中学物理学科创新型人才培养模式初探

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谈创造型人才的培养

小议增加设计性实验的教学

重庆市江北中学

但汉国

关键词：创造型人才 设计性实验

摘要：本文通过对传统的演示实验和学生分组实验的弊端分

析，得出了培养创造型人才的重要途径－增加设计性实验的教

学。

一、增加设计性实验教学的必要性

时光正以飞速的步伐向21世纪迈进，把我们带到了一个竞争，首先是人才竞争的时代。中华民族要在强手林立的世界民族之列崭露头角，没有全民整体素质的提高是不行的，没有高素质的人才更是不行的。“从目前的教育发展趋势看，未来社会需要的是大量具有探索精神的创造型人才。”可见，大力加强教育改革，积极推进“应试教育”向“素质教育”转轨，全方位，多渠

道地培养创造型人才，成为世纪之交我国教育工作者要肩负起的神圣不可推御的历史使命！中学物理教师更应该高举“素质教育”大旗，抓住物理学科本身的特性和其独特的育人功能，努力培养学生的创造能力。

物理学是一门以实验为基础的科学，物理实验不仅可以检验物理规律的正确性，而且是探索和揭示物理规律的主要方法。物理实验教学是物理教学的的重要组成部分。它对激发学生的学习兴趣，帮助他们树立辩证唯物主义观点，确立科学的实验思想，养成实事求是，科学严谨的学习态度，培养学生观察，思维，分

