（第一节 ）学生创新能力培养
一个民族只有在不断创新中，才能够谋得自身文化的发展，创新是一个民族的灵魂。因此，作为人类灵魂工程师的广大教育工作者要把培养创新人才作为一项重要教育任务，将如何培养具有创新精神和实践能力的人才作为急需研究的一重要的教育课题。2000年确定的《关于在中学物理教学中进行创新能力培养的研究与实践》课题作为实施创新教育研究课题，经过将近两年的研究与实践，在2001年底终于取得了可喜的研究成果。本节就此课题研究中如何培养学生的创新能力作一教学探讨。
一、创新能力培养的具体目标
结合物理学科的特点，根据创新教学的要求，在中学物理教学中进行创新教学的重点应该定位在培养学生的创新能力上，确定具体目标是要培养学生物理创新能力。学生物理创新能力的目标主要表现为以下几个方面：
1.进行类科学探索研究的能力
科学探究是一项重要的创新活动，科学教育中学生类科学探究能力也是一项重要的创新能力。类科学探索研究能力具体表现为：
（1）发现问题、提出问题的能力（运用对称、类比、统一、特殊化、一般化等方法提出问题）；
（2）能运用理论思维导致悖论，分析产生悖论的原因，并能提出猜想（运用已学的理论结合归纳、推广、类比、等效、直觉等方法提出新的猜想）；
（3）能运用实验和逻辑方法验证猜想。完善新的理论；
（4）能运用科学思维方法（分析、比较、抽象、概括、归纳等）从理论上分析、处理实验现象和数据、建立模型、得出概念、发现规律。
2.进行知识和方法的拓展创新能力
任何物理理论和方法都有一定的适用条件，教育工作者就是要把原有的知识有方法进行推广，在推广中揭示它们的局限性和适用范围，并通过拓展给出适用范围更广、概括水平更高的新的知识和新的方法。在物理教学中应把拓展创新能力视为一重要的创新能力，拓展创新能力表现为：
（1）揭示原有知识的局限性及适用条件，对原有知识进行拓展创新，能用概括水平更高的知识概括原有知识；
（2）针对新问题，能改变传统思维方式（静态思维、正向思维、抽象思维、逻辑思维等），运用新的思维方式（逆向思维、动态思维、形象思维、直觉思维等）分析处理新问题；
（3）不满足于现有的解题方法，能从简洁、经济、美学等多角度、深层次地提出解决问题的方法；
（4）能在解答具体问题中发现矛盾，揭示原有解题方法的局限性和适用条件，提出适用范围广、概括水平高在解题方法。
3.物理实验设计与创新的能力
进行物理实验设计创新也是一项十分重要的创新能力，中学物理教学中学生物理实验设计创新能力表现为：
（1）能运用实验的理论和实验思想方法（控制思想、多次间直测量思想、放大的思想、补偿思想、比较思想、转化思想等）设计新的实验；
（2）能揭示原有实验的不足之处，运用新的实验方法对原有实验进行创新设计、改进；
（3）能运用新的实验数据处理方法（图像、线性化、外推等方法）对实验数据进行合理的、创新处理，给出实验结果；
（4）能运用误差分析方法分析实验误差的原因，并能提出减小实验误差的新措施和方法；
（5）能把已学的实验方法和技术移植应用到新实际问题，进行移植应用创新。
二、创新的特征和创新教学模式的构建
创新的内容一般包括观念创新、知识创新、方法创新、技术创新几个方面，考虑到创新的一般性和中学物理教学的特殊性，一般认为中学物理教学中学生创新的内容主要是知识创新、方法创新和技术创新。中学物理教学中学生创新的特征是求真创新（即得出相对正确、一般性的知识和方法），臻美创新（即得出比较简洁、精妙、美的方法和技术），综合创新（即运用不同学科的知识和方法进行相互渗透、相互综合得出本学科中没有的成果），移植应用创新（即把其他学科中有用的观念、方法、知识、技术迁移到本学科中来得出新的有价值的成果）。针对中学物理教学中创新的内容和特征来构建进行创新教学的模式是十分重要的。构建进行物理创新教学模式的目的是探索物理创新教学的规律，使教师能有目的、有步骤、可操作性地进行物理创新教学，从而提高教学效果，高质量地完成教学任务。从知识、方法和技术三个方面构建创新教学模式。
1.知识创新教学模式的构建
在科学探究中的知识创新与科学教育方面，中学生知识创新过程虽然在目标上、难度上、时间上是不相同的，但是它们在认识上和思维上是相似的，在中学物理教学中构建知识创新教学模式应该遵循科学知识创新的一般认知程式，同时又要考虑到中学物理教学的特殊性，模拟科学知识创新的认知流程，创设类科学研究的教学情景，揭示知识产生、形成、发展、创新的过程，引导学生经历类科学探索创新过程。
