摘要：創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是教研的熱點(diǎn)也是教學(xué)的重點(diǎn)。本文以《傳感器的應(yīng)用探索》為例具體闡述情境體驗(yàn)式教學(xué)模式，該模式既凸顯了科學(xué)探究中培養(yǎng)創(chuàng)新能力的精髓，也彌補(bǔ)了科學(xué)探究因課時(shí)不足而過(guò)少進(jìn)行應(yīng)用和創(chuàng)新拓展的遺憾。
關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng)、教學(xué)模式、創(chuàng)新能力、傳感器、應(yīng)用
新一輪的課程改革格外關(guān)注個(gè)人的發(fā)展。在發(fā)展學(xué)生諸多能力中創(chuàng)新能力是核心，而創(chuàng)新能力的培養(yǎng)必須滲透在具體的教學(xué)形式中。本文提出情境體驗(yàn)式教學(xué)模式，能充分利用教材提供的資源且具有普適性的教學(xué)模式，此模式既凸顯了科學(xué)探究活動(dòng)中培養(yǎng)創(chuàng)新能力的精髓，同時(shí)也彌補(bǔ)了科學(xué)探究因課時(shí)不足而過(guò)少進(jìn)行應(yīng)用和創(chuàng)新拓展的遺憾。同時(shí)本文將以《傳感器的應(yīng)用探索》為例具體闡述該教學(xué)模式的應(yīng)用與創(chuàng)新之處。
一、凸顯創(chuàng)新能力培養(yǎng)的情境體驗(yàn)式教學(xué)模式
依據(jù)認(rèn)知心理學(xué)關(guān)于自主學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力的觀點(diǎn)、以及元認(rèn)知理論，我們提出了“情境展示——問(wèn)題定向——多向求解——檢驗(yàn)反思——求證假設(shè)——得出結(jié)論”的六步教學(xué)模式，并應(yīng)用該模式在數(shù)理化生英語(yǔ)六科中進(jìn)行了教學(xué)實(shí)踐。在下表中，我們分別從教師、學(xué)生和認(rèn)知過(guò)程三個(gè)角度來(lái)進(jìn)一步認(rèn)識(shí)該教學(xué)模式的具體內(nèi)容。
三個(gè)維度 教學(xué)程序 | 教師 | 學(xué)生 | 認(rèn)知過(guò)程 |
情境展示 | 創(chuàng)設(shè)情境 | 感知情境 | 感知 |
目標(biāo)定位 | 發(fā)現(xiàn)問(wèn)題 | 沖突 | |
問(wèn)題定向 | 展示矛盾 | 理解問(wèn)題 | 抽象 |
多向求解 | 提供資源 | 搜索資源 | 暗示 |
引導(dǎo)求解 | 多向假設(shè) | 聯(lián)想 | |
檢驗(yàn)反思 | 組織合作 | 自覺(jué)檢驗(yàn) | 推理 |
求證假設(shè) | 教過(guò)評(píng)價(jià) | 評(píng)價(jià)結(jié)論 | 審思 |
二．課例解析
教師活動(dòng) | 學(xué)生活動(dòng) | 設(shè)計(jì)意圖 |
【情景展示】 教師：我們能否利用一把普通的鋼尺在不接觸小車(chē)的前提下，讓小車(chē)運(yùn)動(dòng)起來(lái)呢？ 教師：想一想，我們?nèi)梭w對(duì)外界的感覺(jué)可分為哪些種？ 【問(wèn)題定向】 問(wèn)題1：究竟什么是傳感器？教材中給出了的定義。 問(wèn)題2：光敏電阻和熱敏電阻以及干簧管的構(gòu)造是什么樣的呢？有著怎樣的特性呢？ 問(wèn)題3：實(shí)驗(yàn)探究 教師：我利用吹塑板將光敏電阻、熱敏電阻、干簧管等固定，現(xiàn)在提供打火機(jī)、小手電、磁鐵、蜂鳴器、電動(dòng)機(jī)、萬(wàn)用表。請(qǐng)同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)探索方案。想一想，用什么探？怎么探？ 【多向求解】 -- 【檢驗(yàn)反思】 教師：選擇用歐姆表測(cè)阻值變化和用蜂鳴器兩種方案進(jìn)行探究。 