自主實(shí)驗(yàn)教學(xué)中學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)研究

摘 ? 要：培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力是新時(shí)期教育教學(xué)改革對(duì)教師的基本要求，文章分析傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的主要問題，提出了自主實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)模式設(shè)計(jì)、操作原則、培養(yǎng)目標(biāo)及開展自主實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施效果，為自主實(shí)驗(yàn)教學(xué)中學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提供了模式。

關(guān)鍵詞：自主實(shí)驗(yàn);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(jí)中學(xué)教師。（廣東 ?深圳 ?518172）

中圖分類號(hào)：G632 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ?文章編號(hào)：1671-0568（2019）10-0085-03

一、問題的提出

當(dāng)前，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，已成為學(xué)校教育的重要目標(biāo)，創(chuàng)造性地教，教會(huì)學(xué)生創(chuàng)造，這是對(duì)教師的基本要求。物理、化學(xué)、生物屬于實(shí)驗(yàn)科學(xué)，其知識(shí)的形成、規(guī)律的探究都依靠實(shí)驗(yàn)，因此，通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力也就成為學(xué)校實(shí)施創(chuàng)新教育的重要途徑，但傳統(tǒng)的物理、化學(xué)、生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是教師演、學(xué)生看，教師的角色是“演員”，學(xué)生的角色是“觀眾”。學(xué)生實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)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(shè)計(jì)好的，致使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)缺失興趣，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率偏低。

從學(xué)習(xí)內(nèi)容、研究方法、科學(xué)思維、創(chuàng)新方法等角度來看，物理、化學(xué)、生物實(shí)驗(yàn)、研究性學(xué)習(xí)課程、通用技術(shù)課程之間存在整合的可能性。為了改變傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)探究中迅速提高科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力，并提高研究性學(xué)習(xí)課程、通用技術(shù)課程的教學(xué)效果，我們構(gòu)建了一種新的自主實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)模式，以探究學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的新途徑。

二、自主實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)模式培養(yǎng)目標(biāo)

自主實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)模式的培養(yǎng)目標(biāo)是多元的，既有知識(shí)目標(biāo)，又有情感、態(tài)度、價(jià)值觀目標(biāo)，更有能力目標(biāo)。實(shí)踐證明，創(chuàng)造性思維是創(chuàng)新能力的核心，中學(xué)生創(chuàng)新能力的外在表現(xiàn)為創(chuàng)新學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新發(fā)明能力。其中，創(chuàng)造性思維能力、學(xué)科創(chuàng)新學(xué)習(xí)能力、科學(xué)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(gè)方面提高學(xué)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(duì)于常規(guī)再現(xiàn)性思維而言的一類高級(jí)思維，是人們?cè)谝延薪?jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)新事物、創(chuàng)造新方法、解決新問題的高級(jí)思維過程，它注重發(fā)散和求異，本模式重點(diǎn)關(guān)注學(xué)生創(chuàng)造性思維的流暢性、靈活性、獨(dú)創(chuàng)性和精密性。

2. 創(chuàng)新學(xué)習(xí)能力。創(chuàng)新學(xué)習(xí)是指學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，不迷信書本上的知識(shí)，而是在已有知識(shí)的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際，獨(dú)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(xué)習(xí)的主要特征是質(zhì)疑、聯(lián)想、遷移、變通、組合和標(biāo)新。

3. 科學(xué)探究能力。通過開展實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，反思學(xué)科學(xué)習(xí)中的實(shí)驗(yàn)缺陷，將實(shí)驗(yàn)探究的知識(shí)科學(xué)化、理論化和系統(tǒng)化，提高實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、操作和評(píng)價(jià)能力，在此基礎(chǔ)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(xué)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(biāo)準(zhǔn)對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)和創(chuàng)新成果（實(shí)物作品、創(chuàng)意作品）進(jìn)行評(píng)價(jià)和引導(dǎo)，進(jìn)而提高其創(chuàng)造、發(fā)明能力。

三、自主實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)模式設(shè)計(jì)

自主實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)是指在多學(xué)科教師指導(dǎo)下，學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)、自主設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)、操作、總結(jié)、反思和拓展的實(shí)驗(yàn)形式，它對(duì)學(xué)生的綜合素質(zhì)有較高要求。自主實(shí)驗(yàn)包括演示實(shí)驗(yàn)、學(xué)生實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新探究實(shí)驗(yàn)和教具發(fā)明等內(nèi)容。

1. 自主實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)模式相關(guān)素質(zhì)的跨學(xué)科培養(yǎng)。

