怎样培养学生科学探究及创新能力
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发布时间：2022-04-22 23:01
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时间：2023-07-23 00:17
摘 要：培养学生科学探究能力，要把握科学探究程序，把握科学探究方法，探究实验计划的制定要具有开放性和可操作性，要将教学目标与科学探究有机的结合，要将物理方法与实验教学相渗透，在实际的探究实验中，要引导学生主动提出科学问题，要给学生交流与评价的互动空间，要给学生提供展示的机会，并要尽量肯定学生的创新能力，激励学生获取成功的信心，还要把探究实验深入到课外和家庭中去做，这样才能促进基础知识向实际能力转化，才能培养学生的创造性思维。
关键词：科学探究 创新能力 实验教学
引 言：培养学生的科学探究及创新能力，是现代教育的核心内容，物理学科在培养学生科学探究及创新能力方面又走在各学科前列。
所谓科学探究，就是让学生去模拟科学家的工作过程，按照一定的科学思维程序去探索学习的过程，从中学习科学方法，发展科学探究所需要的能力，增进对科学探究的理解，体验探究过程的心理感受。
创新是一个民族的灵魂，随着经济的发展，科技的日新月异，知识在社会生活发展中的含量越来越高，以知识为基础的知识经济越来越受到世人的瞩目，决定个人命运的主要因素也已不再是掌握知识的多少，而在于更新知识、创造知识的能力大小，创新教育是以培养创新精神和能力为基本价值取向的教育，是培养学生学习解决问题的方式方法，而不仅仅是知识的本身。新课标指出，物理学是研究物质结构、物质相互作用和运动规律的自然科学，物理学由实验和理论两部分组成，物理学实验是人类认识世界的一种重要活动，是进行科学研究的基础，应适当增加设计性实验，尝试利用实验手段和已知的规律进行有目的的实验。因此物理实验教学不能只局限于培养学生熟练的操作技能上，而应把教学的根本目的界定为培养具有创新精神、创新意识和创新思维等创新能力的具有开拓发展特点的复合型人才。
一、把握科学探究程序，将教学目标与科学探究有机的结合起来
科学探究的过程是一个创造的过程，而创造力的核心是创造性思维，因此，探究实质是一个思维的过程，这个思维的过程是模拟科学工作者进行科研的思维程序来进行的。这种思维程序也就是学生科学探究的程序步骤。这种思维程序有如下的各个要素组成：
提出问题→猜想与假设→制定计划与设计实验→进行实验与收集证据→分析与论证→评估→交流与合作。
这一思维程序对教师来讲是进行探究教学的一种重要的参考模式，对于学生来讲是他们进行探究学习、创造活动的重要参考步骤，也是学生应该掌握的重要的学习目标。
另外，在探究过程中，为了完成探究的各个要素还离不开一些具体的方法，如控制变量法、等效替代法、归纳法等等。
但是科学探究课题的选择以及活动的范围、层次都要考虑学生的年龄特点，注意循序渐进。课题应该从小到大，活动要从简单到复杂，要求从低到高，要有一个逐步深入的过程。整个探究活动中要体现教师的引导作用。不同阶段的探究实验，有不同的达成目标。如科学探究的几个要素的掌握，在八年级物理中，安排了不同达成目标的探究实验逐一展开。探究能力的培养可以循序渐进。学期过半时，探究物质熔化和凝固后学生的探究能力已初步具备。在八年级（上），最初的几个探究都是非常简单的、定性的，例如第14页“探究：声音怎样从发声的物体传播到远处？”、第21页“探究：响度与什么因素有关？”……这几个探究都是一两步就能解决的。此后的几个探究逐渐复杂，到八年级（上）的最后，关于串并联电路电流、电压关系的探究已经是十分完整的、典型的探究活动了。同时要对初中阶段的探究实验有总体的把握，将三维目标的达成渗透到各个探究实验之中，最后使学生的探究能力实现质的飞跃。
二、把握科学探究方法，将物理方法与实验教学相渗透
探究式学习，是通过探究过程，让学生体会探索真理的方法的一种学习方式。在探究式实验教学中，要学生适时进行物理学研究方法的教育十分必要。比如我在“磁场”一节的教学中，首先举例：电流看不见摸不着，我们怎样知道它的存在？空气也看不见摸不着，我们怎样感知它的存在？学生回答：用电流表测或接入小灯泡即可，而有风时我们知道空气的存在。紧接着我马上指出，这就是物理学中常见的转化法，而我们今天开展的探究磁场这种物质的存在也要用类似的方法。用小磁针的转动来说明磁体周围的特殊物质磁场的存在。然后让学生进行探究，学生探究后我们又顺势引如磁感线来描述磁场，这时又让学生回忆光线的引入用到了什么方法？学生马上回答：建模法。我又问：那我们引入磁感线用到的正是这种方法，这样物理研究的一些方法就顺利地教给了学生。又如我们讲过的等效电路、等效电阻、分力与合力等效等又应该渗透等效法，等效法是常用的科学思维方法。所以在探究式实验教学中，教师应结合具体学习内容，适时对学生进行上述研究方法的教育，让学生在学习知识的同时，掌握一些物理学研究问题的方法，并把这些方法迁移到其他学科的学习中去，提高学生的探究能力，