教師：哪個(gè)小組匯報(bào)探究成果 【學(xué)以致用】 設(shè)計(jì)一：請(qǐng)你選擇合理的實(shí)驗(yàn)器材，設(shè)計(jì)一個(gè)溫控電風(fēng)扇自動(dòng)控制電路，實(shí)現(xiàn)當(dāng)溫度較低時(shí)，電風(fēng)扇不工作，當(dāng)溫度升高時(shí)，電風(fēng)扇自動(dòng)工作。 設(shè)計(jì)二：請(qǐng)你選擇合理的實(shí)驗(yàn)器材，設(shè)計(jì)一個(gè)光控路燈自動(dòng)控制電路，實(shí)現(xiàn)當(dāng)光線較弱時(shí)，路燈自動(dòng)點(diǎn)亮，當(dāng)光線較強(qiáng)時(shí)，路燈自動(dòng)熄滅。 【創(chuàng)新應(yīng)用】 教師：揭秘 教師：介紹生活中更高級(jí)的傳感器，如溫度、煙霧、紅外線等傳感器及其未來(lái)發(fā)展前景。 教師：請(qǐng)大家回家觀察家里的熱電水壺，猜猜它是利用什么樣的傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的？ | 學(xué)生：思考，提出想法 有的說(shuō)能，有的說(shuō)不能 說(shuō)能的學(xué)生上來(lái)動(dòng)手實(shí)踐，均未果。學(xué)生驚訝、不解。 學(xué)生明確：傳感器是模擬人的感覺(jué)器官、感受外界信息的器件或裝置。 學(xué)生：思考并分享設(shè)計(jì)方案。 學(xué)生分兩組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究 學(xué)生：分組匯報(bào)探究方案。其他同學(xué)互評(píng)方案，分享設(shè)計(jì)成果。 學(xué)生：思考并分享設(shè)計(jì)方案。動(dòng)手制作 學(xué)生：發(fā)現(xiàn)干簧管 學(xué)生：恍然大悟 學(xué)生：興趣盎然 | 設(shè)疑激趣，引發(fā)思考 類(lèi)比法明確傳感器概念及工作原理 鍛煉學(xué)生選擇合儀器的能力，鍛煉動(dòng)手動(dòng)手操作能力。 了解光敏及熱敏電阻的構(gòu)造、特性，理論聯(lián)系實(shí)際。 認(rèn)識(shí)干簧管，回扣主題，首尾相應(yīng) 將學(xué)習(xí)悄然的融入日常生活，可以說(shuō)一舉兩得、事半功倍。 |
三．模式解析與創(chuàng)新之處
1.情景展示階段
創(chuàng)設(shè)一個(gè)怎樣的情景來(lái)引發(fā)學(xué)生的注意和思考？本課例中教材提供了音樂(lè)茶杯的設(shè)計(jì)，雖然它確實(shí)是用到了光敏電阻，但新奇程度不足以調(diào)起學(xué)生的濃厚興趣，而且學(xué)生會(huì)認(rèn)為是接觸等原因使杯子發(fā)出音樂(lè)。再如，播放探月衛(wèi)星獲取月球信息的視頻等等都不能很好的激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣。本課選擇的是利用干簧管將電動(dòng)小車(chē)的內(nèi)部電路進(jìn)行改裝，老師利用磁鐵控制小車(chē)的運(yùn)動(dòng)，而學(xué)生無(wú)論如何也沒(méi)能讓小車(chē)運(yùn)動(dòng)起來(lái)，這樣強(qiáng)烈的反差激起了學(xué)生的好奇心，更為學(xué)生的創(chuàng)新發(fā)現(xiàn)渲染了氣氛。
2. 問(wèn)題定向階段
在學(xué)生有了一定知識(shí)基礎(chǔ)后，就給學(xué)生設(shè)置活動(dòng)任務(wù)，讓學(xué)生解決具體問(wèn)題，然而在教學(xué)實(shí)踐中學(xué)生在創(chuàng)造性建構(gòu)猜想時(shí)面臨四大障礙，即不愿猜、不敢猜、不會(huì)猜和不會(huì)篩。
不能猜——這主要表現(xiàn)在兩方面。一方面，有些地區(qū)、學(xué)校雖然不得不面對(duì)新課改的事實(shí)，但迫于高考指揮棒的壓力，很不情愿的實(shí)施科學(xué)探究，教學(xué)依然采用老模式，目的是如何讓學(xué)生產(chǎn)生興趣來(lái)接受知識(shí)本身，根本沒(méi)有讓學(xué)生參與到探究活動(dòng)中去思考、創(chuàng)造性解決問(wèn)題。在這種情緒指導(dǎo)下進(jìn)行的探究活動(dòng)自然不會(huì)引起學(xué)生探究的興趣，學(xué)生的創(chuàng)造力沒(méi)有馳騁的空間。另一方面，教師的提問(wèn)或過(guò)于籠統(tǒng)、含糊不清或過(guò)于高難、缺乏過(guò)渡，學(xué)生可能因此無(wú)法接受、理解問(wèn)題，進(jìn)而無(wú)法調(diào)動(dòng)已有知識(shí)解決當(dāng)前問(wèn)題。