（1）創(chuàng)新思維、創(chuàng)新方法的訓(xùn)練與滲透。實(shí)驗(yàn)探究過程是一個(gè)創(chuàng)新的過程，為了保證學(xué)生在實(shí)驗(yàn)探索的過程中創(chuàng)造性地提出、分析和解決問題，加強(qiáng)創(chuàng)新思維和創(chuàng)新方法的訓(xùn)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(diǎn)強(qiáng)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(fēng)暴法、信息交合法、類比移植法、檢核表法、價(jià)值分析法等。

（2）實(shí)驗(yàn)基本方法學(xué)習(xí)。是指對(duì)科學(xué)研究過程、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路（包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛢?nèi)容的確定、實(shí)驗(yàn)原理的選擇、實(shí)驗(yàn)變量的分析界定和控制方法，實(shí)驗(yàn)過程設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)器材的確定方法）、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄、處理等知識(shí)技能的系統(tǒng)學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，這是自主實(shí)驗(yàn)科學(xué)性、有效性和教育發(fā)展性的重要保障。

上述相關(guān)素質(zhì)的訓(xùn)練和培養(yǎng)在研究性學(xué)習(xí)和通用技術(shù)課程中開展，一般采用任務(wù)式教學(xué)法。例如，通過開發(fā)一種新飲料來學(xué)習(xí)信息交合法和商品概念法，通過伽利略理想斜面實(shí)驗(yàn)演示器、氯氣制取與性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)的發(fā)明活動(dòng)學(xué)習(xí)例舉法、價(jià)值分析法和頭腦風(fēng)暴法，通過影響化學(xué)反應(yīng)速率因素的實(shí)驗(yàn)研究、關(guān)于鉬是否是玉米生長所必需的元素的實(shí)驗(yàn)研究、二氧化硫性質(zhì)探究學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和變量控制方法等。

2. 自主實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)模式的操作流程。

操作流程說明：自主實(shí)驗(yàn)以課題組形式開展，每次任務(wù)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(xué)組織探究。

（1）目標(biāo)呈現(xiàn)。學(xué)生提出或教師提供實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容或問題背景。其中，演示實(shí)驗(yàn)、學(xué)生實(shí)驗(yàn)由教師課前提供實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容;創(chuàng)新探究實(shí)驗(yàn)由學(xué)生自己提出或教師課前提供實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容;教具發(fā)明由學(xué)生自己提出或教師提供設(shè)計(jì)問題。

（2）背景學(xué)習(xí)。課題組成員共同學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相關(guān)的知識(shí)，了解現(xiàn)有的相關(guān)儀器設(shè)備及藥品特點(diǎn)等，其中，對(duì)于教具發(fā)明類課題還要求進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新。

（3）自主設(shè)計(jì)。選擇實(shí)驗(yàn)原理、確定實(shí)驗(yàn)條件控制方法、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)程序、確定實(shí)驗(yàn)用品、明確實(shí)驗(yàn)結(jié)果的呈現(xiàn)、記錄和處理方式等。要求以頭腦風(fēng)暴會(huì)的方式產(chǎn)生多個(gè)設(shè)計(jì)方案，通過綜合比較、評(píng)價(jià)，優(yōu)選1～3個(gè)實(shí)驗(yàn)方案參與互動(dòng)評(píng)價(jià)。教具設(shè)計(jì)是利用創(chuàng)新思維和創(chuàng)新技法解決實(shí)際問題進(jìn)行創(chuàng)造發(fā)明的過程。教具設(shè)計(jì)活動(dòng)包括對(duì)已有教具的改進(jìn)、設(shè)計(jì)新教具演示學(xué)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(dòng)。

（4）互動(dòng)評(píng)價(jià)。一般分三種評(píng)價(jià)方式。①相關(guān)教師評(píng)價(jià)：每個(gè)課題組的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案（1～3個(gè)）上交給相關(guān)任課教師，由該教師評(píng)價(jià)并提出改進(jìn)意見，直到科學(xué)合理為止。②課題組互評(píng)：由相關(guān)任課教師調(diào)配，課題組之間互評(píng)。③利用研究性學(xué)習(xí)和通用技術(shù)課互評(píng)：每個(gè)課題組選擇最佳實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案參與課堂互評(píng)，互評(píng)以頭腦風(fēng)暴會(huì)的方式在研究性學(xué)習(xí)和通用技術(shù)課中開展，程序?yàn)椋宏愂觥枴鷥?yōu)化。優(yōu)化后的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案交給相關(guān)教師，再由該教師評(píng)價(jià)并提出改進(jìn)意見，直到科學(xué)合理為止。對(duì)于教具發(fā)明，優(yōu)化后的設(shè)計(jì)方案交給研究性學(xué)習(xí)課和通用技術(shù)課教師，再由該教師評(píng)價(jià)并提出改進(jìn)意見，直到科學(xué)合理為止。

