孫春成

（江陰市青陽(yáng)中學(xué)，江蘇 江陰 214401）

培養(yǎng)創(chuàng)新思維對(duì)學(xué)生高質(zhì)量完成高中學(xué)業(yè)，在高考中取得更好的成績(jī)大有幫助，也是為民族復(fù)興培養(yǎng)更多具有創(chuàng)新思維的優(yōu)秀人才，助力更多行業(yè)能夠更進(jìn)一步走在世界前列.新課標(biāo)賦予了物理課程培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的使命，且物理學(xué)科特色也決定了在物理教學(xué)中可以挖掘素材培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維.物理實(shí)驗(yàn)習(xí)題教學(xué)是物理教學(xué)中的重要一環(huán)，是物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的“最后一公里”，對(duì)學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)原理，升華物理知識(shí)，提升認(rèn)知水平起到重要作用，用好實(shí)驗(yàn)習(xí)題的可變性、多變性，對(duì)其育人價(jià)值進(jìn)行挖潛，開(kāi)展變式教學(xué)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng).

1 物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的必要性

改革開(kāi)放40年國(guó)家發(fā)展進(jìn)入新階段，現(xiàn)在我國(guó)在很多領(lǐng)域已經(jīng)處于世界前列，甚至是領(lǐng)先水平，民族復(fù)興夢(mèng)需要越來(lái)越多具有創(chuàng)新思維的優(yōu)秀人才引領(lǐng)技術(shù)創(chuàng)新.各學(xué)段、各學(xué)科都應(yīng)該為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維貢獻(xiàn)力量，物理作為基礎(chǔ)教育階段非常重視思維的學(xué)科更是義不容辭.首先，物理學(xué)科追求思維，可以承擔(dān)也應(yīng)該承擔(dān)提升學(xué)生思維品質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的任務(wù).2017年修訂的普通高中物理新課程標(biāo)準(zhǔn)凝練了核心素養(yǎng)，指出科學(xué)思維“是基于事實(shí)證據(jù)和科學(xué)推理對(duì)不同觀點(diǎn)和結(jié)論提出質(zhì)疑和批判，進(jìn)行檢驗(yàn)和修正，進(jìn)而提出創(chuàng)造性見(jiàn)解的能力與品格”“主要包括質(zhì)疑創(chuàng)新”“具有批判性思維的意識(shí)，能基于證據(jù)大膽質(zhì)疑”“從不同角度思考問(wèn)題，追求科技創(chuàng)新”［1］，可見(jiàn)課程標(biāo)準(zhǔn)賦予了物理培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的使命.其次，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維是學(xué)生能夠順利完成高中學(xué)業(yè)，能夠進(jìn)入更好的高等學(xué)校學(xué)習(xí)的前提.中國(guó)高考評(píng)價(jià)體系對(duì)高考試題命題提出了“一核”“四層”“四翼”的要求，其中“四層”考查內(nèi)容中的學(xué)科素養(yǎng)和關(guān)鍵能力都與創(chuàng)新思維密不可分，“四翼”考查要求中特別提出創(chuàng)新性.“四層”考查內(nèi)容思維方法有一個(gè)二級(jí)指標(biāo)為創(chuàng)新思維，“運(yùn)用開(kāi)放性、創(chuàng)新性的思維方式應(yīng)對(duì)問(wèn)題情境”，“提出新視角、新觀點(diǎn)、新方法、新設(shè)想”，“創(chuàng)新性地解決生活實(shí)踐或?qū)W習(xí)探索情境中的各種問(wèn)題”.［2］關(guān)鍵能力的思維認(rèn)知能力群要求“能夠靈活地、創(chuàng)造性地運(yùn)用不同方法，發(fā)散地、逆向地解決問(wèn)題”“能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識(shí)遷移到新情境，解決新問(wèn)題，得出新結(jié)論”.考查要求的創(chuàng)新性提出“發(fā)散思維、逆向思維、批判性思維等思維品質(zhì)是創(chuàng)新思維的重要特征”，要求“具備良好創(chuàng)新思維的學(xué)生能夠擺脫思維定勢(shì)的束縛，善于獨(dú)立思考，大膽創(chuàng)新創(chuàng)造”.［2］

