中学物理实验教学中学生创新能力的培养研究.pdf

州武 硕士专业学位论文 ( 2 0 0 8 届) 中学物理实验教学中学生创新能力的培养研究 A R e s e a r c ho i lt h eC u l t i v a t i o no f S t u d e n t sI n i t i a t i v ei n C o n d u c t i n gaP h y s i c sE x p e r i m e n t a lC l a s s 研究生姓名邑堑 指导教师姓名j _ 生亟立墼L 一 专业名称一垫直巫- _ 一 研究方向一型上些旦一 论文提交日期一垫堕趾生L 一 中学物理实验教学中学生创新能力的培养研究中文摘要 中文摘要 随着社会的发展、时代的进步，人才的创新能力日益重要。中学生作为发展中的 人才，创新能力的培养也显得尤为必要。本文通过文献法对创新能力的理论进行了研 究，阐述了创新能力的特征和构成，明确了中学生的创新能力以及中学生创新思维能 力的特点，结合现代的相关教学理论及切实可行的创新技法，论述了学生创新能力培 养的可行性。 本文借鉴国内外培养创新能力的研究，运用实验教学原则，实验教学设计的方法， 针对中学生在物理学习中各种问题，提出了高中实验教学中培养学生创新能力的途 径。通过对高中新课程必修1 、2 和选修3 系列物理实验的分析研究，作者提出了在 物理实验教学中培养学生创新能力的策略。结合相关实验对学生创新能力的培养作了 实践研究。实验教学培养了学生的创新能力，提高学生的能力水平同时促进教师改变 教学方式，提高教学水平，教学相长，为素质教育推波助澜。 教学实践中对实验教学进行系统的设计、观察和分析，从动态生成案例来反映 学生创新能力各方面发展，并结合首都师范大学物理系2 0 0 1 级张玉峰同学的硕士论 文中创新能力的测试卷进行测试研究，综合地评价学生创新能力的水平，从而确认培 养创新能力的途径和策略的可行性。为学生创新能力的培养提供了一条实践之路，利 于大家进一步研究。 关键字：创新能力、物理实验教学、高中学生 作者：周维新 指导教师：方建兴 英文摘要 中学物理实验教学中学生创新能力的培养研究 Ar e s e a r c hO l lt h ec u l t i v a t i o no fs t u d e n t s i n i t i a t i v ei n c o n d u c t i n gap h y s i c se x p e r i m e n t a lc l a s s A b s t r a c t W i t ht h ed e v e l o p m e n to fs o c i e t ya n dt h et i m e s ，i ti s i n c r e a s i n g l y i m p o r t a n tt oc u l t i v a t ec r e a t i v i t y A sp e r s o n a l si ng r e a tp o t e n t i a l s ，j u n i o ra n d s e n i o rs t u d e n t sa r es u p p o s e dt oh a v et h e i rc r e a t i v R i e sd e v e l o p e d B yr e f e r r i n g t oc o n c e r n e dd o c u m e n t st h i se s s a yc o n d u c t sar e s e a r c hi n t ot h et h e o r yo f c r e a t i v i t ya n da n a l y s e st h ef e a t u r e sa n dc o n s t i t u t i o n so fi t B ym a k i n ga n a n a l y s i so fs e n i o rs t u d e n t sp h y s i c a l l ya n dm e n t a l l y , e s p e c i a l l yb ya n a l y z i n g t h e i rc h a r a c t e r i s t i c si np i o n e e r i n gs p i r i t ，t h i sp a p e rd e f i n e sr e l a t e dc o n t e n t si n t h e i rc r e a t i v ei n i t i a t i v e s B yc o n s u l t i n gt h e o r i e so i lc u l t i v a t i n gc r e a t i v i t ya t h o m ea n da b r o a d ，m i x e dw i t ho t h e rr e l a t e dt h e o r i e sa n da p p l i c a t i o no f m o d e r n t e a c h i n ga n de x p e r i m e n t i n gp r i n c i p