摘 ? 要：培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力是新時期教育教學改革對教師的基本要求，文章分析傳統(tǒng)實驗教學中存在的主要問題，提出了自主實驗學習模式設計、操作原則、培養(yǎng)目標及開展自主實驗教學的實施效果，為自主實驗教學中學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提供了模式。

關鍵詞：自主實驗;創(chuàng)新能力;模式

作者簡介：劉煜民，廣東省深圳市龍崗區(qū)龍城高級中學教師。（廣東 ?深圳 ?518172）

中圖分類號：G632 ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1671-0568（2019）10-0085-03

一、問題的提出

當前，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，已成為學校教育的重要目標，創(chuàng)造性地教，教會學生創(chuàng)造，這是對教師的基本要求。物理、化學、生物屬于實驗科學，其知識的形成、規(guī)律的探究都依靠實驗，因此，通過實驗教學培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力也就成為學校實施創(chuàng)新教育的重要途徑，但傳統(tǒng)的物理、化學、生物實驗教學模式是教師演、學生看，教師的角色是“演員”，學生的角色是“觀眾”。學生實驗的實驗原理、實驗步驟、數(shù)據(jù)處理方法，甚至數(shù)據(jù)記錄表格都是教材或教師設計好的，致使學生對實驗缺失興趣，使實驗教學效率偏低。

從學習內(nèi)容、研究方法、科學思維、創(chuàng)新方法等角度來看，物理、化學、生物實驗、研究性學習課程、通用技術課程之間存在整合的可能性。為了改變傳統(tǒng)的實驗教學模式，讓學生在實驗探究中迅速提高科學素養(yǎng)和創(chuàng)新能力，并提高研究性學習課程、通用技術課程的教學效果，我們構建了一種新的自主實驗學習模式，以探究學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的新途徑。

二、自主實驗學習模式培養(yǎng)目標

自主實驗學習模式的培養(yǎng)目標是多元的，既有知識目標，又有情感、態(tài)度、價值觀目標，更有能力目標。實踐證明，創(chuàng)造性思維是創(chuàng)新能力的核心，中學生創(chuàng)新能力的外在表現(xiàn)為創(chuàng)新學習能力和創(chuàng)新發(fā)明能力。其中，創(chuàng)造性思維能力、學科創(chuàng)新學習能力、科學探究能力和創(chuàng)造發(fā)明能力是四位一體的，本模式著重從四個方面提高學生的創(chuàng)新能力。

1. 創(chuàng)造性思維能力。創(chuàng)造性思維是相對于常規(guī)再現(xiàn)性思維而言的一類高級思維，是人們在已有經(jīng)驗的基礎上，發(fā)現(xiàn)新事物、創(chuàng)造新方法、解決新問題的高級思維過程，它注重發(fā)散和求異，本模式重點關注學生創(chuàng)造性思維的流暢性、靈活性、獨創(chuàng)性和精密性。

2. 創(chuàng)新學習能力。創(chuàng)新學習是指學生在教師的指導下，不迷信書本上的知識，而是在已有知識的基礎上，結合實際，獨立思考，組合加工，大膽探索，積極提出一些新思想、新方法。創(chuàng)新學習的主要特征是質(zhì)疑、聯(lián)想、遷移、變通、組合和標新。

3. 科學探究能力。通過開展實驗探究活動，反思學科學習中的實驗缺陷，將實驗探究的知識科學化、理論化和系統(tǒng)化，提高實驗設計、操作和評價能力，在此基礎上開展專利發(fā)明的探索。

4. 創(chuàng)造發(fā)明能力。創(chuàng)造發(fā)明能力是創(chuàng)造力的具體體現(xiàn)，創(chuàng)造發(fā)明能力的高低可用創(chuàng)新成果的數(shù)量和質(zhì)量衡量。本模式注重學生創(chuàng)造發(fā)明作品的新奇性、適用性和突破性，利用上述標準對學生的創(chuàng)新設計和創(chuàng)新成果（實物作品、創(chuàng)意作品）進行評價和引導，進而提高其創(chuàng)造、發(fā)明能力。

三、自主實驗學習模式設計

自主實驗學習是指在多學科教師指導下，學生自主發(fā)現(xiàn)、自主設計、評價、操作、總結、反思和拓展的實驗形式，它對學生的綜合素質(zhì)有較高要求。自主實驗包括演示實驗、學生實驗、創(chuàng)新探究實驗和教具發(fā)明等內(nèi)容。

1. 自主實驗學習模式相關素質(zhì)的跨學科培養(yǎng)。

（1）創(chuàng)新思維、創(chuàng)新方法的訓練與滲透。實驗探究過程是一個創(chuàng)新的過程，為了保證學生在實驗探索的過程中創(chuàng)造性地提出、分析和解決問題，加強創(chuàng)新思維和創(chuàng)新方法的訓練尤為必要。創(chuàng)新思維和創(chuàng)新方法有許多，本模式中重點強化的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新方法有：發(fā)散思維、聯(lián)想思維、直覺思維、求異思維和例舉法、組合法、頭腦風暴法、信息交合法、類比移植法、檢核表法、價值分析法等。

