基于質(zhì)疑創(chuàng)新思維培養(yǎng)的初中物理教學(xué)

沈偉云

(浙江省嵊州市教育體育局教研室,浙江 紹興 312400)

質(zhì)疑創(chuàng)新是科學(xué)思維的重要組成部分,其內(nèi)涵是基于事實證據(jù)和科學(xué)推理對不同觀點和結(jié)論提出質(zhì)疑、批判、檢驗和修正,進而提出創(chuàng)造性見解的能力和品格.[1]質(zhì)疑要求學(xué)生經(jīng)過充分分析后有根據(jù)地提出問題,創(chuàng)新要求學(xué)生發(fā)現(xiàn)新規(guī)律,提出解決問題的新方案．質(zhì)疑是創(chuàng)新的基礎(chǔ),創(chuàng)新是質(zhì)疑的深化,兩者融為一個有機的整體.

物理是一門在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維尤其是質(zhì)疑創(chuàng)新思維方面具有獨特優(yōu)勢的學(xué)科,物理教材蘊含著大量培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑創(chuàng)新思維的素材,物理教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑創(chuàng)新思維的重要途徑.

1 辨析物理前概念,發(fā)展質(zhì)疑創(chuàng)新思維

前概念是指在學(xué)習(xí)科學(xué)概念之前,學(xué)生根據(jù)生活經(jīng)驗和以前的學(xué)習(xí),形成對物理現(xiàn)象的看法和觀點.正確的前概念有助于學(xué)生實現(xiàn)認知結(jié)構(gòu)的順應(yīng),更好地建構(gòu)物理概念.但對于很多前概念,由于學(xué)生的理解往往停留在物理表象上,不能深入探究物理現(xiàn)象的本質(zhì),與正確的科學(xué)概念相悖,是錯誤的前概念.為此,教師在深入學(xué)習(xí)概念之前,可讓學(xué)生談?wù)剬ξ锢憩F(xiàn)象的看法,同時也鼓勵其他學(xué)生開展質(zhì)疑.在學(xué)習(xí)了正確的物理概念之后,引導(dǎo)學(xué)生進行辨析,以此來促進學(xué)生對物理概念的理解,發(fā)展學(xué)生質(zhì)疑創(chuàng)新思維.

如關(guān)于不透明物體的顏色由什么決定的問題.在教學(xué)前教師可讓學(xué)生各抒己見,如有的學(xué)生認為物體的顏色是由物體本身決定的,有的學(xué)生認為是由物體反射光的顏色決定的.面對學(xué)生的質(zhì)疑,教師不要急于下結(jié)論,組織學(xué)生開展討論,要求學(xué)生收集證據(jù)來證明自己的觀點.其中有一組同學(xué)設(shè)計了一個方案,用紅光去照射西紅柿呈紅色,用藍光或綠光去照射西紅柿,西紅柿顯黑色.由此可得出不透明物體的顏色由物體反射光的顏色決定的.

又如關(guān)于“220 V 100 W”的燈與“220 V 25 W”的燈誰亮一些的問題,教師也可組織學(xué)生開展討論,進行辨析,有學(xué)生認為應(yīng)該是“220 V 100 W”規(guī)格的燈更亮一些,因為可以家庭電路中的現(xiàn)象為證.但有的學(xué)生則認為不一定,理由是若把兩盞燈串聯(lián)接入到照明電路中,發(fā)現(xiàn)“220 V 25 W”燈更亮一些,有的學(xué)生則根據(jù)電學(xué)知識進行了判斷,根據(jù)R=U額2/P額,可知“220 V 25 W”燈的電阻R1=1936 Ω,“220 V 100 W”燈的電阻R2=484 Ω,又根據(jù)P實=I2R,可知燈“200 V 25 W”串聯(lián)時實際功率大,燈也就更亮一些.

通過創(chuàng)設(shè)情境,暴露學(xué)生的前概念,鼓勵其他學(xué)生質(zhì)疑,有助于培養(yǎng)學(xué)生批判性思維.接著引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計實驗、科學(xué)推理來尋找證據(jù),提出判斷前概念正確與否的新方案,以此來發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)造性思維.

