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        • 物理教學如何激發學生創新潛能

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        時下中學物理課堂存在著機械灌輸、題海戰術等不良傾向,很多教師的課堂教學缺乏生活氣息,學生自主活動很少,致使學生不會活學活用,最終培養出的學生不會反思,不懂質疑,更無從談創新。為克服這些不良傾向,我在物理教學中開展項目化學習,讓學生圍繞項目活動,解決真實問題,在應用物理知識和解決問題中建構物理核心概念,提升學科核心素養。

        以項目化學習為切入點,培養學生創新精神

        在“合理利用機械能”相關教學中,我設置了3個項目制作活動: 自制蹦床、樂高投石機、不用電的小車,讓學生分組合作完成并開展投擲比賽和小車賽跑活動,從而檢測作品的質量和效果。在作品制作過程中,學生要應用問題解決、實驗、測試、系統分析等高階認知策略,方能達到項目要求。學生還可以在項目展示和反思中通過對比、分析等感悟到動能、勢能的因素以及它們之間相互轉化的規律。

        項目化學習使教師的關注點從“怎樣教”轉變為引導學生“如何學”上,教師主要精力從知識的講解轉到項目學習的設計上,利用高階學習帶動低階學習,讓學生對學習的意義和價值有更深的認識。在項目化學習中,學生從一開始就很清楚所學的知識是用來做什么的,具體的知識和技能都被問題結構化、組織化在其中。這種組織知識的方式會對學生的學習動力產生極大的影響。在項目化學習過程中學生的學習更加積極主動。項目化學習奠定了學生心智自由的基礎。

        中學物理課堂中有很多“小制作”,如土電話、小孔成像儀、不倒翁、浮沉子、電動機等,都蘊藏豐富的物理核心知識,可以作為項目化學習的設計素材,學生在制作和改進過程中可以將學習素養轉化為持續的創新實踐。

        開展創新實踐還要依托各種展示平臺,讓學生有機會充分展示,自主發展。學校一年一度的科技節是學生“腦力競技運動會”,為孩子們提供展示科技才華的平臺。我還鼓勵學生參加全國青少年科技創新大賽、全國發明展、“明天小小科學家”等各種各樣的科技創新競技活動。讓學生通過展示交流,得到評委的鼓勵和幫助,發現自己的差距和不足,鍛煉自己的綜合素質。

        教師身體力行,引導學生創新興趣

        在物理學習中,只有教師成為身體力行的創新示范者,學生創新的火苗才會被點燃。在教學中,我經常會遇到實驗器材操作不方便、實驗演示效果不理想、實驗器材缺乏等問題。針對這些問題我自己動手對實驗器材進行改進,不僅取得了良好的課堂教學效果,還讓師生的創新成為學校的風尚,現在學校累計申請獲批專利76項,并在國內外青少年科技創新大賽、發明比賽上頻頻獲獎。

        例如,在教學中我發現,原有的反射式色光混合演示器很難準確調整三原色的比例,混合后的顏色經常會變為灰色。而另外一種透射式色光混合演示器,可使三色光直接照到光屏上進行混合,但又存在不能連續調節并混合出特定顏色且耗能大、結構復雜等問題。這些缺憾激發了我改進實驗設施的欲望。我和學生找來紅、綠、藍三色“食人魚”LED燈作為光源,將它們排列成“品”字形,并設計分壓式光源驅動電路,調節電阻時,色光的強弱會變化,混合光的顏色也會隨之發生變化。三色光通過各自光欄發出的光束在空間的分布是呈圓錐形的,調節內筒的光屏到光源的距離使其從近到遠逐漸改變時,單色圓形光斑的半徑會逐漸變大并部分重疊,交集處會從雙色混合直到三色混合,可以很容易地獲得包括白色在內的任何色光。學生和我一起設計改造這個實驗器材時興致非常高,該項目還申請了實用型專利。

        激發學生自主創新的興趣無法一蹴而就,需要多種辦法跟進。除了教師引領示范外,我還改進了評價機制,采用教師示范、學生跟進的策略推進“創新實驗”。實踐中我不僅打破了課內課外的界限,還整合了校內校外的資源。學生可利用課外時間開展創新作品研究與制作,在課內展示交流;在物理課上學習基本原理和方法,到廣闊的社會大舞臺尋找實踐與應用的天地;在實驗室開展探究,設計各種簡易電動機,感悟磁場對電流的作用以及物理的神奇,到運動場上開發可調節訓練難度的引體向上裝置,到科研院所中開展風洞實驗。

