黃國龍

一、基于創(chuàng)新素養(yǎng)培育物理課程建設(shè)的提出

為了貫徹國家關(guān)于創(chuàng)新人才培養(yǎng)的有關(guān)精神，近年來基礎(chǔ)教育界積極開展創(chuàng)新人才培養(yǎng)的研究與實踐. 然而，我們通過文獻綜述和相關(guān)實地考察，結(jié)合我校創(chuàng)新教育實踐，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)行高中物理創(chuàng)新教育研究與實踐中存在一些問題，比如較多地注重認知領(lǐng)域研究與實踐，而缺乏非認知領(lǐng)域的研究與實踐，這些研究與實踐對于培養(yǎng)具有較為全面創(chuàng)新素養(yǎng)的創(chuàng)新人才是遠遠不夠的；較注重理論領(lǐng)域的研究與實踐，而缺乏實踐領(lǐng)域的研究與實踐，不利于培養(yǎng)社會需要的多樣化創(chuàng)新人才；物理創(chuàng)新教育研究比較零亂，缺乏系統(tǒng)性和課程建設(shè).

物理理論的發(fā)現(xiàn)和建立是一種原質(zhì)創(chuàng)新過程，物理實驗是實施方法、技術(shù)創(chuàng)新的重要領(lǐng)域，物理理論、研究方法應用實際過程是進行移植創(chuàng)新的過程，物理學與其他學科的綜合是進行綜合創(chuàng)新的重要源泉.因而，物理學科是實施創(chuàng)新教育的一個重要領(lǐng)域.針對現(xiàn)有創(chuàng)新教育中存在問題和物理學科巨大的創(chuàng)新功能，我們認為高中物理創(chuàng)新教育的重點是培育拔尖創(chuàng)新人才所需要的創(chuàng)新素養(yǎng).根據(jù)創(chuàng)新素養(yǎng)培育的一般性，在分析我校物理教育特色和創(chuàng)新教育條件的基礎(chǔ)上，我們提出“基于創(chuàng)新素養(yǎng)培育的物理課程建設(shè)”這一研究課題.該課題研究對于科學地構(gòu)建創(chuàng)新素養(yǎng)培育物理課程體系，促使高中物理創(chuàng)新素養(yǎng)培育規(guī)范化、系統(tǒng)化、多樣化，突破創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式具有十分重要的意義.

二、基于創(chuàng)新素養(yǎng)培育物理課程建設(shè)整體框架的構(gòu)建

（一）高中物理創(chuàng)新素養(yǎng)培育的內(nèi)容

我們根據(jù)拔尖創(chuàng)新人才所需創(chuàng)新素養(yǎng)的一般性結(jié)合高中物理教育的實際，確定如下高中物理創(chuàng)新素養(yǎng)培育的內(nèi)容.

1.物理創(chuàng)新個性品格

（1）物理創(chuàng)新意識

發(fā)現(xiàn)問題、提出問題意識.具有質(zhì)疑批判習慣，優(yōu)化探究愿望，能運用相關(guān)方法發(fā)現(xiàn)和提出問題.

求證否定意識.具有嚴謹?shù)膶嵤虑笫堑目茖W態(tài)度，能運用實驗和一般性原理例證或論證新的猜想，能運用實驗和科學的方法揭示原有理論和方法存在的問題，能進行反思并及時改進自身存在問題.

（2）物理創(chuàng)新動機

創(chuàng)新的求知欲望.具有探究新知識、尋求新方法、進行新設(shè)計、解決新問題的強烈愿望.

創(chuàng)新的興趣.樂于探究自然界奇異現(xiàn)象和奧秘，喜歡探究奇異和矛盾的問題，沉浸在物理學探究創(chuàng)新活動之中.

創(chuàng)新的熱情.感受物理創(chuàng)新的成功感，體驗和領(lǐng)略科技創(chuàng)新的科學價值和人文價值，具有從事探究物理學的專業(yè)抱負和志趣志向.

（3）創(chuàng)新的意志和精神

創(chuàng)新的自覺性.認識物理創(chuàng)新的價值，明確創(chuàng)新的目標，能自覺地進行創(chuàng)新活動.

創(chuàng)新的果斷性.能及時地決定創(chuàng)新行動，堅決和有信心地執(zhí)行創(chuàng)新計劃.

創(chuàng)新的堅韌性.有旺盛精力和拼博精神，克服創(chuàng)新過程中種種困難，能持之以恒地進行創(chuàng)新活動.

2.物理創(chuàng)新思維方法

（1）一般性創(chuàng)新思維

發(fā)散思維.能通過觀念、知識、方法和技術(shù)等信息的重新組合，多角度發(fā)散思維，提出和解決問題.

直覺思維.能運用思辨思維、想象思維、聯(lián)想思維、靈感思維提出問題、分析思考問題.

側(cè)向思維.能從橫向視角另辟蹊徑提出、分析和解決問題.

逆向思維.能從已有思路的反方向去思考問題，創(chuàng)新解決問題.

