以培养创造力为目标的物理教学实践与探索，本文主要内容关键词为：为目论文,标的论文,创造力论文,物理教学论文，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。
学生学什么、怎么学、为什么学？教师教什么、怎么教、为什么教？不同的着眼点在学习和教学中会有不同的表现。以提高考试分数为目的和以提高学生素质为目的的不同指导思想，影响甚至左右着物理教学的整个过程。由于创造力在素质教育中的突出地位和它在考试中可操作性的不足，使得对学生创造力的培养成为两种指导思想差别的核心。
所谓创造力，它是运用一切已知信息，产生某种新颖、独特、有社会或个人价值的产品的能力。创造力不仅是一种智力特征，更是一种人格特征，是学生最宝贵的精神财富，是日后他们参加工作时最重要的竞争力。笔者长期在重点中学担任高中毕业班的物理教学工作，升学分数的压力是不言而喻的。但笔者认为，从长远和一贯的角度考虑，培养学生的创造力和使他们在升学考试中取得好的成绩并不是相互矛盾的。恰恰相反，往往是具有创新精神的人，才更加学习主动、思维敏捷、善于灵活地分析和解决具体问题，从而夺取科学化考试的胜利。笔者周围一群勇于创新、敢于向传统挑战的“小发明家”，他们绝大多数都在高考中取得了出色的成绩。
创造力是一种综合素质。发展创造力，首先要具备科学的认知和健全的智力，这是发展创造力的基础，同时，还必须具有创新精神和创新思维。以上两个方面都是发展创造力必不可少的。本文仅就培养创新精神和创新思维方面的实践与探索谈一些个人的体会和认识。
1 以创造性地教带动创造性地学
发展经济，采用加大科研力度、提高科技含量的途径，已被证明是正确的、行之有效的路子。然而与此对应的是，要促进教学，提高教学效率，必须加大教研力度、提高教研水平的思路，并不见得被广大教育工作者认同。学校中加班加点、对习题进行大运动量训练的做法并不少见，但学生在大量重复性劳动中得到的只是模仿能力，而不是创造能力。在我们遇到教学中的难点时，是把这个难点问题的答案反复讲给学生听、并搜集各种题目发给学生做，还是教师通过对科学教育成果的再学习，结合对教材的研究，创造性地运用某些方法，使学生对该问题达到本质上的领悟？笔者认为应采取后一种途径。因为在后一种途径中，教师的创造性思维方式以及从中体现的一言一行，无不让学生耳濡目染、潜移默化，对带动学生进行创造性学习起到积极的作用。
例如关于加速度的教学，对于初次学习加速度概念的学生来说，正确理解加速度的含义是有一定难度的，特别是涉及加速度和速度的区别和联系的一些似是而非的问题，学生不容易建立一个清晰的运动形象。为了突破加速度的教学，有必要探求一种帮助建立加速度形象的演示方法。
加速度是速度的变化率，速度是位移的变化率，位移是视觉中的长度形象，因此加速度是与视觉相关的物理量，但是，由于涉及变化率的问题，加速度的视觉形象并不容易建立。那么，是否可以采用听觉的方式呢？
总的来看，人们在接受外界信息时，视觉比听觉有更大的优势。我们通常在教学中使用图片、幻灯、电影、电视录像、多媒体动画等手段，便是发挥视觉的这种优势。但是，视觉的这种整体优势并不意味着人的眼睛对外界各种视觉刺激方式的感受能力就一定比听觉强。为此，先说明一个心理学概念。心理学告诉我们：当人们感官得到一定强度I 的刺激（例如把100g重物放在手上）时，在此基础上再增加刺激量ΔI （例如再增加2g），使ΔI等于感官恰能觉察到的最小差别感觉阈限，ΔI与I的比值（1／50）为一个常数，即K＝ΔI／I，这叫韦伯定律，K称为韦伯常数，下表列有几种不同刺激方式的韦伯常数：
