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巧用物理实验培养学生的创造性思维能力(王俊峰)

作者: 来源: 发布时间:2012年06月26日 点击数: 字体: 大 小

 

 

 

 

 

 

 


 

创造性思维,是人类思维的最高形式,是以新的方式解决问题的思维活动,创造性思维强调开拓性和突破性,在解决问题时带有鲜明的主动性,这种思维与创造活动联系在一起,体现着新颖性和独特性的社会价值。创造性思维的特性品质,主要包括“自我独立性、主动探索性、多向选择性、进程跨越性、综合概括性”。凭借良好的创造性思维品质,人们能够产生新的、独特的、具有社会价值的产物。要提高创造性思维能力,必须进行思维训练。初中物理实验形象生动、容易做成,而且富有动手操作和探索因素,非常迎合学生的心理特征。在实验教学中,教师若能精心设计处理实验内容,挖掘物理实验的创造性成分,使学生在 实验中始终处于愤悱的情境,就会不断激发学生创造性的“思维火花”。因此,重视实验教学,促使学生多思、多疑,启迪学生智慧是培养创造性思维的有效途径。创造性思维的培养,应体现对其特征品质进行良好的培养。

1、巧改实验,培养创造性思维的“自我独立性”;

创造性思维的“自我独立性”表现为:(1)敢于对人们“司空见惯”或认为“完美无缺”的事物提出怀疑;(2)力破陈规,锐意进取,勇于向旧的传统和习惯挑战;(3)能够主动否定自己,打破“自我框框”。在中学生的思维培养中,教师应引导学生的思维特征由模仿向支持已见过度。而演示实验一般都是教师动手,学生观察,由于教师具有较高的实验技能,再加课前的充分准备,实验结果都较理想。虽然它有利于学生对物理概念、规律的理解,但无形中就会使学生“迷信权威”。然而将演示实验改为学生实验,由于各个学生参差不齐的知识水平及实验技能,实验当中容易出现各种与结论不相符合的结果,这很容易引起学生对教材中的实验结论产生“怀疑”。在进取心的驱使下,为确信自己的实验结果而重做,甚至多次,当自己的实验结果与教材中结论一致且确信自己的实验无错,才会消除怀疑心理。如“空气推动塞子时内能减小”的实验,笔者在多年的教学中按课本的方法进行演示实验,发现:该实验很难成功,实验现象极不明显。只有做演示实验的教师留心观察,才能看到极不明显的白雾出现。不要说使每个学生都能观察到,即使第一排的学生可能也观察不到。由于实验的不成功,根本无法让学生感知瓶内的空气推动瓶塞做功时,内能减小,温度降低。因而也很难进一步让学生得出:“物体对外做功时,本身的内能会减小”的结论。要使学生接受这一结论也只能是勉强,没有说服力。这样势必影响学生对知识的理解和记忆,也必将影响学生今后对热力学定律的理解。另外演示实验的不成功也很难用实际生活中的其他事例来说明,教师即使列举实际生活中的物体对外做功,本身的内能会减上的事例,学生也感知不到物体对外做功的同时,物体的温度降低了,要学生举例那就更难。这样就很难刺激学生的感观,使学生思维活跃起来。只能教师说教,学生被动接受。笔者将该演示实验改为用注射器做的学生实验。改进后,实验现象非常明显。取一支50ml的注射器(不带针头),从烧杯中吸一些水到注射器筒内,让水湿润注射器筒壁。再将注射器筒内的水全部注回烧杯中。然后吸入约50ml的空气到注射筒内。用左手握住注射器,给注射器筒壁上附着的水加热一会儿,加快筒壁上水的蒸发,增大注射筒内空气中水蒸气的浓度。然后用左手拇指堵住注射器管口,将筒内空气密闭,右手用力推内筒,将注射器筒空气压缩到约20ml。迅速让注射器内空气将拇指推开。在空气膨胀将手指推开时,学生可以近距离清楚地观察到注射器管口冒出的“白雾”。这个实验要获得成功,有两点要求:一是注射器密封性要好,二是移开拇指时动作要迅速;如学生不注意这两点,实验可能失败,由此对实验结论产生怀疑心理。为探求正确结论只能重做,待实验成功甚至多次成功才确信“物体对外做功,内能会减小”。当然,也有的学生做此实验一做就成功,但从思维培养角度而言,由于不断探求实验成功的条件,一开始实验的失败比成功更有意义。