三、在实际的探究实验中，要引导学生主动提出科学问题
在实际的探究实验中，需要教师创设一定的情景，使学生通过观察、感知、体验后发现问题；或者创设一定的任务，在完成任务过程中，点燃智慧的火花，产生探究问题。
具体的操作步骤：
设置问题情景→分析归纳情境体现的内在规律→引导学生提出问题。
例1 在电路连接方式的探究实验中，在未讲电路时，开始就让学生到实验室，进行分组实验，每组3-4人，分给每组3-4个电键开关，三盏小灯泡及灯座，电池组，若干导线，给学生1个实验要求，就是让三盏灯都亮起来，另外每个小组都要就实验提出1个以上表述正确的问题。学生提出问题后就记在黑板上，比赛哪个组提出的问题多。
例2 在研究摩擦的大小与什么因素有关时，提出问题的过程如下：
设置问题情境1：多组相同压力下摩擦力大小不同的例子。
分析归纳：压力相同情况下摩擦力的大小是不同的。
设置问题情境2：多组接触面相同的情况下摩擦力大小不同的例子。
引导学生提出问题：如何去表示这种现象。
例3 在进行“导体电阻与哪些因素有关”的教学过程中，教师可以这样来设计：
问题情景l：先在课桌上放置两种不同规格的灯泡“220 V 100W”和“220 V 15 W”比较它们在正常工作时的亮暗情况，初步思考造成这一结果的原因?
问题情景2：让学生去观察、比较两个灯丝的外部特点，猜想一下导体电阻的大小与哪些因素有关?
问题情景3：如何设计一个实验证明你的猜想的正确性？实验中需要哪些器材？
问题情景4：想象一下导体的电阻还可能与哪些因素有关?然后在教师引导下进一步研究电阻与温度的关系。
四、探究实验计划的制定要具有开放性和可操作性
探究实验计划的制定过程中，教师不可急于告诉和引导到自己或教材的要求上，以体现人的智能结构的多元性，从而培养学生的探究能力，达成对知识形成多角的、丰富的理解，从而使他们在面对新问题时，能灵活利用处理。让学生制定好计划做好实验准备：包括器材、过程（表格）……在这一过程中一方面要体现科学家进行科学研究的思想和方法，更重要的是使学生做事目的明确，带着问题去研究。学生把设计的方案提出后能得到教师和同学的认可，从而张扬了个性，会充满自信心。设计实验是一个创造过程，是探究中很重要的一个环节，直接影响到探究的结果。我们的做法是，先放手让学生大胆地去设计，小组之间、组与组之间讨论方案的可行性，哪组设计的方案好，对确实设计有困难的教师加以积极地引导。
例1 怎样将电流通过导体产生的热量变为可以观察比较的对象。学生的设计方案令教师惊叹，有的让烧杯里的相同的水吸热不同而升高的温度也不同，有的让烧瓶里的空气受热膨胀而使玻璃管的红水柱上升，有的让灯丝发热升温而发光，有的让火柴梗吸收电热升温达到着火点而燃烧，……在这五彩缤纷的答案背后，我们看到了学生探究能力的提高，学生的发散思维和创造性思维能力得到了又一次的提升。
例2 在讲“光的反射”时，有的组设计的方案看不出入射光线、反射光线传播的路径，只能看到反射光射出的一个点。这时需要教师加以引导，怎样才能将入射光、反射光的传播路径显示出来。
例3 在探究凸透镜成像规律时，有的设计了改变物体到透镜距离的方案，有的设计了改变物距与像距的实验方案，而在物距与像距的改变时，有的有设计了使物体与光屏的距离保持不变，移动透镜来改变物距与像距的大小关系。对这些方案的探究，使他们领悟到了很多知识以外的东西。
五、探究实验要给学生交流与评价的互动空间，给学生提供展示的机会
满足学生体验成功的快乐。得出实验的结论不意味着科学探究的完成。对结果的评估、科学解释、对实验的反思必不可少。创造心理学信息催化理论认为：倘若你有一种思想，我也有一种思想，而我们彼此交流，我们两个人将各占有两个思想，这是扩散性。信息扩散思想交换的结果，不只是各自占有几种思想，还可以通过组合改造已有的思想而产生新的思想，或者在新信息的刺激下，通过联想作用激发一些有价值的观念，这就导致创造。所以我想重点要提示各位同仁，对这个环节千万不能忽视。评估与交流可以是自我反思、小组互评、组内互评、师生互评。