音高（在2000Hz时）…………………1／333
响度（在1000Hz，100db时）……………1／11
举重（在300g时）………………………1／53
视觉亮度（在1000光量子时）…………1／62
视觉长度（对美术家而言）……………1／60
从以上表格可以发现，人的耳朵对于音高的刺激方面其灵敏度很高，它可以分辨原有频率的千分之三的差异，是刺激中韦伯分数最小的。而在视觉长度的刺激中，连训练有素的美术家也不过能觉察到原有长度的1／60的变化。这就是说，从总体上看， 人的视觉相对于听觉来说具有优势，但就听觉对音高的刺激相对于视觉对长度的刺激而言，其听觉的感受性却灵敏得多，此时听觉则显示出较大的优势，我利用人的感觉器官的这一特征，设计了一个“用听觉理解加速度”的实验装置：
在一辆沿斜面滚下的小车后面，拖了一根长约2m的磁带，磁带上录有一个不变的乐音（例如电子琴上的中央C）。 把录音机的放音磁头接出来，装在斜面的一定位置上，用贴有细毡的弹性金属片将磁带轻轻压靠在磁头上。当小车沿斜面向下运动时，小车拖动磁带，使录音机发声。小车速度不变时，录音机的音高不变；速度越大，音调越高。这样就在视觉所观察到的速度变化和听觉所感受的音高变化之间建立了联系，用听到的声音高低变化来理解速度变化，用音高变化的快慢来理解速度变化的快慢，即加速度的大小。由于人耳对音高的感受不仅灵敏，而且对“变”的感受比视觉更直接，因而对变化率的概念比较容易建立。实验时，学生在教师指导下倾听录音机的发声，对什么是“变”，什么是“不变”，什么是“变得多”，什么是“变得快”，便有一个直接的感知。再把这些用听觉很容易建立的概念，通过视听结合的演示，迁移到视觉形象上来，这样就比较容易区别“速度大”和“加速度大”的不同含义，甚至连“加速度逐渐变小而速度逐渐变大”的复杂运动，也能通过具体的听觉形象获得理解。
应用以上原理，我把这个演示又设计成了一个“力和运动关系的视听游戏”电脑软件。屏幕中的一辆赛车可以在不同水平外力的作用下按照牛顿第二定律的规律运动，水平外力的大小和方向通过按下不同的数字键进行操作，可以随时改变。操作者在看到屏幕上汽车运动和力的图示的同时，还能听到一个频率和速度成正比的声音。学生通过有意、无意地设定和随时改变力的大小和方向的游戏，对力和运动的关系会有一个形象的认识。
以上视听结合的演示实验和电脑游戏，通过不同感知方式的迁移和融合，使学生得到一次直接领悟的认知，这也促进了学生直觉思维的发展，有利于学生创造能力的形成。
2 让学生在物理创造活动中培养发散性思维
按思维的智力品质分类，思维分为再现性思维和创造性思维。学生在学校中学习，再现式思维是主要的学习方式，相比之下，创造性思维的实践机会则嫌不足。因此，如何发展他们的创造性思维，就显得尤为重要。心理学认为，学生的发散性（辐射性）思维方式有利于发展他们的创造能力，当他们头脑中通过发散性思维所形成的观念经过收敛性（辐合性）思维方式的组合，便可以产生新颖、独特的社会产品，这就是创造。我在教学中设计了这样一个家庭实验来培养学生的创造性思维：
“请自制一个滴管，来测定一石块（鹅卵石）的密度，实验器材是家庭生活中能找到的材料，实验结果要求尽可能精确。”
实际上，这个实验对学生作出了这样一种提示：应该用水滴数n[,1]去表示石块的质量，用水滴数n[,2]去表示石块的体积， 然后求它们的比值n[,1]／n[,2]。但是，究竟应该怎样测量n[,1]和n[,2]，应该用什么器材制作滴管，却可以列出许多不同的方法：