（2）物理創(chuàng)新思維方法

等效思維方法.能運用等效思維方法提出探究問題，創(chuàng)新解答物理問題.

類比思維方法.能運用類比思維方法提出探究問題，創(chuàng)新解答物理問題.

移植構(gòu)建思維方法.能移植構(gòu)建熟悉、簡單物理模型解答陌生領(lǐng)域復雜的物理問題.

對稱思維方法.能運用對稱思維方法創(chuàng)新提出問題，解答疑難物理問題.

3.物理創(chuàng)新技法

（1）列舉缺點法.能在實際探究過程中對原有解題方法、實驗設(shè)計方法、物理技術(shù)進行質(zhì)疑，從不同角度考慮，揭示存在的問題，提出完整的思路和方法.

（2）組合方法.能綜合應用不同的知識和方法以及技術(shù)和實驗設(shè)備，多角度進行物理實驗的設(shè)計和應用，產(chǎn)生創(chuàng)新的整體功能.

（3）移植方法.能移植應用相關(guān)的物理實驗思想、實驗原理和方法、實驗技術(shù)，創(chuàng)新進行相關(guān)實驗儀器的設(shè)計和改進，應用性地解決生活、生產(chǎn)中的實際問題.

（4）轉(zhuǎn)化方法.能運用物理理論、方法和相關(guān)硬件設(shè)備（例如傳感器）實施力學、熱學、電學、光學、聲學等不同特性物理量間的轉(zhuǎn)化，創(chuàng)新設(shè)計物理實驗和設(shè)備.

（5）放大方法.能運用相關(guān)物理理論、方法、技術(shù)放大微弱物理量，精確測量難測物理量，實現(xiàn)創(chuàng)新測量技術(shù)的目的.

（二）基于創(chuàng)新素養(yǎng)培育物理課程建設(shè)的目標

我們根據(jù)上述高中物理創(chuàng)新素養(yǎng)培育內(nèi)容，結(jié)合創(chuàng)新素養(yǎng)培育的一般要求和物理學科課程建設(shè)實際，確定如下創(chuàng)新素養(yǎng)培育物理課程建設(shè)目標.

1.學生層面目標

使參與實驗項目的學生在達到較高學業(yè)水平的同時，價值素養(yǎng)、科學和人文素養(yǎng)、學習素養(yǎng)、身體和藝術(shù)得到較好培養(yǎng)，物理學術(shù)研究、物理實驗創(chuàng)新、物理設(shè)計創(chuàng)新、科技創(chuàng)新等特長得到和諧發(fā)展，使他們的創(chuàng)新個性品格、創(chuàng)新思維、創(chuàng)新技法得到良好的培養(yǎng).

2.教師層面目標

使參與實驗項目研究教師的物理專業(yè)水平、課程開發(fā)能力、實施能力、科研能力、創(chuàng)新教育水平和熱情得到較大提升.撰寫發(fā)表多篇相關(guān)創(chuàng)新素養(yǎng)培育的論文，出版體現(xiàn)物理創(chuàng)新素養(yǎng)培育策略和成果的專著以及課程講義多部.

（三）基于創(chuàng)新素養(yǎng)培育物理課程體系的構(gòu)建

1.構(gòu)建多層次基于創(chuàng)新素養(yǎng)培育物理課程結(jié)構(gòu)

根據(jù)拔尖創(chuàng)新人才所需的物理學科知識、價值素養(yǎng)、體藝素養(yǎng)、學習素養(yǎng)、人文素養(yǎng)、科學素養(yǎng)、創(chuàng)新素養(yǎng)等要求，結(jié)合高中物理教育實際，遵循學生認知發(fā)展規(guī)律、情感需求和價值取向，構(gòu)建如圖1所示的物理創(chuàng)新通識課程、物理學科基礎(chǔ)課程、物理學科拓展課程、物理創(chuàng)新特色課程、創(chuàng)新專家講席課程等多層次創(chuàng)新素養(yǎng)培育物理課程體系，并明確目標指向.

2.確定創(chuàng)新素養(yǎng)培育物理課程的內(nèi)容

我們根據(jù)創(chuàng)新素養(yǎng)培育物理課程結(jié)構(gòu)和目標指向，結(jié)合學校物理師資條件確定了如表1所示的創(chuàng)新素養(yǎng)培育的物理課程類型、具體內(nèi)容、課時和學分.

三、基于創(chuàng)新素養(yǎng)培育物理課程建設(shè)的實踐探索

（一）開設(shè)創(chuàng)新個性品格培育的系列課程，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新個性品格

1.開設(shè)“物理創(chuàng)新素養(yǎng)通識教育”課程，提升學生創(chuàng)新理論水平

通過開設(shè)“創(chuàng)新素養(yǎng)通識教育”課程，使學生認識創(chuàng)新的背景和意義，了解創(chuàng)新的特點和內(nèi)容、創(chuàng)新素養(yǎng)內(nèi)容，提升學生創(chuàng)新理論水平和品質(zhì)，為創(chuàng)新人才培養(yǎng)打下良好基礎(chǔ).

