高中物理教学中的创新思维及培养策略.doc

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高中物理教学中的创新思维及培养策略江苏省高邮中学郭如松内容扌商要：创新精神和创新思维是素质教育的核心。物理学蕴涵着许多个性思想方法和思维方式，是培养学生科学创新思维的极好素材。高中物理教学中创新思维能力的培养，是高中物理教育的根本目标’物理创新思维是多种思维形式协调配合、相互作用、交叉互补的辩证运动过程，我们要更新教学观和人才观，充分利用概念、规律、实验和习题教学等机会积极营造创新教育的氛围和机制。关键词：中学物理教学创新思维培养策略社会发展靠的是人才，人才的质态体现在科学素养的高低上，而创新思维能力则是科学素养的核心组成部分。新课标要求物理教学在传授知识同时注重能力培养，特别要重视探索能力、发现能力和创造能力的培养。物理学作为自然科学的基础学科，蕴涵希许多个性思想方法和思维方式，是培养了工创新思维的极好素材。屮学化正处在思维发展的最佳时期，因此，借助于高中物理教洋培养学生创新思维能力，应是高中物理教育的根本目标。1、创新及创新思维创新，是指在前人发现、发明的基础上，提出新的见解或观念，采用新的策略和方法、技术，开辟新的领域，创造新的事物或得到新的发现和发展。创新主要追求的是“突破”、“新异”和“独特”。创新与创造含义不同，创造是“无屮生有”，而创新则是“有中变新”，但二者都含有一个共同内核——创造思维，都是通过发明、革新创造出新的思想、技能和物质等产品。创新能力的源于创新思维。创新思维是指人们对未知事物冇创见性的思索。创新思维需要人们突破思维定势，把已掌握的知识、信息加T整理或重组，从新的角度寻找解决问题的思路和方法，达到成果创新的目标。创新的内容一般有观念创新、知识创新、方法创新、技术创新等。结合创新的一般性和高屮物理教学的特殊性，高中物理教学屮创新的主要内容是知识创新、方法创新和技能创新，相应地，高屮物理教学屮创新思维的培养，主要以物理概念、规律和原理的认知过稈，物理思想方法包括实验原理和设计方案的巧妙迁移和重构过程，物理知识在新情境中的综合运用过稈等方面为平台开展创新教育探索。2、物理创新思维的基本形式物理创新思维是由多种思维形式相互作用、协调配合和加丁重构而成。2.1形象思维与抽象思维协调配合物理形象思维是借助物理表象为思维材料，按照形式逻辑规律进行的思维。物理表象是物理形象在人脑屮间接和概括的反映。爱因斯坦非常善于形彖思维，他曾说过：“我不是用语言来思考的，而是用跳跃的形状和形象来思考，思考完成了，才努力把所得结果转为语言来表达。”物理形彖包括：物理宋观与微观、时间与空间、局部与整体和静态与动态形象等。物理形象思维的基木要素是表象、胃感和想像。想像是人脑对己有表象进行加工、改造，构建新形象的过稈，它不仅可以弥补实际感知和经验的不足，还可以使人的思想超越时空的限制。想像折射出物理形象思维的创造性。物理学小许多新的实验构思、新的模世建构、新的理论形成、新的解题思路打开等都归功于形彖思维的创造性。 物理抽象思维是以物理概念为思维材料，以判断和推理形式反映物理客观规律，实现对物理事物木质特征和内在联系的认识过程。物理抽彖思维分形式思维和辩证思维两种。前者用于认识物理事物相对稳定的一面，而示者则川于认识物理事物不断发展和变化的一面。物理抽象思维的创新作用主要通过辩证思维发挥出来。没有辩证思维的参与,创新思维的展开将寸步难行！在物理创新思维屮，两种思维不是孤立进行丿应用的。物理形象思维必须借助抽象思维对表象进行抽象概括，从而得岀物理事物的木质特征和规律。