初中物理实验教学中学生创新能力的培养.docx
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初中物理实验教学中学生创新能力的培养
初中物理实验教学中学生创新能力的培养
创新是一个民族进步的灵魂，没有创新就会失去生存的权利。
创新的关键是人才的开发，创新人才的培养要从基础教育抓起，而中学阶段是创新教育的关键时期。
基础教育中的创新，尤其是对初中学生来说，就是利用已有的知识（基本概念和规律），对面临的事物和问题，提出自己的新观点、新见解，提出解决问题的办法，甚至包括习题的解题法。
这种创新和科学家、发明家“从无到有”，惊天动地的那种意义上的创新是有区别的，甚至是微不足道的，但这种创新，哪怕是一个小小的火花，它可以发展，可以壮大，可以燎原，这种创新和实践的内在功底，必将在日后的生活和工作中显示出巨大的作用。
创新教育的任务就是运用科学的方法开发每一位学生的创造性资源，充分展示每一位学生的聪明才智，从而培养一大批富有开拓精神和创新能力的新型人才。
许多国家对培养学生的创新实践能力的研究已进行了几十年，。
取得了一系列的研究成果，科技发达的美国有“创造基金会”为中小学生创造力和实践能力的培养开发提供援助。
在日本，不是只有少数学校开展学生创新和实践能力培养的研究，而是步入大面积的普及阶段。
二十世纪八十年代初，创新教育在我国已引起广泛重视，并有许多教育工作者先后开展了研究，20年来，取得了一定的成绩。
特别是90年代末，当“培养学生的创新精神和实践能力”被确定为素质教育的“重点”、“根本”的时候，广大教育工作者的思想认识和实际操作都显得准备不足，产生了许多疑问。
比如：
创新能力能培养吗？
课堂教学中怎样才能培养学生的创新能力？
实验教学中又如何培养学生的创新能力？
既传授知识技能又培养创新能力会不会加重学生的学习负担、降低学业成绩？
通过我们进行的“初中物理实验教学中学生创新能力培养”课题的研究，收到了良好效果。
我们的做法如下：
一、建立假设
纵观物理学的发展史就是一部创新的历史，物理学在发展过程中每前进一步都是一种创新活动。
许多重要规律的发现，既包含着物理学家探索知识的坎坷经历，深入思考和仔细研究，更显示出物理学家的非凡的创造思维和科学研究方式，物理教材特别是物理实验为我们提供了培养创新能力的好素材，本课题组在物理教学中正是充分重视和利用了教材，学校实验室资源。
对学生创新能力进行有效的培养。
1、构建实验教学模式，因势利导培养学生的创新思维
运用创新教育思想、“GX理论”构建“先做后说、师生共作”为主、多法配合的教学模式，具体体现如下四个环节：
（1）学生“先做”：
由学习过程体验认识物理实事。
即新课伊始，教师根据所学内容，想方设法创设情境让学生提出问题或思考问题，再猜想设计操作实验或阅读教材，在头脑中形成清晰的物理表象。
（2）分析思考：
使学生在先做的基础上以具体生动的感性认识为基础进行讨论分析。
（3）“后说”：
让学生概括归纳、表达陈述物理概念、现象、结论、规律、方法。
（4）“师生共作”反馈矫正，互动交流。
通过这四个环节，教师适时采用恰当的教学方法和思维训练方式（如原型启发式；实验法；类比联想法等等），组织、引导、促进学生的认识、情感、意志、行为态度、思维和方法获得发展和提高。
2、开辟“实验助学园地”分层次培养学生的创新能力
构建面向全体学生开放的“物理实验助学园地”，优化课外活动，让学生利用二课或闲余时间进入物理实验助学园地，根据自己的情况在此选择完成不同层次的实验操作，使实验室、仪器、设备资源共享，充分发挥其作用。
3、培养学生的创新能力不会降低学生的学业成绩。
相反，会促进学生的学业成绩的提高。
4、利用物理学科特点，增加教学的探索性充分发挥物理实验教学的创新实践功能。
中学物理以其学科特点，有培养学生创新能力得天独厚的优势，因此，我们假设实验班学生的实验操作成绩应显著高于对照班，由此说明，通过实验教学利用物理学科特点，增加教学的探索性充分发挥物理实验教学的创新实践功能，使学生的创新能力在实验教学中得以切实的培养。