2.開設(shè)“物理創(chuàng)新個性品格培育”課程，培養(yǎng)學生創(chuàng)新個性品格

物理創(chuàng)新個性品質(zhì)課程包括物理學家創(chuàng)新個性品格分析、物理課題探究、物理實驗創(chuàng)新等內(nèi)容.通過物理學家創(chuàng)新個性品格剖析，使學生明確創(chuàng)新個性品格的內(nèi)容（創(chuàng)新意識、創(chuàng)新動機、創(chuàng)新意志等），認識到良好的創(chuàng)新個性品格在創(chuàng)新過程中的重要作用.通過物理課題探究、物理實驗創(chuàng)新等實踐活動，促進學生在經(jīng)歷實際創(chuàng)新活動中養(yǎng)成良好的創(chuàng)新個性品格.

3.實施“物理悖論探究”專題教育，實施創(chuàng)新品格專題教育

針對科學悖論探究中科學家創(chuàng)新個性品格的重要作用，我們根據(jù)高中物理學習與科學探究在認識和思維、情感需求、價值取向等方面的相似性，實施高中物理“物理悖論探究”專題教育，從以下三個方面來實施創(chuàng)新品格專題教育.

（1）運用導致悖論方法培養(yǎng)學生的創(chuàng)新興趣和發(fā)現(xiàn)、提出問題的意識

例1 如圖2所示，水平金屬導軌間距為l，導軌左端接有阻值為R的電阻，質(zhì)量為m的導體棒垂直跨接在導軌上，導軌和導體棒的電阻均不計. 矩形區(qū)域內(nèi)勻強磁場磁感應強度為B，方向如圖.導體棒始終在磁場區(qū)域內(nèi)，當磁場以速度v2勻速向右移動時，導體棒受到大小為f的恒定阻力.試求金屬棒運動的最大速度.

分析：部分學生解答為：由E=Blv，I=■，Blv=f，解答vm=■.運用特殊化方法導致悖論：當f=0時，vm=0.但事實上，當磁場運動時，通過閉合回路的磁通量發(fā)生變化，棒上有感應電流受磁場力作用而運動，vm≠0，從而導致“最大速度”悖論.這個悖論激發(fā)學生的探究興趣，發(fā)現(xiàn)動生電動勢公式E=Blv的局限性，教師再引導學生提出新的探究問題：“磁場運動情形下E=Blv中v的含義是什么？”

（2）強化悖論探究過程，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意志

例如，針對“最大速度”悖論，要求學生探究導體棒切割磁場的一般情形下感應電動勢規(guī)律：磁場以v1速度水平向右運動，導體棒在導軌上以v2速度也水平向右運動.探究t時間導體棒產(chǎn)生的感應電動勢為ε=■=■=■=BL（v1-v2）=BLvr（vr為相對磁場的切割速度）.學生經(jīng)歷上述悖論的艱辛探究過程，遇到了多次失敗，克服了種種困難，從失敗到成功，從錯誤到正確，培養(yǎng)了創(chuàng)新的意志和精神.

（3）消除悖論，探究規(guī)律，培養(yǎng)學生創(chuàng)新熱情

例如，通過“最大速度”悖論原因探究，不僅揭示了錯誤原因，消除悖論，使學生認識到原有認知的局限性，探究出導體棒相對運動磁場運動時動生電動勢的規(guī)律ε=Blvr，更為重要的是使學生獲得創(chuàng)新的成功感，進一步培養(yǎng)學生創(chuàng)新熱情.

通過實施 “物理悖論探究”專題教育，使創(chuàng)新個性品格教育得到進一步的提升，切實有效地培養(yǎng)學生的創(chuàng)新個性品格.

（二）開設(shè)物理創(chuàng)新思維培育課程，培養(yǎng)學生物理創(chuàng)新思維

我們重組原有物理競賽社團活動，開發(fā)開設(shè)物理創(chuàng)新思維培育課程，由原有以競賽獲獎為主的目標轉(zhuǎn)變?yōu)榕囵B(yǎng)創(chuàng)新思維為主的目標；整合原有物理競賽課程資源，探索培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維的教學方式和學習方式.靈活運用知識創(chuàng)新教學模式和方法創(chuàng)新教學模式引導學生探究新的物理知識和物理方法. 鼓勵學生積極撰寫物理創(chuàng)新小論文，提高學生的物理創(chuàng)新思維和學術(shù)研究水平.

例如，在物理拓展課程的“靜電場”章節(jié)拓展教學中，我們通過如下途徑來培養(yǎng)學生的物理創(chuàng)新思維.

1.運用移植、構(gòu)建思維方法，創(chuàng)新探究新的知識

例2 如圖3所示為單位長度帶電量為λ的無限長直帶電體，試證明：在距離直線為r處產(chǎn)生電場強度為E=■.

