張曉 彭前程

摘 ? 要：在分析中學(xué)物理教學(xué)對培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑創(chuàng)新能力的重要作用以及現(xiàn)階段教學(xué)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合自己的思考及教學(xué)實踐，利用教學(xué)實例，從有計劃的進(jìn)階、質(zhì)疑創(chuàng)新思維過程外顯化以及利用好教科書及課堂教學(xué)中生成的問題三個方面，重點論述了在中學(xué)物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑創(chuàng)新能力的教學(xué)策略。

關(guān)鍵詞：質(zhì)疑;創(chuàng)新;教學(xué)策略

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ?文章編號：1003-6148（2022）4-0073-6

1 ? ?質(zhì)疑創(chuàng)新能力的重要作用

自然界及身邊的現(xiàn)象是豐富多彩的，在不斷探索的過程中，學(xué)生的認(rèn)識方式、科學(xué)精神逐步形成。批判性思維與創(chuàng)新主要是指對于事物保持好奇心和開放性態(tài)度，具有探索精神;對于現(xiàn)象能夠進(jìn)行反思和質(zhì)疑，發(fā)現(xiàn)問題所在，具有批判精神和批判能力;敢于創(chuàng)新，勇于挑戰(zhàn)，能夠提出新穎和有價值的想法，并將其付諸于實踐[1]。

質(zhì)疑是創(chuàng)新的源泉，是重要的思維品格。物理學(xué)中質(zhì)疑不是簡單的疑問，質(zhì)疑是對物理研究對象、內(nèi)容和過程等進(jìn)行合理的分析，并有依據(jù)地提出相應(yīng)質(zhì)詢的問題，它是科學(xué)思維的高級部分[2]。在課堂教學(xué)中，應(yīng)創(chuàng)設(shè)必要的教學(xué)情境，設(shè)置挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)任務(wù)，有意識地使學(xué)生的質(zhì)疑能力不斷進(jìn)階。

2 ? ?教學(xué)現(xiàn)狀分析

在現(xiàn)階段中學(xué)物理教學(xué)中，存在對質(zhì)疑創(chuàng)新能力培養(yǎng)力度不夠的現(xiàn)象。究其原因，首先，教師沒有給予充分的重視。在教學(xué)設(shè)計時，教師對教學(xué)內(nèi)容及其價值缺乏深入分析、挖掘及再次整合，沒能為學(xué)生創(chuàng)設(shè)可質(zhì)疑的、有針對性和開放性的問題情境。教學(xué)的實施往往還是以知識為本，以固有的教學(xué)方式進(jìn)行教學(xué);而創(chuàng)新能力培養(yǎng)所需的批判精神在教學(xué)中受關(guān)注度不夠。其次，質(zhì)疑的深度不夠。真正的質(zhì)疑應(yīng)該是對一些現(xiàn)象、規(guī)律或?qū)嶒灲Y(jié)論，從不同的視角去重新審視，提出一些有依據(jù)的獨特看法。這需要在教學(xué)中放慢節(jié)奏，給學(xué)生留出深入思考的時間。而不少教師認(rèn)為，課堂教學(xué)時間有限，所以往往用“一題多解”或解決在學(xué)生知識的理解上出現(xiàn)的問題來代替之。

筆者通過教學(xué)實踐，認(rèn)為質(zhì)疑的習(xí)慣和能力培養(yǎng)若在教學(xué)中有計劃地體現(xiàn)，并且遞進(jìn)發(fā)展，學(xué)生解決物理問題的能力就會逐步提升。同時，物理觀念也會得到不斷豐富和發(fā)展，核心素養(yǎng)的達(dá)成也會真正落到實處。

3 ? ?培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑創(chuàng)新能力的教學(xué)策略

3.1 ? ?系統(tǒng)設(shè)計各階段教學(xué)，使學(xué)生質(zhì)疑創(chuàng)新能力有計劃地進(jìn)階

質(zhì)疑創(chuàng)新能力是科學(xué)思維高級部分，需要在課堂教學(xué)中系統(tǒng)規(guī)劃、不斷進(jìn)階。首先，通過對科學(xué)家們研究物理規(guī)律歷程的學(xué)習(xí)及在一些實際問題的解決過程中，不斷讓學(xué)生體會到質(zhì)疑、創(chuàng)新的重要性。其次，隨著知識的不斷積累和意識的不斷增強，可以在學(xué)生活動中逐步設(shè)置有思維梯度的具有挑戰(zhàn)性的質(zhì)疑問題，引導(dǎo)其對已有的觀點和結(jié)論提出有依據(jù)的質(zhì)疑，并嘗試著從不同角度分析物理問題。再者，在高三的復(fù)習(xí)課中，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生從不同視角審視問題，能夠提出一些有深度的質(zhì)疑問題，并從獨特的角度來解決問題。

