物理教学如何激发学生创新潜能

文 / 钱永昌 责编 / 屠桂芳 2019-11-22 点击 353

物理教学如何激发学生创新潜能
钱永昌
 
钱永昌在课堂上与学生一起探究“怪坡”。资料图片

    时下中学物理课堂存在着机械灌输、题海战术等不良倾向,很多教师的课堂教学缺乏生活气息,学生自主活动很少,致使学生不会活学活用,最终培养出的学生不会反思,不懂质疑,更无从谈创新。为克服这些不良倾向,我在物理教学中开展项目化学习,让学生围绕项目活动,解决真实问题,在应用物理知识和解决问题中建构物理核心概念,提升学科核心素养。

    以项目化学习为切入点,培养学生创新精神

    在“合理利用机械能”相关教学中,我设置了3个项目制作活动: 自制蹦床、乐高投石机、不用电的小车,让学生分组合作完成并开展投掷比赛和小车赛跑活动,从而检测作品的质量和效果。在作品制作过程中,学生要应用问题解决、实验、测试、系统分析等高阶认知策略,方能达到项目要求。学生还可以在项目展示和反思中通过对比、分析等感悟到动能、势能的因素以及它们之间相互转化的规律。

    项目化学习使教师的关注点从“怎样教”转变为引导学生“如何学”上,教师主要精力从知识的讲解转到项目学习的设计上,利用高阶学习带动低阶学习,让学生对学习的意义和价值有更深的认识。在项目化学习中,学生从一开始就很清楚所学的知识是用来做什么的,具体的知识和技能都被问题结构化、组织化在其中。这种组织知识的方式会对学生的学习动力产生极大的影响。在项目化学习过程中学生的学习更加积极主动。项目化学习奠定了学生心智自由的基础。

    中学物理课堂中有很多“小制作”,如土电话、小孔成像仪、不倒翁、浮沉子、电动机等,都蕴藏丰富的物理核心知识,可以作为项目化学习的设计素材,学生在制作和改进过程中可以将学习素养转化为持续的创新实践。

    开展创新实践还要依托各种展示平台,让学生有机会充分展示,自主发展。学校一年一度的科技节是学生“脑力竞技运动会”,为孩子们提供展示科技才华的平台。我还鼓励学生参加全国青少年科技创新大赛、全国发明展、“明天小小科学家”等各种各样的科技创新竞技活动。让学生通过展示交流,得到评委的鼓励和帮助,发现自己的差距和不足,锻炼自己的综合素质。

    教师身体力行,引导学生创新兴趣

    在物理学习中,只有教师成为身体力行的创新示范者,学生创新的火苗才会被点燃。在教学中,我经常会遇到实验器材操作不方便、实验演示效果不理想、实验器材缺乏等问题。针对这些问题我自己动手对实验器材进行改进,不仅取得了良好的课堂教学效果,还让师生的创新成为学校的风尚,现在学校累计申请获批专利76项,并在国内外青少年科技创新大赛、发明比赛上频频获奖。

    例如,在教学中我发现,原有的反射式色光混合演示器很难准确调整三原色的比例,混合后的颜色经常会变为灰色。而另外一种透射式色光混合演示器,可使三色光直接照到光屏上进行混合,但又存在不能连续调节并混合出特定颜色且耗能大、结构复杂等问题。这些缺憾激发了我改进实验设施的欲望。我和学生找来红、绿、蓝三色“食人鱼”LED灯作为光源,将它们排列成“品”字形,并设计分压式光源驱动电路,调节电阻时,色光的强弱会变化,混合光的颜色也会随之发生变化。三色光通过各自光栏发出的光束在空间的分布是呈圆锥形的,调节内筒的光屏到光源的距离使其从近到远逐渐改变时,单色圆形光斑的半径会逐渐变大并部分重叠,交集处会从双色混合直到三色混合,可以很容易地获得包括白色在内的任何色光。学生和我一起设计改造这个实验器材时兴致非常高,该项目还申请了实用型专利。