（5）自主操作。演示實(shí)驗(yàn)改為學(xué)生演示：該學(xué)科教師從學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案中選擇最佳設(shè)計(jì)，課堂上由該課題組派代表上臺(tái)演示;學(xué)生實(shí)驗(yàn)按每個(gè)課題組的最佳實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案在實(shí)驗(yàn)課時(shí)自主實(shí)驗(yàn);創(chuàng)新探究實(shí)驗(yàn)按每個(gè)課題組的最佳實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案在社團(tuán)課時(shí)自主實(shí)驗(yàn);教具發(fā)明由研究性學(xué)習(xí)和通用技術(shù)教師指導(dǎo)完成模型的制作。

（6）總結(jié)反思。對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)處理，對(duì)實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行反思和評(píng)價(jià)，撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告和工作報(bào)告。筆者認(rèn)為，教具模型由研究性學(xué)習(xí)、通用技術(shù)教師和相關(guān)學(xué)科教師指導(dǎo)完成技術(shù)試驗(yàn)和技術(shù)革新。

（7）拓展延伸。由該實(shí)驗(yàn)引發(fā)相關(guān)的問題。開展問題拓展頭腦風(fēng)暴會(huì)和衍生問題展。

四、自主實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)模式的操作原則

1. 自主原則。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中要構(gòu)建民主、和諧的師生關(guān)系，尊重學(xué)生的主體性，強(qiáng)調(diào)自主設(shè)計(jì)、自主思考、自主操作;強(qiáng)調(diào)獨(dú)立、批判和開拓，鼓勵(lì)學(xué)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(gè)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(shí)際性問題，也有虛擬性問題;既有本學(xué)科中的問題，也有其他學(xué)科中的問題;②思維開放，強(qiáng)調(diào)思維的發(fā)散、聯(lián)想、遷移、變通、新穎和獨(dú)創(chuàng);③時(shí)空開放，強(qiáng)調(diào)課內(nèi)、課外相結(jié)合，個(gè)人探究與小組合作探究相結(jié)合。

3. 延緩評(píng)價(jià)原則。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，注重相互激勵(lì)，教師對(duì)學(xué)生，學(xué)生對(duì)學(xué)生的設(shè)想、意見等不當(dāng)場進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，而鼓勵(lì)學(xué)生開放思維，并善于利用他人的智慧，學(xué)會(huì)轉(zhuǎn)化、創(chuàng)新他人的想法。在充分開放思維后，再進(jìn)行縝密的分析判斷和評(píng)價(jià)。

4. 動(dòng)機(jī)激勵(lì)原則。動(dòng)機(jī)是行為的內(nèi)驅(qū)力，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師要鼓勵(lì)學(xué)生增強(qiáng)成就感，在討論中，在解答問題的過程中，在自我學(xué)習(xí)中，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與操作過程中，在創(chuàng)造發(fā)明過程中要體驗(yàn)到成功的快樂，感受到自身的價(jià)值，要?jiǎng)?chuàng)造條件激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)探究動(dòng)機(jī)。

5. 理論與實(shí)踐相結(jié)合原則。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師既要強(qiáng)調(diào)理論的分析探討，也要注重實(shí)際操作和應(yīng)用，要讓學(xué)生在實(shí)踐中體驗(yàn)、反思、修正和提升。

五、討論

1. 自主實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)模式有效實(shí)施的關(guān)鍵在于常規(guī)化。任何一種教學(xué)方法只有變成一種教學(xué)常規(guī)后才能顯現(xiàn)其效果，自主實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)模式改變了學(xué)生原有的學(xué)習(xí)程序和學(xué)習(xí)方式，思維定式的力量一定會(huì)阻礙學(xué)生主動(dòng)改變，因此，教師的引導(dǎo)、激勵(lì)與監(jiān)督就顯得尤為重要。

