设计性实验培养学生创新品质初探

郑盛仪

关键词：设计性实验初中物理创新品质培养

江泽民同志指出：“创新是一个民族的灵魂，是国家兴旺发达的不竭动力；一个民族缺乏独创能力，就难于屹立世界民族之林”。可见培养和造就能主动获取新知识和评价新知识，具有创新精神和能力的跨世纪人才是何等的重要！

创新品质是指在社会实践中与创新活动密切相关的心理品质，主要包括创新知识、创新意识、创新能力和创新精神等四个方面①。创新品质是创新意识、创新精神和创新行为的综合，是建立在知识、经验基础上的一种能力因素，具体表现为思维的求异性、发散性、反省性、开放性，观察思考问题的多视角、多层面，解决问题方法的灵活性、独创性以及敢为人先、勇为人先的个性品质。从教育的目标和发展的视角来看，在学生的学习活动中注重“创新品质”的培养无疑是十分重要也是十分必要的。

物理学作为以实验为基础的学科，是中学阶段科学教育的主要课程，是培养学生创新品质的主要阵地。《物理》八年级、九年级义务教育课程标准②设立了15个科学探究实验（学生实验）和相当数量的探究实验（演示实验）。仔细研究，我们不难发现，这些实验还存在许多不足，主要表现为：第一，教材中的实验几乎都是为帮助学生加深对知识的理解而安排的，使得学生是为学习知识而完成实验，因此，学生不易通过这些实验掌握一些重要的灵活多变的实验方法，无法从深层次的角度培养学生创新品质。第二，教材中每个实验的原理，器材及操作步骤都讲得比较清楚，学生只需按部就班地完成实验操作即可，这样的实验只能增加学生对实验现象和过程的感性认识，培养了学生的动手实践能力，而对学生的创造性思维活动训练是不够的，也无法更好的培养学生分析和解决实际问题的能力，同时，还易导致教师上课教实验，学生复习背实验的被动局面。第三，目前教材的实验几乎都是验证性实验（在中学阶段，探索性实验实质也属于验证范围，只是得出的结论的方法不同③），学生只要学懂了书中的定律，一般都能轻而易举地完成实验。这种安排违反了教育应该走在学生智力发展前面的原则，对培养学生的创新品质是极为不利的。第四，随着时代的发展知识的更新和科技产品的进步与极大普及，课本中的不少实验已脱离或落后于学生生活的实际，同时，部分实验按课本中的说明根本无法完成或效果很差，这样的实验又怎能培养学生的创新品质呢？因此，改革教学内容和教学方法已成为教师的当务之急。在实验教改的尝试中，我认为加强设计性实验的教学是弥补上述实验教学不足的有效措施，更是培养和升华学生创新品质的好手段。

一、重视教材设计性实验，培养学生创新知识

创新知识是指学生具有相对稳定又灵活变动的知识结构，相对稳定的知识结构要求学生不仅有较为牢固的专业知识,而且有与专业相关学科的知识。

教材的设计性实验主要以“实验探究”“科学探究”、“交流与讨论”、“迷你实验室”、“信息窗”及少量的习题组成，这类有些根据目的要求自行设计的实验对学生实验能力的要求较高，课程标准对此未作具体规定，加上毕业会考一般不考，因此极易被师生轻视。我认为，本着对学生终身教育负责的态度，教师应充分利用课本中这些难得的培养学生创新能力的素材，不折不扣的从理论和实践上指导学生完成，在新课教学中逐步诱导学生的创新品质，为学生综合素质的全面提高打下坚实的基础，在教学中，我均要求学生用书面作业的形式完成这些内容的实验题，首先从理论上让学生弄清这些实验的原理及测量方法，然后指导学生具体操作验证，并撰写实验报告，这样表面上做看起来比较费时，增加了师生的负担。但从实际效果看来，它不仅能激发学生的学习物理的兴趣、动机，克服学习物理的诸多障碍，更能深层次的点燃学生创新思维活动的火花，培养学生的创新知识，同时还能整体优化物理教学效益，确实能收到事半功倍的效果。

