基于实验建构原始问题，培养学生创新思维能力，本文主要内容关键词为：培养学生论文,思维能力论文,原始论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、基于实验面对原始问题，激发学生创新思维的广度
面对原始物理问题，也是当前新课标、新教材十分关注的，如人教版《物理（必修1）》第二章“匀变速直线运动”就是通过研究磁浮列车的加速度原始问题开篇的。其章首图是上海磁浮列车的照片，图下有一段话：“……据报道，上海磁浮总长33km，一次试车时全程行驶了约7min 30s，其中以430km/h的最高速度行驶约30s。磁浮列车的行驶速度比汽车快得多，是不是它的加速度也很大？学过这一章后你会看到，根据报纸上的数据，再按照实际情况做些简化的假设，你自己就能估算它的加速度！”。面对原始物理问题设计问题化教学，可以使教学起点从问题源头开始，这样教师教的是思维，学生收获的是智慧。
物理学是一门观察、实验和物理思维相结合的科学，物理模型的建立，物理概念的形成、物理规律的提出，以及物理学中许多重大的发现都是在观察、实验的基础上进行思维的结果。在物理教学中，借助于实验创设原始问题情境为学生开辟较为广阔的思维空间，可以有效地促进创新思维品质的形成和发展，激发学生创新思维的广度。
【教学片断1】伏安法测量电阻
问题引入：同学们，实验台上有两个定值电阻，你能说出它们的阻值吗？（给出两个电阻：一个从铭牌可以看出是10Ω，另一个铭牌找不到，教师知道10kΩ）
问题1 一个电阻找不到铭牌时，你怎样才能知道它的阻值呢？（学生：测量）
问题2 我们这节课的任务就是测量电阻。如何设计电路？（可以通过测量电阻两端的电压U和通过电阻的电流I实现，电压表与电阻
并联，电流表与串联如图1甲所示）
问题3 大家想想，电压表、电流表、电阻还有其他联接方式吗？（目的引导内接法）
问题4 如图1甲所示，测量电压和电流有什么不足？（只能得到一组U和I）
问题5 测一组数据对结果有什么影响？怎样改进？（测一组数据误差较大。改进方法：在电路中加一只可变电阻器。这样可以通过调节滑线变阻器接入电路的阻值，来改变电路中的总电阻，从而得到几组不同的U、I值。师生共同改进完善方案，得出图1乙、丙两方案）
问题6（基于分组实验：引导学生分别用乙、丙两种方案来测量定值电阻值10Ω、10kΩ，使学生面向原始问题，待完成后）大家可以合作交流一下，看看谁测得更准确呢？（学生前后组交流，发现两种方案测量结果差距很大，如表1）
问题7 测量结果相同吗？（也可由学生提出问题）为什么相差如此悬殊？
（学生在完成教师布置的任务过程中，发现两种方案测量有很大差异，面对原始问题，前认知无法解释，从而引发认知冲突）
问题9 差异原因何在？两种测量方法测出来的数值与实际值有什么偏差，是偏大还是偏小？（引导学生分析得出伏安法的内接法和外接法测量电阻的结论，如表2）
反思 传统教学设计是以定论的形式呈现学习内容的教学（如伏安法的内接法和外接法测量电阻的结论），看似逻辑清晰、快捷高效，但它不是以物理现象与事实为背景，远离了学生的原有认知经验，缺乏认知的挑战性。而在原始问题中，物理问题来自于现实生活，是自然界、生产中的某个片断，客观而真实地反映了这种真实的物理现象。在让学生亲历物理问题的解决过程中，不知不觉地培养了解决实际问题的能力和思维能力，训练学生运用多方面知识和经验从多角度、多层次、全方位考虑问题的思维品质，这有助于加深学生对基本物理思想、观念的感受与理解，拓展创新思维的广度。
二、以实验催生问题，用问题引发思维，激发学生创新思维的深度
波利亚说：“我们大部分有意识的思维都和问题有关。”创新性思维起始于对困难或问题的认识，是围绕着解决问题而进行的。问题意识是思维的起点，没有问题意识的思维是肤浅的、被动的思维，“问题”是“思维”的载体，是培养分析综合能力、解决实际问题能力的土壤，“以创设问题情境为切入点，以观察实验（事实）为基础，以培养学生思维能力为核心，以提升学生探究能力为重点”是物理教学的基本特征。因此，在物理教学中，充分利用实验资源创设教学的情境，引发学生认知冲突，合理设置有思维含量的问题链，激起学生的探究欲望，使学生能够运用物理实验提供的丰富物理表象，通过逻辑思维、形象思维、灵感思维等来揭示知识关键、化解学习难点，并促进物理探究教学高效的实施。