分析：這個電場強度公式往往運用大學物理中的高斯定理推導.在物理競賽教學中，學生構(gòu)建如圖3所示，在帶電半圓中，由于半圓線電荷和無限長直電荷在O點產(chǎn)生電場強度相等，且半圓線電荷在O點產(chǎn)生的電場強度容易求解，因而移植運用半圓線電荷電場規(guī)律可以求解無限長直帶電體產(chǎn)生的電場.從而實現(xiàn)在知識創(chuàng)新的同時，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維.

2.運用等效、類比思維方法，創(chuàng)新求解復雜電荷運動問題

例3 如圖4所示，一個質(zhì)量為m、帶電量為q的點電荷約束在一個很大的固定接地金屬板上方很近的位置，當它們之間的距離為d時釋放點電荷.重力的作用忽略不計.試求：這個帶電質(zhì)點到達金屬板需要多長時間？

分析：為了簡化非均勻分布感應電荷，首先運用等效方法構(gòu)建對稱鏡像電荷-q，再運用等效方法把運動的原鏡像電荷-q等效為在板上O點的固定不動的電荷q1=-■.再把點電荷直線運動視為偏心率很小的橢圓，運用類比思維方法把點電荷運動與天體運動類比，求出點電荷運動時間近似為繞O點運動橢圓運動半個周期（具體解答略）.通過綜合運用等效、類比思維方法，不僅使這個復雜問題提到初等化降解處理， 更重要的是有效地培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維方法.

（三）開設(shè)物理創(chuàng)新實驗課程，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新技法

我們整合物理實驗資源、選修課程和研究性學習時空，開設(shè)實施物理實驗創(chuàng)新課程.該課程主要以高中物理實驗中存在和遇到的實際問題為研究課題，引導學生進行物理實驗創(chuàng)新活動.通過物理實驗創(chuàng)新活動，不僅解決高中物理實驗中存在的問題，而且有效地培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新技法.

1. 運用列舉缺點方法揭示原有實驗存在問題，提出設(shè)計課題

教師向?qū)W生演示物理選修3-4課程（第19頁）中“受迫振動”和“共振”演示實驗，揭示原有實驗存在問題（例如，“共振”實驗中，單擺之間會產(chǎn)生耦合作用而相互影響，擺線容易擾亂；“受迫振動”實驗中振幅較難測量，不利于定量或半定量研究）.通過列舉缺點方法，提出實驗創(chuàng)新設(shè)計研究課題.

2.運用移植方法，設(shè)計改進實驗方案

學生受復旦大學天欣儀器公司制造“音叉受迫振動”實驗（如圖5）相關(guān)原理和設(shè)計思路方法（調(diào)節(jié)音頻交變電頻率，改變電磁驅(qū)動力的頻率，探究音叉振幅與驅(qū)動力頻率的關(guān)系）和高中電磁打點計時器原理的啟示，移植轉(zhuǎn)化的設(shè)計思想方法，把傳統(tǒng)的力學驅(qū)動轉(zhuǎn)化為可調(diào)節(jié)的電磁驅(qū)動，創(chuàng)新設(shè)計如圖6所示的受迫振動實驗方案.

3.運用放大方法，創(chuàng)新實驗儀器

通過實驗發(fā)現(xiàn)，如圖6所示實驗中振片振幅較小，而且振幅大小不能定量測量.學生通過深化研究，運用放大的方法，在鋼片上放一個小強磁鐵增加磁性，同時在振片頂端固定一個較長的輕質(zhì)指針，并標上刻度，再用閃光燈照射以顯示指針的振幅，設(shè)計創(chuàng)新出如圖7所示裝置，該實驗效果良好.

4.運用組合方法，進行拓展創(chuàng)新

在上述實驗創(chuàng)新基礎(chǔ)上，學生組合運用彈簧振子、電磁驅(qū)動裝置和轉(zhuǎn)化、放大方法，拓展創(chuàng)新出如圖8所示電磁驅(qū)動彈簧振子的受迫振動實驗裝置，原理簡單，效果直觀精確，穩(wěn)定性好.

除了上述創(chuàng)新素養(yǎng)培育物理課程建設(shè)的實踐探索外，我們還在創(chuàng)新素養(yǎng)培育物理課程開發(fā)、管理、課程設(shè)置與課時安排、課程組織方式、教學方式、學習方式、課程教學質(zhì)量評價、課程學生學業(yè)評價等方面進行探索實踐.由于文章篇幅限制，在此不作詳細介紹.

2.確定創(chuàng)新素養(yǎng)培育物理課程的內(nèi)容

我們根據(jù)創(chuàng)新素養(yǎng)培育物理課程結(jié)構(gòu)和目標指向，結(jié)合學校物理師資條件確定了如表1所示的創(chuàng)新素養(yǎng)培育的物理課程類型、具體內(nèi)容、課時和學分.

