湯金波

1 幾個(gè)相關(guān)聯(lián)的概念及“學(xué)生自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)”概念的界定

]1.1 創(chuàng)新

創(chuàng)新是指以現(xiàn)有的思維模式提出有別于常規(guī)或常人思路的見解為導(dǎo)向，利用現(xiàn)有的知識(shí)和物質(zhì)，在特定的環(huán)境中，本著理想化需要或?yàn)闈M足社會(huì)需求，而改進(jìn)或創(chuàng)造新的事物、方法、元素、路徑、環(huán)境，并能獲得一定效果的行為.創(chuàng)新是人類特有的認(rèn)識(shí)能力和實(shí)踐能力，是人類主觀能動(dòng)性的高級(jí)表現(xiàn)形式，是推動(dòng)民族進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展的不竭動(dòng)力.準(zhǔn)確地說(shuō)，創(chuàng)新是創(chuàng)新思維藍(lán)圖的外化、物化.

1.2 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)應(yīng)包括創(chuàng)造、革新兩層理解.創(chuàng)造實(shí)驗(yàn)是從無(wú)到有的過(guò)程；革新實(shí)驗(yàn)是從有到優(yōu)的過(guò)程.提到創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)老師容易偏于創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)中革新的理解，是因?yàn)檫@部分內(nèi)容對(duì)我們的教學(xué)具有顯性的影響，而忽視了創(chuàng)造實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生能力的隱性影響.

1.3 學(xué)生自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

“學(xué)生自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)”是指學(xué)生選擇和利用生活中常見物品為手段，不按照固定的方法和形式而具有新意的實(shí)驗(yàn)方案.學(xué)生在動(dòng)手中有目的探索物理規(guī)律的實(shí)驗(yàn)活動(dòng).其中有兩層含義與常規(guī)實(shí)驗(yàn)形成鮮明的對(duì)照：一是資源利用上，“學(xué)生自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)”是學(xué)生直接利用身邊本來(lái)不是來(lái)開展物理實(shí)驗(yàn)的的物質(zhì)資源，不同于專業(yè)人員開發(fā)的成本高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)；二是實(shí)驗(yàn)方式上，“學(xué)生自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)”是學(xué)生采取靈活與簡(jiǎn)便的形式和方法，但實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程中體現(xiàn)自創(chuàng)性、體驗(yàn)性、生活性.

學(xué)生在教學(xué)中的主體地位是當(dāng)今所有人的共識(shí)，過(guò)去在實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新方面，人們都將目光聚焦教師，而長(zhǎng)期以來(lái)我們的傳統(tǒng)教學(xué)束縛了教師實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的思想，社會(huì)對(duì)分?jǐn)?shù)的片面追求更弱化了實(shí)驗(yàn)教學(xué)，更不用說(shuō)以學(xué)生為主體的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn).總之，長(zhǎng)期以來(lái)人們對(duì)物理實(shí)驗(yàn)處理本末倒置，讓它關(guān)注于知識(shí)而忽略學(xué)生的存在，物理教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)失去了它應(yīng)有的光澤，失去了靈性.

其實(shí)，物理學(xué)自身蘊(yùn)藏大量的精彩實(shí)驗(yàn)，只是我們?nèi)鄙佟皩W(xué)生”的視角去組織和思考實(shí)驗(yàn)，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)出現(xiàn)目前“千人一面”的教學(xué)模式，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中如何尊重學(xué)生的個(gè)性發(fā)展值得每個(gè)物理教師和研究人員深刻思考.“學(xué)生自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)”尊重并挖掘了學(xué)生的個(gè)性不同，差異客觀存在的事實(shí)，為孩子提供了一條最佳學(xué)習(xí)效果的物理學(xué)習(xí)之路.因此，大力開發(fā)“學(xué)生自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)”迫在眉睫.

2 實(shí)施“學(xué)生自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)”的思考

李克強(qiáng)總理指出：中國(guó)的教育技術(shù)層面已經(jīng)走得太快了，“靈魂”跟不上了.這個(gè)“靈魂”是什么？筆者以為：對(duì)物理課堂教學(xué)而言我們?nèi)笔У氖菍?shí)驗(yàn)的思想.物理是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué).實(shí)驗(yàn)不僅是建立物理概念和規(guī)律、理解和掌握物理知識(shí)不可缺少的環(huán)節(jié)，還能培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、思維能力、探索能力、創(chuàng)新精神以及良好的學(xué)習(xí)方法.大量的調(diào)查表明初中學(xué)生對(duì)物理學(xué)習(xí)的興趣定格在序言課，怎樣長(zhǎng)期的激發(fā)并保持學(xué)生持續(xù)的學(xué)習(xí)興趣，開發(fā)“學(xué)生自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)”是一個(gè)有效手段.