物理抽象思维必须借助物理形彖思维建立物理模型，复活物理形彖，将抽彖的概念和规律运川于实际。2.2发散思维与收敛思维的协调配合物理发散思维是以要解决的物理问题为小心，充分发挥想象力，突破I口知识框架的朿缚，大朋地进行知识、观念和方法的重新架构，立体多方位地推测、想象、联想和假设，试探性地提出多种解决问题方案的思维过程。物理收敛思维是以要解决的物理问题为日标，从不同的方向和角度集屮指向这个日标。收敛思维主要特性是具有方向上的聚合性和内容上的求同性。遇到物理问题会综合多种知识信息与Z联结，寻找问题解决的最佳方案。在物理创新思维屮，发散思维起作最主导的作用。物理上的许多理论模型、发明发现和奇妙的解决问题方法等主要靠发散思维。但任何一个完整的创新性活动过程，都是要经过由发散思维到收敛思维，再到发散思维的多次循环，才能创造出问题解决的最佳途经和方法。2.3求异思维与求同思维的协调配合物理求界思维是指在解决某一物理问题时，追求思维角度和方式养异性、多样性和新颖性，借助于发散思维来实现。物理求同思维则是指寻求思维的统一性，揭示各种解决问题方法之间的本质联系，借助于收敛思维来实现。在创新思维屮，求异思维虽占主导地位，但离不开求同思维的审度作用。求异思维提岀创新的设想，求同思维则对创新设想冷静分析，二者几度交叉，逐步逼近最佳创新方案。2.4直觉思维和批判思维的协调配合物理育觉思维是以物理概念和表象融合而成的、具有整体功能的知识组块为思维平台的高度省略、简化和浓缩的跨越式思维形式。它是抽象思维或形象思维积累到一定程度时的一种“跃迁”和“爆发”，是在两种思维过程趋向屮断时的突然“接通”和“飞跃”。直觉思维决定于人的观察力、想象力和记忆力。人脑中储存的知识、经验等越多，想象的基础越厚，直觉思维越易于激发。育觉思维是开发创新思维的基础，人们凭藉直觉思维，产生解决问题思路方法的灵感和预案。批判思维既是评判审视自己设想或结论是否正确和妥当，又是品评设想或结论质态高低的思维。直觉思维的结果往往具有或然性，必须经批判思维进行反复推敲、多次检验,以期得出科学、可靠的结果。2.5类比推理与等效替代的协调配合类比推理是根据两个或两类物理对象在某些属性上的相似而推出它们在另一些属性 上也可能相似的一种思维形式。研究类比推理机制，可看出，它是一种形彖思维、抽彖思维和頁觉思维的辩证统一-的综合性的创造性思维形式。在创新思维屮，通过形象思维把握肓观物理形象或图景的类比细节和特征，利用抽象思维透过现象寻找可类比的木质属性，再运用頁觉思维进行大胆•的联想、想像和假设，作相似重整化处理，以减少类比推理的或然性。物理学是研究物质运动、构成和物质间相互作用的学科。虽然这些研究内容是极其复杂的，但其内部仍然存在着多种角度下的等同性。在认识复杂物理事物的木质规律时,可从这种等同性出发，将其转化为等效的、简单的、易于研究的物理事物，这种思维就是等效替代思维法。常用的有：模型等效替代、过稈等效替代，作用等效替代，方法等效替代。在物理创新思维屮，类比和等效常常相伴同行，在类比屮往往会产生等效的灵感，在等效时可能会促进类比的深化。物理创新思维过程一般分为知识经验积累、设想方案酝酿、顿悟灵感创生和创新成果验评四个阶段。因此，物理创新思维行可能是两种或多种思维形式有机交融而形成的综合性思维，从根木上讲应是一个抽象思维、形象思维和肓觉思维（直觉、灵感）交叉互补的辩证运动过稈，在不同阶段和不同问题中各有侧重。3、高中学生物理创新思维的特点创新思维是创造性思维重要组成部分。