3.1.1   ?在教學(xué)中要做到有意識地滲透，不斷培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑和創(chuàng)新的意識

物理學(xué)的發(fā)展過程，可以說是對已有理論的不斷質(zhì)疑，創(chuàng)造性地發(fā)現(xiàn)新規(guī)律、解決新問題的過程。課堂上各個教學(xué)環(huán)節(jié)中，都可以設(shè)置問題，引導(dǎo)學(xué)生在思考和討論過程中體會到質(zhì)疑、創(chuàng)新的重要性。只有不斷地經(jīng)歷實踐體驗，才能形成對應(yīng)的意識。

案例1 如圖1在一豎直磚墻前讓一個小石子自由下落，小石子下落的軌跡距離磚墻很近?，F(xiàn)用照相機對下落的石子進(jìn)行拍攝。某次拍攝的照片如圖1所示，AB為小石子在這次曝光中留下的模糊影跡。已知每層磚（包括磚縫）的平均厚度約為 6.0 cm， A點距石子開始下落點的豎直距離約為1.8 m。估算照相機這次拍攝的“曝光時間”最接近答案（ ? ? ?）

A.2.0×10-1 s

B.2.0×10-2 s

C.2.0×10-3 s

D.2.0×10-4 s

3.1.2 ? ?能對已有觀點提出質(zhì)疑，從不同角度思考物理問題

在新授課中要盡可能挖掘可讓學(xué)生發(fā)展“質(zhì)疑”能力的教學(xué)點，使學(xué)生能夠真正做到深度學(xué)習(xí)。有些教師擔(dān)心開放性的問題可能會影響學(xué)生對概念和規(guī)律的準(zhǔn)確理解。其實不然，因為學(xué)生從不同角度審視某一問題，是對相關(guān)概念和規(guī)律的進(jìn)一步關(guān)聯(lián)和整合的過程，是對物理觀念升華和內(nèi)化的過程，會加深對科學(xué)方法的進(jìn)一步理解。

案例2 ?在“伽利略關(guān)于落體運動的研究”一節(jié)課的教學(xué)中，設(shè)置了這樣的討論問題：（1）亞里士多德關(guān)于落體運動的觀點和伽利略的觀點有何不同？是對什么因素的考慮的不同才使他們有不同的觀點？（2）兩位科學(xué)家的研究方法有何不同？（3）亞里士多德難道想不到“大石頭的下落速度為8，小石頭的下落速度為4，當(dāng)把兩塊石頭捆在一起時，大石頭會被小石頭拖著而變慢，整個物體的下落速度應(yīng)該小于8”這樣的邏輯推理嗎？

問題的討論可以在學(xué)生閱讀的基礎(chǔ)上進(jìn)行，目的是發(fā)展學(xué)生的質(zhì)疑創(chuàng)新能力，并讓學(xué)生深刻體會到伽利略建立的物理學(xué)科研究方法的重要價值。

問題設(shè)置的考慮：亞里士多德提出了演繹推理的思維方法，應(yīng)該能考慮到這種邏輯推理的方法，但為什么亞里士多德還會認(rèn)為“物體下落的快慢跟它的輕重有關(guān)，重的物體下落得快”呢？這就是一個質(zhì)疑的點。當(dāng)然，應(yīng)該是在證據(jù)的基礎(chǔ)上提出有依據(jù)的質(zhì)疑。此時，學(xué)生可能會想到亞里士多德是在充分觀察的基礎(chǔ)上提出的論斷，是有觀察的基礎(chǔ)的。然后，就要經(jīng)過小組成員間的交流與解釋，提出證據(jù)來支撐質(zhì)疑?？梢砸龑?dǎo)學(xué)生做這樣的思考：在那個年代，亞里士多德的觀察是在有空氣的環(huán)境下進(jìn)行的。從高處下落的物體在空氣阻力的作用下，會達(dá)到一個“收尾速度”，這時其所受重力應(yīng)該等于空氣阻力。在此基礎(chǔ)上，可展開進(jìn)一步討論。其實，這是一個開放的問題，沒有一個確切的答案，尤其是對學(xué)習(xí)者。我們不特別關(guān)注這一問題的結(jié)論，重點是發(fā)展學(xué)生對已有觀點提出質(zhì)疑的能力，使學(xué)生保持好奇心和開放性態(tài)度，從而培養(yǎng)學(xué)生敢于創(chuàng)新、勇于挑戰(zhàn)的探索精神。