習(xí)近平主席說(shuō)中國(guó)孩子玩得太少.著名物理學(xué)家楊振寧曾經(jīng)說(shuō)過(guò)：中國(guó)的小孩在動(dòng)手的興趣和能力方面明顯不如歐洲和美國(guó)的小孩主要是沒有動(dòng)手機(jī)會(huì).中華民族本是一個(gè)聰明、智慧的民族，顯然不是孩子不會(huì)玩，而是我們?nèi)鄙僮寣W(xué)生玩的理念.缺少玩的引導(dǎo)，缺少玩的時(shí)間.我們當(dāng)今的物理課堂停留在以知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的授受為主要目標(biāo)，忽視和壓抑學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、主動(dòng)性及動(dòng)手能力的培養(yǎng).20世紀(jì)初，以杜威為代表的教育流派，提出了從兒童的興趣出發(fā)，以兒童的活動(dòng)為課程，以“從做中學(xué)”為主要形式安排學(xué)校的教學(xué)活動(dòng).令人吃驚的是全國(guó)各地涌現(xiàn)出各種各樣的教學(xué)范式物理課堂沒有了一絲“物理味”，而是過(guò)于強(qiáng)調(diào)“先學(xué)”，不恰當(dāng)?shù)摹皩?dǎo)學(xué)”，沒有了動(dòng)手、沒有了真正的探究，也沒有了“新鮮、奇特、趣味”.

科學(xué)研究表明，人的創(chuàng)新能力和右腦有著密切的聯(lián)系，只有大腦左右半腦的功能得到平衡發(fā)展，兩半腦的活動(dòng)得到密切配合，人的創(chuàng)新能力才能得到高度發(fā)展.而右腦功能的開發(fā)主要依靠能體現(xiàn)形象性、直觀性等特點(diǎn)的各種實(shí)踐活動(dòng).因而實(shí)踐活動(dòng)在培養(yǎng)創(chuàng)新能力方面有著重要的、不可替代的作用.因此，我們必須立足實(shí)驗(yàn)這個(gè)物理學(xué)的基礎(chǔ)，通過(guò)“學(xué)生自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)”，努力構(gòu)建培養(yǎng)創(chuàng)新人才的大廈.

教育從來(lái)不是唯分?jǐn)?shù)的.《全日制義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡(jiǎn)稱《標(biāo)準(zhǔn)》）課程性質(zhì)中明確指出：“義務(wù)教育階段的物理課程作為科學(xué)教育的組成部分，是以提高全體學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)為目標(biāo)的自然科學(xué)基礎(chǔ)課程”.“提高全體學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)”才是我們的教育任務(wù)，這是一個(gè)不需要我們物理教師彷徨，只需要我們重讀與踐行的目標(biāo).筆者五年的實(shí)踐表明，“學(xué)生自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)”與考試分?jǐn)?shù)并不矛盾.因?yàn)閯?dòng)手實(shí)驗(yàn)可以降低思維臺(tái)階、矯正粗心大意不良習(xí)慣、潛移默化滲透思想方法.學(xué)生如果僅僅靠刷題，可能平時(shí)會(huì)取得一時(shí)的高分，但更有可能落敗于大考，并且往往在以后的學(xué)習(xí)中經(jīng)不起考驗(yàn).相反，堅(jiān)持自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的學(xué)生因?yàn)樽鑫锢韺?shí)驗(yàn)而發(fā)展?jié)摿Ω?

3 “學(xué)生自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)”四個(gè)技法與案例分析

3.1 四個(gè)技法

（1）無(wú)中生有；（2）有中求優(yōu)；（3）優(yōu)中選簡(jiǎn)；（4）簡(jiǎn)中悟本.限于篇幅，本文以第一個(gè)技法——“無(wú)中生有”為例進(jìn)行說(shuō)明.

道家認(rèn)為，天下萬(wàn)物生于有，有生于無(wú).這里指學(xué)生利用身邊的材料制作出來(lái)人們沒有見過(guò)的新實(shí)驗(yàn).筆者的學(xué)生小黃根據(jù)蘇科版物理八上第一章第3節(jié)這樣一句話：“強(qiáng)烈的噪聲會(huì)使脈搏加速”完成下面的實(shí)驗(yàn)——研究噪聲對(duì)人每分鐘脈搏跳動(dòng)次數(shù)的影響.

案例1 研究噪聲對(duì)人每分鐘脈搏跳動(dòng)次數(shù)的影響

問題：噪聲是否會(huì)影響人每分鐘脈搏跳動(dòng)次數(shù).

