初中科学实验教学中学生创新素养培养策略--以凸透镜成像规律探究实验为例_凸透镜论文

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      快速发展的现代社会需要具有创新精神和实践能力的人才。创新素养是创新精神的主要内容，包括创新意识、创新勇气、创新思维、创新技能等方面。中小学是个体创新素养形成的决定性阶段。教育就是要树立学生的创新意识，激发学生的创新勇气，培养学生的创新思维，提高学生的创新能力。初中科学是以提高学生科学素养为宗旨的课程，包括发展学生思维能力、创新精神和实践能力的内容。同时，科学学科所具有的实验教学特点有着其他学科无可比拟的作用。因而科学实验教学已经成为培养学生创新素养与实践能力的重要途径和有效手段。

      笔者通过多年实验教学的摸索和思考，致力于整体培养和提高学生创新素养的研究和实践。本文以初中科学《光学》中的“探索凸透镜成像规律”实验教学为例，阐述初中科学实验教学中的几点培育策略。

      一、凸透镜成像规律实验的设计

      （一）学情分析

      凸透镜成像规律是光学中的难点内容。学生对于凸透镜不了解，对凸透镜成像规律就知道得更少，而理解凸透镜成像规律对于分析照相机、幻灯机和放大镜的工作原理有着举足轻重的地位和作用。因此，在探究活动中问题的提出，过程与方法的体验，实验数据的处理、分析和归纳等方面，将会是培养创新素养的生长点。

      （二）步骤设计

      在实验教学设计中，以探究凸透镜成像情况与物距、像距、焦距的关系为主线，安排学生“提出问题——猜想讨论——设计实验——进行实验——分析论证——交流与评估”等实验环节，使学生在丰富、具体、感性认识的基础上，带着问题用科学探究的方法找出凸透镜成像规律。

      （三）实验教学流程

      ①创造情景、激发兴趣

      创设以学生为中心的实验环境，营造尊重学生，鼓励学生提问、假设、陈述的情景氛围，保护学生对新鲜事物的探索意识，用激励的话语引导学生积极探究。

      ②引发猜想、设计实验

      引导学生提出问题，鼓励学生分组思考讨论后大胆猜想和假设，并用所给器材设计实验方案。教师讲解光具座的使用方法。

      ③进行实验、收集数据

      各小组合作完成实验并记录实验情况。教师巡回指导，提示各小组要多次改变物距大小，测出多组物距、像距数据，并记录成像性质。

      ④分析数据、得出结论

      ⑤评估交流、加强巩固

      引导学生认真思考讨论后，对实验的设计、探究过程等进行自我评估，找出不足及改正措施。教师用特殊光线作图法演示凸透镜成像情况，验证成像规律。师生共同填写凸透镜成像规律表（见下页表1）。

      

      ⑥课堂小结、当堂练习

      多媒体出示课堂练习，鼓励学生大胆作答。小结实验探究过程，请学生谈学习收获，并激励学生课后自制简易照相机。

      二、凸透镜成像规律实验中学生创新素养生成的策略

      （一）营造氛围，鼓励创新

      学生的创新素养是“培育”出来的。要“培育”，松土和施肥就非常重要。环境的宽松对创新素养的培养至关重要。

      ①引经据典，开启情智

      在实验教学中，通过情感教育激发学生的创新勇气，促进和提高学生情感智慧的发展。例如在“创造情景、激发兴趣”环节可以展示我国古书《淮南万毕术》中“削冰取火”的记载：“削冰令圆，举以向日，以艾承其影，则火生。”说的是将坚冰削磨成凸透镜，举向太阳，能使光线折射会聚为太阳的像，把艾绒放在那里就能受光而燃。

      ②尝试放手，建立自信

      在实验教学中给学生充分表现的机会，使学生从内心认可“我能行”，从而激发他们的创新灵感。在“设计实验”阶段，可以让学生通过观察、讨论，放手让他们自行选择实验仪器，利用太阳光、散射光或实验室其他光源制造平行光，测出凸透镜的焦距。教师及时给予指导和激励，增强学生的自信心。学生只要体验过成功的喜悦，便会激起追求知识的信念。

      ③鼓励启发，控制难度

      因为实验本身就能引发学生浓厚的兴趣和强烈的求知欲望，因此鼓励和赞扬的环境能最大限度地激发学生的创新勇气。如在“引发猜想”环节，学生们看到桌上摆放的凸透镜，就会大叫，“呀！放大镜”。此时，教师不需要马上纠正为凸透镜。可以顺着学生的思路，让学生动手试一试，怎样将物体放大？于是学生们就会拿起透镜去看远远近近的各种事物。当有学生把透镜放在自己眼睛前看黑板上或看窗外房子时，就会注意到外面的房子不仅是缩小的，还是倒过来的呢。这时教师再问学生，那我们手中拿的到底是什么镜呢？说放大镜准确吗？于是学生们从透镜定义出发，明确了它应该准确地说是凸透镜。这样，就会使学生感到教师的信任与鼓励，从而以更加高涨的热情投入到探究活动中。再如在“课堂小结”时，归纳四句容易记忆的口诀：“一倍焦距分虚实；二倍焦距分大小；虚像正，实像倒；物近像远像变大；物远像近像变小（后两句是在物距大于焦距的情况下）”。用以降低难度，消除后进生的畏难情绪，让每个学生都体验到学习的快乐，享受到成功的喜悦。

