摘要：在對比分析傳統(tǒng)教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基礎(chǔ)上，從實(shí)驗(yàn)和學(xué)習(xí)理論角度分析提出創(chuàng)新意識(shí)流的概念，并對創(chuàng)新意識(shí)流的形成過程加以分析，結(jié)合“創(chuàng)新元”解構(gòu)分析整個(gè)的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新元素，并以牛頓第三定律為例進(jìn)行案例分析，最后提出實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新意識(shí)流在教學(xué)實(shí)踐中的指導(dǎo)意義和實(shí)施策略。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新意識(shí)流；創(chuàng)新元；解構(gòu)和建構(gòu)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148(2011)5(S)-0072-4

1 背景思考

教師在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，大都能認(rèn)識(shí)到實(shí)驗(yàn)的重要作用和意義，但在具體實(shí)施過程中無論從理論還是從操作策略上往往會(huì)忽略這一點(diǎn)而偏離初衷。具體表現(xiàn)為：一、教師在主觀認(rèn)識(shí)上往往以教學(xué)任務(wù)為導(dǎo)向，缺乏主觀積極的能動(dòng)性；要求做的實(shí)驗(yàn)努力去完成，不要求做的則能省則省。二是在學(xué)生層面上也缺少主觀能動(dòng)性，往往也是按部就班、流于形式，且都是以完成任務(wù)為主要目標(biāo)。三是在具體實(shí)驗(yàn)實(shí)施中可能會(huì)碰到的問題，或?qū)τ趯?shí)驗(yàn)操作中的很多細(xì)節(jié)和要求，由于課時(shí)的限制大都在課前或課中由教師代勞加以明確和解釋，而這些問題和細(xì)節(jié)恰恰又正是培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和能力的著眼點(diǎn)和著力點(diǎn)。以上種種表現(xiàn)可能并不同時(shí)存在，但在認(rèn)識(shí)到實(shí)驗(yàn)的重要意義和作用的同時(shí)，更進(jìn)一步從理論上全面分析實(shí)驗(yàn)中的各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，并在實(shí)施中選擇更好的操作策略，在有限的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中充分高效地利用好這一獨(dú)特的學(xué)習(xí)平臺(tái)，無論在理論上還是在操作策略上，都是具有重大意義的。

2 概念和理論上的思考

2.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)在物理教學(xué)中特有的教學(xué)功能

物理學(xué)的形成與發(fā)展是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的。物理學(xué)的研究方法通常是在觀察和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對物理現(xiàn)象進(jìn)行分析、抽象概括和總結(jié)，從而建立物理定律，進(jìn)而形成物理理論，再回到實(shí)驗(yàn)中去經(jīng)受檢驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)是物理科學(xué)的基礎(chǔ)，也是物理知識(shí)的源泉，加強(qiáng)物理實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)的時(shí)代特征，又是提高物理教學(xué)質(zhì)量的先決條件。學(xué)生在學(xué)習(xí)物理的整個(gè)知識(shí)體系時(shí)不但要通過實(shí)驗(yàn)來理解和體會(huì)物理的概念和規(guī)律，也要從實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)過程中體會(huì)物理思想和方法，再將其反饋應(yīng)用于物理學(xué)習(xí)之中，這樣以來，更加強(qiáng)化了物理知識(shí)的學(xué)習(xí)。

在物理教學(xué)中，傳統(tǒng)的課堂教學(xué)雖也有課堂演示或展示實(shí)驗(yàn)，但缺少學(xué)生參與和互動(dòng)，而且也大多在教師特定命題和條件下正常、正確地展開實(shí)驗(yàn)，缺少學(xué)生自己摸索和探究問題的環(huán)節(jié)?？茖W(xué)探究能力和創(chuàng)新能力不是通過觀察和被動(dòng)接受而得，應(yīng)是在自我特定需求驅(qū)動(dòng)下并親身經(jīng)歷這一過程中不斷嘗試和驗(yàn)證中內(nèi)化感悟而得，并在老師的引導(dǎo)下總結(jié)上升為穩(wěn)固的創(chuàng)新意識(shí)和能力。

2.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)在學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)上的獨(dú)特作用