        學生們剛開始研究時,如蹣跚學步的嬰孩,會出現各種問題:創新作品較為粗糙,研究報告的格式不夠規范,文字表述不夠嚴謹,實驗設計存在瑕疵,推理過程前后矛盾,等等。這時教師不要一味指責和批評學生。教師應找到學生作品的閃光點加以鼓勵和表揚,讓他們發現自己研究的價值,保持繼續研究的熱情。在表揚之余當然也要委婉地指出他們的不足,不過提建議時口氣要盡量和藹,不要潑冷水而要點燃他們的創新激情。其實學生們的創新興趣恰似襁褓中的嬰兒,需要教師精心呵護與包容。

        當然比賽獲獎不是開展創新活動的唯一目的。我希望學生們通過研究,找到發現的樂趣,感受攻克科學難題帶來的成就感,使他們把研究當作求得知識的一種手段,當作探索未知世界和滿足好奇心的一種方法。因此研究過程和比賽過程中,摒棄功利,保持自然的參賽心態十分重要。我的學生在丘成桐中學生物理競賽的前一天晚上還趕到中科院去聆聽諾貝爾物理學獎獲得者大衛·格羅斯的高端講座,并在會上主動提問交流。這是一種境界,更是優秀學生的特質。

        “養志”,為學生創新注入持續動力

        偉大的創新需要經歷無數次失敗和挫折,需要堅定的理想信念支撐。因此,培養學生創新素養,首先要“養志”,通過課堂內外的活動,讓學生樹立科學志向,再引導學生開闊視野、親身體驗;其次,要因材施教,我們為普通學生開展科普活動、宣傳競賽知識,對天資較高、對科學有濃厚興趣的學生予以重點培養。

        要培養國家棟梁式創新型人才,一定離不開科學報國的宏偉志向。學生前來參加創新活動,首先我向他們提的問題是:你為什么要參加創新活動?這個問題看似簡單,其實動機決定行動,沒有遠大的目標,創新很難有可持續性的動力。選擇參與創新活動,雖然長遠來看,對學生的核心素養發展十分有利,可是短期來看也會遇到這樣或那樣的挫折,有時還會經歷很多次的失敗,功利心太重的學生,往往淺嘗輒止,無法堅持。如獲得全國青少年科技創新大賽一等獎、科協主席獎、“明天小小科學家”一等獎、英特爾國際科學與工程大獎賽30米望遠鏡專項獎二等獎的陳姚佳就是通過青少年科技創新大賽逐漸成長起來的創新達人。她在廈門外國語學校先后參加了三次青少年科技創新大賽。第一次參賽,作品“多功能便攜式充電與照明裝置”順利通過層層選拔,獲得了全國青少年創新大賽二等獎,但第二年“人體接通電話實驗探究”卻止步于福建省三等獎,連參加全國賽的資格都沒有。到了高二,她又滿腔熱情地投入了“激光束照射鏡面圓柱的研究及應用”研究。其實,經歷挫折對學生來說并非壞事,像陳姚佳一樣,只要認真總結經驗教訓,就會獲得更大的成功。最后一次,她研究得更加深入,用了近一年時間,研制出一種可準確控制離心率的光學圓錐曲線演示儀。更可貴的是,她沒有止步于此,開始逆向思考,最終發明出一種可以在線快速定量檢測圓柱表面粗糙度的儀器,并申報了多項國家發明專利。

        有科學志向的學生才會有不竭的動力。我指導的獲得首屆丘成桐中學生物理競賽金獎的學生陳鍇杰的理想是當一名像愛因斯坦一樣的物理學家。他現在是美國杜克大學的學生,研究領域為人工智能。另一名學生賴文昕也是一名有理想和抱負的學生,他現在北京大學物理系就讀。初中階段他就開始通過網絡自學麻省理工學院教授的課程。有了遠大的理想,孩子們就不會因為一些小挫折而抱怨或萎靡不振,而能堅持廣泛地涉獵科學知識,不斷提升自己的科學素養,他們的潛能也能逐漸被挖掘出來,進而實現主動發展,從“小制作”走向“大發明”。(作者:錢永昌)

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