A.用什么器材做滴管？
A[,1].用现成的眼药水瓶
A[,2].用医用注射器
A[,3].医用注射器再装一个针头
A[,4].把自动铅笔的铅笔心取去，里面盛水
A[,5].把小的饮料瓶钻一个孔
B.怎样测量石块的体积？
B[,1].在放有石块的容器中倒入水（浸没石块），在容器上记录水面位置，取出石块，滴入水滴使水面到达原位置，记录水滴数。
B[,2].容器内倒满水直至溢出，把石块小心放入容器，把因放入石块而溢出的水装起来，测出它的水滴数。
B[,3].把石块用细线悬吊在容器中，在容器内倒水，并最后用滴管注入水滴使水从容器中刚刚溢出，小心取出石块，用滴管向容器内滴水直到刚刚溢出，计算水滴数。
C.怎样测量石块的质量？
C[,1].把放有石块的塑料盒漂浮在容器中的水面上，记录水面位置。取走石块，在塑料盒内滴入水滴，使容器内水面到达原来位置，记录水滴数。
C[,2].把塑料盒放在容器中的水面上，把水加至刚好沿容器口溢出。再把石块放入塑料盒中，由此而溢出的水用另一容器装着，并测出它的水滴数。
C[,3].把放有石块的塑料盒漂浮在容器中的水面上，在容器中加水至刚刚溢出，取去石块，在塑料盒中滴入水滴至容器内的水刚刚溢出，计算滴入的水滴数。
以上是本实验的一些方案，学生在列举、思考这些方案的过程，实际上就是进行发散性思维的过程。在此之后，还需要通过收敛性思维，对以上各种方案进行分析和判断。
例如关于A（选择滴管）的分析：
当被测石块质量较小时，以方案A[,3]（或A[,4]）为最好。这是因为水滴的落下是由于水的表面张力不足以维持水滴的平衡而造成的，滴管出水口的直径越小，所形成的水滴的体积就越小，装有针头的注射器做成的滴管，每cm[3]水可以达到200滴以上，每滴水的质量仅为几毫克，这就相当于有一盒精细的砝码。
又例如关于B（测体积）和C（测质量）的分析：
B[,1]和C[,1]的实验原理虽然正确，但实验过程是以实验者对水面位置的估计作为计算水滴的根据，因而实验误差很大，上述选择滴管时以减小水滴质量为目的的选择方法已经完全没有意义。在B和C的方案中，以B[,3]和C[,3]为最佳。按这种方案，当容器有一个明显的出水口的情况下，实验者只要注意观察出水口有没有水开始淌出，把开始有水淌出这一客观现象作为终止计算水滴的信号，这就像一台能显示数字的电子秤一样，排除了测量过程中由实验者主观因素造成的观察误差，从而能使测量达到较高的精度。
正如以上所述，学生不断列举、不断比较的过程，就是头脑中不断组织新观念的过程，创造性思维就是在这种过程中发展的。
3 让学生具备敢于向传统挑战的精神
现代心理学研究表明，创造性思维是一种连续的而不是全有全无的品质，人人乃至儿童都有创造性思维或独创性。问题是怎样使学生发扬这种品质，保护他们在学习中不拘泥、不守旧，勇于创新，敢于向传统挑战的精神。
传统圆规的两条腿，一条腿用于画圆，另一条腿固定圆心位置。用于画圆的那条腿，不同圆规有不同的结构，有的是装上铅笔芯，有的是装上鸭嘴笔头，有的则装上粉笔。而另一条腿，不管是哪种圆规，清一色的都是一根钢针，在纸上或木质黑板上戳一个洞，以此固定圆心的位置。一位学生对这种传统圆规的结构提出了异议，因为他看见老师用圆规在毛玻璃黑板上画圆时，圆规的圆心经常打滑。他想到钢针的针尖不可能在毛玻璃上戳一个洞。因此，圆规在毛玻璃黑板上固定圆心的机理，并不是通常采用的破坏画板表面结构（戳一个洞）的方式，而是摩擦的原因。