以上質(zhì)疑的價值是什么呢？是為了發(fā)展學(xué)生在問題解決中的創(chuàng)新能力以及對科學(xué)研究方法的理解。既然落體運動情況復(fù)雜，我們?nèi)绾蝸硌芯磕兀看藭r，適時引導(dǎo)學(xué)生體會在建立物理模型時所用到的科學(xué)方法：忽略次要矛盾、突出主要矛盾，從而真正實現(xiàn)這一教學(xué)片段的教學(xué)價值。

3.1.3 ? ?能對已有結(jié)論或研究過程提出有依據(jù)的質(zhì)疑，采用不同方式分析解決物理問題

在高三復(fù)習(xí)課上，學(xué)生已較好地掌握了物理概念、規(guī)律及研究方法，更有條件進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，此時可以進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生對已有結(jié)論或研究過程提出更深層次質(zhì)疑的能力，以及從不同視角來解決問題的能力。

案例3 ?如圖2所示，一盛有水的大容器，其側(cè)面有一個水平的短細(xì)管，水能夠從細(xì)管中噴出;容器中水面的面積S1遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于細(xì)管的橫截面積S2;重力加速度為g。假設(shè)水不可壓縮，而且沒有粘滯性。求：當(dāng)液面距離細(xì)管的高度為h時，細(xì)管中的水流速度v？

然后提出問題：在解決這一問題時，選取了怎樣的物理模型？選取物理規(guī)律的依據(jù)是什么？該問題設(shè)置的目的是讓學(xué)生體會到：質(zhì)疑，必須是有依據(jù)的質(zhì)疑。

經(jīng)過質(zhì)疑后，在問題解決過程中形成認(rèn)識（方法）：不可壓縮——薄的水柱體模型（研究對象）;薄的水柱體速度增加過程——初速度為零的勻加速直線運動（研究過程）。求速度，自然想到運動學(xué)公式、動能及動量，引發(fā)思維路徑——從能量、運動和相互作用的兩個認(rèn)識角度來分析;研究對象是關(guān)鍵，內(nèi)力不做功，可用動能定理;外力對薄的水柱體有沖量，所以其動量即可發(fā)生變化，也可用動量定理。

這時，會有學(xué)生進(jìn)一步提出質(zhì)疑：為什么用動量定理求解時確定薄的水柱體的質(zhì)量為Δm=ρS2Δtv？對比考慮：一段水柱沖擊墻面，計算平均沖力時，往往建構(gòu)一段柱體模型，其質(zhì)量可以確定為Δm=ρS2vΔt。二者的差別究竟在哪里呢？在隨后的交流與反思中，會重新審視兩個物理情境的不同：前者是不可壓縮的流體，后者則是水柱體和墻壁相互作用的過程中相互擠壓，速度可以近似從v變?yōu)?。

也有學(xué)生會質(zhì)疑：為什么一段水柱沖擊墻面這樣的問題用動能定理不太容易求解呢？這樣的問題會引發(fā)學(xué)生更深入地思考，在思考過程中就會形成這樣的認(rèn)識：因為有內(nèi)力做功，所以對系統(tǒng)而言，水柱所受外力對它做功的代數(shù)和不等于它動能的增量。通過對系列問題的思考，培養(yǎng)學(xué)生的物理模型建構(gòu)能力。問題解決過程也是運動和相互作用及能量的物理觀念的內(nèi)化和升華的過程。

3.1.4 ? ?能從多個視角審視檢驗結(jié)論，解決物理問題具有一定的新穎性

在教學(xué)設(shè)計中，需要設(shè)計一部分開放的問題，在問題解決過程中不斷引發(fā)學(xué)生有深度地質(zhì)疑，使學(xué)生能夠在問題解決的過程中表現(xiàn)出新穎性、創(chuàng)造性。

案例4 ?如果要設(shè)計一塊廣告牌，通過圖3和題目所給信息，分析得出其承受的最大水平作用力是多大？

對于這一實際問題，學(xué)生首先要從題干和圖表中準(zhǔn)確獲取信息、加工信息：北京地區(qū)最大風(fēng)力可達(dá)到12級，對應(yīng)的最大風(fēng)速為36.9 m/s，這時廣告牌承受的水平作用力最大;接著把這個實際問題轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€物理問題：空氣對廣告牌有力的作用，然后建立柱狀流體模型，確定其質(zhì)量，并假定空氣柱在Δt的時間內(nèi)速度從v 變?yōu)?;最后選用動量定理及牛頓第三定律來解決，即可得出其承受的最大水平作用力。