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是在一定的物理知識(shí)氛圍下，針對某一個(gè)命題或問題開展實(shí)驗(yàn)探索。實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容可能是探究式的，也可能是驗(yàn)證性的，也有可能是測量和應(yīng)用型的。但不管哪一種目的，對學(xué)生而言都是全新的未曾經(jīng)歷過的。提出最近發(fā)展區(qū)理論的維果茨基提出：“教學(xué)應(yīng)當(dāng)走在發(fā)展的前面?！睂逃^程而言，重要的不是著眼于學(xué)生現(xiàn)在已經(jīng)完成的發(fā)展過程，而是關(guān)注他那些正處于形成的狀態(tài)或正在發(fā)展的過程，基于各種目的和任務(wù)的實(shí)驗(yàn)都是在一定的知識(shí)背景下提出的一些學(xué)生可以完成的特定任務(wù)，更重要的是學(xué)生在完成這一任務(wù)過程中會(huì)遇到很多處于“發(fā)展區(qū)”的問題和困難，而在分析和解決這些問題和困難中不斷激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，提高了學(xué)生創(chuàng)新能力；建構(gòu)主義學(xué)習(xí)觀也認(rèn)為學(xué)生的學(xué)習(xí)是知識(shí)的主動(dòng)建構(gòu)過程，而不是被動(dòng)接受。在這一理論指引下教學(xué)的過程應(yīng)是教師努力創(chuàng)造一個(gè)適宜的學(xué)習(xí)環(huán)境，使學(xué)習(xí)者主動(dòng)而有效地建構(gòu)他們的知識(shí)，而實(shí)驗(yàn)教學(xué)正好構(gòu)建了一個(gè)適合的平臺(tái)，讓學(xué)生親自參與知識(shí)的建構(gòu)。

綜上所述，與傳統(tǒng)教學(xué)相比，實(shí)驗(yàn)教學(xué)能讓學(xué)生在自我需求的驅(qū)動(dòng)下，積極主動(dòng)地展開探究；能讓學(xué)生在遇到困難和問題時(shí)積極思考提出可行的解決方案；能為學(xué)生提供一個(gè)建構(gòu)知識(shí)的有效平臺(tái)；能有效地激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和能力，從而也能更有效地建構(gòu)學(xué)生符合自身的知識(shí)體系。所以我們很有必要在重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)的同時(shí)更加深入分析和探討實(shí)驗(yàn)教學(xué)中創(chuàng)新理論和實(shí)踐操作策略。

2.3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的創(chuàng)新意識(shí)流

實(shí)驗(yàn)中的創(chuàng)新意識(shí)流是指，在實(shí)驗(yàn)需求上和在實(shí)施中產(chǎn)生和碰到一系列的問題，為解決這一系列問題，學(xué)生需要積極思維，提出可行的解決方案，在此過程中獲得創(chuàng)新意識(shí)的激發(fā)和相應(yīng)創(chuàng)新能力的提高。

實(shí)驗(yàn)開展是創(chuàng)新意識(shí)流形成的平臺(tái)，問題是創(chuàng)新意識(shí)流的源泉，而創(chuàng)新意識(shí)的激發(fā)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練正是創(chuàng)新意識(shí)流的最終目的。創(chuàng)新意識(shí)流在形式上表現(xiàn)為一系列問題的提出、分析和各種嘗試性的解決問題的努力過程，它是架附在實(shí)驗(yàn)過程中的一條重要主線。

2.4 創(chuàng)新意識(shí)流的形成過程

實(shí)驗(yàn)過程的總體主線是：

在每一種實(shí)驗(yàn)方案實(shí)施中，都有三個(gè)要素環(huán)節(jié)：實(shí)驗(yàn)總目標(biāo)指引下的并行或串行的各種任務(wù)系列或群；在分析和解決目標(biāo)任務(wù)中引入和利用的方法和原理系列或群；在具體準(zhǔn)備和操作中出現(xiàn)的問題系列或群。三者關(guān)系是以目標(biāo)任務(wù)為主線，緊緊圍繞目標(biāo)任務(wù)展開方法和原理的訴求并開展相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備和操作，最終完成目標(biāo)任務(wù)。下圖2反映出各要素環(huán)節(jié)的組成和關(guān)聯(lián)關(guān)系。