创造性思维大致可分为三个不同层次，第一层次是经长期艰苫研究和探索而创造出前所未有的非凡成果，如物理学家和科学家们重大发现和发明；第二层次是在原有知识经验基础上，经加工重组改造而形成的对社会有价值的新的知识和物质产品；第三层次是经过白己的智力活动，产生对木人而言是前所未有的、新颖的、有-价值的成果。后两个层次属创新思维层面。毎个人都具备创造性思维的潜能。只是在不同年龄阶段，因受知识、智力条件和动力因素制约，表现出不同的创造性思维层次，产生出不同价值层次的成果。高屮学生物理创新思维，因受知识、年龄和心理等因素的限制，一•般都处于第三层次，即通过H己智能去发现、掌握前所未知的物理知识和技能，并迁移到备种实际情境屮去灵活运川。这些物理知识和技能虽都迅前人创造性思维的成果，但对高中学生来说都是新的陌生的，他们获得这样的成果H然需要创新思维能力。4、高中物理教学中创新思维的培养策略高屮生物理创新思维的培养，是高中物理教冇的根本任务，更是高屮物理教学改苹势在必行的重要切入点。高屮学生正处在由形象思维向抽象思维过渡的时期，接收信息多而快，思维敏而活，这是他们生发创新思维的宝贵资源。只要我们更新教育观念、教学策略和方法，尽力营造适合学生创新的教学氛I韦I,注重挖掘他们的创新潜能，激发他们的创新热情，强化他们的创新意识，发散他们的创新视角，就能使他们的物理创新思维能力得到有效的培养和发展。4・1营造民主氛围，创设宽松环境民主、宽松的学习环境，有利于人的创造性和开拓性的发挥。正如陶行知先生所说“只有民主，才能解放大多数人的创造力，而且使大多数人的创造力发挥到最高峰雹民主宽 松的物理课堂，有利于生动活泼的互动合作探究氛围的形成。在这种课堂里，教师以合作者身份，投身于学生创新探索屮去，积极鼓励他们大胆-想象，耐心宽容地倾听每个学生正确或者是片面共至是错谋的想法,只有这样学生才会心情舒畅、精神饱满、情绪高涨、兴趣盅然、思维活跃，点燃起智慧的火花，敢想、敢说、敢问、敢做、敢创。4.2摆正“双主”关系凸显主体作用物理教学是学生探索物理新知的过程，更是学生培养、演练创新思维的过程。抑制、淡化或忽视学生的主体地位，创新思维的培养就会成为一句空话。教师一定要恰到好处地扮演好“主导”角色，要让教师的主导作用更好地为凸显学生创新主体作用服务。实际教学中，教师要精心设计具有探索性的问题台阶，鼓励学生积极思维，大腹尝试，拾级而上。凡是处于学生的知识“最近发展区”和思维“潜能开发区”内的问题，教师一定要留给学生时空，引导其独立思考，多头多路，白主创新，决不插手代劳，让学生充分体验到物理知识的探索发现和形成过程，习得物理学家做学问、研究物理问题的思想方法，为培养学生物理创新思维奠定基础。4・3引入辩论机制，激活智慧火花在物理创新教学屮，引入辩论机制，就是要求学生围绕一个新问题，运用所学知识展开辩论，在思辨中寻找问题解决的各种方案。巴甫洛夫认为：“争论是思维的最好媒触”。辩论最易激活和调动人的聪明才智，最能触发灵感产生绝妙的解决问题方法。学生在辩论中，注意力高度集中，思维活跃、多向辐射，富于挑战，竭力展示白己创新和雄辩才华。我们要精心设置具有培养创新思维功能、针对性和忖标性强的辩论话题，供学生争辩，激活其创新火花，引发其发散思维，使Z充分白由表达白己与众不同的观点和方法。“光的本性”这部分内容是教与学的难点。学生课后议论：“一会儿认为光是粒子，一会儿认为光是波，一会儿又认为光是粒子……光到底是什么？真难理解。”其实这部分内容如果集屮连贯起来看，是一个“物理理论模型”不断创新演化的过稈，是物理学家们创新思维的生动体现，是培养学生物理创新思维一个极好素材。教学中，本人就以学生议论时提出的“光到底是什么？”为话题，分别以“光是波”和“光是粒子”为正反方辩题，组织学生展开辩论。