（2）實驗基本方法學習。是指對科學研究過程、實驗設計思路（包括實驗目的和內(nèi)容的確定、實驗原理的選擇、實驗變量的分析界定和控制方法，實驗過程設計、實驗器材的確定方法）、實驗數(shù)據(jù)的記錄、處理等知識技能的系統(tǒng)學習和訓練，這是自主實驗科學性、有效性和教育發(fā)展性的重要保障。

上述相關素質(zhì)的訓練和培養(yǎng)在研究性學習和通用技術課程中開展，一般采用任務式教學法。例如，通過開發(fā)一種新飲料來學習信息交合法和商品概念法，通過伽利略理想斜面實驗演示器、氯氣制取與性質(zhì)實驗的改進的發(fā)明活動學習例舉法、價值分析法和頭腦風暴法，通過影響化學反應速率因素的實驗研究、關于鉬是否是玉米生長所必需的元素的實驗研究、二氧化硫性質(zhì)探究學習實驗設計和變量控制方法等。

2. 自主實驗學習模式的操作流程。

操作流程說明：自主實驗以課題組形式開展，每次任務都由課題組成員共同完成，因而要求課題組成員合理分工、科學組織探究。

（1）目標呈現(xiàn)。學生提出或教師提供實驗目標、實驗內(nèi)容或問題背景。其中，演示實驗、學生實驗由教師課前提供實驗目標和實驗內(nèi)容;創(chuàng)新探究實驗由學生自己提出或教師課前提供實驗目標和實驗內(nèi)容;教具發(fā)明由學生自己提出或教師提供設計問題。

（2）背景學習。課題組成員共同學習與實驗目標、實驗內(nèi)容相關的知識，了解現(xiàn)有的相關儀器設備及藥品特點等，其中，對于教具發(fā)明類課題還要求進行技術創(chuàng)新。

（3）自主設計。選擇實驗原理、確定實驗條件控制方法、設計實驗程序、確定實驗用品、明確實驗結果的呈現(xiàn)、記錄和處理方式等。要求以頭腦風暴會的方式產(chǎn)生多個設計方案，通過綜合比較、評價，優(yōu)選1～3個實驗方案參與互動評價。教具設計是利用創(chuàng)新思維和創(chuàng)新技法解決實際問題進行創(chuàng)造發(fā)明的過程。教具設計活動包括對已有教具的改進、設計新教具演示學科中的某一規(guī)律或原理及由此引發(fā)的其他創(chuàng)造發(fā)明活動。

（4）互動評價。一般分三種評價方式。①相關教師評價：每個課題組的實驗設計方案（1～3個）上交給相關任課教師，由該教師評價并提出改進意見，直到科學合理為止。②課題組互評：由相關任課教師調(diào)配，課題組之間互評。③利用研究性學習和通用技術課互評：每個課題組選擇最佳實驗設計方案參與課堂互評，互評以頭腦風暴會的方式在研究性學習和通用技術課中開展，程序為：陳述→互問→優(yōu)化。優(yōu)化后的實驗設計方案交給相關教師，再由該教師評價并提出改進意見，直到科學合理為止。對于教具發(fā)明，優(yōu)化后的設計方案交給研究性學習課和通用技術課教師，再由該教師評價并提出改進意見，直到科學合理為止。

（5）自主操作。演示實驗改為學生演示：該學科教師從學生的實驗設計方案中選擇最佳設計，課堂上由該課題組派代表上臺演示;學生實驗按每個課題組的最佳實驗設計方案在實驗課時自主實驗;創(chuàng)新探究實驗按每個課題組的最佳實驗設計方案在社團課時自主實驗;教具發(fā)明由研究性學習和通用技術教師指導完成模型的制作。

（6）總結反思。對實驗數(shù)據(jù)進行科學處理，對實驗過程進行反思和評價，撰寫實驗報告和工作報告。筆者認為，教具模型由研究性學習、通用技術教師和相關學科教師指導完成技術試驗和技術革新。

（7）拓展延伸。由該實驗引發(fā)相關的問題。開展問題拓展頭腦風暴會和衍生問題展。

四、自主實驗學習模式的操作原則

1. 自主原則。實驗教學中要構建民主、和諧的師生關系，尊重學生的主體性，強調(diào)自主設計、自主思考、自主操作;強調(diào)獨立、批判和開拓，鼓勵學生發(fā)表不同的意見并采用不同的表現(xiàn)方式。

2. 開放原則。開放原則包括如下幾個方面：①內(nèi)容開放，既有課本中的問題，也有非課本中的問題;既有實際性問題，也有虛擬性問題;既有本學科中的問題，也有其他學科中的問題;②思維開放，強調(diào)思維的發(fā)散、聯(lián)想、遷移、變通、新穎和獨創(chuàng);③時空開放，強調(diào)課內(nèi)、課外相結合，個人探究與小組合作探究相結合。