l e sa n da l s ot ov a r i o u si s s u e sa p p e a r i n gi n c o n d u c t i n gp h y s i c st e a c h i n g i ns e n i o rs c h o o l s ，t h i s e s s a yp u t sf o r w a r d a p p r o a c h e si nd e v e l o p i n gc r e a t i v ei n i t i a t i v e s T h r o u g h a l l a n a l y s i s o fs e r i e so fp h y s i c s e x p e r i m e n t i n g f r o m c o m p u l s o r y m o d u l e1 , 2a n d3i ns e n i o rn e wc u r r i c u l u ma n dt h r o u g h a p p l i c a t i o no fc r e a t i v ea p p r o a c h e s ，t h i se s s a yp r e s e n t sm e t h o d si nd e v e l o p i n g s t u d e n t s c r e a t i v i t yi nt h ec o u p eo fc a r r y i n go u te x p e r i m e n t i n gc l a s s e s B y c o m b i n a t i o no fe x p e r i m e n t st h i se s s a ym a k e sap r a c t i c a lr e s e a r c hi n t ot h e c u l t i v a t i o no fc r e a t i v i t y C o n c e r n i n gt h ec u l t i v a t i o no fc r e a t i v i t y ，e n h a n c e m e n t o fs t u d e n t s p o t e n t i a l s ，t h i se s s a yo b l i g e st e a c h e r st oc h a n g e st h e i rw a y so f t e a c h i n g a n da f t e ra l la d d sf u e lt ot h ef l a m e si nc o n d u c t i n gq u a l i t y e d u c a t i o n B yc o n d u c t i n gas y s t e m a t i cd e s i g n ，o b s e r v a t i o na n da n a l y s i so fs t u d e n t s i nt h e i re x p e r i m e n t i n gc l a s s e s ，t h i se s s a yp r e s e n t sd y n a m i cc a s e st or e f l e c t a 1 1 r o u n da b i l i t i e so fs t u d e n t s ，a n db yc o m b i n i n gc o m r a d eZ h a n g y u f e n g S b a c h e l o r Se s s a yf r o mC a p i t a lN o r m a lU n i v e r s i t yo nr e s e a r c ht e s t si n t o c r e a t i v e i n i t i a t i v e s ，t h i se s s a y s e v a l u a t e s s t u d e n t s a b i l i t i e s c o m p r e h e n s i v e l y W h a t Sm o r e ，b yv e r i f y i n gt h ec u l t i v a t i o no fc r e a t i v i t ya n d c o n s t r u c t i v ea p p r o a c h e s ，t h i se s s a yp r o v i d e sap r a c t i c a lw a yf o ra l lc o n c e m e d i nt h e i rr e s e a r c hw o r k K e y w o r d s ：c r e a t i v ei n i t i a t i v e s p h y s i c se x p e r i m e n te d u c a t i o n s e n i o r s t u d e n t s m W r i t e mb yZ h o u w e i x i n S u p e r v i s e db yF a n g ji a n x i n g 苏州大学学位论文独创性声明及使用授权声明 学位论文独创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含其 他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得苏州大学或 其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献 的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律责 任。 