5、通过开展实验探究创新活动，组织实验班学生进行小发明、小制作、小实验、小创作等创新活动。
①、在基本技能方面，能较好的完成课本中要求的初中物理学生分组实验（新课标人教版物理课本中的学生探究实验），由此进一步理解所学的物理知识。
②、在提高素质方面，积极的自主完成课本中不要求学生做的演示或趣味性实验95（原教材）个，（现教材中的演示实验、想想做做等）。
写出有关的实验有感，体验说明等文章。
③、在开拓创新方面学生完成模型电扇、航模等小制作、小发明。
由此说明，学生的创新表现能力和动手操作的良好习惯得以有成效的培养。
二、实验预期目标
实验组学生的学业成绩、实验操作技能要显著高于对照组学生的。
由此进一步说明实验组学生的创新思维品质要高于对照组学生，使实验组学生思维的新颖性、独特性、流畅性、变通性等空间想象与推理能力、个性特征均得以较好的发展。
三、实验对象和研究方法
1、实验对象：
课题组从我旗7所初中学校中根据生源组成（即有牧区住校生又有镇区学生）的不同情况，选择阿左旗三中为实验学校，并从2001年升入初中三年级10个班中随机抽出6个班，学生270人为第一批实验组，对照组4个班学生176人。
实验周期两年，从初中三年级开始至初中四年级结束。
第二批是2002年升入初中三年级的6个班中随机抽出的4个班，学生198人为实验组，对照组2个班100人。
这样分批实施，滚动进行是为了边实验边总结，后实验班级吸收先实验班级的经验，同时也是为了便于具体指导。
2、测量方法：
（1）、测量工具：
主要通过学生学业成绩的测定，学生实验操作抽测两方面进行。
学业成绩测定结果采用教研室统考或实验学校期末统考成绩。
（说明，学年末教研室不组织统考的情况下，学业成绩测定结果就采用实验学校期末考试成绩）。
实验操作技能抽测，由左旗教研室统一命题，统一组织抽测。
（2）、测量步骤：
对实验组和对照组同时进行学业成绩、学生实验操作测验（单人、单桌）两项测验试题对实验组和对照组均同。
测验后，统一组织按评分规则手工评卷评定成绩，然后进行统计分析。
各项数据小数点后保留两位。
（3）、测量时间：
学年末实验操作抽测和学生成绩测量各一次。
3、实验研究方法：
本研究采用教育实验法和行动研究法。
4、教学措施：
（1）运用“先做后说、师生共作”为主、多法配合的教学模式。
具体通过如下四个环节体现：
（A）学生“先做”：
由学习过程体验认识物理实事。
（B）分析思考：
使学生在先做的基础上以具体生动的感性认识为基础进行讨论分析。
（C）“后说”：
让学生概括归纳、表达陈述物理概念、现象、结论、规律、方法。
（D）“师生共作”反馈矫正，互动交流。
例如，学习内燃机时，把演示实验（加热试管中的水沸腾，水蒸气会把塞住试管的软木塞冲出去）改为学生实验，让学生“先做”后，教师引导学生思考猜想，所做的实验现象可用于制造哪类机器？
再让学生“说”，概括表达陈述自己的想法。
最后“师生共作”、互相交流。
使学生体会认识到上述实验为最早的内燃机提供了原型，也为他们的思维提供了一个原型。
从中学习领会原型启发式的创新思维方法。
（2）构建面向全体学生，开放式的“物理实验助学园地”,让学生根据实验助学提纲中的问题自主的探究动手操作实验，培养学生的实验观察、操作实践能力。
为了便于管理和分层次培养学生的实验技能，我们根据具体实验和学生特点，精心设计编写了九年义教四年制初级中学教科书两册物理（人教版）中85个演示实验、17个学生实验的助学提纲（约二万五千多字）,对每个实验都提出了基本要求和较高要求、意见反馈。
学期初,先把实验助学提纲发到班里，让学生根据其中提供的实验，自主选择实验及标准，再到实验室自主操作完成。
另外，针对学生进入“物理实验助学园地”活动有时人太多，仪器少；一些学生对某些仪器使用方法不太注意，随意性强，实验操作中存在不规范或一些不好的习惯；学生进入实验室，由于好奇、兴奋、激动，不易保持冷静头脑；做带点“危险性”实验又出现畏惧、惊慌；做实验时学生前后左右大声询问，整个实验室吵吵的纪律很乱；实验中收集资料不够等等现象，为了更便于管理，使学生进入“物理实验助学园地”活动有序地进行和较好的促进同学们合作学习。