無(wú)論是從國(guó)家發(fā)展、民族復(fù)興的大局，還是學(xué)生個(gè)體成長(zhǎng)的視角來(lái)看都應(yīng)該培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維.物理教學(xué)應(yīng)該落實(shí)課程標(biāo)準(zhǔn)的理念、要求，發(fā)揮學(xué)科特色挖掘育人素材，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維.一方面可以讓學(xué)生在高中階段更好完成學(xué)業(yè)，在高考中能夠取得更好成績(jī)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)入理想高等學(xué)校學(xué)習(xí)的夢(mèng)想；另一方面也為國(guó)家培養(yǎng)更多具備創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新思維的人才貢獻(xiàn)力量.

2 實(shí)驗(yàn)習(xí)題教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的可行性

物理實(shí)驗(yàn)習(xí)題教學(xué)是高中物理教學(xué)的重要內(nèi)容之一，可以夯實(shí)學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)，促進(jìn)學(xué)生發(fā)展，落實(shí)立德樹(shù)人育人目標(biāo).實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)夯實(shí)基礎(chǔ)概念，促進(jìn)學(xué)生升華知識(shí)理解的重要手段.如果實(shí)驗(yàn)開(kāi)展扎實(shí)，對(duì)提升概念、規(guī)律、習(xí)題的教學(xué)效率大有幫助.實(shí)驗(yàn)完成后需要升華理解實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟、數(shù)據(jù)處理等，除了撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，還要通過(guò)一定數(shù)量的實(shí)驗(yàn)習(xí)題訓(xùn)練促進(jìn)學(xué)生的理解，夯實(shí)知識(shí)基礎(chǔ).具備扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)，才能敏銳地發(fā)現(xiàn)新問(wèn)題，找到新思路，才具備創(chuàng)新基礎(chǔ).

實(shí)驗(yàn)習(xí)題變式路徑較多，可以對(duì)實(shí)驗(yàn)條件、方案、數(shù)據(jù)處理、器材、求解問(wèn)題等進(jìn)行變化，促進(jìn)學(xué)生多角度、多層次理解知識(shí)，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的深度學(xué)習(xí).變式為學(xué)生靈活地、新穎地解決問(wèn)題提供了范式.學(xué)生融會(huì)貫通地運(yùn)用知識(shí)分析、解決具體情境中的問(wèn)題，靈活地解決問(wèn)題的能力才能得到提升.

3 對(duì)物理實(shí)驗(yàn)習(xí)題進(jìn)行變式教學(xué)的策略

3.1 引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行批判質(zhì)疑

批判是創(chuàng)新的基礎(chǔ)和前提.只有不迷信權(quán)威、敢于質(zhì)疑、敢于發(fā)表不同見(jiàn)解，才能實(shí)現(xiàn)想到新方法創(chuàng)造性解決問(wèn)題.在實(shí)驗(yàn)習(xí)題教學(xué)中，有不少契機(jī)可以讓學(xué)生樹(shù)立不迷信權(quán)威、敢于質(zhì)疑的意識(shí)，例如可以給學(xué)生示范對(duì)教材、教輔提出批判質(zhì)疑，并進(jìn)行修正.

（1）對(duì)實(shí)驗(yàn)習(xí)題數(shù)據(jù)合理性的質(zhì)疑.

實(shí)驗(yàn)應(yīng)基于事實(shí)，數(shù)據(jù)設(shè)置應(yīng)該符合實(shí)際，源于真實(shí)的學(xué)習(xí)探索情境或生活實(shí)踐情境，避免胡編亂造，這本身也是滲透“尊重客觀事實(shí)、實(shí)事求是，正確的世界觀和方法論”的核心價(jià)值.然而有些實(shí)驗(yàn)題數(shù)據(jù)，可能是命題者為了讓學(xué)生計(jì)算時(shí)方便，顯得不夠客觀，一看就很假.例如，圖1是小車(chē)拖紙帶做勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)打下的點(diǎn)，由圖可知連續(xù)相等時(shí)間位移之差相等，都為0.20 cm，分毫不差，高度懷疑是編造的數(shù)據(jù).教學(xué)中在完成習(xí)題設(shè)問(wèn)講授后，讓學(xué)生觀察數(shù)據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)合理性提出疑問(wèn).真實(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)肯定有誤差，過(guò)于“完美”反而不真實(shí).