一 研究生签名：困难墨! 1 日期：竺兰：2 ：兰 学位论文使用授权声明 苏州大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、清华大学论文 合作部、中国社科院文献信息情报中心有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本 人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保存期内的保密论文 外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分 内容。论文的公布( 包括刊登) 授权苏州大学学位办办理。 研究生签名 导师签名 E l 期：竺兰：艺：乡 - 自期： 2 o - o 富，7 、谲。 中学物理实验教学中学生创新能力培养的研究第一章引言 第一章引言 二十一世纪是信息化的时代，知识经济的浪潮已汹涌而至，科学技术不断发展更 新。我国教育虽已蓬勃发展，相对现代社会而言还比较滞后，特别是信息技术飞速发 展，要求教育能与时俱进，否则，我们所培养出来的人才将不适应二十一世纪的发展 要求。我国人力资源丰富，应将人力资源有效地开发出来。这就要求我国教育要深化 改革，确实有效地推进素质教育，提高学生知识水平的同时培养学生的能力。 国际社会的竞争主要是人才的竞争，而人才的竞争，关键是人才素质的竞争。信 息化的时代要求人们拥有更多的专业知识和技能，具有良好的文化素质和创新能力。 知识经济更加强调知识创新、技术创新。为了跟上时代的要求，中学教育必须重视发 展中的人才一“中学生”的创新能力培养。 1 1 学生创新能力培养的必要性 1 1 1 学生创新能力培养是社会发展进步的要求 人类社会已经进入了知识经济时代，知识经济是建立在知识和信息的生产、分配 和使用之上的经济。创新是知识经济时代的根本特征。只有创新型的人才才能适应现 代社会的需要，才能有力的推动社会的进步。1 9 8 5 年，美国民间科学团体美国 促进科学协会用了4 年时间，完成公布了一份题为为全体美国人的科学：达到科学、 数学和技术脱盲目标的2 0 6 1 计划报告书的文件，美国2 0 6 1 计划认为当时的美 国应从根本上改革教育思想、教学指导，应大力培养每个学生从幼儿园到高中阶段的 思维习惯，指出了培养青少年创造性思维能力的重要性。美国心理学家和教育家泰勒 提出，哪个国家能最大限度地发现、发展、鼓励人民的潜在创造性，哪个国家在世界 就处于十分重要的地位，就可立于不败之地。 江泽民总书记曾在讲话中指出：“创新是一个民族进步的灵魂，是国家兴旺发展 的不竭动力。一个没有创新的民族难以屹立于世界先进民族之林。 对于一个国 家而言，拥有大量的创新型人才资源，就具备了发展知识经济的巨大潜力，在日益激 烈的国际竞争中独占鳌头。就我国的具体国情而言，既要完成发达国家业已实现的现 第一章引言中学物理实验教学中学生创新能力培养的研究 代化，又要面对知识经济的挑战，这就需要我们的教育为社会和国家培养更多有用的 创新型人才，为实现中华民族的伟大复兴提供智力支持和人才资源。 1 1 2 学生创新能力培养是人类自身发展的需要 随着经济的飞速发展，人类正经历着一场“人的革命”，特别是2 0 世纪5 0 年代 以来，人的生存状态己发生了巨大的变化。生存空间日益全球化、复杂化、多元化。 在这一转变过程中，人类科学技术飞速发展，知识超速积累，人们获取知识的方式和 途径正发生迅速的变化。日新月异的电子技术和迅速发展的国际互联网己逐步进入了 人类生活的各个领域。终身学习成为个人发展成长的必要条件。不难看出，走向未来 社会的学生，必须改变传统的获取知识的方式和途径，独立地，创造性地不断更新自 己的知识，在不断地超越和创新中生存和发展。这就要求我们的中学教学必须适应这 一严峻的挑战，培养学生的创新能力，以适应人类自身发展的需要。 1 1 3 学生创新能力培养的是教育发展的自我需要 综观当今世界各国的教育改革，都不约而同地将着眼点放在提高民族的创新能力 和培养创新型人才上。2 0 世纪5 0 年代，美国受前苏联卫星上天的震动，意识到其科 技优势受到了威胁。1 9 8 9 年在“全美科学教育理事会 上发表了美国人应具有的 科学素养的报告，发出了培养高素质创新型人才的宣言，其核心是从科技教育入手， 将科学知识的传授与科学探索及精神融为一体，以提高国民的科学素养和培养学生的 创新能力。2 0 世纪8 0 年代，面对新时代的挑战，日本也酝酿教育改革。