在知识创新教学模式中，应以原有知识为基础，以类科学探索创新为主线，以新的物理情景为切入点，以导致悖论、提出问题为动力，以理性分析、科学猜想为核心，以实验验证、理论论证为判断，以构建新的知识结构、培养学生类科学探索创新能力为目标。在模式中：新的物理情景包括新的自然和生活现象、物理实验现象以及有关理论性问题，所创设的新的物理情景应能揭示学生原有知识的局限性，渗透新的知识；导致悖论提出新的问题后能极大地激发学生探索创新动机；理性分析、科学猜想时要运用有关的科学方法（例如特殊化猜想、一般化猜想、因果猜想、类比猜想等）。
2方法创新教学模式的构建
方法教学是物理教学的一项非常重要的内容。在传统教学中，教师常把方法当成知识直接传授给学生，然后让学生直接运用记住的方法解答物理问题、进行物理实验，该种做法缺乏方法的形成、探索、创新过程，学生常把方法当作知识加以记忆，没有深刻理解方法的内涵，不能正确、灵活运用方法解答物理问题，没有体现方法的迁移价值，没有通过方法探索创新来培养学生创新能力。因而在构建中学物理教学中进行方法创新教学对于学生牢固掌握方法、培养学生创新能力都是非常重要的。在中学物理教学方法创新教学模式时，教师应根据学生认知中原有方法的特点，遵循人们探索解答物理问题的认识规律和思维方法，模拟人们探索方法、解答问题的研究情景，引导学生进行探究，展现方法形成、发展、创新过程。
在方法创新教学模式中，应该以学生认知中原有方法为创新基础，以新的问题情景为切入点，以探索研究为动力，以臻美探索创新和求真探索创新为核心，以构建新的方法结构、培养学生创新思维能力为目标。模式中学生原有方法包括解题方法、思维方法、实验方法；所创设的问题情景包括具体的理论问题和实验问题，新的问题情景应能揭示原有方法的局限性，同时隐含了新的方法；当学生探索研究成功时，教师应引导学生进行臻美创新（寻求更简洁、完整的方法）；当学生探索失败时，教师应引导学生进行求真探索（修正原有方法，提出新的正确的方法）。
3技术创新教学模式构建
中学物理教学中进行技术创新教学体现了STS教育中技术创新教学的要求，中学物理技术创新教学主要表现在学生运用中学物理知识和有关实验设计方法和技术来进行应用性设计（例如运用分压电路及转化思想设计质量仪，运用力学和电学知识结合变换方法设计力电转换器等）方面。中学物理技术创新教学。模式中以原有学生设计认知为基础，以新的应用设计课题为切入点，以理论设计为指导，以实验调试为判断，以求真创新和臻美创新为核心，以构建新的应用设计结构、培养学生应用设计能力为目标。模式中应用设计课题的创设十分重要，课题应能揭示学生原有设计认知的局限性和不足之处，同时渗透新的设计方法，学生的理论设计在实验调试时失败或不完美，能激发学生的探索创新动机，通过进一步设计，从失败到成功，臻美探索培养学生的应用设计创新能力。
三、实现创新教学的途径和策略探索
1在新课程教学中，充分运用科学“探究式”教学模式设计实施、知识创新教学，培养学生类科学研究能力。
新课程教学中大多数是新知识的教学，这些新知识主要是科学研究中的一些新概念、新规律、新模型，很多内容都是一般学生闻所未闻、短时间难于接受和理解的。因此，在这些新知识教学中，应该采用科学“探究式”教学模式来实施知识创新教学，模拟出一个简缩了的探究过程，引导学生从基础知识一步一步导出新的知识内容，以消除在新知识刚出现时在学生们脑海中的突兀感。
科学“探究式”教学模式的特点是：教师根据学生的认知水平，以及所学中学物理新知识的特点，综合运用探究式教学理论、科学研究方法论和现代化教学手段等，科学地、符合学生认识发展规律地创设以科学探究为主线的类科学研究的教学情景。在科学“探究式”教学过程中，应该以知识创新教学模式的认知流程为主线，以教师的启发指导、提供信息（知识背景、和方法背景材料）为导航，以学生自我探索为主体，通过教师与学生双方互动式交流使学生经历类科学探索研究，获取新知识，培养类科学探索创新能力。在下文中，我们将引用两个教学实例来展示该种教学方法。
教学实例1——运用科学“探究式”教学模式进行《万有引力定律》的创新教学
探索过程
教师导航学生探究原有知识。
教师复习提问学生回忆检索（1）牛顿运动定律；（2）向心加速度和向心力知识；（3）重力、弹力、摩擦力知识。
物理情景
教师进行演示实验和运用多媒体课件演示自然现象学生带着好奇性进行有目的的观察（1）悬挂的萍果剪断细线后掉向地面；（2）月球围绕地球做圆周运动而不落向地球；（3）行星围绕太阳做椭圆运动而不落向太阳。