隨著問題的解決，學(xué)生還會提出質(zhì)疑：前者速度從0變?yōu)関，后者速度從v變?yōu)?，難道不可以看成是逆過程嗎？在進(jìn)一步的討論與思考中，將會對“不可壓縮的流體”在模型建構(gòu)中的作用有更深入的認(rèn)識。只要能夠提出問題，敢于質(zhì)疑，勇于挑戰(zhàn)，就能在挑戰(zhàn)性任務(wù)解決過程中，不斷發(fā)展學(xué)生的推理能力、質(zhì)疑創(chuàng)新能力;學(xué)生通過從不同角度分析和審視同一個物理問題以及根據(jù)所解決的問題需要選擇恰當(dāng)?shù)奈锢硪?guī)律的思維過程，會進(jìn)一步豐富運動與相互作用觀念及能量觀念。

會有學(xué)生進(jìn)一步提出質(zhì)疑：為什么在解決問題的過程中，往往認(rèn)為空氣柱的速度從v變?yōu)?？空氣分子難道不會有反彈嗎？這一問題具有開放性，已超出了學(xué)生現(xiàn)有的認(rèn)知。設(shè)置的目的不是讓學(xué)生對這一知識得出一個確切的結(jié)論，而主要是在實際問題的解決過程中發(fā)展學(xué)生的批判性思維，使學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)，能夠多角度分析以及綜合解決實際問題，不斷發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新能力。

3.2 ? ?在課堂教學(xué)中使學(xué)生質(zhì)疑創(chuàng)新的思維過程外顯化

在課堂教學(xué)中，有意識地讓學(xué)生展示質(zhì)疑的思維過程，有助于學(xué)生形成質(zhì)疑的習(xí)慣以及批判精神，從而在質(zhì)疑的基礎(chǔ)上深入思考、綜合分析，能夠形成新穎、獨特的解決方案。

案例5 ?垂直于勻強磁場的導(dǎo)體棒沿軌道做勻速運動。請從電動勢的定義，推導(dǎo)金屬棒ab中的感應(yīng)電動勢。

解答：如圖4所示，棒向右運動時，電子具有向右的分速度v，受到沿棒向下的洛倫茲力f=evB，f即非靜電力，在f的作用下，電子從a移動到b的過程中，非靜電力做功W=evBl。根據(jù)電動勢定義E=，解得E=Blv。

以上質(zhì)疑創(chuàng)新的思維過程如圖5所示。

3.3 ? ?利用教科書及課堂教學(xué)中生成的問題發(fā)展質(zhì)疑創(chuàng)新能力

教科書中有著豐富的教學(xué)資源，可以在活動設(shè)計中培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑創(chuàng)新的能力。另外，經(jīng)過系列思維活動創(chuàng)造性地解決在課堂上生成的問題，將會使課堂變得更加生動，也將使學(xué)生的物理觀念更加豐富，使他們逐漸具有批判精神。

在得到行星和太陽引力的規(guī)律后，可以提出有梯度的問題，讓學(xué)生充分展開交流與討論，進(jìn)一步提出質(zhì)疑：地球繞太陽運動，月球繞地球運動，它們之間的作用力是同一種性質(zhì)的力嗎？這種力與地球?qū)渖咸O果的吸引力也是同一種性質(zhì)的力嗎？在課堂教學(xué)中要注重萬有引力定律的得出過程，對這一問題的質(zhì)疑過程中，可以很好地發(fā)展學(xué)生的推理論證及科學(xué)探究能力，使學(xué)生逐步養(yǎng)成像科學(xué)家一樣思考問題的習(xí)慣。所以，這一教學(xué)片段是培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑創(chuàng)新能力很好的素材。但對于初學(xué)者來說，對以上質(zhì)疑問題是不容易想到的。如何轉(zhuǎn)變成一個有價值的學(xué)習(xí)活動，需要教師根據(jù)自己所教班級的實際情況在課堂教學(xué)中做恰當(dāng)?shù)囊I(lǐng)，在教學(xué)設(shè)計中應(yīng)有所體現(xiàn)?！霸碌貦z驗”是對這一質(zhì)疑提出的最為有力的證據(jù)，但對學(xué)生來說，有很大的思維難度。在教學(xué)中要放慢節(jié)奏，讓學(xué)生充分展開討論，自行建構(gòu)知識、發(fā)現(xiàn)規(guī)律。質(zhì)疑和創(chuàng)新是緊密聯(lián)系在一起的，質(zhì)疑就是能夠提出有價值的、值得研究的問題，創(chuàng)新就是創(chuàng)造性地解決問題。所以，在以上問題的解決過程中，很好地發(fā)展了學(xué)生的科學(xué)思維能力。