猜想：噪聲強(qiáng)，人每分鐘脈搏跳動(dòng)次數(shù)增多.

實(shí)驗(yàn)材料：噪音源（網(wǎng)絡(luò)下載）、秒表、手機(jī)分貝儀、學(xué)生.

實(shí)驗(yàn)步驟：

（1）安靜環(huán)境下測(cè)量人每分鐘脈搏跳動(dòng)次數(shù)；

（2）播放噪聲再次測(cè)量人每分鐘脈搏跳動(dòng)次數(shù)；

（3）調(diào)大噪聲量再次測(cè)量人每分鐘脈搏跳動(dòng)次數(shù)；

（4）播放音調(diào)不同的噪音再次測(cè)量人每分鐘脈搏跳動(dòng)次數(shù)；

（5）反復(fù)測(cè)量多次.

音調(diào)低狀態(tài)下響度與脈搏的關(guān)系如圖1所示.

音調(diào)高狀態(tài)下響度與脈搏的關(guān)系如圖2所示.

結(jié)論：經(jīng)過(guò)以上統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)脈搏每分鐘跳動(dòng)的次數(shù)與噪聲的響度近乎成正比，同等音量的情況下音調(diào)越高脈搏越快.

著名物理學(xué)家V·韋斯科夫在歐洲核子研究中心舉行的現(xiàn)代物理教學(xué)研討會(huì)上指出：“好的物理教學(xué)至少應(yīng)該和好的物理學(xué)研究一樣重要，而前者比后者更困難”.這里的難就在于：物理研究只需要研究者具有習(xí)慣，而物理教師除了要有相關(guān)習(xí)慣，還要總結(jié)出這樣的習(xí)慣，更要使學(xué)生養(yǎng)成這樣的習(xí)慣.教師的習(xí)慣就是學(xué)生的習(xí)慣，所謂“師從”就是這個(gè)道理.“努力而未見其效”就是沒有養(yǎng)成習(xí)慣的緣故.養(yǎng)成習(xí)慣就是教師最根本的專業(yè)發(fā)展道路.基于實(shí)驗(yàn)的習(xí)慣：初中的物理老師往往習(xí)慣于從理論上去向?qū)W生解釋一些物理問題，這是一個(gè)很不好的習(xí)慣.我們常常看見很多優(yōu)秀的基于現(xiàn)代條件的實(shí)驗(yàn)視頻都是來(lái)自發(fā)達(dá)國(guó)家，這是我們的短板.新材料、新設(shè)備下，我們有了更多的實(shí)驗(yàn)器材，我們可以給學(xué)生更多的演示實(shí)驗(yàn).這里筆者想強(qiáng)調(diào)的是：將最顯眼、最本質(zhì)的現(xiàn)象展示給學(xué)生，既是物理教學(xué)的需要，更是物理教師的使命.

案例2 有趣的車輪轉(zhuǎn)動(dòng)

問題提出：在生活中經(jīng)常會(huì)遇到這種情況：當(dāng)一個(gè)塑料袋隨風(fēng)飄落在自行車輪上，并隨車輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，塑料袋轉(zhuǎn)到車輪上半段時(shí)一閃而過(guò)，模糊不清；而轉(zhuǎn)到接近地面時(shí)，可以較清楚辨別塑料袋的形態(tài).這是為什么呢？

設(shè)計(jì)方案：可以將車輪上的塑料袋替代為一個(gè)在圓環(huán)側(cè)面上的點(diǎn)來(lái)研究.為了方便實(shí)驗(yàn)，筆者將車輪用家中的大磁鐵來(lái)代替（實(shí)在無(wú)法找到更好的實(shí)驗(yàn)工具），并在磁鐵上做好記號(hào)代表那個(gè)點(diǎn).當(dāng)筆者用一個(gè)鉤子鉤住“輪子”并勻速拉動(dòng)它做直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，從側(cè)面看到了這樣的情形：標(biāo)記在輪子的上半部分轉(zhuǎn)得較快，而在即將接觸地面的瞬間又好像減速了.

兩種猜想：

猜想一：車輪上的點(diǎn)在處于輪子上半部分與下半部分的運(yùn)動(dòng)速度相同，只是視覺上誤認(rèn)為其移動(dòng)有快慢之分.

猜想二：車輪上的點(diǎn)在處于輪子上半部分與下半部分的運(yùn)動(dòng)速度確實(shí)不同.