【教学片断2】气体的等温变化
创设情境，形成问题
问题1 （提出原始问题）在炎热的夏天，给自行车胎打气应注意什么？（学生进行讨论得到结论。并要求学生列举生活中类似的实例。如夏天的啤酒瓶易爆破，氧气罐不宜放在强烈的太阳光下……）
问题2 （通过实验设景提问）①展示一个有块凹入的乒乓球，提出问题：用什么方法可以使其恢复原状？（学生实验、解释）
②活塞内封存一定质量的气体与火柴头，快速压缩活塞（学生在教师的指导下上台操作）。（现象：火柴头点燃。学生解释其现象，定性得出一定量气体的温度、压强、体积三者依存关系）
问题3 （引发学生提出问题）一定质量气体的温度、压强、体积之间将存在着一个什么定量关系？学生联系以前熟悉的探究方法讨论，得出要研究三个量之间的关系，一般是用控制变量的方法。本课在控制温度不变的情况下，研究压强与体积的关系。一定要注意，气体的质量不变。
猜想与假设，设计实验
问题4 通过对实验现象的观察或根据自己的生活经验，提出自己的想法，即在温度不变的情况下，气体的压强与体积存在什么关系？（学生猜想）
问题5 如何在控制温度不变的情况下，来测量一定质量气体的压强与体积？用什么仪器测量气体体积？用什么仪器测气体压强？（学生：测量体积用带刻度易改变体积的封闭容器如注射器，U形管等，测气体压强用压力计、压强传感器等）
问题6 （基于学生设计交流若干方案，提问）如何确定本实验方案？（学生比较各方案的优劣后，确定图2方案）
处理实验数据，深化学生思维
问题7（基于学生采集实验数据，据作出p-v图象如下页图3，提问）p-V图象表示的是一种什么曲线？压强和体积的关系是怎样的？
（学生：可能是双曲线，但也可能是椭圆曲线的一部分或抛物线的一部分。由此不能确定其曲线的性质，也就不能定量得出一定质量的气体等温变化时压强和体积的关系。激活学生用“化曲为直”的思维方法作p-1/V图象）
问题8（学生作出p-1/V图象如图4，学生出现思维障碍，引发认知冲突，自主提出问题）p-1/V图象为不通过坐标原点直线。不通过原点是说明压强与体积的倒数就是一次函数关系，并不是正比关系，与猜想靠近，但又有不过原点的差别，原因何在？
（引导学生理性思维：在气体的体积为无穷大时，1/V=0，气体为近似真空，压强应该为零，所以直线不通过原点说明是实验误差。激发学生主动探究误差原因，引导学生认真观察注射器与传感器相连部分，学生顿悟误差的来源是注射器与传感器相连部分的体积没有考虑，让学生估测该部分气体体积，并校正数据再次作图如图5）
问题9 （深化学生思维，引申提问）你们能否提出改进实验，减小误差的方法？
（引导学生分析，得出减小误差的方法：应用容积较大的注射器，在实验过程中，气体的体积不宜压得太小，这样使那一部分的体积可以忽略不计）
问题10 为了面对原始问题，充分暴露学生的思维过程，体验物理学家的思维过程，训练学生思维深刻性而进一步提出问题：
（1）将图4和图5的两幅p-1/V图象合在一起，如图6所示，请思考以下的两个问题：
①图线为什么不平行。
②为什么正比例图线与一次函数图线相交，并且图5直线和横轴夹角较大？
（2）图3中p-V图象是不是双曲线？根据修正误差后作出的p-V图象能否说接近双曲线呢？
（3）能不能将修正后的多组p-V值相乘，如果乘积均相等，由此得出压强和体积成反比的结论。这种方法和气体等温的p-V图象、p-1/V图象探究方法，各有什么特点？试作比较。如果仅仅根据p-V两组数据相乘，能否根据两组数据相等即得出结论？（后一问题可结合p-V图，p-1/V图描点方法来考虑，即能否根据两个点作出图线？）
反思：基于实验创设问题情境，激发问题提出，更重要的是通过实验数据的处理不仅可以帮助解决现有实验中的问题，得出实验结果，提高学生解决实际（原始）问题的能力，更重要的是还可以透过实验数据，在实验数据处理中引发质疑，诱发新问题的提出，深化思维，活化思维，有效地引导和促使学生思维逐步向纵深发展，进而收到激发学生深度创新思维的效果。