我们不断改进方法，具体做法是：
把自愿做实验的学生以班为单位且自由结合，每3人编成一个实验小组，每周按班分配在不同的时间里，利用课外活动自主实验。
每个实验小组要选出组长，负责向实验员交接仪器。
填写助学园地实验登记册，每个实验小组的成员要发扬协助合作精神，做好每次自己选做的实验，然后再交换做其它的实验。
教师跟班为实验的学生答疑、解惑、指导。
由于采取了这些具体可行的措施，使学生逐步形成了自我管理良好的实验习惯、及时记录实验现象、实验过程、实验结果的科学素养。
促进对所学知识的理解和掌握，增强了实验探索科学奥秘的兴趣。
如许多学生把煮好的鸡蛋带到学校来，做验证大气压存在的实验，从中体验大气压的存在，通过自主实验，引发了很多联想，如能否应用气体压强有关知识，让课本P16211-4图中进入瓶内的鸡蛋，反过来从瓶里“吐”出到另一个瓶中，有一位学生产生了这样的想法后，按自己设计的实验方案实验了8次没有成功，这时老师进一步鼓励他，并启发他查阅有关资料，再构思设计制作一种满足上述要求的演示仪器，虽然到毕业时也没有做成功，但是从他的实验研究中，不正是让我们看到了所要培养的探究、创新精神吗？
我们把“物理实验助学园地”分为三大区：
第一是基本技能区：
训练学生的基本实验操作技能，既学会使用物理仪器，又学会做最基本的物理实验。
第二是强化素质区：
让学生操作难度较大、要求较高的实验，并试做自己设计的实验，从而探究新知。
第三是开拓创新区：
启发、引导学生开展一些小制作、小创作、趣味实验（如学生制做小电扇、类似于桌签功能的助学提纲架、航模等）开阔学生的思维空间、培养学生的创新能力。
（3）实验班教师要根据物理学科特点，结合物理教材的特点，在教学中渗透创新思维方法。
课题组的老师们经常对学生开展关于创新思维及技法讲座，结合一些前人的发明创造实例，同龄人的发明创造（如初中生孔幻博发明安全气管、宋晓迪发明多功能学生座次调节仪等）实例，给学生介绍创新思维法，比如：
逆向思维法、发散思维法、隐寓联想法、缺点联系法，实验探究法、求异选优法、发散提问法、尝试发现法、实验观测法、猜想法、激疑质疑法、“八个一”思考法（加一加、减一减、扩一扩、缩一缩、变一变、改一改、代一代、反一反）、“三论法”（讨论、争论、辨论）组合联想法、缺点联想法、横向联想法等方法，行之有效的激发学生的创新意识和创新精神，培养学生的创新能力。
（4）开展创新活动。
实验班组织学生进行一学年一次的小发明、小制作、小实验等创造活动，培养学生的创新表现能力和动手操作的习惯。
5、非实验因素的控制：
①实验组和对照组均从物理学科的起始年级开始，学生成绩大体相当。
②实验组和对照组所使用的教材相同，进行课堂教学和课外活动的时间相等，不另外增加课时。
③实验班和对照组任课教师的教学水平和教学管理水平无很大差别。
四、实验结果
1、实验组与对照组学生实验操作及学生成绩与分析：
为测量方便，第一批实验中从实验组随机抽取100名，对照组随机抽取70名，第二批实验中实验组随机抽取72名，对照组随机抽取60名进行测试。
并且进行测试的学生学业基础情况相同。
表一：
学生学业成绩比较（满分100分）
项目
年级或组
N
X
S
Z
初三
实验组
100
88.64
8.15
10.68
对照组
70
68.99
13.79
初四
实验组
100
89.21
7.92
8.81
对照组
70
73.08
13.80
表
表二：
实验操作成绩比较（满分10分）
项目
年级或组
N
X
S
Z
初三
实验组
100
8.26
1.95
4.43
对照组
70
6.98
1.86
初四
实验组
100
7.97
2.57
2.49
对照组
70
6.00
1.32
从表一可看出实验组学生的学业成绩在初三、初四均非常显著地超过了对照组（因为Z值大于2.58，P<0.01）。
从表二也可看出，实验组学生的实验操作成绩也显著地超过了对照组（因为Z值大于2.58或落在[1.96，2.58]的区间内，则P<0.01或P<0.05）。
