创新教育探索

赵海燕

如何通过物理教学达到培养学生创新能力、学好物理的科学方法,从而对学生进行创新教育,不仅是物理教师普遍关注的问题,也是当今社会的重大课题。新课改后各种版本的新教材都在这一环节上进行了大胆的尝试并做了不懈的努力,人教版必修一中就以整整一节的篇幅介绍《伽利略对自由落体运动的研究》,旗帜鲜明地倡导对学生创新能力的培养,作为物理教师,在课堂教学过程中应充分利用这一契机,把握教材,以科学家的科学研究为例,从中寻找创新思维方法,并以此为依据,归纳出物理教学的基本方法。这应该是研究创新教育的途径之一。

一、借鉴前人科学研究,找寻创新思维方法

伽利略的斜面实验被称为十大最美实验之一,不只是它揭示了一条物理规律,更重要的是它提供了探索物理规律的正确思想方法和科学研究方法。因为物理学家探索物理领域的过程与学生学习物理的过程,在本质上同属于人对自然界的认识过程。所以从物理学家的科学研究中去寻找培养学生创新能力的创新思维方法,也是一条有效的途径,以笔者的粗浅理解在伽利略对自由落体运动的科学研究中蕴藏着三种创新思维方法:

(一)逆向思维方法

所谓逆向思维方法,就是逆着原来的物理过程去分析思考和解决物理问题的一种创造性思维方法。说通俗一点,就是倒过来想。逆向思维方法的特点是依据结论找已知条件,或由结果找原因,也可看成将某一物理过程的初态和末态互换后使问题更简单,计算更方便。伽利略就是用逆向思维方法否定了亚里士多德关于“重物比轻物落得快”的错误观点,从而建立了自由落体定律,他的思维过程是:假定“重物落得快而轻物落得慢”的观点是正确的,若取两个物块ml和m2,使ml>m2,把ml和m2用细绳连接在一起后自由释放,那么连接体的速度v必然介于ml和m2单独下落到同一高度时的速度vl和v2之间,即v2v1(因为m1+m2>m1),这样就从同一命题下得出不能自圆其说的矛盾,因此,伽利略就可以肯定亚里士多德的观点是错误的。

这是一种反证法,反证法本身就是一种典型的逆向思维方法,它在物理教学中有着广泛的应用,利用反证法可以证明:P-V图中任意两条等温线不相交;电场中任意两条电场线不相交;匀强电场中电场线是间距相等的一组平行线,电场线与等势面处处垂直等等,用正向思维方法解决问题如果非常困难的话,我们就可以试用逆向思维方法,化繁为简、化难为易,甚至把无法解答的问题变得非常简捷,如光学中的光路可逆问题,电学中的“黑盒”题,都是逆向思维方法的典型例证。

任何物理规律都有一定的因果关系,只有结果而没有原因的事情是不存在的,只要某一物理现象或过程的可逆性存在,运用逆向思维方法就可能取得创造性的成果.如德布罗意受爱因斯坦光电效应启发,大胆进行逆向思维,提出了著名的德布罗意物质波概念。逆向思维方法在创新教育中是不可少的。