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析，创造能力，

帮助他们理解，掌握广博的基础知识等多方面的

素质教育起着不可替代的作用。

目前，中学物理教学中的两类型实验是演示实验和学生分组

实验。演示实验是教师在课堂上为配合有关知识的教学而进行的

教学实验，它是激发学生学习兴趣，引导学生观察和分析物理现

象学好物理知识的重要方法，有助于学生观察能力的培养。但演

示实验是以老师讲解和演示为中心，学生处于被动接受知识的地

位，缺乏主动探索，开拓向上的精神。并且受到课堂时间和条件

的限制，学生亲自动手操作的机会很少。学生分组实验是学生亲

自动手操作的物理实验。它是将学生分成小组，在老师指导下获

得物理知识与训练实验技能的活动，是手和脑，知识和能力得到

基本训练的教学环节。它在加深学生对物理概念和规律的理解和

掌握，培养学生观察能力，实验能力，掌握实验技能等方面有关

不可低估的作用。它克服了演示实验的不足，但自身却也存在缺

限：常规的学生分组实验是根据教材预先设计好的实验目的，器

材，方法，按照规定的步骤一步一步去做，这种墨守成规的做法

往往束缚了学生的思维，不利于学生发散性思维能力，创造能力

的培养。要弥补这些不足，充分完善实验教学的功能，就必须增

加没计性实验教学，使实验教学成为培养创造型人才的一个重要

方面。

二、创造型人才的特点及设计性实验的功能

1.创造型人才的特点

创造力是一种层次较高的能力，是独特地解决问题的能力。

凭借这种能力，人们能够产生新的，独特的，具有社会价值的产

物，其中包括新观念，新理论，新方法，新产品，新工艺等。创

造型人才具有的显著特点是：思想解放和富有强烈的探索精神，

显示出较强的掌握人类已有知识的能力，更表现为敢于向传统观第1页

念挑战，

向权威质疑，独具慧眼的可贵品质以及在人们司空见惯

的现象中发现问题，在解决问题时能够提出不同寻常的独特见

解。创造型人才的培养，重点是创造能力的培养。而创造性思维

又是创造能力的核心。设计性实验正是以培养学生创造性思维为

中心，全方位地培养学生的创造能力。

2.设计性实验的功能

设计性实险教学的思路探李

没计性实验，是只给出实验的目的和要求（有些还给出一定

的误差范围）或只给出所要研究的问题，然后再由学生自己围绕

实验目的（或问题）设计实验方案，选择实验器材（或给出所需

实验器材，有时也可只给一种或几种主要器材）。确定实验步

骤，完成实验操作，分析实验结果的一种自主型实验。这种实验

立足于学生学习的自觉性、主动性、积极性，它只提供了学生探

索问题的要求和目标，抛砖引玉。俗话说，“条条大道通罗

马”，学生可以思考从不同的方法从不同的路径来达到目的。而

“实验的目的只是实验的出发点，实验原理和实验的设计思想才

是实验的核心。”［2)设计性实验教学，正是从实验的灵魂出发，紧

紧抓住实验的精髓，逐步培养学生的科学实验设计思想，发掘学

生的创造性思维。它使物理学在“培养创造型人才的科学思想、

科学方法、科学精神、科学品质等方面具有其他所有自然学科无

法比拟的特殊教育功能和文化价值”［3],得到最充分的体现。它是

依据启发性原则和发现法教学方法，着眼于学生创造性思维品质

的深刻性、广阔性、灵活性、流畅性和批判性的训练、提高和创

造能力的养成。“实验最珍贵的启发性意义也在此”！［4

设计性实验具有多端性和最佳性，客观性和科学性，主动性

和独创性，复杂性和变通性等特点。正是因为它有如此广泛而又

独特的性质，所以它在实验教学中充分显示了演示实验和学生分

组实验无法比拟的优越性，体现了它强大的育人功能：＜1>它可以帮助学生巩固掌握物理概念规律，灵活运用知识。

2>进一步提高学生的观察能力，实验能力，训练学生辨别评

价能力。

＜3>培养学生发散性思维能力，空间想象能力，自学能力，创

造能力和独立分析解决问题的能力。

＜＞养成学生主动探索奥秘的科学品质，培养学生严谨务实的

科学态度和开拓创新的科学精神。

设计性实验在中学物理学科实施素质教育中的地位显赫，它

是区别于传统实验（注：通常把演示实验和学生分组实验称作传

统实验：）亟待开设的新型实验，该怎样来实施设计性实验教学

呢？下面结合其特点，

具体谈一下设计性实验的教学。

三、设计性实验的教学

1.进行实验方案设计的初步训练

思维和能力的培养不是一蹴而就的，它是一个逐步培养，逐

渐发展的过程。在设计性实验的初始教学阶段，可以出一些简单

的设计性实验题目，发动全体学生思考，不同的人有不同的思

路，可能设计出不同的实验方案，同一个人也可能想出几种不同

的解决办法，这是设计性实验多端性的体现。例如：给你一个透

镜，怎样用最简单的方法判断它是不是凸透镜？对这样的实验题

目，学生通过积极思考后，可能得出不同的答案：

①用手去摸；

②观察在太阳光下是否能聚焦；

③看这个透镜是不是放大镜。

这些实验设计方案有的是可行的，有的是将被淘汰的，有的

（一种或几种）可能最佳，这就是设计实验的最佳性。需要学生

对此进行分析比较，辨别判断选择最优方案，从而对发散性思维

进行收敛性加工，培养学生的评价能力。例如上例中的第一种方案，可靠性不好；

第二种方案又受天气的限制，可操作性不强：

而第三种方案则不受天气、器材限制，既简单又可靠，具客观性

和科学性，

是最佳的方法。通过这样的初步训练，逐步培养学生

的空间想象能力，

发散性思维能力和灵活运用知识的能力，为培

养学生的创造能力打基础。

2.给出实验目的，品材，完成实验操作

有了初始阶段教学的奠基，便可进行给出实验目的和器材的

实验教学了。给出实验目的和器材之后，应要求学生结合实验目

的并根据实验器材的提示作用从不同的角度去思考，运用联想、

等效、直觉、逆向等思维方法，建立正确解决问题的思路，充分