三、基于創(chuàng)新素養(yǎng)培育物理課程建設(shè)的實踐探索

（一）開設(shè)創(chuàng)新個性品格培育的系列課程，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新個性品格

1.開設(shè)“物理創(chuàng)新素養(yǎng)通識教育”課程，提升學生創(chuàng)新理論水平

通過開設(shè)“創(chuàng)新素養(yǎng)通識教育”課程，使學生認識創(chuàng)新的背景和意義，了解創(chuàng)新的特點和內(nèi)容、創(chuàng)新素養(yǎng)內(nèi)容，提升學生創(chuàng)新理論水平和品質(zhì)，為創(chuàng)新人才培養(yǎng)打下良好基礎(chǔ).

2.開設(shè)“物理創(chuàng)新個性品格培育”課程，培養(yǎng)學生創(chuàng)新個性品格

物理創(chuàng)新個性品質(zhì)課程包括物理學家創(chuàng)新個性品格分析、物理課題探究、物理實驗創(chuàng)新等內(nèi)容.通過物理學家創(chuàng)新個性品格剖析，使學生明確創(chuàng)新個性品格的內(nèi)容（創(chuàng)新意識、創(chuàng)新動機、創(chuàng)新意志等），認識到良好的創(chuàng)新個性品格在創(chuàng)新過程中的重要作用.通過物理課題探究、物理實驗創(chuàng)新等實踐活動，促進學生在經(jīng)歷實際創(chuàng)新活動中養(yǎng)成良好的創(chuàng)新個性品格.

3.實施“物理悖論探究”專題教育，實施創(chuàng)新品格專題教育

針對科學悖論探究中科學家創(chuàng)新個性品格的重要作用，我們根據(jù)高中物理學習與科學探究在認識和思維、情感需求、價值取向等方面的相似性，實施高中物理“物理悖論探究”專題教育，從以下三個方面來實施創(chuàng)新品格專題教育.

（1）運用導致悖論方法培養(yǎng)學生的創(chuàng)新興趣和發(fā)現(xiàn)、提出問題的意識

例1 如圖2所示，水平金屬導軌間距為l，導軌左端接有阻值為R的電阻，質(zhì)量為m的導體棒垂直跨接在導軌上，導軌和導體棒的電阻均不計. 矩形區(qū)域內(nèi)勻強磁場磁感應強度為B，方向如圖.導體棒始終在磁場區(qū)域內(nèi)，當磁場以速度v2勻速向右移動時，導體棒受到大小為f的恒定阻力.試求金屬棒運動的最大速度.

分析：部分學生解答為：由E=Blv，I=■，Blv=f，解答vm=■.運用特殊化方法導致悖論：當f=0時，vm=0.但事實上，當磁場運動時，通過閉合回路的磁通量發(fā)生變化，棒上有感應電流受磁場力作用而運動，vm≠0，從而導致“最大速度”悖論.這個悖論激發(fā)學生的探究興趣，發(fā)現(xiàn)動生電動勢公式E=Blv的局限性，教師再引導學生提出新的探究問題：“磁場運動情形下E=Blv中v的含義是什么？”

（2）強化悖論探究過程，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意志

例如，針對“最大速度”悖論，要求學生探究導體棒切割磁場的一般情形下感應電動勢規(guī)律：磁場以v1速度水平向右運動，導體棒在導軌上以v2速度也水平向右運動.探究t時間導體棒產(chǎn)生的感應電動勢為ε=■=■=■=BL（v1-v2）=BLvr（vr為相對磁場的切割速度）.學生經(jīng)歷上述悖論的艱辛探究過程，遇到了多次失敗，克服了種種困難，從失敗到成功，從錯誤到正確，培養(yǎng)了創(chuàng)新的意志和精神.

（3）消除悖論，探究規(guī)律，培養(yǎng)學生創(chuàng)新熱情

例如，通過“最大速度”悖論原因探究，不僅揭示了錯誤原因，消除悖論，使學生認識到原有認知的局限性，探究出導體棒相對運動磁場運動時動生電動勢的規(guī)律ε=Blvr，更為重要的是使學生獲得創(chuàng)新的成功感，進一步培養(yǎng)學生創(chuàng)新熱情.

通過實施 “物理悖論探究”專題教育，使創(chuàng)新個性品格教育得到進一步的提升，切實有效地培養(yǎng)學生的創(chuàng)新個性品格.

（二）開設(shè)物理創(chuàng)新思維培育課程，培養(yǎng)學生物理創(chuàng)新思維

我們重組原有物理競賽社團活動，開發(fā)開設(shè)物理創(chuàng)新思維培育課程，由原有以競賽獲獎為主的目標轉(zhuǎn)變?yōu)榕囵B(yǎng)創(chuàng)新思維為主的目標；整合原有物理競賽課程資源，探索培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維的教學方式和學習方式.靈活運用知識創(chuàng)新教學模式和方法創(chuàng)新教學模式引導學生探究新的物理知識和物理方法. 鼓勵學生積極撰寫物理創(chuàng)新小論文，提高學生的物理創(chuàng)新思維和學術(shù)研究水平.

例如，在物理拓展課程的“靜電場”章節(jié)拓展教學中，我們通過如下途徑來培養(yǎng)學生的物理創(chuàng)新思維.