1 9 9 6 年日本 第十五届中央教育委员会提出咨询报告( 2 1 世纪日本教育的发展方向，认为：“应 把在轻松愉快中培养学生的生存能力作为根本出发点 ，要求转变教育观念，“尊重每 个孩子独特的个性并使之自由发展，以适应培养创新型人才的国际化趋势。党中央 在面向2 1 世纪教育振兴行动计划中提及跨世纪素质教育工程的重要任务是全面 提高国民素质和民族创新能力，通过对中小学生施以教育和影响，使他们作为一个独 立的个体能够善于发现和认识有意义的新知识、新思想、新事物、新方法，掌握其中 蕴含的基本规律，并具备相应的问题解决能力、为将来成为创新型人才奠定全面的素 质基础。 赫伯特说“明日的文盲不是不能阅读的人，而是没有学会怎样学习的人”，所以 对现代教育来说，学会学习、培养学生的创新能力是教育的基本指向，是灵魂，是知 2 中学物理实验教学中学生创新能力培养的研究 第一章引言 识经济的核心，也是国际教育改革的焦点和核心。因此学习不仅存在于课堂和考试， 而且贯穿于学习者整个人生的持续性行为，渗透到家庭、社区、工作岗位和各个社会 角落。中学阶段青少年的自我意识发展迅速，思维活跃敏捷，是发展个性学习、培养 创新能力的关键时期。中学物理教育工作者应该抓住该时期，充分地引导好学生的创 造性人格力量，训练学生的创新思维，充分挖掘学生的潜能，培养学生的创新能力， 实现人的主动发展、全面发展，促进学生问题解决能力、实践能力的发展，推动社会 的进步和民族的振兴。 1 2 国内研究状况 由于创新对促进经济发展和国力的增强有着决定性的影响。所以国内外的相关研 究较多。主要搜寻了“中国优秀博硕士学位论文全文数据库”，以“创新能力为关 键检索词共有记录5 6 5 条，精确匹配检索共有记录2 7 0 条。其中涉及中学教学约1 0 0 篇，内容涉及高中物理教学和高中物理实验共有1 4 篇。在中国期刊全文数据库 ( 1 9 9 9 - - - 2 0 0 7 ) ，以“创新能力 为篇名检索词，精确匹配检索共有记录5 3 3 8 条，其 中与中学物理实验有关的共6 篇。这些文章主要阐述了创新能力培养的必要性、紧迫 性，结合中学物理实验培养创新能力的可行性。探讨了中学物理实验存在的一些不足， 进而从理论上提出了相关的改进方法和措施。如：“更新教育理念，增强创新意识； 优化实验教学内容，更新实验器材；改进实验教学方法，突出探究思想 。与新课程 物理实验接轨，具体从实验教学操作层面来进行研究，并做出评价的还是很少。 1 3 本文研究内容 本文主要进行了以下的研究 一理论研究：1 创新与创新能力的理论研究：创新能力的界定，创新能力与创 造、创造力、创新思维能力的区分。创新能力的构成：知识因素、创造性思维能力、 个性品质因素和元认知。中学生的创新能力及其特点，中学生的创新思维能力的特点。 中学生的基本创新技法。2 创新能力培养的相关的理论研究：建构主义理论，人本主 义学习理论，创造心理学理论，发现学习理论，学生认知规律理论等。此外还探讨中 学生创新能力和创新思维能力的特点，明确学生创新能力培养的相关内容。 第一章引言 中学物理实验教学中学生创新能力培养的研究 二借鉴国内外培养创新能力的研究，运用现代实验教学原则，针对中学生在物 理学习中各种问题，结合新课程实验要求，提出了自己的培养途径和策略。对学生来 说，扎实掌握书本上的基本知识是培养创新能力的基础。此外，还应掌握科学方法、 创新技法，积极思考如何获得新知识，学会发散思维、聚合思维，提高创新思维能力， 提高自身的学习兴趣与效率，具有自觉的创新意识养成良好的个性品质。能正确面对 困难，科学地分析问题，合理地调整方法，提高元认知的水平。从教师来说，利用培 养策略，结合实验的内容、原理、方法、器材，变换教学方式，创设良好的实验教学 氛围，发挥学生的主体性，强化学习过程的思维训练，以期达到学生思维的流畅性、 变通性、独创性、有效性等优良品质。重视学习的内心体验，关注学生的创新意识， 创新精神等个性品质的培养。 三对新课程必修1 、2 和选修3 系列物理实验的分析研究，结合其中实验对学 生创新能力的培养作了实践研究，并借用首都师范大学物理系2 0 0 1 级张玉峰同学的 硕士论文中创新能力的测试卷进行测试。为了能客观、综合地评价学生创新能力的水 平，本文通过典型实验的教学实例，详实地说明了教师和学生在课堂上的双边活动情 况：教师如何创设物理情境，引导学生发现问题，提出问题，思考讨论问题，提出猜 想假设，设计实验以及验证，最终达成培养目标，说明了各环节中利用了哪些策略、 理论根据和预期效果。这些内容都真实地反映了学生的创新能力水平。 4 中学物理实验教学中培养学生创新能力的研究 第二章创新能力的相关理论 第二章创新能力的相关理论 如今社会科技是第一生产力，以信息技术为主要标志的高新技术发展迅猛，高科 技向现实生产力的转化越来越快，高新技术产业在整个经济中的比重不断增加，社会 知识经济时代已经来临。社会的发展，时代的进步是人类在不断创新中实现的，而创 新能力是创新活动中的决定性因素。那么，什么是创新? 什么是创新能力? 2 1 创新与创新能力的基本概念 2 1 1 创造与创新 创造( c r e a t i v i t y ) 一词依据韦氏大字典的解释，有“赋予存在( t ob r i n gi n t o e x i s t e n c e ) 的意思，具有“无中生有”( m a k eo u to fn o t h i n g ) 或首创( f o rt h e f i r s t t i m e ) 的性质。