双方学生人人动手，周密谋划，查阅资料、准备论据、撰写辩词。辩论中，学生情绪饱满，思路清淅，思维缜密，逻辑性强，语言准确，论据确凿，睿智的火花频频碰撞，模糊的疑团不断澄清，“灯越拨越亮，理越辩越明”，最后达成“光具有波粒二象性”的共识。通过辩论教学，学生用自己智慧攻克了自己学习的难题，真正找到了自己是学习主体的感觉，同时更体验了一回物理学家是如何构建新理论的创新过程。4.4注重过程教学，强化发现意识过程教学是指教师在教学中，注意引导学生关注知识的认识过程和途径，以探索发现的视角和方法获取知识，让学生感悟和领略创新思维的要素及特征。在物理创新教学屮,一定要强化“发现”过程，以逐步“发现”来丰富“过程”，以延缓“过稈”来拓展“发现”。要展露物理概念的形成过稈、物理规律的发现过稈、物理实验的设计过程、物理问题解决的思索过程等，从屮让学生经丿力物理学家探索发现物理知识的心理过程，为他们物理创新思维能力的培养和发展提供借鉴.如在进行“原子核式结构”教学时，可先鼓 励学生偿试构建原子模型，然后提出汤姆孙的“枣糕模型”，让学生看到物理学家的创造性思维也可能发源于生活原型。接着指出由于“枣糕扌奠型”被较高速电子流穿透而被怀疑不是原来想象中的实心体后，卢瑟福运用探测微观世界的创造性方法一一高能粒子轰击法，即G粒子散射实验对原子内部进行了“火力侦察”。让学生根据探测的“三条情报”模拟画出“弹道轨迹”，并要求他们先用枣糕模型解释，产生矛盾后，再鼓励他们大胆猜想和验证，得出是“原子核式结构”模型。最后指出玻尔将量子理论创造性地引入了原子核式结构，并成功地解释了氢原子结构和光谱通过这样的过程教学，让学生看到了一幅物理创新思维的过程图呆，感悟到物理创新思维，需要形象思维、抽象思维和批判思维，还需要类比、想象，更需要勇于挑战的腹识。4.5实施开放教学解放学生手脑要打开学生创新思维的翅膀，必须实施开放式教学。采取学习方式的多样化，学习场所的随机化，思维方式的发散化等，以充分解放学生的手脑。(1)“解放学生的双手”放手让学生实验。开放实验室，真正让学生带着问题融入实验探索之中，在动手屮发现问题，创新解题思路；变演示实验为学生实验，变验证性实验为探索性实验，变现成性实验为设计性实验，战大限度地给学生营造动手、探索、发现等创造性机会，促进手脑并用和抽彖思维与形象思维、直觉思维和辩证思维的协调配合。在“探究影响滑动摩擦力大小的因素”实验教学中，测量水平木板对木块滑动摩擦力是一个难点。本人就将学生带进实验室，让他们自选器材，大胆设计各种实验方案。有的学生提出用弹簧测力计水平匀速拉动小木块，弹簧测力计的示数就是等于滑动摩擦力，但在实际操作时发现小木块做匀速运动很难控制。本人因势利导，继续把改进实验方法的任务交给学生。学生创新热情高涨，最后提出了固定弹簧测力计，拉动长木板的方法，既解决了匀速难以控制的问题，又便于读数。整个教学过程，学生手脑并用，认知心理虽经历了失衡一平衡一再失衡一再平衡的过程，但认知情绪放松，创新思维能力得到了有效的培养。开辟第二课堂，开展课外小制作小设计活动，让学生的创造思维放飞课外。如学过“逻辑电路”后，要求学生设计楼道声光控照明电路；学过“反冲”原理后，要求学生利用易拉罐、雪碧瓶等土材料制作“喷气船”、“汽轮机”和“水轮机”等。当学过“G粒子散射实验”后，有的同学还在水平光滑玻璃板上用“撒豆法”模拟实验场景，形象地再现了a粒子散射的径迹。(2)“解放学生的思维”要求学生不要受书木、权威朿缚，学会灵活多变，主动大腹运用备种思维方式思考问题。发散思维最能解放学生思维，在创新思维中起主导作用。