1.運用移植、構(gòu)建思維方法，創(chuàng)新探究新的知識

例2 如圖3所示為單位長度帶電量為λ的無限長直帶電體，試證明：在距離直線為r處產(chǎn)生電場強度為E=■.

分析：這個電場強度公式往往運用大學物理中的高斯定理推導.在物理競賽教學中，學生構(gòu)建如圖3所示，在帶電半圓中，由于半圓線電荷和無限長直電荷在O點產(chǎn)生電場強度相等，且半圓線電荷在O點產(chǎn)生的電場強度容易求解，因而移植運用半圓線電荷電場規(guī)律可以求解無限長直帶電體產(chǎn)生的電場.從而實現(xiàn)在知識創(chuàng)新的同時，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維.

2.運用等效、類比思維方法，創(chuàng)新求解復雜電荷運動問題

例3 如圖4所示，一個質(zhì)量為m、帶電量為q的點電荷約束在一個很大的固定接地金屬板上方很近的位置，當它們之間的距離為d時釋放點電荷.重力的作用忽略不計.試求：這個帶電質(zhì)點到達金屬板需要多長時間？

分析：為了簡化非均勻分布感應電荷，首先運用等效方法構(gòu)建對稱鏡像電荷-q，再運用等效方法把運動的原鏡像電荷-q等效為在板上O點的固定不動的電荷q1=-■.再把點電荷直線運動視為偏心率很小的橢圓，運用類比思維方法把點電荷運動與天體運動類比，求出點電荷運動時間近似為繞O點運動橢圓運動半個周期（具體解答略）.通過綜合運用等效、類比思維方法，不僅使這個復雜問題提到初等化降解處理， 更重要的是有效地培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維方法.

（三）開設(shè)物理創(chuàng)新實驗課程，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新技法

我們整合物理實驗資源、選修課程和研究性學習時空，開設(shè)實施物理實驗創(chuàng)新課程.該課程主要以高中物理實驗中存在和遇到的實際問題為研究課題，引導學生進行物理實驗創(chuàng)新活動.通過物理實驗創(chuàng)新活動，不僅解決高中物理實驗中存在的問題，而且有效地培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新技法.

1. 運用列舉缺點方法揭示原有實驗存在問題，提出設(shè)計課題

教師向?qū)W生演示物理選修3-4課程（第19頁）中“受迫振動”和“共振”演示實驗，揭示原有實驗存在問題（例如，“共振”實驗中，單擺之間會產(chǎn)生耦合作用而相互影響，擺線容易擾亂；“受迫振動”實驗中振幅較難測量，不利于定量或半定量研究）.通過列舉缺點方法，提出實驗創(chuàng)新設(shè)計研究課題.

2.運用移植方法，設(shè)計改進實驗方案

學生受復旦大學天欣儀器公司制造“音叉受迫振動”實驗（如圖5）相關(guān)原理和設(shè)計思路方法（調(diào)節(jié)音頻交變電頻率，改變電磁驅(qū)動力的頻率，探究音叉振幅與驅(qū)動力頻率的關(guān)系）和高中電磁打點計時器原理的啟示，移植轉(zhuǎn)化的設(shè)計思想方法，把傳統(tǒng)的力學驅(qū)動轉(zhuǎn)化為可調(diào)節(jié)的電磁驅(qū)動，創(chuàng)新設(shè)計如圖6所示的受迫振動實驗方案.

3.運用放大方法，創(chuàng)新實驗儀器

通過實驗發(fā)現(xiàn)，如圖6所示實驗中振片振幅較小，而且振幅大小不能定量測量.學生通過深化研究，運用放大的方法，在鋼片上放一個小強磁鐵增加磁性，同時在振片頂端固定一個較長的輕質(zhì)指針，并標上刻度，再用閃光燈照射以顯示指針的振幅，設(shè)計創(chuàng)新出如圖7所示裝置，該實驗效果良好.

4.運用組合方法，進行拓展創(chuàng)新

在上述實驗創(chuàng)新基礎(chǔ)上，學生組合運用彈簧振子、電磁驅(qū)動裝置和轉(zhuǎn)化、放大方法，拓展創(chuàng)新出如圖8所示電磁驅(qū)動彈簧振子的受迫振動實驗裝置，原理簡單，效果直觀精確，穩(wěn)定性好.

除了上述創(chuàng)新素養(yǎng)培育物理課程建設(shè)的實踐探索外，我們還在創(chuàng)新素養(yǎng)培育物理課程開發(fā)、管理、課程設(shè)置與課時安排、課程組織方式、教學方式、學習方式、課程教學質(zhì)量評價、課程學生學業(yè)評價等方面進行探索實踐.由于文章篇幅限制，在此不作詳細介紹.

2.確定創(chuàng)新素養(yǎng)培育物理課程的內(nèi)容

我們根據(jù)創(chuàng)新素養(yǎng)培育物理課程結(jié)構(gòu)和目標指向，結(jié)合學校物理師資條件確定了如表1所示的創(chuàng)新素養(yǎng)培育的物理課程類型、具體內(nèi)容、課時和學分.