辞海中的解释“做出前所未有的事情。如创造发明”。 创新是指人在认识、利用、改造自然，认识和改造社会，完善自身的过程中为推 进物质文明和精神文明建设首次产生崭新的精神成果或物质成果的思维与行为1 。 创新不同于创造只注重操作层面如制作、发明，更强调变革人们的思想观念、 思维和行为的方式与习惯；创新不同于发明只采取理论形式、技术或样品形式存在， 而是要使发明进入物质资料生产与社会关系生产领域，通过市场或其他途径，产生新 的效用，在某一方面，某种程度上改变社会生活。创造和创新虽然有所不同但其基本 内涵是一致，都强调“无中生有”。 创新具有相对性、是有层次的，有狭义和广义之分。狭义的创新是高层次的创新， 具有世界新颖性，具有伟大的历史价值，有划时代的意义，甚至可以改变整个社会的 理论和观念，改变科学和技术的面貌：比如爱因斯坦相对论理论的建立，牛顿万有引 力定律发现等等；广义的创新是低层次的创新，相对个人、地区、行业而言是新的， 具有一般的社会价值，能够带来经济效益和其它社会效益，这种创新是普遍的、又是 多种多样。例如学生运用一种新方法，求解一道物理题，对本人而言是新的，也许此 方法别人早已求证过。 第二章创新能力的相关理论中学物理实验教学中学生创新能力培养的研究 2 1 2 创新能力 创新能力就是人们运用已经掌握的知识、经验产生出某种新颖、独特的问题解决 方案，从而有效地解决实际问题的能力2 。创新能力也是一个人素质结构的核心和最 好体现。创新能力并不是少数人才有的超人性的东西，而是人所共有的一种潜能，这 种潜能会随着身心的的发展逐步地显现出来，并朝着高级、特殊的才能方向发展，而 教育的最终目的就是实现人身心的全面、和谐发展3 。 创新能力的水平是分层次的。前已论述“创新”是一个相对概念，有广义和狭义 之分。创新能力也有广义和狭义之分，狭义的创新能力是指对于社会的创新发明的能 力，也就是说人们通过自己的思维活动，能够创新出前所未有的、新颖的、具有突破 性的、有社会意义的新产品的能力：广义的创新能力是指对于个体、小范围内的仿造、 改进和改造的能力。广义的创新能力是狭义的创新能力的基础，狭义的创新能力是广 义创新能力的积累和升华。 2 2 创新能力的构成 创新能力是一种综合能力，由各种因素互相联系、互相制约而有机地组成。由于 个体处于发展阶段以及创新内容不同，因而其结构也不同。有些学者认为，创新能力 的组成创新意识、创新精神、创新思维、创新实践能力；也有些学者将创新能力的构 成分为相关专业领域的技能、创新思维能力、创新技法的运用能力。本文认为创新能 力应由创新思维、知识因素、元认知理论和个性品质构成较为恰当、全面。首先，相 关领域的知识是创新的基础，创新的一个重要前提就是要掌握与创新内容相关的知 识。牛顿曾经说过：“如果说我比一些人看得远一些，那是因为我站在巨人们肩上的 缘故，这充分说明知识在创新中的作用；其次，与 创新能力直接发生关系，并一定成正相关的是创新 思维，而不是智力；第三，创新道路往往是曲折的， 不可能一帆风顺，个性品质因素发挥的巨大作用也 不容忽视；此外，在创新过程中，常无定法，一般 没有现成的、固定的模式，创新活动顺利进行，离 6 晰勤辱 中学物理实验教学中培养学生创新能力的研究 第二章创新能力的相关理论 不开元认知的调节和监控。在这四个因素中，知识因素是创新能力基础，创新思维是 创新能力的核心内容，个性品质为保证，元认知是监控。当然，这四个因素构成一个 人的创新能力，并不是一种简单组合，而是构成一个有机的整体，协同作用共同完成 创新活动。创新能力结构示意图2 1 为： 2 2 1 知识是创新的基础 知识是人类生活和实践经验的总结，是人们吸取新知识、解决问题的基础。世界 上任何发明创造都开始于知识原型启发，都建立在相应的一定知识经验之上。宽厚的 基础知识是创新的源泉，一个人头脑里知识越多，思维的空间和自由度也越大，所蕴 含的主动性和创造性的机会也越多，构想成创新思维的成果的可能性也越大，创新能 力就越高4 。创新实际上就是知识在较深层上的重新组合，没有知识或知识贫乏，人 的正确观点就难以形成，创造发明也就无从谈起。一个没有丰富的物理学、化学基础 知识的人，根本不可能成为一流的物理学、化学方面的创造发明家。因此，知识是创 新的基础，知识越丰富，产生新设想、新观念的可能性就越大，创新能力就越高。另 一方面，创新能力是一种特殊的能力，它能够把己知的信息包括有联系的知识和经验， 甚至无联系的知识和经验，通过加工、改造或联想，组成适应于某种要求或用途新组 合，引出正确的结论，创造出新的知识5 。 当然，有了一定的知识并不等于有了创新能力，单纯的知识积累也不等于创新能 力的提高。要最大限度地发挥知识对创新能力的基础作用，必须使学生形成一个合理 的知识结构。掌握知识与发展能力是辩证统一的，前者是后者的基础，创新能力的形 成、发展有赖于深厚的知识底蕴为基础，6 知识转化为创新能力主要途经如下图2 2 ： 图中最上面的一条线，表明 知识可以直接转化为能力，这是 由知识本身所具有的能力价值决 定的，这条转化渠道是自发形成 的，其转化效率较低，因此能力 的培养不能依赖这条渠道。 图中“结构 表示知识结构， 厂 厂、- 知 能 识7 幽。