发挥学生的主动性和独创性。

例如，给学生一把直尺，叫学生估测啤酒的容积。首先让学

生思考，确立不同的实验设计方案，然后在不同的方案中通过分

析、比较、筛选出学生自己认为最优的一种，然后进行实际的实

验操作。对本例，可以先用直尺量出啤酒瓶的主要部分－－圆柱

体的高H,估测出内径D,从而算出其容积，但瓶的颈部是不规则

的几何形状，很难较准确地进行估测。但如果我们采用如下一种

方法，则问题就迎刃而解了。如果我们在瓶中倒入大半瓶水（如

图一），量出水的高度H,再堵住瓶口将其倒置，量出空气柱的高

度H2,白于I和I'部分体积相等，因而I和工部分的体积也相等，

故可测得总容积为：

T

H

b

T

（H+H)-11=A

H

（图一）

H这个阶段的教学，

意在提高学生的发散性思维能力和创造能

力，逐步培养独立操作，

发现问题和解决问题的能力。有些问题

还要通过学生在课外自览一些相关知识才能够得到解决，所以比

过程也是培养自学能力的一个开端。在能力和思维基本形成之

后，还必须进一步的巩固和升华，用更高的要求来检验同时也是

提高能力。这就是设计性实验的后期性教学的任务。

3.只给出研究问题，

设计方案，并完成实验

这个阶段的教学，

必须在学生已掌握一般的实验技能和素

质，并具备初步的综合运用知识的能力和良好的独立探索和解决

问题的能力的条件下进行。这样的教学题目，既没有所需实验器

材的提示作用，又存在一个器材选择的难度，这是设计性实验复

杂性的体现。

例如：给定引力恒量G,地球质量M,设计实验测地球表面

积。对于这样的题目，首先要引导学生回忆学过的相关知识，明

确问题的性质，开展丰富的想象，充分利用形象思维，逻辑思维

和发散性思维，由题目所需要的结果入手，逆向追根求源。采用

转换、等效、放大、比较、模拟等实验方法，从多角度、多方位

来思考解决问题的可能性。对本例要求地球的表面积，我们可以

想到球的表面公式：

S=4IIR2

（A)

接下来便是如何求地球的半径R的事了。很显然，我们肯定不

能直接去测量它，必须通过辅助的方法来间接计算，题目中告诉

了我们引力恒量G和地球质量M,由此我们可以联想到运用万有引

力定律的有关知识来解决测半径R的问题。我们知道，在地球表面

的物体得到地球对它的万有引力就等于它受到的重力，如果我们

选取一个物体，

一把弹簧称和一架天平，测出该物体的重力G和质

量m,便可用：Mm

mg=G

。。。。。。。（B)

R

求得：

R2=GM/g......................(C)

将（C)式代入（A)式即可求得地球的表面积：

S=4IIGMg..

。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

（D)

同时，我们从（C)式可以看出：地球的半径与重力加速度相

关，只要我们测出重力加速度，则问题也就解决。而如何求重力

的加速度又成为了一个设计实验题目。根据不同的物理原理，又

可以有单摆法、双线摆法、圆锥摆法、落体法、振子法、机械能

守恒法等多种方案。然后根据实验室能够提供的设备、器材，叫

学生选择一种最为合适和可行的实验方案进行实际操作，并讨论

结果，分析误差，作出实验报告。这样，看似一个无法着手的天

体问题的研究就这样被几个简单的实验所解决。这充分展示了设

计性实验的变通性。这样，通过学生自己设计方案，选择器材，

自己做实验，去发现规律，掌握知识，探索奥秘，能够进一步调

动学生学习物理的积极性，发展学生的智力，启发学生的创造性

思维，巩固和提高学生的创造能力和探索能力。

正如近代科学研究的目的不只是科学研究本身，而要缩短科

学技术转化为生产力的周期一样，物理学科的创造性教学目的也

不只是教学本身，而是一个过程，其最终目的是通过对探究问题

的结果，发现和导求新的问题，引导学生搞发现与发明。当然，

一个人的品质和能力的形成是一个过程，期望中学生在求学阶段

就能做出惊天动地的创造发明，通常是不现实的。中学教育所应

该做的是促使学生形成今后能够做出重大创造性发明所必要的思

想基础和能力储备。这也是设计性实验教学所要达到的目的。

前面详尽论述了设计性实验的教学，下面简要谈一下设计性实验需要注意的问题。

四、设计性实验教学应当注意的问题

需要指出的是，设计性实验的教学由于其自身的难度和现在

部分学校条件所限，开设起来比较困难。但是，从发展的眼光

看，我们在尽可能的情况下力争开设一些对我们未来创造型人才

的培养是大有裨益的。

这显需要注意，设计性实验的教学应该遵

循白浅及深，

循序渐进，逐步提高的原则，进行分阶段、有目

标、有计划、有步骤地教学。同时，为了搞好设计性实验教学，

还应该增设物理活动课，

定期或不定期开放实验室，作为其有益

的、必要的教学补充，为创造型人才提供创造性活动的场所，让

学生发挥自己的创造能力有更多的机会和条件。

另外，前面已经提到过，创造型人才的培养要“多渠道、全

方位”进行。所以单独靠设计性实验的教学来肩负这个重担，显

得有点势单力薄。并且，有助于创造力的能力是多方面的，为培

养学生的创造力，我们不可忽视其他方面的能力培养。设计性实

验的功能也并非面面俱到，演示实验和学生分组实验也有其不可

替代的优点。只有把设计性实验教学和演示实验、学生分组实验

教学有机结合起来，共同发挥物理学科实验整体教学的功能，才

能充分展示物理学科在创造型人才的培养中的巨大作用！

主要参考资料：

［1]:姚翔《中师物理实验教学应有自己的特色》，《物理教师》1992.11

［2]:《中学物理》，

1992.5

［3]:《21世纪物理教育展望》、《物理通报》社论，1998.1

［4]:何圣静、赵蕙英《略论科学实验思想》，《物理教师》，1992.2