圖1

（2）對(duì)實(shí)驗(yàn)習(xí)題數(shù)據(jù)自洽性的批判.

實(shí)驗(yàn)習(xí)題情境、數(shù)據(jù)應(yīng)在符合客觀實(shí)際的基礎(chǔ)上自洽.自洽是物理學(xué)科邏輯嚴(yán)謹(jǐn)?shù)囊?，也是一道?xí)題科學(xué)性的基本要求.實(shí)驗(yàn)習(xí)題中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)所給數(shù)據(jù)不自洽，互相矛盾的情況.教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)習(xí)題數(shù)據(jù)不自洽，并分析數(shù)據(jù)為何不自洽，如何修改才自洽.這一過(guò)程培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)立、批判、發(fā)散地思考問(wèn)題的能力，培養(yǎng)了學(xué)生用直覺(jué)的、頓悟的、靈感的方法創(chuàng)造性地解決問(wèn)題的能力.

3.2 采用新方法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方法

處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)本質(zhì)是促進(jìn)學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)原理，升華認(rèn)知結(jié)構(gòu).變換實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理是促進(jìn)學(xué)生遷移運(yùn)用所學(xué)知識(shí)、方法的重要策略.每一個(gè)實(shí)驗(yàn)都有一些比較經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法，這些經(jīng)典的方法往往也是學(xué)生在考試、實(shí)驗(yàn)題訓(xùn)練中常見(jiàn)的，過(guò)多的按照經(jīng)典方法處理數(shù)據(jù)、分析問(wèn)題，學(xué)生容易陷入思維定勢(shì)，不利于學(xué)生創(chuàng)新思維的發(fā)展.在實(shí)驗(yàn)習(xí)題教學(xué)中，有必要適時(shí)變換處理數(shù)據(jù)的方法，以拓展學(xué)生的視野，讓學(xué)生感受不同方法的差異，激活學(xué)生思維，給學(xué)生提供創(chuàng)造性解決問(wèn)題的范例.

求解勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)加速度時(shí)，一般利用刻度尺測(cè)量出相鄰相等時(shí)間內(nèi)的位移，依據(jù)Δs=a T2，利用逐差法求解，或者求出紙帶上各計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的瞬時(shí)速度后作出v-t圖像求斜率即可得到加速度.在測(cè)量勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)加速度實(shí)驗(yàn)習(xí)題教學(xué)中，在完成逐差法、圖像法這兩種核心方法后，有必要呈現(xiàn)如下習(xí)題變換數(shù)據(jù)處理方法，拓展學(xué)生視野，鞏固加速度定義式.

習(xí)題.某學(xué)生用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)物體的加速度，電源頻率f=50 Hz，選取零點(diǎn)，每隔4個(gè)點(diǎn)取1個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，A、B、C、D是依次排列的4個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，如圖2所示.因紙帶被污染，僅能讀出其中3個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)到零點(diǎn)的距離sA、sB、sD.加速度 大小為_(kāi)____________（用sA、sB、sD和f表示）.

圖2

3.3 變換習(xí)題數(shù)據(jù)記錄方式

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄方式，會(huì)影響學(xué)生分析問(wèn)題的思路，會(huì)對(duì)學(xué)生處理數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響.要學(xué)生能夠靈活地、敏銳地解決問(wèn)題，也需要掌握多種數(shù)據(jù)記錄方式，明白不同方式之間的差異，掌握記錄數(shù)據(jù)的本質(zhì).這一方面是為了破除學(xué)生的思維定式，其次也是為了開(kāi)闊學(xué)生的思路，培養(yǎng)學(xué)生的洞察力和思維的敏捷性.

測(cè)量勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的加速度實(shí)驗(yàn)記錄紙帶信息一般采用圖1的方式，除了這一記錄方式還有如下兩種可行的方式.

方式1.如圖3，A、B、C、D、E為相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔T=0.1 s，測(cè)量B、C、D、E到A的距離.

圖3

方法2.將紙帶每5個(gè)點(diǎn)剪下一段，每一段紙帶一端與x軸相重合，左邊與y軸平行貼在坐標(biāo)系中，如圖4所示.