M 了 力 一网阶 7 图2 2 知识转化为能力的途径 第二章创新能力的相关理论中学物理实验教学中学生创新能力培养的研究 结构把相互分立的知识组成一个系统，这样知识就有了明确的关系，使知识变得有序， 这样知识就容易识记和再现，也容易向应用知识和学习新知识的新情境中迁移，达到 知识的变通，学生可以随时利用有序的知识去进行应用和新知识的学习，并且导致学 生形成有一定认识的活动和相应的知识，由结构联系起来的比较稳定的心理特征即形 成能力。 图中“方法表示全部的科学方法，如哲学方法、一切思维方法、制定问题策略 方法、解决问题策略方法等。“技能”则是指发现和解决问题所应具备的技术、技巧、 手段等。与知识一结构一能力一样，知识也可以通过方法、技能使认识活动变得有序， 在有序的基础上通过应用达到迁移和变通，形成有序迁移、变通迁移，从而使能力得 到发展。 可见，知识是通过结构、方法、技能使活动变得有序，并达到迁移和变通，最终 实现知识向能力的转化的。 2 2 2 创新思维的概念及分类 人们要认识客观事物的本质，在感知的水平上是不能实现的，必须在感性认识的 基础上，上升到理性认识，通过思维活动才能达到对事物内部规律性的联系及其本质 的认识。 思维是在人的实践活动中，在感性认识，特别是表象的基础上，借助于词、语言 的工具，以知识为中介而实现的1 。实践是思维的基础，表象是对客观世界的直接感 知过渡到逻辑思维的一个中间环节，语言是思维活动的工具。思维过程，主要是分析 和综合的过程及其派生的抽象、概括、比较、分类、具体化和系统化，思维是认识过 程的核心成分8 。按思维的创新程度分类，思维可以粗略分为创新思维和非创新思维 两类。 创新思维是在没有现成思维程序和固定的逻辑通道可以遵循的情况所表现出导 致思维内容拓新变化的思维活动，它的实质是一种质的突破。从思维内看，创新思维 就是追求标新立异的过程，它不受原有思想内容的束缚，是对原有思维的超越；从思 维结果看，创新思维常常导致科学技术和人类社会的重大变革；从思维方式看，它是 对平面的、线性的、聚合的思维方式的突破，而以立体的、非线性的、发散的思维为 主9 。创新思维相对于非创新思维。非创新思维只是一种机械式的脑力劳动，属于在 8 中学物理实验教学中培养学生创新能力的研究 第二章创新能力的相关理论 原则上已经被解决了的习常性思维课题的范畴，它是一种量的变化。 创新能力是人的能力中最宝贵、最重要、层次最高的一种能力，而创新思维能力 是创新能力的核心。正如爱因斯坦所说：“人是靠大脑解决切问题的 。人头脑中的 创新思维活动是人的创新实践活动的“骨髓”、“基石”，没有思维的创新，就没有实 践的创新。 2 2 3 个性品质对创新能力的影响 个性是具有一定倾向性的各种心理品质的总和，它包括两大部分，即个性倾向性 和个性心理特征。这两大部分有机结合起来，使个性成为一个整体结构，个性倾向性 是人进行活动的基本动力，这是个性中最积极、最活跃的因素。它决定着人对现实的 态度，决定着人对认识或活动对象的趋向和选择，具体包括需要、动机、兴趣、理想、 信念和世界观等。个性心理特征是个性结构中比较稳定的、典型的心理特征，具体包 括气质、性格和能力等。一切创新活动都是有个性的创新者的活动，人的个性与创新 有着密不可分的关系1 0 。 创新活动是顽强的、精细的劳动，它要求人们智力和体力的高度紧张。这是因 为创新活动走的是前人未走过的路，必然会遇到意想不到的重重困难。只有不畏艰险， 顽强战斗、奋力拼搏，才能克服困难，达到目的。在创新活动中，属于意志因素的目 的和方向性表现得特别强烈和鲜明。这时，人的精神处在高度兴奋紧张状态，意志因 素起着非常重要的作用。英国科学家道尔顿就是坚持了5 7 年，作了2 万余次的观察，一 才从气体的压力、体积、扩散等引出了原子学说。创新活动的成果必须是新颖独特的。 创新成果的独特性需要创新者的勇气和魄力，同时也反映了创新者的个性独特性，表 现了创新者独特的气质、性格、兴趣、志向等个性特征。虽然创新中有继承，但更多 的是在否定中发展。敢不敢怀疑他人成果，敢不敢突破条条框框，敢不敢向权威挑战， 直接影响着创新成果的孕育和产生。达尔文有勇气和魄力怀疑圣经，最终导致划 时代巨著物种起源的诞生。卢瑟福敢于怀疑其老师汤姆逊的原子“枣糕模型， 通过著名的粒子散射实验，提出了“行星模型 ，有力地推动原子物理的发展。 2 2 4 元认知 根据美国心理学家费莱维尔( J F l a v e l l ) 的观点，元认知就是指主体对自身认知 活动的认知，其中包括对当前正在发生的认知过程和自我的认知能力以及两者相互作 9 第二章创新能力的相关理论中学物理实验教学中学生创新能力培养的研究 用的认知1 1 。元认知是人们对自身心理状态、能力、任务目标、认知策略等多方面因 素的认知；它是以认知过程和认知结果为对象，以对认知活动的调节和监控为外在表 现的认知，所有的认知活动都有元认知的参与。元认知由三个部分组成： 元认知知识，即了解自己的认知活动的过程、结果以及与之有关的知识。 对加工的认知和体验，指伴随着认知活动而产生的认知体验或情感体验，它包 括已知的体验，也包括未知的体验，如了解心理操作受下列因素的影响：任务的难度、 项目的特性、个体使用的认知策略等。 运用自我调节机制控制加工的能力，元认知起着计划、调节和评价认知过程、 选择有效的认知策略、控制和执行认知活动等作用。 