本人每教完一种物理思想方法后，都鼓励学生在大胆迁移的基础上，进行变式运用，引发他们自主创新。在学习了平抛运动后，本人特地将“斜上抛运动”呈现给学生研究，有的学生受平抛运动研究方法的启发，把斜抛运动分解成水平方向匀速直线，竖直方向竖直上抛;有少数学生思维被运动分解思想激活，把斜抛运动分解为沿初速方向的匀速直线和沿竖直方向的自由落体；还有的学生思维更为发散活跃，将斜上抛运动的前半段逆向看成平抛运动来研究。在肯定他们“创新成果”基础上，本人因势利导编制了一题：“在斜面的顶端水平抛出一小球，问小球何时距斜面最远？最远距多大？”要求学生用多种方法求解。学生 们的学习的热情越发的高涨，想出几种方法，并优选出一法。形象思维和类比思维最能迸发岀创造性的火花。徳布罗意在光的波粒二象性启发下,运用类比和对称思维提出了“物质波”假说。戴维孙和汤姆孙受X光晶体衍射的启发运用类比思维完成了电子朿晶体衍射实验。在进行机械振动和机械波教学时，为帮助学生区别振动图象和波的图象，我先给学生播放一段单人舞录像，接着又向学生展示一张班级的集体照，然后启发学生类比，这时有不少学生激动地指出：振动图象如同单人舞录像带，而波的图象好象一张集体照。为帮助学生快熟掌握波的传播方向与各质点振动方向之间的关系，启发学生把波的图象想像成“山坡”，让学生逆着传播方向“爬坡”，则上坡处质点向上振动，下坡处质点向下振动，“即上坡上，下坡下”。形象、类比，让学生“软化”了学习的难关，使学生感受到了形彖思维和类比思维是创造性学好物理知识的重要途径，更是将来创造性地搞好科研和实践的必不可少的思维方式。创新思维更是多种思维齐动员的综合心理活动。学习和理解物理概念、规律过稈，往往是抽象思维、形象思维、直觉思维和辩证思维综合运用的过稈。如在进行牛顿第二定律教学时，可先让学生凭借生活经验，运用直觉思维猜想物体的加速度跟合外力和质量的定性关系，然后引导学生运用控制变量法分别实验探索加速度与合外力、加速度与质量的定量关系，再通过分析综合和抽象概括得出了定律及表达式，最后运用辩证思维对定律的因果制约关系、瞬时动态变化关系进行深入的讨论，提升对定律的认识层次。4.6强化“物史”教育，激发创新精神一部物理学史，既是一部物理学家探研科学奥秘的发现史，更是一部展示物理学家创造智慧和奉献精神的壮丽诗篇。如伽利略运用富有创造性的“理想实验”否定了亚里士多德统治两千多年的“力是运动的原因”的错误观念，为后来建立经典“牛顿力学”奠定坚实基础。他不迷信权威，敢于挑战、坚持真理精神和科学严谨的态度，对学生创新精神无疑将起着巨丸激励作用。再如，爱因斯坦一生，可以说是不断创新的一生，他执着于理论模型的大胆创新，先后创立了狭义、广义相对论和光子说等，为物理学的向顶峰迈进作出了光辉的贡献！在物理教学中，我们要领会教科版物理教材中“发展空间”栏忖的编写意图，深挖其包括物史教冇在内各种创新思维教冇元素，激发学生物理学习的兴趣和创造欲望。突出展示物理学家在探索新规律、构建新理论的思维过程，使学生逐步树立科学世界观，学会科学的研究方法，提升科学素养，真正把创新思维培养这一核心理念落实到位。“创新，是一个国家兴吐发达的不竭的动力。”马约尔先生指出“我们留下一个什么样的世界给子孙后代，在很大稈度上取决于我们给这个世界留下什么样的子孙。”物理课堂教学是培养学生创新思维的主阵地，我们要更新教冇观和人才观，充分利川概念规律教学、实验教学和习题教学等机会营造创新教冇的机制或氛围；相信和尊重学生的创新才能，鼓励他们不断强化创新意识，发展个性、善于质疑、标新立异、奇思妙想，真正把H由探索创造的时空、权限留给学生，为培养学生的创新精神、创新思维和创新能力贡献自己的创造才能。