例如，在理解串、并联电路的特点，并熟悉电压表和电流表使用的基础上，按照教材习题要求，我们让学生设计只用一个电表（电压表或电流表）和一个已知电阻来测量一个未知电阻的实验。学生经过认真思考、分析、讨论，分别设计了4种不同的实验方案，在实验里均能达到实验目的又较快地掌握了“欧安法”和“欧伏法”测电阻的重要实验方法，学生的发散思维得到了锻炼，又培养了学生的创新知识。

二、创设实验问题，培养学生创新意识

在物理课中我们要充分利用课堂中碰到的各种问题，设计一些供学生讨论研究的实验题目，并引导他们一步一步地探索、解决问题，培养学生的创新意识。

我在指导学生完成“测定小灯泡的电功率”的实验时，设计了这样一个实验题目：某同学在做“测定小灯泡额定电功率”的实验中，所用的电源电压为6ⅴ，小灯泡的额定功率为3.8ⅴ，实验时，该同学发现所用的电压表的0—15ⅴ坏了，而0—3ⅴ量程完好无损，并且实验所用其他器材均完好，在找不到合适的电压表更换的情况下，也未更换其它器材和小灯泡，请你替这位同学想一个巧妙的方法来测出小灯泡的额定功率。同学们结合刚刚研究的实验，经过认真思考，激烈讨论，最终照到一个共同满意的方案，即将电压表并联在滑动变阻器的两端，移动滑片，当电压表示数为2.2ⅴ时，就可以测出小灯泡的额定功率，然后，各组学生纷纷用实验予以验证。很显然，这个新课结束前的设计性实验会使学生各方面的能力得到较大的发展。同时，我们还针对教材安排的不利于学生创新意识培养的验证性实验，采取了变验证性为探索性实验的尝试，即在实验教学中，有意识地给学生提出课题，启发学生猜想、探索，使学生由学知识变为主动探索自然规律，这样不仅学生对知识学得扎实，掌握得牢固，而对学生创新能力的强化提高也是十分有利的。

在教学过程中，教学内容要尽可能以问题的形式呈现给学生，创设问题情境，让学生在教师的指导下以解决问题的形式进行学习。同时，要最大限度地采用直观教学的形式，为学生提供更多的动手操作的机会，联系学生的生活和社会现实问题，锻炼和提高学生的直觉思维能力，因为直觉思维能力是创新能力的重要体现。

例如，在研究杠杆平衡条件的实验课结束后，我给学生说：下堂课仍在实验室进行，要求同学们自己设计方案完成以下几个探索性小实验：

1.如何用一只量程略小于铁棍中的弹簧秤测这根铁棍的质量？

2.怎样用一架不等臂天平和砝码测物体的质量？

3.如图所示(图一)，将一根粗细不均匀的木棒用绳子系住悬挂在图示的水平位置，现从拴绳处将它据成两段，则哪一段较重？

1.又如图二所示，在杠杆AB两端分别挂一小铁块m和大铁块M，调节支点位置，使杠杆在水平位置平衡，现将两铁块同时浸没在水中，则杠杆的哪端下降？

2.在题中若将大铁块M换为等质量的铜块，情况又会怎样呢？

课题效果显示，学生对这些实验很感兴趣，争论激烈，纷纷从理论和实验两方面取得较满意的结果。当然，学生的创新意识在这些探索性实验中也得到淋漓尽致的发挥。

三、改良教材“不良实验”，培养学生创新精神

创新精神是一种勇于抛弃旧思想旧事物、创立新思想新事物的精神。作为教师不能按课本循规蹈矩的勉强完成或讲解实验，要有改革创新精神。

前面所述，课本的“不良”实验主要有两类：一是部分实验按教材的说明无法完成或效果很差，如《物理》九年级，研究气体膨胀做功内能减少探究实验（p24），研究导体和绝缘体的实验(p146)，研究导体的电阻与温度的关系实验，（p65），研究焦耳定律（p91）等。二是部分实验脱离了学生生活实际，如《物理》九年级，研究碘的升华和凝华（p11因严重污染教室空气），八年级研究托里拆利实验（p149）水银的毒性很大，现已明令禁止使用）等。