元认知过程就是对认知活动的自我意识和自我调节，它表现在主体根据活动的要 求，选择适宜的解决问题的策略、监控认知活动的进程，不断取得和分析反馈信息， 及时地调节自己的认知过程，坚持或更换解决问题的方法和手段1 2 。在这里，主体主 动地进行自我反馈是非常重要的，它使主体及时发现认知活动进行过程中存在的问 题，并作出相应调节，从而减少了认知活动的盲目性、冲动性，提高了认知活动的效 率与成功的可能性。创新活动的顺利进行，离不开元认知的调节和监控，大量科学发 明、理论创新的事实都表明，创新成果的产生通常是由于采纳和使用某些思维方式直 接导致，而采纳和使用这些思维方式显然都是创新主体元认知监控的结果1 3 。 2 3 中学生的创新能力 2 3 1 中学生的创新能力 根据对创新能力的理解，结合中学生的年龄特征，我们可以把中学生的创新能力 概括为：中学生在各种类型的创新活动中，凭借个性品质的支持，利用已有的知识和 经验，新颖独特地解决问题，生发出有价值的新思想、新方法和新成果的能力1 4 。中 学生的创新能力应是针对于其自身而言，能产生个体认识意义上新颖独到的成果的能 力，其中包括了独立获取知识的能力，搜集和处理信息的能力，发现、分析和解决问 题的能力。 中学生的创新有三个显著的特点：第一，相对新颖性。对于学生来说，问题是新 颖的，问题的整个解决过程应该是新颖的，是以前没有遇到的，这种创新是个体发展 l O 中学物理实验教学中培养学生创新能力的研究第二章创新能力的相关理论 中的第一次“创造 ，具有个体认识意识上的创新价值。第二，相对独立性。问题是 经过自己的思考、分析后得以解决的，是自己的见解，而不是其他人己经采用的方法 的简单重复。相对独立性还应当包含另外一层含义，即学生可以通过互相讨论交流来 解决问题，建构自己的认知。第三，学生学习中所表现出来的个体差异性。中学生的 创新不再带有虚幻的色彩，而带有更多的主动性、现实性和成熟性。就高中物理学习 而言，学生的创新主要是指学生对人类已有物理知识创造性地发现、概括和运用活动， 既表现为思考物理问题时方法的灵活性和多样性，也表现为解决物理问题时善于提出 问题，做出猜测和假设，并加以证明。这种创新以丰富的旧知识为基础，以创新思维 能力为核心，以自觉的创新意识为先导，以其良好的创新个性为保证。学生的创新能 力则具体体现为能独立地、创造性地运用已有知识去灵活解决物理问题，独立地发现 和论证物理规律，获得新颖的结果( 包括结论、方案等) ，以及建立物理模型解决实际 问题，收集和处理信息的能力等。这种创新能力的大小直接影响学生物理学习活动的 效果与效率，也直接决定了学生终身学习的潜能的发挥水平。从发展的眼光看，物理 家的创新能力，也正是从他在物理学习中的“重新发现”和“解决物理”问题活动中 逐步形成和发展起来的。在这种认识下，我们有理由认为创新能力是人人皆有的一种 潜能，是个体在学习活动中逐步形成和发展的稳定的个性心理特征。因此，在适宜的 创新氛围和条件下，可以促使学生的创新能力有较好的提高和发展。学生的创新能力 是可以培养的。 。一一 一 一 2 3 2 中学生的创新思维能力 创新思维能力是创新能力的核心，我国心理学家早在8 0 年代初对初、高中学生 的创( 新) 造性思维能力进行了测验研究，成绩如下表2 11 5 。 褒2 i初、高中学生剑谴性思维能力发展绕计 初中生中学生 年级蠼缴标准差均数标准差 一年级 l 饱也l l O1 4 罅级l 循 量I1 1 5l O 犀级 I I I31 1 7l O 第二章创新能力的相关理论中学物理实验教学中学生创新能力培养的研究 ( 1 ) 随年级升一高而增强。从这项研究可发现，中学生创造性思维能力随年级的 升高而增强。同时也表明了创造性思维能力的发展与教育的作用具有密切的关系，受 教育程度越高，对知识的掌握越牢，认知结构越完整，在学习中遇到的新问题就会越 多，学生思考、解决的方法也越多，这些都促进了思维能力的发展。 ( 2 ) 创造性思维的核心发散思维( d i v e r g e n tt h i n k i n g ) 的三个特性具有不同的 发展速度。发散思维是根据已有信息，从不同角度不同方向思考，从多方面寻求多样 性答案的一种展开性思维方式。研究表明，它的流畅性、变通性和独创性三个特征的 发展速度依次减慢，但在多次训练、良好培养的基础上，学生常有不同凡响的解决问 题的方式方法，表现了思维的独创性。发散思维能力的评价指标一般从以下四个方面 来评判：找出对同一问题的不同解法；用简洁的、非常规的方法解决问题；全 面讨论问题的各种可能结果；提出探索性的问题或性的见解( 不论对和错) 。 ( 3 ) 创造性思维能力的发展具有明显的个别差异。我们知道，由于先天禀赋、后 天环境、教育的不同，造成了人与人之间的个体差别，这主要表现在学生的智力和个 性品质两个方面而这两个方面直接影响着学生创造者思维能力的发展。这些都给中 学生的创造性思维能力提供了培养空间。 2 4 中学生的创新技法 创新技法是指从各种仓J 造性思维方法中演变过来的、具有操作性的具体创造方 法。这种技法具有普遍性与实用性，能帮助学生克服思维定势，提高创新的效率。