圖4

3.4 對(duì)實(shí)驗(yàn)習(xí)題進(jìn)行設(shè)問(wèn)變式

設(shè)問(wèn)不僅是給學(xué)生提出了解決問(wèn)題的目標(biāo)，更是引導(dǎo)學(xué)生思考，為學(xué)生思維提供方向.物理習(xí)題教學(xué)應(yīng)“注重提問(wèn)品質(zhì)，引導(dǎo)學(xué)生深度思考”，［4］追求優(yōu)質(zhì)設(shè)問(wèn)引領(lǐng)學(xué)生思考，促進(jìn)學(xué)生思維品質(zhì)提升，使得思維更靈活、深刻、敏捷、嚴(yán)謹(jǐn).注重提問(wèn)品質(zhì)除了設(shè)問(wèn)要能夠問(wèn)到關(guān)鍵之處、問(wèn)到學(xué)生易錯(cuò)之處，還需要依據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)際，進(jìn)行橫向拓寬設(shè)問(wèn)，縱向拓深追問(wèn)促進(jìn)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解，以期學(xué)生透徹掌握實(shí)驗(yàn)本質(zhì)，能夠應(yīng)付靈活多變的實(shí)驗(yàn)情境，能夠靈活地、創(chuàng)造性地解決實(shí)驗(yàn)探究中的問(wèn)題.

以測(cè)量勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)加速度的實(shí)驗(yàn)為例，更多的要求學(xué)生求解中間某一計(jì)數(shù)點(diǎn)的瞬時(shí)速度、利用逐差法或圖像法求解加速度.以圖3為例，解決原題設(shè)中設(shè)計(jì)的典型問(wèn)題后，可以給學(xué)生設(shè)計(jì)如下結(jié)構(gòu)不良問(wèn)題.具體為：假設(shè)實(shí)驗(yàn)中C點(diǎn)不清晰，只測(cè)量了AB、DE距離分別計(jì)為s1、s4，如圖5所示，求加速度；求打下C點(diǎn)時(shí)紙帶的速度；求打下A、B、D、E點(diǎn)時(shí)的紙帶速度.

圖5

3.5 對(duì)實(shí)驗(yàn)習(xí)題進(jìn)行多解變式

物理教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生探尋多解，是學(xué)生從不同視角、不同側(cè)面、不同層次對(duì)物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行多維度深刻認(rèn)識(shí)的過(guò)程，也是讓學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)原理與方法必須要經(jīng)歷的過(guò)程和重要途徑.學(xué)生透徹理解原理、掌握方法，才能靈活運(yùn)用，才能實(shí)現(xiàn)遷移，才能靈活、敏銳、富有創(chuàng)見(jiàn)地發(fā)現(xiàn)新問(wèn)題，想到新方法解決問(wèn)題.很多物理實(shí)驗(yàn)題比較靈活，有多種解法，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行多解探索，可以拓寬學(xué)生視野，同時(shí)拓深學(xué)生思路，有利于學(xué)生生成創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新思維.

4 結(jié)語(yǔ)

培養(yǎng)創(chuàng)新思維能讓學(xué)生能更好完成高中學(xué)業(yè)，有更多機(jī)會(huì)進(jìn)入更好的高等學(xué)校深造、走好人生路，也是為社會(huì)培養(yǎng)更多創(chuàng)新人才，服務(wù)民族復(fù)興.實(shí)驗(yàn)習(xí)題由于器材、原理、數(shù)據(jù)處理方法、數(shù)據(jù)記錄方式等靈活多變，是培養(yǎng)學(xué)生思維靈活性、發(fā)散性、敏捷性、縝密性、批判性的優(yōu)質(zhì)資源，用好實(shí)驗(yàn)習(xí)題育人價(jià)值可以提高學(xué)生思維品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展，達(dá)成立德樹(shù)人目標(biāo).物理教師要能意識(shí)到物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的重要性和可行性，將培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維擺在重要位置，認(rèn)識(shí)到其是培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的人的重要一環(huán)，善于把握契機(jī)、挖掘教學(xué)資源的育人價(jià)值，充分發(fā)展學(xué)生思維品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新思維的培育.