在實(shí)驗(yàn)的總目標(biāo)指引下，針對方案實(shí)施要求分解為各級(jí)各類任務(wù)和目標(biāo)，每一級(jí)目標(biāo)和任務(wù)的提出會(huì)產(chǎn)生一系列問題（下圖3問題Ⅰ）；為解決完成這些子目標(biāo)和任務(wù)就需要引入和應(yīng)用各種方法和原理，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生一系列問題（下圖3問題Ⅱ）；在具體實(shí)施和操作完成上述相應(yīng)目標(biāo)和任務(wù)過程中（下圖3問題Ⅱ）、在每一個(gè)目標(biāo)任務(wù)的完成后，對結(jié)果加以評(píng)價(jià)或改進(jìn)時(shí)（下圖3問題Ⅲ）也會(huì)產(chǎn)生一系列問題。所有這些問題群貫穿整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，每一個(gè)問題的提出、分析和解決不妨定義成一個(gè)“創(chuàng)新元”，一系列的問題自然就對應(yīng)著一系列的“創(chuàng)新元”，而這一系列“創(chuàng)新元”的解決過程就構(gòu)成一個(gè)完整的創(chuàng)新意識(shí)流。從某種角度而言，問題就是創(chuàng)新意識(shí)流最終的動(dòng)力，“創(chuàng)新元”是創(chuàng)新意識(shí)流的基本構(gòu)成單元。

2．5 創(chuàng)新意識(shí)流形成案例分析

下面我們以牛頓第二定律的探究實(shí)驗(yàn)為例，分析其中一種方案的實(shí)施過程中創(chuàng)新意識(shí)流的形成過程。在探究或驗(yàn)證這個(gè)定律的實(shí)驗(yàn)中，以目前學(xué)校配備的實(shí)驗(yàn)器材來看，可以有多種方案。條件好的學(xué)校還可以借助氣墊導(dǎo)軌、傳感器甚至計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示和處理等現(xiàn)代技術(shù)手段來開展這個(gè)實(shí)驗(yàn)。這些現(xiàn)代化技術(shù)手段的使用在演示和說明這個(gè)定律的時(shí)候不失為一種簡單、有效和實(shí)用的方案，但筆者認(rèn)為從培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和能力的角度來講下圖最“粗糙”最“原始”的方案恰恰是最有用的方案。

實(shí)驗(yàn)思路：利用控制變量法，在質(zhì)量不變的情況下改變外力，得到不同外力作用下的加速度

變化；在外力不變的情況下改變質(zhì)量，得到不同質(zhì)量下的加速度變化。再對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，

運(yùn)用圖像法分析得出外力與加速度的關(guān)系。圖4和圖5分別為這個(gè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)物圖和原理圖。

下面我們先來分析這個(gè)實(shí)驗(yàn)方案實(shí)施過程中可能會(huì)出現(xiàn)的幾個(gè)問題和解決方法。

以上表格所列的每一項(xiàng)目標(biāo)任務(wù)中，都包含著三個(gè)要素環(huán)節(jié)。在發(fā)現(xiàn)、產(chǎn)生和提出目標(biāo)問題和任務(wù)的過程中；在搜索、選擇和確認(rèn)的具體方法和原理分析和解決這些問題時(shí)；在具體準(zhǔn)備和操作實(shí)施過程這三個(gè)要素環(huán)節(jié)中，都將形成一個(gè)個(gè)的“創(chuàng)新元”。這一系列“創(chuàng)新元”的解決過程便形成一個(gè)完整的基于該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的創(chuàng)新意識(shí)流。

3 實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新意識(shí)流在教學(xué)實(shí)踐中的指導(dǎo)意義和實(shí)施策略

認(rèn)識(shí)、分析和解構(gòu)某一實(shí)驗(yàn)中架附于實(shí)驗(yàn)過程中的創(chuàng)新意識(shí)流，有助于正確而又高效地指導(dǎo)我們的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，幫助學(xué)生通過這一實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建構(gòu)主要實(shí)驗(yàn)技能和知識(shí)的同時(shí)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，發(fā)展和提高他們的創(chuàng)新能力及分析解決問題的能力。具體講：

3.1 在教師層面

任何一個(gè)教學(xué)過程，學(xué)生永遠(yuǎn)是主體，但教師的主導(dǎo)作用同樣是很重要的。教師指導(dǎo)的內(nèi)容和方式將直接影響到學(xué)生主體學(xué)習(xí)活動(dòng)的效果和效率，在學(xué)生實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中教師的指導(dǎo)作用同樣不可忽視。當(dāng)我們在分析和明確了整個(gè)實(shí)驗(yàn)中創(chuàng)新意識(shí)流的各個(gè)要素和環(huán)節(jié)之后，結(jié)合學(xué)生的實(shí)際可以更加科學(xué)合理地安排相應(yīng)的指導(dǎo)，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中有目的、有順序地獲得更多更有效的知識(shí)和建構(gòu)能力，并能在流暢和有序的“創(chuàng)新元”解決中得到切實(shí)而有效的創(chuàng)新意識(shí)的激發(fā)和創(chuàng)新能力的發(fā)展與訓(xùn)練。

