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  • 浅谈科技创新在物理中的应用

    浅谈科技创新在物理中的应用
      教育的灵魂是教人创新,在知识经济的社会中,人的最重要的素质是创新能力。素质教育的核心是创新思维和实践能力的培养。创新能力不足是制约提高我国国际竞争的主要因素。二十一世纪是科学与技术革命更加深入的世纪,随着信息化社会的发展,培养创新型人才,变得尤为重要。但就目前教学的实际情况来看,开展创新教育仍有许多亟待解决的问题,传统教学中落后的教育观念和方法仍妨碍学生创新能力的培养。因此,在物理教学中要充分发挥学生思维的主体性,改革实验教学,开展研究性学习,促进学生创造性思维的培养,提高学生的创新能力。因此,在教学工作中应要当好教师,而且是创新型教师,不要当教书匠!那么,在物理教学中如何培养学生的科技创新能力?我认为应从以下几个方面入手。
      一、激发学习兴趣,培养学生的创新意识
      学习兴趣是学生力求认识世界,渴望获得文化科学知识和不断探索真理的情绪意向。创新意识是人们从事创新活动的出发点和内驱力,是创造性思维、想象和创造性行为的前提。一个人的创新意识与他的兴趣、动机、情感等非智力因素紧密相关。要培养学生的创新能力,首先必须强化其创新意识,而兴趣在认识活动中则起着启动、定向和动力作用。皮亚杰说过:“一切有成效的工作,必须以某种兴趣为先决条件。”浓厚的学习兴趣能调动学生的学习积极性,启迪他们智力浅能并使之处于最佳活跃状态,在教学中要根据教材,结合生产和生活实际,提出一些使学生易引起错觉的事例,欲答不知其里的想法,百思不知其解的问题。例如用奇趣的实验演示、科技史话、实物模型、图表、动画等来制造悬念,配上生动风趣幽默的语言来创设教学情景。这样可以激起学生探根求源的愿望,进而产生学习兴趣,引发探索冲动,创造性活动就由此开始了。可见浓厚的学习兴趣可激起强大的学习动力,使学生自强不息,努力学习,探求事物的因果与规律,激励创新萌芽产生。
      二、巧妙设置疑问,引发学生的创新动机
      “学始于思,思始于疑”。“疑”是教学活动的基础。教学中,善于结合教材,通过学生阅读和思考问题,可以由教师设置问题,更可以由学生质疑,启发学生讲出自己的不同看法,促使其思维能力的发展,改变其被动接受状态。教师的作用不是讲得学生没有问题可提,而是要善于培养学生提出深刻的问题,并着手寻找解决问题的途径,着才是科学素质教育的关键。学习上提不出问题,意味着学习的停止,科学上提不出问题,意味着科学的止步。鼓励学生大胆提问,教师巧设问题情境,引导学生主动质疑,置学生于新旧知识、感性认识与理性认识、个人经验与科学概念的矛盾冲突的旋涡中,使学生带着问题学习,调动质疑意识,产生思维动势。
      在教学中,教师结合学生已学的知识和一般的推理方法,适当地引导、点拨。当发现学生与前人或科学家有相似或相近的思路是,要充分肯定学生的探索精神和极有价值的思想方法。然后剖析学生的思维过程和思维方法,通过对比分析、归纳总结、提炼其中与教材概念和实际相符的思维方式,通过去伪存真引出结论。使学生体会到知识的实实在在,认识到探索与研究的真谛,使学生的思维能力得到培养。更重要的是,当学生在体会成功的同时,回大大增强对自己学习能力的信心,激发新的求知欲望,诱发新的创新动机。
      三、遵循认知规律,培养学生创新思维。