提出问题
教师引导学生提出问题学生明确问题，并激发探索动机和兴趣。
萍果受到地球的重力和地球对月球的引力、太阳对行星的引力是否是同一性质的力？若是同一性质的力，则它的大小与哪些因素有关？关系如何？
科学猜想
（1）教师引导学生运用理想化方法和统一思想进行猜想；（2）教师向学生提供地球的半径R、月球到地球距离r、月球的运动周期T、地球表面的重力加速度g等数据。（r≈60R）（1）学生把月球运动近似为圆周运动，且视为在一高山上以合适初速度抛出的大苹果；（2）学生运用圆周运动知识进行数据处理得出月球的加速度a=g/3600，得出：a/g=（R/r）2，然后结合牛顿第二定律进行一般化猜想。
（1）上述三种情形下力是同一性质的力的猜想；（2）地球对其他物体的引力与它们之间的距离平方成反比，与物体的质量成正比。
理论论证
（1）教师提供九大行星的周期及相应的轨道半径以及理想化方法等材料；（2）教师向学生提供有关探索所需的理论及计算器等工具。（1）学生运用理想化方法把行星绕太阳运动近似为圆周运动；（2）学生运用开普勒运动定律、牛顿第二定律及圆周运动知识导出太阳对星的引力为F=Km/r2。
最后教师引导学生运用牛顿第三定律及哲学思想给出行星和太阳间引力为：F=Gm1m2/r2。
构建新的知识结构教师结合物理学史引导学生把F=Gm1m2/r2进行推广研究：（1）牛顿对做椭圆运动行星进行拓展研究得出太阳对行星的引力同样满足F=Gm1m2/r2；（2）牛顿在天上力学和地上力学统一思想的指导下把太阳对行星引力规律推广到所有物体提出万有引力定律；（3）师生共同探索揭示万有引力定律的适用条件。
2在习题教学中，运用以知识和方法拓展探究为特征的“探究式”教学，设计实施知识、方法的拓展创新教学，培养学生的知识、方法拓展创新能力。
在习题教学中，教师可以设计以知识和方法拓展探究为特征的“探究式”教学来进行知识和方法的拓展创新教学。该种教学的特点是：以“探究式”教学理论为指导，以知识、方法创新教学模式中认知流程为主线，以教师的启发指导、提供信息（知识背景、和方法背景材料）为导航，以学生自我探索为主体，通过教师与学生双方互动式交流使学生经历知识和方法拓展创新过程，使学生在应用原有知识和方法解答新问题时产生悖论，从而揭示这些知识和解题方法的局限性，明确它们的适用范围，并且引导学生总结归纳出更一般化知识和方法，实现知识的拓展创新和方法的创新，培养学生的知识和方法拓展创新能力。
教学实例2——《二体加速度约束关系寻求方法》的创新教学
探索过程
教师导航学生探究。
原有方法
教师复习提问学生回忆检索。
当二个物体做直线运动时，把二个物体的加速度分别沿着约束方向分解，根据二体在约束方向上加速度相同寻求二体之间的加速度关系。
问题情景
教师创设如下的问题情景学生明确教师创设的问题题意。
如图4所示，半径为R的半球以a的加速度沿着水平面向右运动，带动从动杆ＡＢ沿竖直方向上升，Ｏ为半球的球心Ｐ为其顶点。求：当∠ＡＯＰ＝θ、半球的速度为Ｖ时，ＡＢ杆的加速度。
学生解答导致悖论导致悖论：对学生的解答，当θ＝０°时，由上述a"=atgθ可知杆的加速度a"=0，但事实上此时杆的Ａ端相对半球做圆运动，具有向心加速度，因而上述解答与实际矛盾。学生解答：设杆ＡＢ竖直向上运动的加速度为a"，把a和a"分别沿着径向和切向方法分解，a、a"的径向分量分别为a"cosθ、asinθ，根据两物体在径向方向加速度相同得：a"cosθ＝asinθ，解之杆的加速度为a"=atgθ。
处理信息提出猜想教师提供如下信息：二球用细线相连，A球固定不动，B球绕A球做圆周运动，二球在约束方向（细线方向）速度相同，但A、B二球在约束方向上加速度却不相同（A球加速度为0，B球在约束方向上的加速度为向心加速度）。提出猜想：学生受老师上述信息的启发，指出错解的可能原因是二体做曲线运动时在约束方向上加速度不相同。
给出新的方法学生在教师指导下做如下探索：当二体做直线运动时，二体在约束方向上速度和加速度相同；而当二体做曲线运动时，二体在约束方向上速度相同，但加速度却不相同。若设A。B二体在约束方向上加速度分别为a1r。a2r，二体约束距离为r，二体相对切向速度为vrt，则二体在约束方向上加速度关系为a1r－a2r＝vrt2／r。当二体相对做直线运动时，由于相对切向速度vrt为0，因而存在a1r＝a2r，即二体在约束方向上加速度相同。