首先，教師要分析實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)任務(wù)和過程，理出整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中可能或肯定會(huì)出現(xiàn)的問題，建立相應(yīng)系列的“創(chuàng)新元”體系。要做到盡可能完整并做好充分的指導(dǎo)備案。其次，在上述分析的基礎(chǔ)上要明確各個(gè)“創(chuàng)新元”的難易程度和主次，做到心中有數(shù)，并能在不同小組和學(xué)生中面對同樣的“創(chuàng)新元”時(shí)能采取相應(yīng)的指導(dǎo)方法和方式，做到有區(qū)別的對待和指導(dǎo)。然后，要合理安排和組織好各個(gè)“創(chuàng)新元”的出現(xiàn)順序，讓學(xué)生可以層層深入最終達(dá)到解決問題的目的。最后在實(shí)施過程和指導(dǎo)過程中也要避免和防止學(xué)生過度或離題的創(chuàng)新設(shè)想，對合理有價(jià)值的想法要加以鼓勵(lì)，明顯錯(cuò)誤或離題的要幫助引導(dǎo)分析其不合理之處，引導(dǎo)學(xué)生走向正確的解決問題的軌道。當(dāng)遇到自己不是很清楚的問題時(shí)，要抱著跟學(xué)生共同探討的態(tài)度，利用好這一新出現(xiàn)的師生共同的探究課題，激發(fā)師生共同的探究欲望。

3.2 在學(xué)生層面

在教師正確而有序的引導(dǎo)下，使一個(gè)復(fù)雜和系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)難題得到合理有效的分解，并在具體的實(shí)驗(yàn)過程中使學(xué)生經(jīng)歷一個(gè)一個(gè)的“最近發(fā)展區(qū)”——“創(chuàng)新元”環(huán)節(jié)。使他們在自身知識(shí)和能力基礎(chǔ)上，在每一個(gè)“最近發(fā)展區(qū)”內(nèi)得到創(chuàng)新意識(shí)的強(qiáng)化和創(chuàng)新能力的鍛煉，并能持續(xù)和分段享受以創(chuàng)新解決問題后成功的快樂和愉悅，得到切實(shí)和深刻的成功體驗(yàn)。創(chuàng)新意識(shí)的激發(fā)和創(chuàng)新能力的訓(xùn)練只有在學(xué)生的親身體驗(yàn)下才能得到切實(shí)有效的提高。也正是有了教師正確而有準(zhǔn)備的布置和引導(dǎo)，使整個(gè)訓(xùn)練和學(xué)習(xí)過程更加合理和順暢。

在物理教學(xué)中，我們應(yīng)該逐步擯棄傳統(tǒng)教學(xué)中缺少學(xué)生自主參與的弊端，而應(yīng)該讓學(xué)生真正成為課堂的主體，實(shí)驗(yàn)教學(xué)能為學(xué)生提供一個(gè)積極主動(dòng)的構(gòu)建自身知識(shí)體系的平臺(tái)，學(xué)生在針對某一個(gè)命題或問題開展實(shí)驗(yàn)探索的過程中，在遇到問題時(shí)能積極思維提出可行的解決方案，在這一過程中學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)得到激發(fā)、創(chuàng)新能力得到訓(xùn)練，一系列的問題解決過程構(gòu)成了一個(gè)完整的創(chuàng)新意識(shí)流。通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)創(chuàng)新能力在理論上和實(shí)踐上都有重要的指導(dǎo)意義。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的理論分析，應(yīng)該有很多東西值得我們探討和學(xué)習(xí)。理論和實(shí)踐不僅是物理學(xué)科進(jìn)步的不二法則，也是我們教學(xué)實(shí)踐所必需的，更是我們實(shí)驗(yàn)教學(xué)中努力追求的目標(biāo)。本文在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的理論和實(shí)踐上的思考希望能與大家共同探討。

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(欄目編輯張正嚴(yán))

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文