三、基于創(chuàng)新素養(yǎng)培育物理課程建設(shè)的實踐探索

（一）開設(shè)創(chuàng)新個性品格培育的系列課程，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新個性品格

1.開設(shè)“物理創(chuàng)新素養(yǎng)通識教育”課程，提升學生創(chuàng)新理論水平

通過開設(shè)“創(chuàng)新素養(yǎng)通識教育”課程，使學生認識創(chuàng)新的背景和意義，了解創(chuàng)新的特點和內(nèi)容、創(chuàng)新素養(yǎng)內(nèi)容，提升學生創(chuàng)新理論水平和品質(zhì)，為創(chuàng)新人才培養(yǎng)打下良好基礎(chǔ).

2.開設(shè)“物理創(chuàng)新個性品格培育”課程，培養(yǎng)學生創(chuàng)新個性品格

物理創(chuàng)新個性品質(zhì)課程包括物理學家創(chuàng)新個性品格分析、物理課題探究、物理實驗創(chuàng)新等內(nèi)容.通過物理學家創(chuàng)新個性品格剖析，使學生明確創(chuàng)新個性品格的內(nèi)容（創(chuàng)新意識、創(chuàng)新動機、創(chuàng)新意志等），認識到良好的創(chuàng)新個性品格在創(chuàng)新過程中的重要作用.通過物理課題探究、物理實驗創(chuàng)新等實踐活動，促進學生在經(jīng)歷實際創(chuàng)新活動中養(yǎng)成良好的創(chuàng)新個性品格.

3.實施“物理悖論探究”專題教育，實施創(chuàng)新品格專題教育

針對科學悖論探究中科學家創(chuàng)新個性品格的重要作用，我們根據(jù)高中物理學習與科學探究在認識和思維、情感需求、價值取向等方面的相似性，實施高中物理“物理悖論探究”專題教育，從以下三個方面來實施創(chuàng)新品格專題教育.

（1）運用導致悖論方法培養(yǎng)學生的創(chuàng)新興趣和發(fā)現(xiàn)、提出問題的意識

例1 如圖2所示，水平金屬導軌間距為l，導軌左端接有阻值為R的電阻，質(zhì)量為m的導體棒垂直跨接在導軌上，導軌和導體棒的電阻均不計. 矩形區(qū)域內(nèi)勻強磁場磁感應強度為B，方向如圖.導體棒始終在磁場區(qū)域內(nèi)，當磁場以速度v2勻速向右移動時，導體棒受到大小為f的恒定阻力.試求金屬棒運動的最大速度.

分析：部分學生解答為：由E=Blv，I=■，Blv=f，解答vm=■.運用特殊化方法導致悖論：當f=0時，vm=0.但事實上，當磁場運動時，通過閉合回路的磁通量發(fā)生變化，棒上有感應電流受磁場力作用而運動，vm≠0，從而導致“最大速度”悖論.這個悖論激發(fā)學生的探究興趣，發(fā)現(xiàn)動生電動勢公式E=Blv的局限性，教師再引導學生提出新的探究問題：“磁場運動情形下E=Blv中v的含義是什么？”

（2）強化悖論探究過程，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意志

例如，針對“最大速度”悖論，要求學生探究導體棒切割磁場的一般情形下感應電動勢規(guī)律：磁場以v1速度水平向右運動，導體棒在導軌上以v2速度也水平向右運動.探究t時間導體棒產(chǎn)生的感應電動勢為ε=■=■=■=BL（v1-v2）=BLvr（vr為相對磁場的切割速度）.學生經(jīng)歷上述悖論的艱辛探究過程，遇到了多次失敗，克服了種種困難，從失敗到成功，從錯誤到正確，培養(yǎng)了創(chuàng)新的意志和精神.

（3）消除悖論，探究規(guī)律，培養(yǎng)學生創(chuàng)新熱情

例如，通過“最大速度”悖論原因探究，不僅揭示了錯誤原因，消除悖論，使學生認識到原有認知的局限性，探究出導體棒相對運動磁場運動時動生電動勢的規(guī)律ε=Blvr，更為重要的是使學生獲得創(chuàng)新的成功感，進一步培養(yǎng)學生創(chuàng)新熱情.

通過實施 “物理悖論探究”專題教育，使創(chuàng)新個性品格教育得到進一步的提升，切實有效地培養(yǎng)學生的創(chuàng)新個性品格.

（二）開設(shè)物理創(chuàng)新思維培育課程，培養(yǎng)學生物理創(chuàng)新思維

我們重組原有物理競賽社團活動，開發(fā)開設(shè)物理創(chuàng)新思維培育課程，由原有以競賽獲獎為主的目標轉(zhuǎn)變?yōu)榕囵B(yǎng)創(chuàng)新思維為主的目標；整合原有物理競賽課程資源，探索培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維的教學方式和學習方式.靈活運用知識創(chuàng)新教學模式和方法創(chuàng)新教學模式引導學生探究新的物理知識和物理方法. 鼓勵學生積極撰寫物理創(chuàng)新小論文，提高學生的物理創(chuàng)新思維和學術(shù)研究水平.

