培养创新能力的定律课教学设计

陈敬华

摘要：本文探索物理定律教学中培养学生创新能力的教学设计思想、原则和模式，探讨解决教学中知识增长与创新能力培养之间的矛盾，使学生既掌握物理定律，又学习科学研究方法和提高创新能力。

关键词：创新能力；物理定律教学；教学设计

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1992-7711（2017）01-0082

物理课堂教学包括物理概念、物理定律、物理理论、物理实验等基本课型。在人类历史上，物理定律的建立一般都有一个艰辛曲折而漫长的探索过程，在这过程中包含着无数优秀物理学家创新性的思想、创新的研究和创新的思维方式方法。因此，如何在物理定律教学中使学生受到物理学家创新思维方法和创新精神的熏陶，培养学生的创新精神和创新能力是很重要的研究课题。下面，笔者对物理定律课堂教学中为培养学生的创新能力的课堂教学设计做初步探索。

一、培养创新能力教学设计思想及原则

笔者认为，培养创新能力的定律课教学设计应遵循以下思想和原则：以中学物理定律为知识载体，既注重学生知识的增长，又注重创新精神和创新能力的培养；以科学研究方法和科学思维方法的培养为导向，以新问题、新规律的探索和研究為实践，达到激发学生创新意识，训练创新思维素质，培养学生创新思维方法，创新精神和热情为目的。教学设计的全过程必须体现如下三个原则：1. 主体性原则；以学生为主体，教师为主导，营造民主、和谐、合作的教学氛围，实行教学民主，教师以参与者的身份与学生进行平等的对话，允许学生提出不同的见解和观点，甚至对教师的观点提出挑战；把学生从传统的班级授课中单纯的旁听者转变为学习生活的积极参与者，同时给学生以主动探索，自由学习和解决问题的空间，教师应留给学生谈、思、议、练等主动活动所必备的时间和空间，而不是教师“独占”。2. 探索性原则：学生应站在研究者的位置上提出问题、探索性地分析问题和解决问题，而不应是知识的容器，要让学生在探索物理定律过程中感受疑惑和困难，需要创新性地思考和操作消除和克服，让学生在自己探索的过程中获得探索创新的情感体验和直接的思维体验。3. 创新性原则：物理定律的课堂教学的流程是：创设问题的情景，学生提出问题（情景问题化），学生探索问题，师生归纳小结得出定律（思维展示过程化），定律运用于各种问题。显然，这个过程就是培养学生创新思维的过程。

二、培养创新能力定律课教学设计

1. 创设问题情景。教师通过各种手段、生动语言描述，多媒体动画、演示实验，在学生面前展现一幅幅生动形象的物理情景，然后由学生或教师提出与展现的物理情景相联系的探索性问题，这就是创设问题情景的过程。这是物理定律教学的开端。俗话说：“好的开头是成功的一半”，因此问题情景的设计应达到如下要求：情景新颖能极大地激发学生的兴趣，唤起学生的好奇心；情景问题的设置要有适当的难度，智力上应有挑战性，问题应具有开放性和探索性，给学生以利用原有知识对问题进行分析、猜想的机会。从教学手段上，创设问题情景的方式有三种：（1）语言描述；（2）多媒体动画；（3）演示实验。

例1. （语言描述），牛顿第一定律的引入设计：教师提出问题：静止的车，用力推它就运动起来，不用力又会停下来，这现象是否说明力是物体运动的原因。学生讨论后请四个同学分别代表亚里士多德、伽利略、笛卡儿、牛顿介绍各自的观点，使学生全面理解牛顿第一定律建立的历史过程。

例2. （演示实验引入）闭合电路欧姆定律教学的引入设计：

学生观察实验：在如下图所示的实验电路中，P向左或向右移动时，电流表和电压表示数的变化，P左移：示数变小，示数变大；P右移： 示数变大， 示数变小。

教师提出问题：为什么在闭合电路中，电流和路端电压变化有如此规律，原因如何？从而引入定律的探索过程。

例3. （多媒体动画引入）万有引力定律的教学引入设计：

电脑演示：在光滑水平面上，线一端栓一小球，另一端系在固定于平面上的钉子上，球绕钉子作匀速圆周运动，线突然断了，球作离心运动，再演示太阳系九大行星绕太阳作近似圆周的椭圆运动，然后提问；太阳和行星之间并没有线相连，而行星并非离太阳而去，为什么？从而引入新定律的教学探索。