是由于操作者在画圆时，手对圆规的压力侧重在钢针（圆心）这条腿上，使钢针和毛玻璃之间有较大的最大静摩擦力，钢针（圆心）处于静摩擦状态，粉笔（圆弧）则处于滑动摩擦状态。之所以打滑，是因为操作者动作不协调，未能在画圆过程中始终对钢针这条腿维持着较大的相对稳定的压力。这位学生认为，传统结构圆规的圆心固定机理不适用于毛玻璃黑板。用于毛玻璃黑板的圆规，应该采用增大静摩擦的办法来改进圆规的结构。他通过用橡皮、粉笔、铁条分别在黑板上摩擦的感觉，认定毛玻璃与橡皮的摩擦系数远比与粉笔和与铁条的都大。他就把一个橡皮嘴套在圆规的针尖上，操作者使用这个圆规时，即使圆规两腿对黑板的压力相同，也由于橡皮嘴的最大静摩擦力比粉笔的大，容易使粉笔产生滑动而橡皮嘴保持相对静止，从而大大降低了画圆时的操作要求，实际使用时效果十分满意。又如，高中物理课本中“显示微小形变”的实验，多年来都是利用放在桌面上的两块平面镜对光线的反射，把桌面在压力作用下的微小形变进行“放大”来观察。我在课堂上也是带着这一套装置进行演示的。在我演示之后，有一位学生对我携带这套复杂装置（当时是用幻灯机做光源）的必要性表示怀疑，他从另外一条思路提出了一个演示方案（图1）：当桌面受到压力产生微小形变时， 两铁架台略向中间倾斜，稍长的支架把这微小的倾斜“放大”变为两支架上端距离的减小，细小的滑轮又把这段距离的减小“放大”变为一个转动的角度，较长的指针再把这个角度“放大”变为指针末端运动的一段弧长。实验者很容易从指针末端的运动来感知桌面形变的存在。我称赞他的设计，更称赞他敢于向传统挑战的精神，并鼓励他把方案做成实物。他从破旧收音机中拆了一个小滑轮，并用很轻的细长芦苇杆做成指针，装成了一个简单的演示器，收到了令人鼓舞的演示效果。我对他的装置和课本上装置的灵敏度进行定量分析后惊讶地发现。在相同桌面形变下，新装置指针末端的移动距离竞是传统方法光斑移动距离的好几倍。我把这位学生的创造成果介绍给《物理通报》杂志，杂志刊登后，对其他同学发扬这种精神起了很大的鼓舞作用。
4 让学生充满对周围事物关心的激情
社会的进步、科技的发展，与其说是在不断解决问题的过程中促进的，倒不如说是在不断发现问题和提出问题的过程中促进的，因为如果不能发现问题和提出问题，也就谈不上去解决问题。发现问题和提出问题，需要摆脱习惯认识的束缚，它比解决具体的问题更加富有创造性。因此，要培养学生的创造能力，就要培养学生发现问题和提出问题的能力。
究竟应该怎样提高发现问题和提出问题的能力呢？为了和学生共同寻找这个答案，我让学生做了一个试验。我在讲解了一些生活中的创造发明事例后，要求学生从现在起，认真观察周围的事物，在那些天天熟悉的、已经习惯的事物中，看看有哪些新的发现？从中能提出哪些创造性建议？
一名学生告诉我，放学后走出校门，看见街上的垃圾箱的箱盖老是开着，可以设计一个杠杆式的自动箱盖。
另一名学生告诉我，回家时发现自己家的纱门安装不合理，纱门只能朝外开，不便于在门外脱鞋进门，应改变纱门转动轴的结构，使纱门和原来的木门都能同时朝着房间里面打开。还有一名学生说，回到家里，看见她父亲因雨中逆风骑自行车，虽穿着雨披，却双腿淋的透湿。她想设计一个自行车多用雨衣架，平时是一个盛放物品的金属框篮子，雨天可以把框架展开，围在自行车前，变为一个雨衣的支撑架，保护双腿不受雨淋。
还有许多的发现。
以上试验表明：人们发现问题的能力是和他们对周围事物关心的积极程度有关的。学生们天天中午都照样地放学、进门、回家，但今天学生带着积极的态度接触周围的事物，像路边的垃圾箱、家中的纱门、自行车等等。他们以积极的态度从这些习以为常的事物中看出了问题，克服了习惯认识的束缚，才获得了新的发现。由此可见，积极的态度是发现问题的前提。要造就学生善于发现问题的本领，首先就要让他们充满对周围事物关心的激情。因此，如何培养学生的这种激情，这是教师在设计自己的教学过程时必须考虑的问题。