3. 延緩評價原則。在實驗教學中，注重相互激勵，教師對學生，學生對學生的設想、意見等不當場進行分析評價，而鼓勵學生開放思維，并善于利用他人的智慧，學會轉化、創(chuàng)新他人的想法。在充分開放思維后，再進行縝密的分析判斷和評價。

4. 動機激勵原則。動機是行為的內(nèi)驅(qū)力，在實驗教學中，教師要鼓勵學生增強成就感，在討論中，在解答問題的過程中，在自我學習中，在實驗設計與操作過程中，在創(chuàng)造發(fā)明過程中要體驗到成功的快樂，感受到自身的價值，要創(chuàng)造條件激發(fā)學生的學習探究動機。

5. 理論與實踐相結合原則。在實驗教學中，教師既要強調(diào)理論的分析探討，也要注重實際操作和應用，要讓學生在實踐中體驗、反思、修正和提升。

五、討論

1. 自主實驗學習模式有效實施的關鍵在于常規(guī)化。任何一種教學方法只有變成一種教學常規(guī)后才能顯現(xiàn)其效果，自主實驗學習模式改變了學生原有的學習程序和學習方式，思維定式的力量一定會阻礙學生主動改變，因此，教師的引導、激勵與監(jiān)督就顯得尤為重要。

2. 自主實驗學習模式對學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)效果顯著。自主實驗學習模式為學生提供了廣闊的自我發(fā)展機會和發(fā)展空間，學生在自我發(fā)現(xiàn)、自我設計、自我操作、自我總結和反思中，在激烈、開放的交流討論與評價中激發(fā)潛能，發(fā)展創(chuàng)造性思維，培養(yǎng)創(chuàng)新意識，優(yōu)化創(chuàng)新個性，進而提高創(chuàng)新學習能力和創(chuàng)造發(fā)明能力。這種教學模式使學生徹底從按部就班的被動學習中解放出來，極大地提高了學生的積極性和主動性。同時，這種教學模式也促使教師打破傳統(tǒng)的千篇一律的教學程式，要求教師在教學中思想開放，大膽創(chuàng)新。

3. 自主實驗學習模式的有效實施能顯著提高學生的創(chuàng)新學習能力。實踐證明，自主實驗學習活動的開展改變了學生現(xiàn)有的學習程序和學習方式，促使學生提前學習、自主學習、合作學習和探究學習，教師的鼓勵、團隊智力激勵式學習和自我表現(xiàn)，調(diào)動了學生學習物理、化學、生物的積極性，培養(yǎng)了他們科學的學習方法，發(fā)展了創(chuàng)新學習能力，使他們在學習過程中從單一模仿思考問題逐步發(fā)展為能從多角度去聯(lián)想，較快地提高學科成績，同時，反過來又能促進自主實驗學習。

4. 自主實驗學習模式能促進學生實驗設計能力和動手能力的提高。通過自主實驗學習活動，學生從原來不重視科學實驗到自覺地設計實驗、創(chuàng)作自制教具，開展創(chuàng)新實驗，既豐富了知識，提高了實驗設計能力，又培養(yǎng)了動手能力，使學生終身受益。

5. 以學科學習為載體，開展自主實驗學習，對學生進行科技創(chuàng)新教育具有可行性?？萍紕?chuàng)新教育作為素質(zhì)教育的重點，一直為教育界所廣泛關注。本研究提供了一種切實可行的學科科技創(chuàng)新教育途徑：以實驗改進和教具改進為載體，開展創(chuàng)新思維和創(chuàng)新技法訓練，進而將科技創(chuàng)新活動引向其他領域，這種學科科技創(chuàng)新教育活動必將增強學生學科學習興趣和學習能力。

6. 實施自主實驗教學時應盡量拓展學生學習的生長點。為了更好地激發(fā)學生的探究積極性和探究時空，實施自主實驗教學時應盡量拓展學生的學習生長點。學校定期舉行科學論壇、科學講座、科學沙龍、論文答辯活動，舉辦小改進、小制作、小發(fā)明比賽，對優(yōu)勝者給予必要的精神和物質(zhì)獎勵;學校注重“請進來，走出去”，開展各種各樣實踐活動：近年來，學校不間斷地聘請各高校、科研單位的知名專家、教授、學者（如袁隆平、神舟飛船發(fā)射的科學家等）來校講演，不定期組織學生到華為、神舟、中興通訊、隆平高科等高新技術企業(yè)和科研單位參觀，開闊了學生的視野，激發(fā)了學生學習和探究的興趣，這些活動的開展對自主實驗教學起到了積極作用。

創(chuàng)新教育是一項持之以恒的系統(tǒng)工程，它必須與學科教學關聯(lián)才具有生命力和可持續(xù)性。通過多年的不斷探索，我們?nèi)〉昧艘恍┏煽儯壳?，已開發(fā)了幾十項與學科學習有關的發(fā)明成果，現(xiàn)有十多項成果已申請國家專利，有多項作品在各級各類創(chuàng)新大賽中獲獎。應該說，上述自主實驗學習模式還有不少探索的空間，我們在后續(xù)教學中將不斷改進，共同推進創(chuàng)新教育事業(yè)的發(fā)展。

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責任編輯 ? 范艷玲