目 前，在科学技术创新中流行的技法多达3 0 0 余种，在学校教育中试行的创新技法有1 ： ( 1 ) 原点回归法，它是通过把创造的起点回归到创新原点，克服思维定势，进行 发散思维，从而新颖地解决问题的方法。创造原点是指某一种发明的最初目的。回归 原点创造方法旨在鼓励人们要善于回归，还原到研究对象的本质上。回归原点创造方 法最重要的是要抓住关键词。即在设想创造一个产品时，先提出代表这一产品本质的 关键词，如：中学物理实验中磁电式电表的表头，可以指示电流大小，同时也可以指 示电压，但量程都比较小。利用串联电阻的分压原理，将表头和大电阻串联起来( 等 效为增大表头内阻) ，改装成大量程的伏特表。利用并联电路分流的特性，将表头与 小电阻并联( 等效为减小表头内阻) ，可以改装成大量程的电流表。结合闭合电路欧 1 2 中学物理实验教学中培养学生创新能力的研究第二章创新能力的相关理论 姆定路，可以通过表头电流的大小来指示连入电路的电阻阻值，改装成欧姆表来测量 电阻。 ( 2 ) 集思广益法，它是通过个体围绕某一个创造主题，在集体中无拘无束地交流， 从而相互激励、启发灵感，获得大量创新设想的方法。这种技法要求个体自由畅想， 教育者不能批评和禁止学生，而要创设轻松和谐的气氛；在思维上先发散，后集中； 在设计方案上，先数量，后质量；集体人员的构成要合理造的任务要明确。如在进行 学生实验时，根据实验目的和原理，让学生进行实验方案的讨论、设计，创造出具有 各自特色的实验计划和方案。学生的讨论，调动了每位学生的积极性，在思考中培养 学生的发散性思维能力，同时在讨论中的困难磨炼了学生的意志，加强学生的自强调 控能力。 ( 3 ) 检核表法，它是利用一张人为制定的分类提问表，从各个不同的角度来启迪 思路，进行创造的方法。如物理实验中测量运动物体的速度，对于运动的位移、时间 设计表格来提问。定位移测时间：百米跑( 秒表) ，自由落体运动( 光电计时器) ，光 速( 旋转棱镜法) ；定时间测位移：打点计时器( 刻度尺测量点迹间距离) ，平抛运动 ( 高度决定运动时间，测水平位移) 。 ( 4 ) 列举法，它是运用发散性思维来罗列事物特征，进行发明的方法。包括希望 列举法、缺点列举法、特性列举法和综合列举法等等。如测量导体的电阻使用伏安法。 由于电表不是理想电表，导致测量的电流或电压存在误差，该如何修正? 首先可以根 据被测电阻的阻值选择电流表的合理的接法。其次，根据电流表内( 外) 接，由电表 内阻进行修正。如何改进? 利用精确度更高的实验方法如：电桥法、电表的半偏法。 ( 5 ) 演变法，它是对己有的创造成果进行衍生创新的方法。其基本方式有形体演 变法、组合演变法、移植演变法和杂交演变法等等。如单摆的等时性，可以制作成摆 钟，演变利用“石英晶体”振荡的等时性，制成体积小，方便实用的石英钟、电子表。 ( 6 ) 排列组合法，它是把与创造有关的思考维度进行排列组合而获得新奇发现的 方法。如电流表、电压表、欧姆表都要用到磁电式的表头，通过组合共用同一表头变 成具有多种测量功能的多用表。 科学合理地利用创新技法，紧密结合物理实验的教学活动，可以有效地训练学生 创新思维能力，提高思维品质，促进学生创新能力的提高。 1 3 第三章中学物理实验教学的相关理论中学物理实验教学中学生创新能力培养的研究 第三章中学物理实验教学的相关理论 物理学是一门实验科学。在物理学中，每个概念的建立、每个定律的发现，都有 其坚实的实验基础。物理实验及其教学是物理教学的一个重要的组成部分。它既是物 理教学的重要基础，又是物理教学的重要内容、方法和手段。因此物理实验在物理教 学中起着重要的作用。 3 1 中学物理实验的作用1 6 一激发学生的兴趣和培养学生的求知欲。 实验可以有效的激发学生学习物理的兴趣，这主要有两个原因。1 实验具有真 实、直观、形象和生动的特点，易于激起学生兴趣对于中学生( 特别是初中学生) ， 物理实验有很强的吸引力，极易唤起他们的直接兴趣。2 实验是一种有目的性的操 作行为学生观察实验，自然也会产生自己动动手的欲望。设法让学生多动手做实验 ( 边学边实验、分组实验、课外实验) ，不仅可以满足学生操作的愿望，更重要的是 可以让学生不断体会和尝到“发现”和“克服困难解决问题获得成功 后的喜悦，从 而提高兴趣、增强信心、增强学习的欲望，进而转化为一种热爱科学的素质和志向。 “热爱是最好的老师。”只有有了学习的兴趣，才谈得上学习的积极性、主动性和创 造性。 二创设学生有效掌握知识的学习环境 许多物理概念和规律都是从大量的具体事例中抽象出来的。在教学中，学生通过 对物理现象、过程获得必要的感性认识，是形成概念、掌握规律的基础。这种感性认 识可以来源于学生的生活，也可以来源于实验提供的物理事实。从生活中得到的感性 材料通常来自复杂的运动形态，本质的、非本质的因素通常交融在一起，仅仅通过这 种途径来使学生建立概念、认识规律有时会遇到很大的困难。而实验则可以提供精心 选择的、经过简化和纯化了的感性材料，它能使学生对物理事实获得明确、具体的认 识。与生活实例相比，实验有下面一些特点。 1 实验具有典型性。实验能创造一个确实的、排除了干扰的环境，它对产生各 1 4 中学物理实验教学中学生创新能力培养的研究第三章中学物理实验教学的相关理论 种现象的条件进行了严格、精密的控制，排除了次要因素的影响，突出了现象的本质 和规律。， 2 实验具有重复性。实验能