例如，在物理拓展課程的“靜電場”章節(jié)拓展教學中，我們通過如下途徑來培養(yǎng)學生的物理創(chuàng)新思維.

1.運用移植、構(gòu)建思維方法，創(chuàng)新探究新的知識

例2 如圖3所示為單位長度帶電量為λ的無限長直帶電體，試證明：在距離直線為r處產(chǎn)生電場強度為E=■.

分析：這個電場強度公式往往運用大學物理中的高斯定理推導.在物理競賽教學中，學生構(gòu)建如圖3所示，在帶電半圓中，由于半圓線電荷和無限長直電荷在O點產(chǎn)生電場強度相等，且半圓線電荷在O點產(chǎn)生的電場強度容易求解，因而移植運用半圓線電荷電場規(guī)律可以求解無限長直帶電體產(chǎn)生的電場.從而實現(xiàn)在知識創(chuàng)新的同時，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維.

2.運用等效、類比思維方法，創(chuàng)新求解復雜電荷運動問題

例3 如圖4所示，一個質(zhì)量為m、帶電量為q的點電荷約束在一個很大的固定接地金屬板上方很近的位置，當它們之間的距離為d時釋放點電荷.重力的作用忽略不計.試求：這個帶電質(zhì)點到達金屬板需要多長時間？

分析：為了簡化非均勻分布感應電荷，首先運用等效方法構(gòu)建對稱鏡像電荷-q，再運用等效方法把運動的原鏡像電荷-q等效為在板上O點的固定不動的電荷q1=-■.再把點電荷直線運動視為偏心率很小的橢圓，運用類比思維方法把點電荷運動與天體運動類比，求出點電荷運動時間近似為繞O點運動橢圓運動半個周期（具體解答略）.通過綜合運用等效、類比思維方法，不僅使這個復雜問題提到初等化降解處理， 更重要的是有效地培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維方法.

（三）開設(shè)物理創(chuàng)新實驗課程，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新技法

我們整合物理實驗資源、選修課程和研究性學習時空，開設(shè)實施物理實驗創(chuàng)新課程.該課程主要以高中物理實驗中存在和遇到的實際問題為研究課題，引導學生進行物理實驗創(chuàng)新活動.通過物理實驗創(chuàng)新活動，不僅解決高中物理實驗中存在的問題，而且有效地培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新技法.

1. 運用列舉缺點方法揭示原有實驗存在問題，提出設(shè)計課題

教師向?qū)W生演示物理選修3-4課程（第19頁）中“受迫振動”和“共振”演示實驗，揭示原有實驗存在問題（例如，“共振”實驗中，單擺之間會產(chǎn)生耦合作用而相互影響，擺線容易擾亂；“受迫振動”實驗中振幅較難測量，不利于定量或半定量研究）.通過列舉缺點方法，提出實驗創(chuàng)新設(shè)計研究課題.

2.運用移植方法，設(shè)計改進實驗方案

學生受復旦大學天欣儀器公司制造“音叉受迫振動”實驗（如圖5）相關(guān)原理和設(shè)計思路方法（調(diào)節(jié)音頻交變電頻率，改變電磁驅(qū)動力的頻率，探究音叉振幅與驅(qū)動力頻率的關(guān)系）和高中電磁打點計時器原理的啟示，移植轉(zhuǎn)化的設(shè)計思想方法，把傳統(tǒng)的力學驅(qū)動轉(zhuǎn)化為可調(diào)節(jié)的電磁驅(qū)動，創(chuàng)新設(shè)計如圖6所示的受迫振動實驗方案.

3.運用放大方法，創(chuàng)新實驗儀器

通過實驗發(fā)現(xiàn)，如圖6所示實驗中振片振幅較小，而且振幅大小不能定量測量.學生通過深化研究，運用放大的方法，在鋼片上放一個小強磁鐵增加磁性，同時在振片頂端固定一個較長的輕質(zhì)指針，并標上刻度，再用閃光燈照射以顯示指針的振幅，設(shè)計創(chuàng)新出如圖7所示裝置，該實驗效果良好.

4.運用組合方法，進行拓展創(chuàng)新

在上述實驗創(chuàng)新基礎(chǔ)上，學生組合運用彈簧振子、電磁驅(qū)動裝置和轉(zhuǎn)化、放大方法，拓展創(chuàng)新出如圖8所示電磁驅(qū)動彈簧振子的受迫振動實驗裝置，原理簡單，效果直觀精確，穩(wěn)定性好.

除了上述創(chuàng)新素養(yǎng)培育物理課程建設(shè)的實踐探索外，我們還在創(chuàng)新素養(yǎng)培育物理課程開發(fā)、管理、課程設(shè)置與課時安排、課程組織方式、教學方式、學習方式、課程教學質(zhì)量評價、課程學生學業(yè)評價等方面進行探索實踐.由于文章篇幅限制，在此不作詳細介紹.