在歸納推理得出楞次定律時，當(dāng)學(xué)生經(jīng)過實驗得出四種情況下原磁場的方向和感應(yīng)電流的方向后，有的學(xué)生對二者之間是否存在必然的關(guān)系提出質(zhì)疑。這樣的教學(xué)設(shè)計及教學(xué)活動就是給學(xué)生提供了發(fā)生質(zhì)疑的教學(xué)情境。在學(xué)生交流、討論的過程中逐步形成這樣的認(rèn)識：電荷之間的相互作用是通過電場發(fā)生的。那么，條形磁鐵在形成回路的線圈中運動時，二者又是通過什么發(fā)生相互作用的呢？能否考慮引入一個中間量把原磁場的變化和感應(yīng)電流的方向之間建立關(guān)聯(lián)？使學(xué)生真正明白我們?yōu)槭裁匆芯扛袘?yīng)電流的磁場方向和原磁場方向的關(guān)系這一思維難點了。

在原子物理的教學(xué)中，也蘊藏著豐富的可發(fā)展學(xué)生質(zhì)疑創(chuàng)新能力的教學(xué)資源。科學(xué)家在研究原子及原子核的組成時，就是一次次地對已有模型及理論質(zhì)疑、并且逐步發(fā)展的過程。盧瑟福依據(jù)α粒子散射實驗對湯姆孫的“棗糕模型”提出質(zhì)疑，經(jīng)過推理論證，提出了核式結(jié)構(gòu)模型。盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型指出了原子核的存在，較好地解釋了α粒子散射實驗，但與經(jīng)典的電磁理論發(fā)生了矛盾，其理論的正確性受到當(dāng)時科學(xué)家們的質(zhì)疑。玻爾敢于創(chuàng)新與挑戰(zhàn)，創(chuàng)造性地把微觀世界中物理量取分立值的觀念應(yīng)用到原子系統(tǒng)，提出了自己的原子結(jié)構(gòu)假說。玻爾理論成功地解釋了氫原子光譜的實驗規(guī)律，但對于稍微復(fù)雜一點的原子如氦原子，就無法解釋它的光譜現(xiàn)象?？茖W(xué)家們正是在質(zhì)疑玻爾理論完善性的過程中建立了量子力學(xué)。在教學(xué)中，要充分利用這些寶貴的教學(xué)資源，設(shè)置問題情境，使學(xué)生能夠切實體會到科學(xué)家的研究歷程中的思維方法和研究方法，有意識地培養(yǎng)質(zhì)疑的習(xí)慣，不斷提升質(zhì)疑能力。在研究原子核的組成時，也可以從以下幾個方面來培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑創(chuàng)新能力：通過天然放射現(xiàn)象質(zhì)疑原子核的組成，得出可以再分的結(jié)論。那么，原子核自發(fā)地放出β粒子是否說明原子核里有電子？在原子核內(nèi)部，是什么力量把帶正電的質(zhì)子緊緊地束縛在一起而不飛散開呢？既然萬有引力不能抗衡庫侖斥力，那么是什么力起作用呢？組成原子核的核子越多，它的結(jié)合能就越大，那么原子核中核子越多是否就結(jié)合得越牢固呢？這一系列問題的提出可以引導(dǎo)學(xué)生對該問題進(jìn)行進(jìn)一步的探討。

總之，在中學(xué)物理教學(xué)中可以通過有系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計、挖掘與整合各類課程資源、外顯學(xué)生的思維過程等方式培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑創(chuàng)新能力。通過系列有目的的學(xué)習(xí)活動的開展，使得學(xué)生的質(zhì)疑創(chuàng)新能力穩(wěn)步提升、不斷進(jìn)階。這同時也需要我們一線教師不斷深入思考物理問題，提升自己的專業(yè)素養(yǎng)，實現(xiàn)教學(xué)方式的有效變革以及對教學(xué)活動中各個環(huán)節(jié)的精準(zhǔn)把握。

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（欄目編輯 ? ?李富強）