2 學(xué)習(xí)物理學(xué)史,領(lǐng)悟質(zhì)疑創(chuàng)新思維

物理學(xué)的任何新概念和新理論的提出或創(chuàng)立,都是科學(xué)家在對前人結(jié)論提出質(zhì)疑的基礎(chǔ)上,運用創(chuàng)新思維綜合現(xiàn)有的研究成果才能實現(xiàn).[2]為此,教師可在教學(xué)中有機融入物理學(xué)史素材,通過片段性呈現(xiàn)物理學(xué)史料,讓學(xué)生找出問題,引導(dǎo)學(xué)生提出質(zhì)疑,然后與當(dāng)時科學(xué)家的質(zhì)疑進行比較,讓學(xué)生領(lǐng)悟科學(xué)家是根據(jù)什么方法來研究物理問題的,進而促進學(xué)生質(zhì)疑創(chuàng)新思維的發(fā)展.

如在2000多年前,亞里士多德認為空氣是沒有“重量”的,不存在真空.1614年,伽利略提出質(zhì)疑認為空氣是有重量的,托里拆利于1643年做了如圖1所示實驗:把一端封閉的長玻璃管裝滿水銀,然后倒置在一個敞口的水銀槽內(nèi),水銀從玻璃管頂部下降到高度距槽中水銀面約76 cm后,不再下降.

圖1

1946年,帕斯卡重復(fù)了這一實驗,一些反對者對該實驗提出了爭論,第1個問題:水銀柱是誰支撐的?反對者認為,是管內(nèi)水銀產(chǎn)生蒸汽導(dǎo)致水銀減少,致使液面下降．帕斯卡用酒和水做托里拆利實驗,按照反對者的觀點,由于酒精容易蒸發(fā),酒精的液面應(yīng)該下降得更多,而事實上卻是水柱液下降得更多.第2個問題:由于管內(nèi)遺留了少量空氣,使水銀液面下降.帕斯卡用1 m左右長、直徑不同的玻璃管進行托里拆利實驗,觀察到不同直徑的玻璃管內(nèi)水銀柱的高度相同的實驗現(xiàn)象. 基于實驗現(xiàn)象,教師可引導(dǎo)學(xué)生分析,反駁錯誤觀點.

又如原子結(jié)構(gòu)模型的建立,經(jīng)歷了以下過程:道爾頓實心球模型→葡萄干蛋糕模型→盧瑟福行星模型→玻爾量子化模型→電子云模型.教師可把每個模型階段的特點、存在問題、運用什么先進科技手段開展研究等物理史實呈現(xiàn)給學(xué)生,讓學(xué)生體會到科學(xué)的發(fā)展是一個不斷完善、不斷修正的創(chuàng)新過程.

在物理教學(xué)中,教師可以作業(yè)形式讓學(xué)生去收集物理史素材,也可根據(jù)物理史內(nèi)容,提出問題,讓學(xué)生思考、討論,引導(dǎo)學(xué)生去深入挖掘、領(lǐng)悟質(zhì)疑的科學(xué)方法和創(chuàng)新思維的發(fā)展.

3 拓展科學(xué)探究,培養(yǎng)質(zhì)疑創(chuàng)新思維

科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)指出,科學(xué)探究活動是培養(yǎng)科學(xué)觀念與能力的重要途徑,也是培養(yǎng)創(chuàng)新精神與實踐能力的有效手段.[3]對于教材探究實驗,教師不僅要重視學(xué)生探究能力的培養(yǎng),加深對物理概念和規(guī)律的理解,而且也要鼓勵學(xué)生積極質(zhì)疑,引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)原有知識的局限性,通過拓展探究,提出新的問題,設(shè)計新的方案去解決問題.

如在學(xué)習(xí)“光的折射”后,得出了光的折射規(guī)律,即光從空氣斜射入玻璃中時,折射角小于入射角,入射角增大,折射角也增大.此時有學(xué)生提出問題:當(dāng)光從空氣斜射入玻璃中時,折射角與入射角大小是否成正比呢?為此,學(xué)生設(shè)計如圖2所示實驗開展探究,測出相關(guān)實驗數(shù)據(jù)如表1所示.通過分析得出結(jié)論,折射角與入射角大小不成正比. 通過該實驗的拓展,深化了學(xué)生對光的折射規(guī)律認識,發(fā)展了學(xué)生深刻性的思維品質(zhì).

圖2 光的折射

表1 入射角與折射角的關(guān)系

又如某學(xué)生按圖3所示測定值電阻R的阻值,測得數(shù)據(jù)如表2所示,取平均值可得該電阻為861Ω.