例1 在探究凸透镜规律的实验完成以后，选择固定物与光屏不动的同学，在实验中走了不少的弯路，遇到了不同的困惑，在实验时，有的始终找不到像，在我提示能不能把物与屏的距离加大时，才终于有了发现。交流与评估在这里对他们以及其他的同学来说就显得非常必要。
例2 在完成平面镜成像实验探究后，有学生说：蜡烛点燃后烟雾污染教室、蜡烛熔化后的“油”污染桌面、蜡烛不容易固定等原因，用小手电筒代替蜡烛是比较恰当的。这又是一个多么具有人性化的反思，这位同学能成为国家栋梁又何尝不是百姓之福呢？
例3 在“探究杠杆的平衡条件”时，实验完毕后，*意上台的学生讲述自己的研究过程和得失。由于体验是因人而异的，所以每个同学的发言总是与众不同：有的学生讲了自己研究得到的结果：动力乘以动力臂的积等于阻力乘以阻力臂；有的讲了自己在实验时的失败之处；有的甚至讲到了改用弹簧测力计做实验的体会：测力计的方向一定要与杠杆垂直。
六、探究实验要尽量肯定学生的创新能力，激励学生获取成功的信心
设计实验是一种创造性劳动，对于羽翼未丰的初中生来说是很不容易的。在教学中，教师要及时肯定表扬，使学生品尝到成功的喜悦。要鼓励学生启动发散思维与求异思维，大胆进行实验设计。即使设计中有对有错、有简有繁也没关系，因为这都是学生积极思维之后的结晶，教师要珍惜学生所付出的努力，对学生的不同见解、不同方案，只要能达到实验目的，就应给予鼓励和肯定，以激励学生思考，增强他们思维、能力发展的主动性。
让学生学会设计实验，培养设计实验的能力，仅靠教材上的几个分组实验是不够的。教师要尽量创造条件，让学生多思多练。一是把教材中的一些演示实验变成学生随堂实验，在教师的引导下，由学生自行随堂设计实验、随堂操作。二是鼓励学生对生活中遇到的现象或问题，根据已有知识设计出实验研究方案进行探索，主动探究解决问题。如学习了“大气压强”后，几位学生对“大气压强的大小”认识模糊、产生怀疑，就设计了“用注射器、钩码、刻度尺等来测定大气压强”的实验方案，并进行了实际测量，结果是疑惑顺利得到解决。这样，不仅提高了学生的综合实验能力，也提高了他们分析、解决问题的能力和创新能力。实验设计使学生的个性和协作性得到充分的发挥和展示，学生的创新精神、创新意识、创新思维等素质得到了实质性的具体培养，创新能力也得以不断提高。
七、把探究实验深入到课外和家庭中去做，能促进基础知识向实际能力转化
学生从书本上学习了一些物理规律、原理以后，要使学生更加深刻地理解这些规律、原理，光凭做习题是不行的，同时也因为课堂时间有限，所以我们大力提倡学生探究实验深入到课外和家庭中去做，作为课堂探究实验的有效的一个补充，这是培养学生能力的重要途径。例如学过照相机原理后，组织学生参加课外摄影小组活动，探究照相机的使用方法，这样学生会对照相机的原理有更加深刻地理解。学过凸透镜，凹透镜的光学性质后，组织学生到实验室去探究望远镜的制作，学过照明电路后，组织学生探究简单的照明电路安装，学过弹簧伸长的长度与外力成正比后，可让学生探究测力器的制作，学过杠杆的平衡条件后让学生探究杆秤制作等等，学生会从物理实验的大量探究中，看到物理知识的应用，看到学习物理知识的重要性，就会增强学好物理的信心。
总之，加强探究性实验教学既是探究性学习的重要内容，也是促进学生自主学习的有效途径．教师要提供学生探究学习的条件，去营造一个有利于探究的教学环境。教学中要建立民主平等的师生关系，生生关系，创造民主和谐教学气氛．鼓励学生发表不同见解，鼓励学生大胆猜想、质疑问难，敢于并热衷于发表见解，积极参与教学中提出的问题讨论与争论，进行广泛的交流，从而使探究顺利进行。另外，教师要提高自身素质以适应探究性学习要求
要搞好探究性学习，要求教师深入理解探究学习的本质，并掌握一些教学策略和技巧．如怎样设置问题情景，怎样提问，怎样收集整合信息及解决问题的方法探讨等．因此，教师必须全方面更新教育观念，提高自身素质。
作者简介：申涛，出生于1971年11有2日，1995年毕业于襄阳师专高等专科学校。中学一级物理教师，现任襄樊市第二十八中学校（党）办主任、电教主任、八年级主任，连续多年任毕业班物理备课组长，对物理探究式教学颇有研究，并有多篇论文在各类教育杂志上发表。
参考文献：1、刘学军的《加强物理实验教学 培养学生探究能力》
2、李明的《让快乐走进物理课堂》
3、2008年的《中学生物理》第四期
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时间：2023-07-23 00:18
多看看十万个为什么。
