
下面介绍一个变通性实验设计实例:
例如,用一根卷尺测一堆沙砾间的动摩擦因数。从常规的方法看,测量长度的尺似乎是无法解决这个问题的,但如果换个角度,我们先分析沙砾间的滑动摩擦的产生过程。假想形似圆锥体的沙堆,如果越堆越高,表面的沙将下滑,这个过程与斜面上一个物体随斜面倾角增大而即将下滑的过程极为类似,我们可以算出物体刚下滑时斜面倾角与动摩擦因素关系μ=tanα,所以只要用卷尺测量锥体高度和锥底面周长,就可以算出tanα,求μ。
(三)求精思考的实验设计
实验误差总是客观存在的,要力求精确性,减少误差。实验的系统误差一般来源于:1.实验原理的不完善;2.测量仪器精度不够;3.外界环境的影响。
求精思考的实验设计要求我们:精益求精的进行实验设计,引导学生努力分析误差原因,用“吹毛求疵”的眼光去发现实验原理、实验过程的缺点及实验仪器的缺陷,大胆推理、分析,作出最佳方案。
二、引导学生“质疑”,培养学生思维
学贵有疑,通过设疑,可以激发学生思维的火花,激励学生进行广泛的多方独立思考,引导学生对感知到的物理现象、过程和结果进行、综合、抽象、概括等一系列思维活动,找出其原因,发生条件和规律,让学生在思维过程中运用多种思维方式思考问题,提高思维能力,完成认识上的第一次“飞跃”,即由感性认识上升到理性认识。在这一活动中必须体现以学生为主题,以教师为主导,要让学生以“探索者”的身份积极参与到活动中去。
教师设置的疑难问题应引起学生的兴趣和惊奇,做到言简意赅,还要富于情感、形象直观、趣味幽默,善于把抽象的概念具体化,深奥的道理形象化,枯燥的知识趣味化,并根据学生实际情况,注意疑难问题的难度,逐步增加梯度。
(一)设物理问题情境
思维始于问题,在物理教学中,可以从问题出发,通过教师精心设计的教学环境和物理情境去发现问题,从而激发学生的求知欲望和创造愿望。这样的教学,能充分发挥学生的主体作用,能培养学生的创造性思维。“问题式”教学对教师提出了更高的要求,教师在备课过程中不仅要准确地领会教学大纲精神,深入分析教材,还必须根据学生的心理特点设计出有趣味、有新意、有梯度的物理问题,使学生能自始至终被你所设计的问题吸引,处于一种积极思索,寻求“发现”的状态之中。因此,成功的设问是实施“问题式”教学的关键环节。
(二)学生自主求疑
学生是学习的主体,教师的激疑只有最终内化为学生的自主求疑,才能从根本上培养学生,使其真正具有创造力,善于在好像没有问题的地方发现问题,在没有现成答案的地方寻找答案。
自学设疑是学生学会自主求疑的第一步,要提升学生的学习能力,使其具备独立性和可持续发展性,首先就要培养其自学能力。笔者对学生的自学要求是:善思、敢疑,每读一句都要问个为什么。通常采用的方法是:
1.学生自学后,通过向自己及同学间相互提问补充,提高从已知信息中吸取有用的信息能力。
2.未知提问。学生自学后,大胆向全班同学和老师提出心中的疑问。学生能产生问题敢于提出,本身就蕴涵着创新因素。
3.深入提问。鼓励学生自学后,打破思维定势,自由思考,大胆提出自己的疑问。例如,在上完运动学的参照物及运动的相对性之后,一位同学经鼓励后提出自己心中的疑惑:“晚上望着月亮走路,为什么觉得月亮也跟着走?”一石激起千层浪,同学们纷纷表达自己的观点,此时我并不急于评判解惑,而是引导同学们课后查阅资料结合已有的知识作出推断。学生在由求疑到解惑的过程中增强了创新意识和创新能力。
三、引导学生从“单向思维”向“发散思维”发展
发散思维(也称辐射思维)是思考者根据已有的知识、经验及所拥有的全部信息,从不同角度、沿不同方向,进行各种不同层次的思考,多触角、全方位地寻求与探索新的多样性的方法及结论的开放性的思维。
在物理教学中,通常是教师按照教材固有的知识结构,按照单向思维方式,从题目的条件和结论出发,联想到已知的定理、公式和性质,只从某方向思考问题,采用某一方法解决问题。可以说这种方式是解决问题的基本方法,但是长期按照这种方式一成不变地去思考问题就会形成“思维定式”。
学生只会按照教师所讲、书上所写的思路去机械模仿,使学科教学仅仅成为单纯知识遗产的传递和前人思维方式的继承,长此以往必将严重制约学生的创造性思维,因此在物理教学中既要强调问题一般方法,同时还要逐步养成学生用发散思维思考问题,启发学生一题多思、一题多解、一题多变等,强调具体问题具体分析,引导学生从不同方向、不同角度去寻求解题方案,切忌照猫画虎,生搬硬套。
四、引导学生从“正向思维”向“逆向思维”发展
正向思维是从题目给的已知条件出发,按事物发展的时间和空间顺序去研究某一物理过程,物理现象的发生、发展的思维方式。逆向思维就是倒过来想问题,就是把思维顺序倒过来,逆转时间和空间顺序,把始态与终态、条件与目标、原因与结果沿着相反思路思考问题。
一个问题从已知条件和原因去推导,结果往往只有一个解,反过来从结果分析条件和原因去推导,结果就可能有两个或多个。解题过程中适时利用逆向思维方式培养学生独立思考问题的能力,确实可独辟蹊径,突破难点,化繁为简。
总之,正确地运用思维规律、思维方式和思维方法,并能取得预期的思维成果,是知识创新时代的呼唤。这些思维方式都具有时代性、开拓性和独创性,现代人只有掌握并会运用这些思维方式,才能跟上时代步伐。
作者单位:乌鲁木齐市第70中学