圖3 電路圖

表2 記錄表

有學(xué)生發(fā)現(xiàn)該電阻R的標(biāo)定阻值為1000 Ω,為什么電阻R的測量值與標(biāo)定量之間會存在較大偏差呢?學(xué)生通過查閱資料,發(fā)現(xiàn)平時在計算時常常把電流表阻值作為0處理,把電壓表作為開關(guān)斷開處理.而實際上它們都具有一定阻值,電壓表阻值較大,電流表阻值較小,實際上會對測量結(jié)果產(chǎn)生影響,如在圖3中,由于電壓表與電阻相并聯(lián),電流表所測電流等于通過電壓表和電阻的電流之和,即測得的電流偏大,根據(jù)歐姆定律可分析計算出R阻值偏小.同樣,教師也可引導(dǎo)學(xué)生按圖4開展探究,測得并分析電阻偏大的原因.

圖4 電路圖

科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)指出,科學(xué)探究的教學(xué)僅憑課堂教學(xué)是不夠的,應(yīng)將其延伸到課外綜合實踐活動中去.[3]拓展科學(xué)探究,既有助于豐富科學(xué)探究的內(nèi)涵,培養(yǎng)學(xué)生深刻性思維品質(zhì),也有利于培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑的思維品質(zhì),有利于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性解決問題的能力.

4 改進物理實驗,提高質(zhì)疑創(chuàng)新思維

科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)指出,要鼓勵教師和學(xué)生因地制定地使用和自制實驗器材,積極研究、改進、創(chuàng)新實驗和活動.[3]通過改進物理實驗,使實驗效果更加明顯、實驗操作更加便捷,既有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,也有利于加深學(xué)生對物理概念和規(guī)律的理解,提高學(xué)生質(zhì)疑創(chuàng)新的思維水平.

如在探究“分子之間存在引力”的實驗中,常常將2塊端面已銼平的鉛柱緊壓在一起,如圖5懸掛,在下端懸掛一重物,兩鉛塊仍不分開.有學(xué)生提出質(zhì)疑認為兩鉛柱不分開的原因可能是大氣壓力造成的.通過學(xué)生討論,對此實驗作出改進:將圖5所示的鉛柱與重物固定在一個玻璃鐘罩內(nèi),如圖6所示,逐漸將鐘罩內(nèi)的空氣抽出,在抽氣過程中,隨著鐘罩內(nèi)氣壓變小,兩鉛柱仍不分開,若再抽成真空,發(fā)現(xiàn)鐘罩內(nèi)兩鉛柱仍不分開,由此說明了兩鉛柱不分開的原因不是大氣壓力所致,而是由于鉛柱間存在引力的緣故.

圖5 探究分子之間存在引力

圖6 探究兩鉛柱不分開與大氣壓的關(guān)系

又如在學(xué)習(xí)浮力時,有學(xué)生提出疑問,浮力產(chǎn)生的原因是什么?教材中沒有對此進行深入的探討,為此,教師既可引導(dǎo)學(xué)生建立物體模型進行受力分析,指出由于前后、左右受到的液體壓力互相抵消,是上、下壓力差造成的.同樣也可引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計一個實驗:剪去礦泉水瓶底,使瓶口向下,從上面放入兩個乒乓球,一個在下方堵住瓶頸,另一個放在上方.然后往瓶中倒入適量的水,由于下方乒乓球堵住瓶頸,水只能向下滲漏,上方乒乓球則會浮在水面上,而下面的乒乓球盡管在它的周圍和上面有水,卻沒有上浮.如圖7所示,由此也可分析得出浮力產(chǎn)生的原因.

圖7 探究浮力產(chǎn)生的原因

實驗改進是一項高階思維活動,鼓勵學(xué)生指出實驗中存在的問題,有助于培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑思維品質(zhì).實驗改進不僅是動手更是動腦的過程,是一個創(chuàng)造性解決問題的過程,也有助于學(xué)生創(chuàng)造性思維的發(fā)展.

關(guān)于質(zhì)疑創(chuàng)新思維,高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)就其內(nèi)涵、課程目標(biāo)與思維水平等方面已作系統(tǒng)闡述.而新版初中科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)尚未頒布,現(xiàn)沿用的仍是2011版,缺乏相應(yīng)質(zhì)疑創(chuàng)新思維教學(xué)要求,但作為初中科學(xué)教師,在培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑創(chuàng)新的實踐研究上卻不能落后,可在參考借鑒高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)教學(xué)理念的基礎(chǔ)上,結(jié)合初中學(xué)生認知思維特點,結(jié)合初中物理教材,鼓勵學(xué)生不斷質(zhì)疑,引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)造性地解決問題,不斷促進學(xué)生質(zhì)疑創(chuàng)新思維水平的發(fā)展.