      思维是大脑对客观事物间接概括的反映,创新思维不仅能揭示客观事物的本质和内在联系,而更重要的是能产生出新颖的、前所未有的成果。对中学生来说,头脑中旧的表象很少,展现书本知识发生发展的教学过程,就是学生创新思维的培养过程。在目前中学物理教学中仍存在注入式教学模式,教师在教学中只注重学习的结果,而忽视学习的过程。学生缺少自主学习的思维空间,就很难谈得上创新思维的培养。要真正培养学生的创新思维,教师在教学中就要重视设计引导学生的学习活动,以相应的创新思维的熏陶,发展学生的创新意识。教师要不断鼓励学生通过观察、比较、实验、归纳、类比等手段提出种种假设或猜想,使学生逐步学会运用假设或猜想的方法解决问题,同时重视在教学中再现前人是如何创造、发明的让学生在前人走过的轨迹上,经历失败和成功的磨砺,体会创造成功的喜悦。例如牛顿在伽利略等科学家研究的基础上建立牛顿三大定律,各种原子模型的建立和不断完善的过程等内容中突出科学创新思维的教育,并逐步渗透什么要建立物理模型,学会根据现象或事实进行科学推理的方法,这不仅有助于学生加深对基础知识的理解,还有助于加深对研究方法的领悟,提高学生对科学的认识和创造能力。
      在重视学生创造性思维能力培养的同时,也必须重视对学生创造性人格的培养。例如在物理教学中穿插介绍伽利略敢于怀疑、不盲从权威的思想;介绍布鲁诺为坚持真理而献身的精神;学习牛顿的勤于思考、善于总结;学习居里夫人的刻苦钻研、勇于实践;结合我国当代的物理学家为祖国的强大而奋发拼搏的生动事迹,激发学生勇于探索、积极进取的科学热情,这对学生创新能力的培养起着极其重要的作用。
      四、改革实验教学,培养学生创新能力。
      实验教学是物理教学实施创新教育的重要基础和手段,实验不仅对激发学生学习兴趣,提高实践能力具有不可替代的作用,而且也是为学生创设创新氛围,培养创新意识、创新思维、创新能力,提高科学素质的有效途径
      当前实验教学普遍存在着只重视简单的操作练习。教材中的演示实验和学生实验,从器材、方法到表格设计都是按照规定好的步骤和方法进行实验,教师很少去引导学生思考和探索,有些学生在实验中只是依葫芦画瓢,根本不能领会实验的原理和思想。不利于学生创新思维的培养。因此必须改革实验教学的方法。
      例如,在学生电学分组实验中,在掌握实验原理的基础上,允许学生用不同的器材、不同的实验步骤进行操作实验,可以极大地提高学生学习物理的兴趣,发展学生的个性,活跃学生的创新思维。在实验中学生需要在各种因素中取舍,对所得的信息进行筛选,这就要求学生在追求既定目标的过程中应变、思考和探索,使学生的分析、抽象、综合、表达的能力都得到训练和发挥。
      在演示实验中,教师可以不拘泥于教材或教参的安排,进行一些创新设计,如可以将一些演示实验改为学生探索性实验。让学生选择器材、设计实验方法,在实验中发现问题和寻找解决问题的方法等等。通过创设条件,让学生充分地动脑、动手、动口,发挥学生学习的主动性,从而激发学生的创造性思维,对学生创新能力的培养起着潜移默化的作用。在实验教学中,教师不失时机地对学生中的标新立异的方法给予肯定、支持和帮助,鼓励学生大胆地猜想和独立地思考,并通过实验否定错误的假设或修正不完善的猜想,从而使学生解决问题的勇气、信心、毅力、科学的批判精神和创造力得到有效的培养。
      五、开展研究性学习,促进学生创新能力的发展
      创新教学的构成要素是研究性、主体性、发现性、归纳性等,这就要求在实施教学方法创新的同时,用“创造性的教”为学生“创造性的学”创造环境和条件。研究性学习就是根据这一需要设置的新的课程计划,具有典型的创新教育功能。
      研究性学习是学生在教师的指导下,从周围生活和社会生活中选择和确定研究课题,以类似于科学研究的方法主动地获取知识、应用知识、解决问题的学习活动。通常有:查阅资料、实验操作、走访专家、社会调查、问题讨论、现场观察等。
      结合中学物理教学开展研究性学习,学生接触到大量的实际问题,学生在自主活动中,提高应用所学知识解决实际问题的能力。例如几乎所有的课题研究,第一步是收集信息资料。有的从图书馆获取资料,有的从网上获取信息,有的采访专家,有的编写问卷调查表,有的通过实验获取数据。第二步是处理信息资料,或作出统计,或制成图表。第三步是加工信息资料。因此研究性学习不仅培养学生收集、处理和加工信息资料的能力,更重要的是培养了学生的创新思维和促进了学生的创新能力的发展。例如一位参与过研究性学习的同学谈到: 研究性学习是个人兴趣、个人特长最好发展的方式,完全是一种自主创造性的学习活动。