2、巧创实验,培养创造性思维的“主动探索性”;

创造性思维的“主动探索性”表现为:(1)发现一种现象后,立即纵深一步,探求其产生原因;(2)看到一种现象后,立即想到它的反面;(3)发现一种现象后,便联想特点与之相反的事物。演示实验是形成物理概念,导出物理规律的主要方法之一,它是思维探索的第一感性材料。感性材料越丰富,兴趣就越大,主动探索的情感就越强,而兴趣和情感又包含着丰富的思维因素,所以增加演示实验的创造性成分,有利于培养学生思维的“主动探索性”。

如对液体对容器的侧壁压强的演示实验时,我们往往利用如图1所示的液体侧壁压强演示器进行演示。当仪器内装满水时,拔掉A、B、C三处的橡皮塞子,通常我们观察到A、B、C三点的出水情况如图2所示:A点喷射得最近,其次是B点,C点喷射得最远。由实验现象可间接得出结论:液体对容器的侧壁有压强,并且深度越深,压强越大。

 

 

图1

图3

 

图2

图4

 

 

 

 

 

 

 


 

但是,当我们在实验中不断向仪器内加水,从而控制A、B、C 三点水的深度不变,并且将三个落水点A’、B’、C’与容器底部控制在同一水平面时,我们观察到的却是如图3所示情景,即:A点喷射得最远,其次是B点,C点喷射得最近。水喷射的水平距离是否与落水点到容器底部的高度有关呢?

我们换用另一规格的液体侧壁压强演示器做实验,它的A、B、C三点到仪器口的距离与前一仪器的相比有所不同,因此,当仪器内装满水时,A、B、C三点水的深度与前面的实验也就有所不同了。

同样控制A、B、C三点水的深度不变再进行实验时却发现:B点喷射得最远,其次是A点,C点喷射得最近(如图4所示)。水喷射的水平距离是否又与该点水的深度有关呢?

让学生课后自主去探究水喷射的水平距离与落水点到容器底部的高度和该点水的深度的关系,既极大地激发了学生学习物理的兴趣,又培养学生创造性思维的“主动探索性”。

3、巧变实验,培养创造性思维的“多向选择性”;

创造性思维的“多向选择性”,就是善于从不同角度想问题,它具有四种机智:(1)“发散机智”,即在一个问题面前,尽量提出多种设想,多种答案,以扩大选择的余地;(2)“换元机智”,即灵活地变换影响事物和量的诸多因素中的某一个,从而产生新的思路;(3)“转向机智”,即思维在一方面受阻时,马上转向另一方面;(4)“创优机智”,即用心寻找最优答案。而将“测量、验证”实验改为设计型实验有利于培养创造性思维的“多向选择性”。但不提供任何线索要求学生独立对“测量、验证”实验设计新的实验,对中学生来说,确是难事。因此教师应从以下两个不同角度择其一给予启发:一是将各种不同的实验原理的器材分套,引导学生由分套的实验器材依据相应的原理,从而设计相应的实验方法;二是提供各种不同的实验方法的原理,引导学生从实验原理出发,选择相应的器材而设计相应的实验方法。

如在学完了伏安法测电阻之后,引导学生探究若电压表坏了如何完成测量,学生很容易想到用一定值电阻与电流表串联,可起到电压表的作用,即添加一只电流表和一只定值电阻就可以完成测量;若只允许添加一只定值电阻如何完成测量,进一步引导学生把电流表放到干路上,在一条支路上用开关加以控制。若不允许添加任何器材应如何完成测量,再进一步引导学生将滑动变阻器移到阻值最大端作为定值电阻使用。还可以按照上面的模式,让学生自行探究电流表坏了的各种情况,极大限度地多角度拓展学生的思维。

4、巧设实验,培养创造性思维的“进程跨度性”;