我的做法是：一方面为了与课程标准及教材要求吻合，仍然按教材要求给学生演示实验，运用多媒体《仿真物理实验》演示，等途径感知实验现象，增强视觉冲击，通过思维形成实验操作概念，揭示实验的目的。另一方面，发动师生共同研究自制教具，改进实验方法，增强实验效果。例如，在研究焦耳定律时，采用了图中所示的自制教具，图中电阻Ｒ１=Ｒ２=５Ω，R3=10Ω，U=6V,在R1、R2、R3上分别放一根相同的火柴，闭合开关后从火柴被点燃的顺序来研究电流的产生的热量与电流，电阻和时间的关系，多年来，我一直采用这个实验来研究焦耳定律，不仅节约了时间，而且效果非常明显，学生也很容易接受，毫无疑问，学生在这些“改革不良实验，自制教具”的活动中，其创新精神得到了很好的培养。当然，自制教具要讲究科学、准确、简便、适用。

四、深入研究重点实验，培养学生创新能力

课程标准规定初中物理的重要实验是指“用量筒测物质的密度”，“用电压表和电流表测电阻”及“测定小灯泡的功率”等实验，深入研究这些重要实验，有利于学生对相关综合知识的掌握，有利于增强学生风险问题、解决问题的能力，更有利于学生创新能力的升华。广大教师应责无旁贷地重点深入研究这些重要实验，促进学生对知识的掌握及综合能力的提高。我在对力学知识进行总复习时，针对“测物质的密度”的实验，布置了一下这些设计性实验题要求学生完成。

1.怎样用天平、砝码、量筒和大头针测出不沉于水的蜡块的密度。

2.怎样用天平、砝码、空瓶和水测出盐水的密度。

3.怎样用正方体小木块、刻度尺、烧杯和水测出盐水的密度。

4.如何利用一盛满水的玻璃杯、天平、砝码和细线，测小金属块的密度。

5.怎样用弹簧秤、金属块、烧杯和水来测盐水的密度。

6.如何用弹簧秤、小瓶、细线、水测出盐水的密度。

7.给你一根玻璃棒、一个鸡蛋、一支密度计，足量的盐和水，怎样测出鸡蛋的密度。

8.如何用刻度尺、烧杯、水和细线来测一根均匀木棒的密度。

9.怎样用天平、砝码、盛满水的烧杯，系有细线的金属块来测金属的密度。

毋庸置疑，学生在完成这些实验题时，思维活动完全是主动的、开放的、发散的，在经历“创设问题，遇到问题，分析问题，解决问题”的过程中，学生的创新品质得以逐渐升华，创新能力也逐步提高。

几年来，我所亲历的这些教学过程也取得了较为满意的成绩，辅导的学生在全国、市、区级各类活动中获全国一、二等奖的有3人次，获市级奖的有10余人次，或许这与教学中注重学生创新能力培养，注重设计性实验的教学有较大关系吧！当然，不可否认，在物理教学中培养学生创新品质的途径，方法和手段是多种多样的，而学生创新品质的培养与提高也非完成几个设计性实验就能一蹴而就的。因为创新品质的培养不仅是一个长期的潜移默化的过程，而且还是一个系统综合过程。这就要求我们广大教师在思想上要高度重视，教学中要勤于思考，勇于创新，要更新教育观念，转变教育思想，只要我们不断探索进取，勤奋工作，就一定能够培养更多的高素质的创新型人才。

参考文献：

1．潘立，计时鸣，鲁聪达:以创新教育平台为基点的创新型人才培养；黑龙江高教研究；2006年03期

2．义务教育物理课程实验教科书编写组；《物理》八年级、九年级义务教育课程标准实验教科书

3．乔际平等主编，《基础教育现代教学基本功》（中学物理卷p214），首都师范大学出版社