2. 探索研究。探索研究物理定律的基本方法是实验探索，现阶段中学物理实验形式是演示实验和学生的分组实验，无论是演示实验还是学生的分组实验，多数为验证性或测定性实验。从培养学生研究能力和创新能力角度上看尽可能把验证性实验设计为探索性实验，把演示实验设计为学生自行探索的分组实验。探索性实验具有更广阔的活动空间和思维空间，可以激发和满足不同层次学生的探索与创新欲望，学生在自己探索物理规律的实验过程中可以把动手和动脑结合起来，锻炼和培养自己的创新能力。下面是实验探索定律教学设计实例。

例1. 楞次定律的教学设计

（1）让学生运用右手定则判断下面四种情况下回路感应电流方向。然后提出如下的问题：①上面四种情况中Ф增加是哪个？Ф减少的是哪个？②在Ф增加的甲丙中B原与感应电流的磁场B感方向关系如何？③在Ф减少的乙丁中B原与B感的方向关系又如何？学生讨论后得出结论：Ф增加，B原与B感方向相反，Ф减少，B原与B感方向相同。上述结论是否普遍性呢？（提出实验探索问题）

（2）学生分组实验，探索其他电磁感应现象中感应电流磁场是否有相同的规律。

实验1：磁体在下面两种情况下向上和向下运动，观察电流表的指针偏转并记录观察结果，

实验结果填在下表：

实验2：在如下图所示的实验装置中P左移或右移，观察实验结果并填写下表：

最后，归纳小结具有普遍意义楞次定律。上述教学设计体现由个别现象猜想到普遍规律，然后用实验再探索验证猜想的正确性，这是物理研究，发现物理规律最基本方法，方法所包含的思维过程本身就是一种创新性思维，让学生体验这种研究方法，这是对学生很好的创新思维实践。

受学校实验条件的限制。某些定律不能展开实验探索，可通过设置情景回顾物理学家探索该定律的过程，使学生感受到物理学家创新精神和创新思维的熏陶。例如，万有引力定律的教学，可作如下设计：

①介绍万有引力定律创立前的历史背景：天文学上研究成就，即开普勒三大定律和月亮绕地球运动中加速度a月与地面物体下落的加速度g的关系及轨道半径r与地球半径R地的关系：

a月= g，r=60R地

②引导学生沿着牛顿探索过程展开如下的探索：由天文学成就知：

a月= g （1）

r=60R地 （2）

假设地球對月亮存在一种吸引力，由牛顿定律得：

F引=m月a月= m月g （3）

地球表面上的重力是地球对物体的吸引力。设月球在地球表面时，则：

F1引=m月g （4）

由（3）（4）得： = （5）

由（2）和（5）可得： =（ ）2 （I）

（I）表明地球对月球的吸引力与距离平方成反比。

设太阳对行星存在一种吸引力F引，F引是行星绕太阳运动的原因。由开普勒第一、第三定律可知：

=k（常数） （6）

椭圆简化为圆轨道后，由运动学原理知和（6）式得：

a向心= R= （7）

由牛顿定律得：

F引=M行a向心=M行 = · （II）

（II）表明与距离平方成反比，综合（I）（II）可得，引力与距离平方成反比定律。

以上的探索对中学生有一定的难度，也花费了一定的时间，但却能让学生领略探索定律的思维体验，其中也发展和训练了学生的创新思维和科学研究问题的能力。

创新能力的培养应贯穿于物理教学的全过程，贯穿于定律教学的各个环节。在定律的应用过程中培养创新能力仍有广阔的空间，这里限于篇幅，不作探讨。学生创新能力的培养依赖于探索实践和创新实践。这需要给学生足够的课堂时间和空间，且这种探索实践具有不可预见性，教学过程可能出现各种偶然问题。这在一定程度上影响教学内容的完成。从应试的角度上看，花较长的时间进行物理定律探索，不如用较短时间把定律传授给学生，然后用较足够的时间让学生完成与定律相关的习题划算，这样容易在考试上拿高分。但从培养人才的角度上看，从学生发展角度上看，熟练的解题能力和探索创新能力是不能相提并论的。教师应转变应试教育观念，树立素质教育和创新教育的观念，从提高学生科学素质和培养创新能力上考虑教学过程的设计。高中物理教学内容多、难度大，而教学时间相对不足，探索实践过程长，耗时多。解决这些矛盾在于培养创新能力的探索实践的内容立足于教学大纲的物理知识或作适当的拓展，定律的探索设计应进行充分的准备。应在学生能力发展的前沿区设置探索问题，避免启而不发的尴尬局面。创新能力培养应渗透在定律、理论、实验、习题教学的各个环节，一个引入新课的小实验，一道习题的创新性的解决都能给学生一种创新的示范，使学生掌握物理定律，同时提高物理素质和提高创新能力。

注：本文曾获广西教育学会第八次优秀论文（专著）评比二等奖。

（作者单位：广西合浦廉州中学 536100）