      （二）创设情境，激发意识

      创设情境中的问题要具备目的性、适应性和新颖性。“目的性”指问题是根据教学目标提出来的，目标既是设问的方向和依据，也是问题的价值所在；“适应性”指问题的难易程度适合全班学生的实际水平，以保证使大多数学生在课堂上都处于思维状态；“新颖性”指问题的设计和表述具有新奇性和生动性，以使问题具有真正吸引学生的力量。

      依据以上“三性”创设的问题情境可以使学生产生明显的问题意识和情感共鸣，激发学习的动力。例如在本实验的“引发猜想”环节，当学生意识到通过“放大镜”不但能看到放大的像，还能看到缩小的像时，教师可以乘机问学生：怎样才能看到放大的像？而缩小的像又要怎样才能看到？为什么有的像是正立的而有的却是倒立的？学生就会尝试着改变凸透镜与眼睛的距离（像距）以及凸透镜与光源的距离（物距）。进而发现并非每个位置都能看到像，只有在某些范围才能看清物像，这说明像距和物距有关。换个凸透镜看同一光源，像距和物距却变了，说明还和凸透镜的焦距有关。在学生推测出这些现象可能与像距、物距和焦距有关后，紧接着引导学生思考：如何方便又准确地测出这些距离，测量器具该具备哪些特点呢？在学生讨论归纳后，教师适时介绍光具座的使用方法，指导学生设计实验方案，并强调要在不同位置多测几组数据。在实验数据分析过程中，面对一连串的像距、物距数据，学生会感到迷惘，教师可以设问：“这么多数据如何分析？能不能找相对稳定的参照量进行比较？选什么做参照量合适呢？”学生自然会想到凸透镜的焦距是最合适作为参照的。教师继而引导学生，沿光具座以凸透镜所在位置为原点建立x坐标轴，以焦距为基本单位设置区间，把所测得的实验数据标到坐标轴上。这样，学生就会在这一系列台阶式问题诱导下，比较分析物距、像距和焦距之间的大小与成像情况的关系，最后归纳出凸透镜成像规律。

      （三）运用多种方式，培养创新思维

      创新思维是创新素养的重要组成部分。在科学实验教学中开展创新思维训练可以起到事半功倍的作用。创新思维不是一种基本思维形式，而是各种思维形式的最佳结合。在进行创新活动的过程中，多种思维形式从中起着积极的作用。

      ①发展直觉思维，培养学生思维的敏捷性

      直觉思维是不经过逐步分析而迅速地对解决问题的途径和答案做出合理反映的思维，它是思维者的灵感和顿悟。在实验教学中，学生的直觉思维有时表现为大胆的猜想，有时表现为一种应急性的回答，有时表现为提出怪问题，有时表现为解决一个问题设想出多种新奇的实验方法及方案等。例如，在“进行实验”环节中实像成到了光屏边缘，学生连忙调节烛焰中心和凸透镜中心、光屏中心在同一高度，三者的左右位置也放正确了。此时随意问学生一句：你为什么要调节高度啊？学生答：不在一个高度，像没法成在光屏中间。再如，有学生提出：既找到了缩小的像，又有放大的像，那有没有等大的像呢？教师反问：你认为有吗？学生说：直觉告诉我应该有的。教师引导：那就通过实验研究一下吧，说不定还有非常重要的发现呢。

      ②发展发散思维，培养学生思维的广阔性

      发散思维又称辐射思维，即以问题为中心，向四面八方做辐射状的积极思考。这种思维方法不受过去知识的束缚，不受已有经验的影响，从各个不同甚至是不合常规的角度去思考问题，重组信息，使思维达到“意料之外，情理之中”的境界。在“分析数据，得出结论”环节中，当学生得出烛焰的倒立实像后，教师追问：光屏上的倒像与烛焰相比，其左右是否相反？用什么办法可以证明呢？然后引导学生把光源换成不对称的发光字符再进行探究。再如，当学生完成凸透镜成像规律表格后，抛出问题：如果光源匀速接近凸透镜，成像情况又如何呢？能用实验进行验证吗？接着就要求两个学生互相配合连续地移动光源和光屏，动态地研究透镜成像规律，关注大小像分界点和虚实像分界点，并体会像距与物距变化的快慢。此外，教师在“当堂练习”中采用一题多解、变换题目类型和形式、改变条件或结论、对问题进行推广或限制、对错题的识别和诊断等，都是培养学生思维的发散性的重要手段。

      ③发展逆向思维，打破学生的思维定势

      逆向思维是指对既定的结论进行的反向推想，提出相反判断的思维类型。在实验教学过程中，用逆向思维去判断、推理、论证和解决疑难问题，使学生克服单一思维定式造成的思维障碍和僵化，从而达到新的思维境界。在“评估交流”环节，可以指导学生将光源和光屏互换位置，重复实验，会发现成像规律不变，从而揭示出光路可逆这一规律，进而指出利用太阳光（平行光）会聚测量凸透镜焦距实验的逆过程，就可以获得平行光。

      ④发展联想思维，培养学生思维的创造性

      联想思维是根据事物之间具有相似或相对的特点，进行由此及彼、由近及远、由表及里的思考问题的方法。在实验教学中，教师应当巧妙地引导学生展开联想，不仅可强化所学的知识，同时对培养学生的创新思维有较大的促进作用。在“加强巩固”环节，引导学生联想到“小孔成像”的实验现象，探究小孔到烛焰距离不同时像的特点和物距、像距的关系，与凸透镜成像规律进行参照、对比，得出成像中心对称的规律。还可以形象地利用几何光学中的特殊光线作图法来帮助学生理解凸透镜成像规律。

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