特别是学业成绩均分X在初三、初四分别高于对照组19.65、16.13分，而标准差S低于对照组5.64、5.88。
这说明实验组学生的学业成绩不仅有很大提高，而且成绩分布也较对照组集中，较少两极分化。
再看第二批实验中，学生学业成绩比较见表三。
本次统计以全旗初三年级的统考成绩为依据，实验操作技能比较见表四，以左旗教研室组织统一抽测成绩为依据。
表三：
学生成绩比较（满分100分）
项目
年级或组
N
X
S
Z
初三
实验组
72
73.24
13.34
2.04
对照组
60
60.13
19.35
表四：
实验操作成绩比较（满分10分）
项目
年级或组
N
X
S
Z
初三
实验组
72
7.10
1.71
4.68
对照组
60
5.30
2.54
由表三、表四进一步显示，在第二批实验中，不论是学业成绩还是实验操作技能成绩，实验组学生的成绩均显著地非常显著地超过了对照组（因为在表三中Z值落在[1.96、2.58]区间内，P<0.05。
在表四中Z值大于2.58，P<0.01）并且两项成绩的均分都高于对照组，而标准差却都低于对照组，说明实验组学生不但成绩比对照组的显著的好，而且成绩分布也较对照组集中，不论是学业成绩、还是实验操作技能均很少两极分化。
2、教师创新实验、带动激发学生创新活动：
在实验教学中，由于教师较好的运用了“先做后说，师生共作”为主、多法配合的课堂教学模式并经常性的渗透创新思维方法，大胆的创新，改进演示实验，极大的带动和激发了学生的创新活动，实验教师们还动手自制教具，如电流表、电压表模拟刻度盘等教具。
对学生起到了潜移默化的创新教育作用。
近三年来学生在“物理实验助学园地”中利用课内外时间自主实验达16450人次，其中包括有初中物理课本中不要求学生做，只要求教师演示的初三、初四两个年级的所有演示实验，共8700人次，所有学生分组实验共7400人次，课外的趣味性实验300多人次。
写出了大约1500份简短的实验后的体会、感受、小结。
初三五班的张蕾这样写道：
“通过一次次的自主实验，我常常感到了物理知识在我们生活中的重要性，并且让我了解认识了人类如何通过探究自然而推进科学和文明的发展，从而进一步认识到物理学在科学技术和社会发展中的重要作用。
”初三四班的杨燕、王波等写到：
“自主实验培养了我们动手操作的能力和分析解决问题的能力……”在2002年9月和2003年9月，我们课题组先后开展了两次小制作、小实验评比活动。
共收到学生自己设计制作了滚桶式、插入式等形式的桌签、航模等近百件小制作作品，评选出了集体组织奖二名，个人奖（一、二、三等）、鼓励奖共十一名，特别是有些作品创意新颖、独特。
有些平时学业成绩不太好的学生，却在这项活动中表现出了优势。
例如，三中2004年的初四六班的李景峰、张亮等学生，这说明他们喜欢动手、动脑搞制作，对这项活动表现出了浓厚的兴趣。
只要我们因势利导、着力开发他们的活动时间、思维空间、表现空间，就能培养他们的创新意识，挖掘他们的创造潜能，使他们具有理想腾飞的翅膀。
学生通过每一次自己做实验，发现相关的物理规律，建立正确的概念，即满足了他们的好奇心和求知欲，又使他们从中学习到了探究方法，体会到了成功的乐趣。
3、教师营造平等、自主的教学氛围鼓励学生创新：
在实验教学中，由于实验教师较好的运用“先做后说，师生共作”为主、多法配合的课堂教学模式。
把过去是以教师为中心的实验教学转变成了以学生为中心，把过去对知识的灌输传授变成了学生的直接体验，从而优化了实验教学课堂结构，创设了民主平等的课堂气氛，体现了“学生是学习的主人，教师是学习的组织者和引导者”这种良好的课堂教学格局。
教学中教师总是想方设法让学生放得开、不拘谨，使学生大胆地说出自己对实验观察、操作的认识、体会，哪怕是错误的，教师都不轻易地否定学生，而是给予学生更多的鼓励，使学生从观察、动手实验、分析实验的过程中得到成功的快乐，从教师给予及时的表扬中增强自信。
这样，不但有效的激励了学生的发散思维，而且使学生把一开始的实验兴趣变成了日后继续学习的动力。
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