接下來(lái)實(shí)驗(yàn)只要得出輪上的點(diǎn)在處于輪子中不同位置時(shí)運(yùn)動(dòng)速度不同（或相同），問題就解決了.所以，我將輪上的兩點(diǎn)的初始位置在木棍上做好標(biāo)記.其后拉動(dòng)輪子（磁鐵），比較它們的運(yùn)動(dòng)距離.

這一下可以清清楚楚地分析出原因了，車輪上的點(diǎn)在處于輪子上半部分與下半部分的運(yùn)動(dòng)速度是不同的，且當(dāng)這個(gè)點(diǎn)越接近于輪子與地面接觸的那一個(gè)點(diǎn)時(shí)，它運(yùn)動(dòng)越慢.反之，則越快.

不過(guò)筆者頓時(shí)奇怪了，一個(gè)正在滾動(dòng)輪子上的點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度卻不相同讓人有些奇怪和不可思議.但仔細(xì)想想，卻又是如此簡(jiǎn)單：因?yàn)檩喿硬⒉皇抢@一個(gè)固定的點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng).

這個(gè)有關(guān)車輪的問題就解決了.筆者還好奇地探索了一下車輪上每一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡.

結(jié)論 只要把紅點(diǎn)用曲線連起來(lái)，就可以觀察到其在輪子上的奇特的運(yùn)動(dòng)軌跡了.這樣也證明輪子轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中速度是變化的.

麥克斯韋說(shuō)：學(xué)生用自制的儀器做實(shí)驗(yàn)的教育價(jià)值，往往與儀器的復(fù)雜性成反比，學(xué)生自制的儀器經(jīng)常出毛病，但他卻會(huì)比用仔細(xì)調(diào)整好的儀器學(xué)到更多的東西.仔細(xì)調(diào)整好的儀器學(xué)生易于依賴，學(xué)生自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的價(jià)值在于學(xué)生通過(guò)觀察，獨(dú)立思考，根據(jù)創(chuàng)設(shè)的實(shí)驗(yàn)情境，有意識(shí)地對(duì)生活中的物理現(xiàn)象進(jìn)行抽象、簡(jiǎn)化， [LL]從而能使學(xué)生對(duì)物理問題有更深刻的理解.

霍金在他的一篇文章中描述一個(gè)場(chǎng)景：一群金魚被養(yǎng)在圓形玻璃魚缸里，它們看到的世界和我們所處的世界，哪個(gè)更真實(shí)？在金魚的世界里，由于光在進(jìn)入水時(shí)發(fā)生了折射，在我們看來(lái)做直線運(yùn)動(dòng)的一個(gè)不受外力影響的物體，在金魚的眼中就是沿著曲線運(yùn)動(dòng)的.而如果金魚足夠聰明，那么，金魚也可以在它們的世界里總結(jié)出一套物理學(xué)規(guī)律.雖然，這樣的規(guī)律對(duì)于金魚缸外的我們來(lái)說(shuō)，根本就是胡說(shuō).但是，問題來(lái)了，我們?cè)趺粗?，我們不在一個(gè)更大的我們沒有觀察到的圓形金魚缸里呢？

這段話給我們的啟示是：換一個(gè)角度觀察就是另一個(gè)世界.老師的演示實(shí)驗(yàn)甚至分組實(shí)驗(yàn)往往忽視和壓抑學(xué)生積極性及動(dòng)手能力的培養(yǎng).沒有從金魚——“學(xué)生”的視角去思考實(shí)驗(yàn)、組織實(shí)驗(yàn).

荀子的《勸學(xué)》篇有兩句話：君子生非異也，第二句善假（借）于物也.筆者以為想要成為學(xué)習(xí)物理君子，一定缺不了自主制作出來(lái)的“物”.

陶行知先生說(shuō)過(guò)：“行是知之始，知是行之成”，意思是：實(shí)踐中產(chǎn)生感性認(rèn)識(shí)，再由此上升到理性認(rèn)識(shí).由此可以看出實(shí)踐、體驗(yàn)、經(jīng)歷是學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的必要條件，因此通過(guò)“學(xué)生自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)”進(jìn)行科學(xué)探究在物理教學(xué)中尤顯得意義重大.

赫拉克利特說(shuō)：智慧就在于說(shuō)出真理，并且按照自然行事，聽自然的話.他還說(shuō)“智慧是非常黑暗的，并且看上去不像是天生的，其意義是指觸及事物的運(yùn)動(dòng)”.人的智慧是隱性的，是潛在的.物理老師需要通過(guò)“學(xué)生自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)”來(lái)豐富自己的教育智慧，同時(shí)豐富學(xué)生的智慧，愿“創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)豐富學(xué)生的智慧”能夠成為同仁的事業(yè)理想與職業(yè)追求.