那么，究竟应该怎样培养学生对周围事物关心的激情呢？
我在教学中注意加强对学生感觉器官的刺激，期望他们能更有效地观察周围世界，以唤起他们对待事物的热情；
我要求学生经常记录自己的发现，以养成勤于观察、乐于思考的习惯；
我让学生获得上讲台发表见解的机会，向同学们介绍自己学习中和生活中的发现，以激发他们探索自然奥秘的兴趣；
我帮助学生把自己的发现，制作成丰富多彩的现实作品，以相互激励，增强他们对创造性劳动的信心；
我在课外活动中把学生组织起来，让学生相互启发、相互交流、相互竞争，造成一个发现、创新的气氛和环境。
观察的热情、探索的兴趣、创造的信心、思考的习惯、交流的环境、竞争的气氛，相互交织和融合在一起，构成了学生对周围事物关心的激情。平时课堂中学习的许多物理知识，也都不断地和周围事物发生了紧密的联系，成了学生们创新的主题：
学生小卢想设计一个“管内机械抓手”，让一个用杠杆原理操纵的机械抓手在弯曲的水管中前进，把堵在水管中的杂物咬住并拖出来。为了减小这个蛇状装置与水管内壁之间的摩擦，他在关键部位安装了许多很小的滑轮，用滚动摩擦来代替滑动摩擦，使该设计得以实现，并获得了全国青少年创造发明比赛的金牌。
学生小余受到U形管连通器的启发，应用连通器的原理， 做成了一个“高度差仪”。他把作为连通器的细塑料管设计成和卷尺一样，平时卷放在圆形储水盒的内部，测量时把它拉出来，可以比较方便、精确地测量小范围内两点（哪怕中间有障碍物）的高度差。这一发明获得全国发明展览的银牌奖励。
和以上U形管连通器相反， 另一位学生小喻把气压热水瓶的出水管想像成一个倒置的U形管，并应用虹吸现象的原理， 通过加大出水管的长度，把普通的气压热水瓶一举变成了一个新颖、实用的“自流气压热水瓶”。只要对它压一下，利用虹吸现象，水便会源源不断地流出来，然后轻轻按一下止流按钮，通过漏气，破坏虹吸过程，水流便立即停止。这项发明也获得了全国发明展览的银牌。以上两位学生还被中国发明协会以当代发明家的身份收入《中国当代发明家辞典》。
以上事例说明，学生的创新来源于他们对周围事物关心的激情。同时，他们对事物认真的观察和科学的分析，又促进了他们创造性思维的发展。在我的学生中，有几件创造作品就是在直觉的基础上进行逻辑思维的结果：
学生小余在下雨时看见有人打伞、也有人穿雨衣，便想到可以从逻辑上把雨衣和雨伞的优点结合起来，他构思了一种适合学生使用的新型雨具“衣伞”，像雨衣，可以折叠，能和一本书一样放在书包中；又像雨伞，能撑开，用人的身体作为伞杆，既比穿雨衣透气，又比打雨伞更能遮雨。
另一位学生小傅在自行车车胎漏气而又无法找到打气筒时，想到了自行车和打气筒的逻辑关系：使用自行车离不开打气筒，而自行车上又具有打气筒的主要构件——圆管。因此他设想把自行车三角架的一根斜管当成打气筒的外壳，做一个随车的打气筒。我建议他从玻意耳定律的角度思考一下构造细节，并把我平时使用的自行车供他试验，结果很成功。这两件从逻辑思维上入手的创造作品，也都获得了全国青少年创造发明比赛的奖牌。
学生蕴藏着巨大的创造潜力，需要我们认真、科学地培育。江泽民主席说：“创新是一个民族的灵魂”。培养学生的创新精神和创造能力已经成为我国推行素质教育的重点。如何深入地研究培养学生的创新精神和创造能力的途径，这是21世纪带给我们的挑战和机遇。