(二)直觉思维方法

美国教育家布鲁纳指出“直觉思维、预感的训练,是正式的学术科学和日常生活中创造性思维的很易被忽视而又最重要的特征”直觉是一种富有意义的思维方式,但不同的人,直觉思维存在着很大的差异。其特点是整体的、跳跃的、猜测的,不经过详尽的逻辑推理,不经过分析的演绎步骤:伽利略就是运用直觉思维方法,通过观测,认识到物体在自由下落过程中的主要特征——越来越快,然后借助猜测提出假设——自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动,并提出加速度的概念:a=v/t,运用数学推理得到s=at2/2。伽利略是用直觉顿悟的思考方法,对自由落体运动规律作出了重要发现。一些著名的物理学家都曾肯定和强调过直觉的作用。爱因斯坦指出“我相信灵感和直觉”、玻尔强调“实验物理的全部伟大发现都是来源于一些人的直觉”。在物理教学中,要实施创新教育,培养学生直觉思维能力就不可忽视。要善于运用直觉顿悟思考方法,必须要有丰富的有关专业知识和经验。具有与所思考问题有关的知识和经验乃是直觉顿悟的依据和基础,这就是说,在物理教学中,我们首先要加强基础知识的教学,完善知识结构,力求整体的掌握和本质的理解。还要充分利用新教材所要求必做的探究实验,引导学生对物理现象和过程所预期的结论进行“科学猜想”,用直觉顿悟的思考方法在经验的基础上得出新的结论,长期坚持这样做,就可教会学生直觉思维方法,培养他们的创新思维能力。

(三)形象思维方法

用直觉顿悟的思考方法所得到的结论是否正确,还必须设计实验进行检验和论证。伽利略运用直觉顿悟的创新思维方法得出s=at2/2的结论后,又用形象思维方法设计理想斜面实验进行检验,多次实验的结果表明:小球在斜面上的运动是匀加速运动(即s∝t2)。然后又合理外推,当斜面的倾角θ→90°。时,小球仍然做匀加速运动,从而证明了自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动这一结论是正确的。至此,自由落体运动规律才可以表述为h=gt2/2。伽利略用同样的思维方法提出了“动者恒动、静者恒静”的物理规律,为牛顿第一定律的建立提供了可靠的依据。

所谓形象思维,就是用形象作为思维的元素和手段来分析思考问题的一种创造性思维方法,形象思维和抽象思维都以感性认识作为基础,形象思维虽然具有形象性,具有感性直观的外壳,实质上却是反映着事物本身的属于理性认识阶段的思维活动。物理学中的理想实验、理想模型都是形象思维的产物,电场线、磁感线甚至光线都是这种形象思维的杰作。作为幸运的物理教师,应充分结合物理教学的具体内容,努力培养学生形象思维能力,对学生的成才具有十分重要的作用。

二、依据创新思维方法,归纳教学基本方法

一谈起教学方法,总容易使人把传统教学上写的讲解、讨论、谈话、提问、作业及现代化教学手段运用之类搬出来,误以为这就是物理教学的基本方法。其实它们只不过是一些教学活动的表现形式,单纯靠这些表现形式无法完成物理教学的目的和任务,无法培养创新能力,无法教会学生怎样去学习。盲目引进和机械照搬教育课本中的各种教学活动的表现形式不是研究创新教育的有效途径。从物理学家的科学研究中去探索创新教育、归纳总结物理教学方法不失为一条有效途径。我们分析伽利略研究自由落体运动规律的全过程,不难看出,伽利略研究问题的基本方法就是抽象思维、数学推导和科学实验相结合的方法,这一方法就是我们从事物理教学的基本方法,只有这一方法才能完成物理教学的目的和任务,教会学生怎样去学习,培养学生创新思维能力,从而达到“教是为了不教”,“教好是为了学好”的目的。爱因斯坦对伽利略的研究方法给予极高的评价:“伽利略的发现以及他所应用的科学方法是人类思想史上最伟大的成就之一,而且标志着物理学的真正开端”。纵观物理学发展史,任何物理规律的建立都离不开伽利略的这一研究方法,物理教师要引导学生掌握这些物理规律,并同时培养学生创新思维能力,那就必须用伽利略的研究方法。所以说,抽象思维、数学推导和科学实验相结合的方法才是物理教学的基本方法,教会学生科学思维方法比教会学生物理知识更为重要。

自由落体运动只不过是高中物理课本中的一节课,而从伽利略研究自由落体运动的过程中所总结出来的科学方法,却对培养学生创新思维能力,提高物理教学效果有着十分重要的意义和作用,这种作用有时会影响学生一生的幸福。

作者单位:山东省青岛第九中学