培养创造性思维的“进程跨度性”表现在三个方面:(1)从思维进程来说,省略思维的步骤,加大思维的“前进跨度”;(2)从思维对象角度来说,跨越事物相关度的差距,加大思维的“联想跨度”; (3)从思维条件角度讲,跨越思维可现度限制,迅速完成“实体”与“虚体”之间的转化,加大思维的“转换跨度”。疑难不仅是启迪思维的“钥匙”,而且释疑排难实验过程又是思维跨越的过程。适当设立释疑排难实验,是培养创造性思维的“进程跨度性”的良好途径。

如研究定滑轮的使用特点。制定的实验目标是通过实验研究使用定滑轮是否省力,是否省距离。教学重点是教师与学生一起完成实验后的交流与讨论,得出“使用定滑轮既不省力,也不省距离,但可以改变力的方向”的结论。

上课后,教师与学生一起顺利完成了研究定滑轮实验的组装、猜想和设计方案,接着学生兴致勃勃地做实验。大约十五分钟后,意想不到的现象出现了:班级里近一半的学生在使用定滑轮提升钩码时测出的拉力小于钩码的重力!得出了“使用定滑轮省力”的结论!为什么会出现这种意外的结论呢?

有的学生认为弹簧测力计在使用前没有调节指针指零,有的学生认为弹簧测力计受到重力作用,分担了部分拉力,使弹簧测力计的示数偏小。于是我们重新设计实验,来验证学生的猜测是否正确。

首先,验证第一种猜测是否正确。学生先把弹簧测力计的指针调零后,用定滑轮匀速提升一个或两个钩码时,弹簧测力计的示数仍然小于钩码的重力。这就说明“弹簧测力计的指针没有调零”的猜测是错误的。

接着学生验证第二种猜测是否正确。他们用定滑轮提升钩码,使用了不同方向的拉力。当施加竖指向下的拉力时,拉力最小;当施加斜向下、水平拉力时,拉力逐渐变大。这就说明弹簧测力计的重力确实分担了部分拉力,使弹簧测力计的示数变小。在实验中,使疑难迎刃而解,它有益于培养学生思维的“进程跨度性”。

 5、巧理实验,培养创造性思维的“综合概括性”;

创造性思维的“综合概括性”表现为三种能力:(1)“智慧杂交能力”,即善于选取前人智慧宝库中的精华,通过巧妙结合,形成新的成果;(2)“思维统摄能力”,即把大量概念、事实和观察材料综合在一起,加以概括整理,形成科学概念和系统;(3)“辨证分析能力”,即对占有材料深入分析,把握它们的个性特点,从中概括出事物的规律。教材中的物理知识都是前人智慧才华的结晶。而不少物理知识的形成又是前人在实验探索的过程中,通过分析比较、抽象概括、类比综合,从而揭露事物的本质属性而得出的,不少的物理规律都是科学的探索实验和创造性思维的统一产物。如“判定感生电流方向的楞次定律”的教学,课前可先留给学生一个思考题:如何判定感生电流方向?怎样通过实验加以归纳得出?在此基础上,将学生带到实验室,根据电磁感应现象的知识,共同设计一个用线圈、电流表、条形磁铁组成的实验线路。让学生自己动手连接线路,观察实验现象,并做好记录。引导学生边观察,边思考,边发现问题,边解决问题,并根据实验记录加以分析、归纳和总结,帮助学生从中得出感生电流的磁场总是要阻碍原来磁场的变化的结论。然后,引导学生将磁铁换成通电螺线管再做实验,或把通电螺线管放在线圈中,改变通电螺线管电流的大小,并观察实验现象,记录实验结果。最后,归纳得出上述不同情况下的电磁感应现象所产生的感生电流的磁场,总要阻碍原来磁场的变化的结论,即楞次定律。在探索实验教学中,教师必须结合物理学史着重引导学生领悟教材中各种思维方法的特点,逐步使学生形成“智慧杂交能力”、“思维统摄能力”及“辩证分析能力”。

参考文献:

(1)张民生.《中学物理教育学》上海教育出版社1999年3月出版

(2)张德锈.《创造性思维的发展与教学》.湖南师大出版社1990年2月

(3)陈龙安.《创造性思维与教学》.中国轻工业出版


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