      六、激发好奇心,挖掘学生的创新潜能
      好奇心是激发创造性思维的一种动力,它可以激发人们去发现周围的一切事物的差异,并促使人们去思考和探索。
      好奇心产生求知欲,好奇心产生内驱力 ,好奇心是青少年获取知识、发展能力的必要条件。在物理教学中要善于利用学生的好奇心使其产生好奇,如生活释疑引发好奇,科学猜想激发好奇,发散联想诱发好奇,置疑争论触发好奇,奇趣实验刺激好奇,尖端科学点燃好奇。只要激起了学生的好奇心,就获得了学习、探索的驱动力,必然带来一连串新的思维活动。如果能及时得到教师的鼓励和正确引导,这种思维活动必将更持久、更深入,从而达到促进智力发展,培养创造性思维能力的目的。
      好奇心是一种“潜能”,只要能很好地“挖掘”,必将成为极强的创造性思维能力。通过学习、探索,一个人的好奇心得到满足,那么他的知识和智力水平就相应地提高了一大步,好奇心越强的人,创造性思维能力的形成和发展也越快、越强。许多科学家的研究工作就是从好奇开始的。牛顿对“苹果为什么要往低上掉”感到好奇,正是由于这种强烈的好奇心,不仅使他发现了万有引力定律,而且使他在科学研究上取得无比辉煌的成果。
      创造力是一种层次较高是独特地解决问题的能力。凭借这种能力,人们能够产生新的、独特的、具有社会价值的产物,其中包括新的概念、理论、方法、产品、工艺等。创造者的显著特点是思想解放和富有强烈的探索精神,显示出较强的掌握人类已有知识的能力,更表现为敢于向传统观念挑战、向权威置疑,独具慧眼的可贵品质以及在人们司空见惯的现象中发现问题,从而揭示自然界和人类社会奥秘的能力。例如,在近代物理中汤姆生发现电子以后,人们对原子结构感到好奇,提出过许多原子结构的设想,探讨原子内部结构,汤姆生也提出了一种原子是有带正电的均匀球体组成,电子则镶嵌在球内的早期原子模型。卢瑟福的α粒子的散射实验,指出汤姆生模型的致命弱点是不能解释α粒子的大角度散射,大胆地否定了汤姆生的原子模型,为原子的核式结构的建立奠定了基础,然而被卢瑟福的性格和成就所吸引的玻尔,经过研究敏锐地发现卢瑟福根据经典理论提出的核式结构模型,没有明确的原子半径的概念,更重要的是它不具有力学和电动力学的稳定性,即云子的稳定性和发射光谱的性质的矛盾,为了解决这些矛盾,他创造性地将量子概念引入到原子系统中,提出几条假设,解决了卢瑟福模型所不能解决的问题,把原子理论向前推进了一大步。而建立在经典理论基础上的玻尔原子模型,虽然能成功地解释结构最简单的氢原子,但是在解释结构复杂一些的多电子原子时,跟实验又产生了不一致,着表明玻尔理论也是不完善的,科学家门在分析玻尔理论成功与失败的原因之后,又在量子理论的基础上建立了新的原子理论。这种发现问题、解决问题、再发现问题、再解决问题的严谨务实的探索方法,激励学生不断地观察周围的事物,勇敢地探索未知世界。教育学生学习的目的并非在于机械地效仿,而是在于创新。要鼓励学生善于独立思考,哟浓郁突破传统思维的约束,爱因斯坦正式敢于跳出牛顿经典力学框架的约束,才创立了震惊世界的相对论。
      综上所述,作为基础教育的物理教学,在培养学生科技创新能力时,应结合学生的年龄特点和物理学科的特点,遵循认知规律,尽量创设问题情境,激发创造性思维的火花,尽力为学生营造创新氛围,让学生在自主学习中学会创新,愿我们用创造性的教训活动,培育出更多的具有创新能力的学生,为培养更多的创造行人才作出应有的贡献。
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