    激发学生自主创新的兴趣无法一蹴而就,需要多种办法跟进。除了教师引领示范外,我还改进了评价机制,采用教师示范、学生跟进的策略推进“创新实验”。实践中我不仅打破了课内课外的界限,还整合了校内校外的资源。学生可利用课外时间开展创新作品研究与制作,在课内展示交流;在物理课上学习基本原理和方法,到广阔的社会大舞台寻找实践与应用的天地;在实验室开展探究,设计各种简易电动机,感悟磁场对电流的作用以及物理的神奇,到运动场上开发可调节训练难度的引体向上装置,到科研院所中开展风洞实验。

    学生们刚开始研究时,如蹒跚学步的婴孩,会出现各种问题:创新作品较为粗糙,研究报告的格式不够规范,文字表述不够严谨,实验设计存在瑕疵,推理过程前后矛盾,等等。这时教师不要一味指责和批评学生。教师应找到学生作品的闪光点加以鼓励和表扬,让他们发现自己研究的价值,保持继续研究的热情。在表扬之余当然也要委婉地指出他们的不足,不过提建议时口气要尽量和蔼,不要泼冷水而要点燃他们的创新激情。其实学生们的创新兴趣恰似襁褓中的婴儿,需要教师精心呵护与包容。

    当然比赛获奖不是开展创新活动的唯一目的。我希望学生们通过研究,找到发现的乐趣,感受攻克科学难题带来的成就感,使他们把研究当作求得知识的一种手段,当作探索未知世界和满足好奇心的一种方法。因此研究过程和比赛过程中,摒弃功利,保持自然的参赛心态十分重要。我的学生在丘成桐中学生物理竞赛的前一天晚上还赶到中科院去聆听诺贝尔物理学奖获得者大卫·格罗斯的高端讲座,并在会上主动提问交流。这是一种境界,更是优秀学生的特质。

    “养志”,为学生创新注入持续动力

    伟大的创新需要经历无数次失败和挫折,需要坚定的理想信念支撑。因此,培养学生创新素养,首先要“养志”,通过课堂内外的活动,让学生树立科学志向,再引导学生开阔视野、亲身体验;其次,要因材施教,我们为普通学生开展科普活动、宣传竞赛知识,对天资较高、对科学有浓厚兴趣的学生予以重点培养。

    要培养国家栋梁式创新型人才,一定离不开科学报国的宏伟志向。学生前来参加创新活动,首先我向他们提的问题是:你为什么要参加创新活动?这个问题看似简单,其实动机决定行动,没有远大的目标,创新很难有可持续性的动力。选择参与创新活动,虽然长远来看,对学生的核心素养发展十分有利,可是短期来看也会遇到这样或那样的挫折,有时还会经历很多次的失败,功利心太重的学生,往往浅尝辄止,无法坚持。如获得全国青少年科技创新大赛一等奖、科协主席奖、“明天小小科学家”一等奖、英特尔国际科学与工程大奖赛30米望远镜专项奖二等奖的陈姚佳就是通过青少年科技创新大赛逐渐成长起来的创新达人。她在厦门外国语学校先后参加了三次青少年科技创新大赛。第一次参赛,作品“多功能便携式充电与照明装置”顺利通过层层选拔,获得了全国青少年创新大赛二等奖,但第二年“人体接通电话实验探究”却止步于福建省三等奖,连参加全国赛的资格都没有。到了高二,她又满腔热情地投入了“激光束照射镜面圆柱的研究及应用”研究。其实,经历挫折对学生来说并非坏事,像陈姚佳一样,只要认真总结经验教训,就会获得更大的成功。最后一次,她研究得更加深入,用了近一年时间,研制出一种可准确控制离心率的光学圆锥曲线演示仪。更可贵的是,她没有止步于此,开始逆向思考,最终发明出一种可以在线快速定量检测圆柱表面粗糙度的仪器,并申报了多项国家发明专利。

    有科学志向的学生才会有不竭的动力。我指导的获得首届丘成桐中学生物理竞赛金奖的学生陈锴杰的理想是当一名像爱因斯坦一样的物理学家。他现在是美国杜克大学的学生,研究领域为人工智能。另一名学生赖文昕也是一名有理想和抱负的学生,他现在北京大学物理系就读。初中阶段他就开始通过网络自学麻省理工学院教授的课程。有了远大的理想,孩子们就不会因为一些小挫折而抱怨或萎靡不振,而能坚持广泛地涉猎科学知识,不断提升自己的科学素养,他们的潜能也能逐渐被挖掘出来,进而实现主动发展,从“小制作”走向“大发明”。


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