2. 自主實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)模式對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)效果顯著。自主實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)模式為學(xué)生提供了廣闊的自我發(fā)展機(jī)會(huì)和發(fā)展空間，學(xué)生在自我發(fā)現(xiàn)、自我設(shè)計(jì)、自我操作、自我總結(jié)和反思中，在激烈、開放的交流討論與評(píng)價(jià)中激發(fā)潛能，發(fā)展創(chuàng)造性思維，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)，優(yōu)化創(chuàng)新個(gè)性，進(jìn)而提高創(chuàng)新學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)造發(fā)明能力。這種教學(xué)模式使學(xué)生徹底從按部就班的被動(dòng)學(xué)習(xí)中解放出來，極大地提高了學(xué)生的積極性和主動(dòng)性。同時(shí)，這種教學(xué)模式也促使教師打破傳統(tǒng)的千篇一律的教學(xué)程式，要求教師在教學(xué)中思想開放，大膽創(chuàng)新。

3. 自主實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)模式的有效實(shí)施能顯著提高學(xué)生的創(chuàng)新學(xué)習(xí)能力。實(shí)踐證明，自主實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)活動(dòng)的開展改變了學(xué)生現(xiàn)有的學(xué)習(xí)程序和學(xué)習(xí)方式，促使學(xué)生提前學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)和探究學(xué)習(xí)，教師的鼓勵(lì)、團(tuán)隊(duì)智力激勵(lì)式學(xué)習(xí)和自我表現(xiàn)，調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)物理、化學(xué)、生物的積極性，培養(yǎng)了他們科學(xué)的學(xué)習(xí)方法，發(fā)展了創(chuàng)新學(xué)習(xí)能力，使他們?cè)趯W(xué)習(xí)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(xué)科成績，同時(shí)，反過來又能促進(jìn)自主實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)。

4. 自主實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)模式能促進(jìn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力和動(dòng)手能力的提高。通過自主實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)活動(dòng)，學(xué)生從原來不重視科學(xué)實(shí)驗(yàn)到自覺地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)作自制教具，開展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，既豐富了知識(shí)，提高了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，又培養(yǎng)了動(dòng)手能力，使學(xué)生終身受益。

5. 以學(xué)科學(xué)習(xí)為載體，開展自主實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，對(duì)學(xué)生進(jìn)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(diǎn)，一直為教育界所廣泛關(guān)注。本研究提供了一種切實(shí)可行的學(xué)科科技創(chuàng)新教育途徑：以實(shí)驗(yàn)改進(jìn)和教具改進(jìn)為載體，開展創(chuàng)新思維和創(chuàng)新技法訓(xùn)練，進(jìn)而將科技創(chuàng)新活動(dòng)引向其他領(lǐng)域，這種學(xué)科科技創(chuàng)新教育活動(dòng)必將增強(qiáng)學(xué)生學(xué)科學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)能力。

6. 實(shí)施自主實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)應(yīng)盡量拓展學(xué)生學(xué)習(xí)的生長點(diǎn)。為了更好地激發(fā)學(xué)生的探究積極性和探究時(shí)空，實(shí)施自主實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)應(yīng)盡量拓展學(xué)生的學(xué)習(xí)生長點(diǎn)。學(xué)校定期舉行科學(xué)論壇、科學(xué)講座、科學(xué)沙龍、論文答辯活動(dòng)，舉辦小改進(jìn)、小制作、小發(fā)明比賽，對(duì)優(yōu)勝者給予必要的精神和物質(zhì)獎(jiǎng)勵(lì);學(xué)校注重“請(qǐng)進(jìn)來，走出去”，開展各種各樣實(shí)踐活動(dòng)：近年來，學(xué)校不間斷地聘請(qǐng)各高校、科研單位的知名專家、教授、學(xué)者（如袁隆平、神舟飛船發(fā)射的科學(xué)家等）來校講演，不定期組織學(xué)生到華為、神舟、中興通訊、隆平高科等高新技術(shù)企業(yè)和科研單位參觀，開闊了學(xué)生的視野，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)和探究的興趣，這些活動(dòng)的開展對(duì)自主實(shí)驗(yàn)教學(xué)起到了積極作用。

創(chuàng)新教育是一項(xiàng)持之以恒的系統(tǒng)工程，它必須與學(xué)科教學(xué)關(guān)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(xiàng)與學(xué)科學(xué)習(xí)有關(guān)的發(fā)明成果，現(xiàn)有十多項(xiàng)成果已申請(qǐng)國家專利，有多項(xiàng)作品在各級(jí)各類創(chuàng)新大賽中獲獎(jiǎng)。應(yīng)該說，上述自主實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)模式還有不少探索的空間，我們?cè)诤罄m(xù)教學(xué)中將不斷改進(jìn)，共同推進(jìn)創(chuàng)新教育事業(yè)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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責(zé)任編輯 ? 范艷玲