不愿猜——長(zhǎng)期“不能猜”的后果就是使學(xué)生不愿猜、懶得猜，因?yàn)樗麄冎览蠋熓菚?huì)把答案告訴他們的，所以沒(méi)必要讓大腦受累。
不敢猜——教學(xué)中我們發(fā)現(xiàn)，有很多學(xué)生他們樂(lè)于猜想、希望表達(dá)自己的想法、喜歡和大家共同探討等等。無(wú)奈他們遇到了自身障礙，他們渴望表現(xiàn)自己，卻害怕猜錯(cuò)遭批評(píng)、比較后的不良結(jié)果等。因此，他們常表現(xiàn)為冷淡、漠然、不愿猜的假象。
不會(huì)猜——這是絕大多數(shù)學(xué)生共同面臨的最大障礙。表現(xiàn)為毫無(wú)依據(jù)地、漫無(wú)邊際地亂猜，以及思路堵塞、無(wú)從猜想兩方面。究其原因是學(xué)生缺少建構(gòu)原則、建構(gòu)方法的指導(dǎo)。
不會(huì)篩——學(xué)生的思維一旦處于開(kāi)放的、活躍的狀態(tài)下，便可能得到多個(gè)猜想，但猜想是需要被檢驗(yàn)、篩選、合理化的。此時(shí)，學(xué)生又會(huì)遇到檢驗(yàn)障礙，表現(xiàn)為學(xué)生不知如何評(píng)價(jià)猜想的質(zhì)量甚至不去評(píng)價(jià)，以及如何取舍和修正。這一能力的欠缺依然源于方法的匱乏。
對(duì)此可做如下調(diào)整：
（1） 化緊張為寬松，將鼓勵(lì)與贊賞進(jìn)行到底
針對(duì)學(xué)生不能猜、不敢猜和不愿猜的障礙，我們認(rèn)為心理療法最為適合。輕松愉悅、開(kāi)放互動(dòng)、友善和諧的課堂氛圍可使學(xué)生放下思想包袱，樂(lè)于猜想、勇于假設(shè)。
（2）化整為零，以連鎖問(wèn)題搭建解決難題的合理階梯
有些時(shí)候，學(xué)生對(duì)面臨的難題感到無(wú)從下手，一時(shí)間無(wú)法獲得解決問(wèn)題的有效思路，即得不到猜想。針對(duì)這種障礙，我認(rèn)為教師課前要充分了解學(xué)生的前狀態(tài)，如前知識(shí)狀態(tài)、思維習(xí)慣、思維狀態(tài)等。在此基礎(chǔ)上將要解決的難題拆分成若干連鎖小問(wèn)題，化整為零，搭建解決難題的合理階梯，使每一個(gè)小問(wèn)題都指向最終的大問(wèn)題。通過(guò)解決子問(wèn)題逐步消除初始狀態(tài)與目標(biāo)狀態(tài)之間的差異。
（3）化暗為明，以類(lèi)似問(wèn)題的解決過(guò)程及方法構(gòu)建解決難題的思維框架
當(dāng)學(xué)生接受并理解了問(wèn)題之后依然感到茫然，那么障礙就很可能出現(xiàn)在學(xué)生不會(huì)猜想、不會(huì)假設(shè)上。清除這類(lèi)障礙，可嘗試展示科學(xué)家解決類(lèi)似問(wèn)題或類(lèi)似環(huán)節(jié)時(shí)提出假設(shè)的方法及過(guò)程；或以生活中常見(jiàn)事物為例，分析其中所包含的發(fā)明原理，啟發(fā)學(xué)生問(wèn)題解決的新思路。同時(shí)，還可激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新發(fā)明的志趣。
（4）化抽象為形象，以實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象引導(dǎo)學(xué)生思維的方向
物理實(shí)驗(yàn)具有發(fā)展學(xué)生多種能力，特別是創(chuàng)造能力的功能。它是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)力的重要途徑，具有啟發(fā)學(xué)生思維和想像的特殊作用。當(dāng)學(xué)生由于缺乏相關(guān)生活經(jīng)驗(yàn)、感性認(rèn)識(shí)時(shí)，教師可利用實(shí)驗(yàn)將現(xiàn)象放大，引導(dǎo)學(xué)生思維的方向。所以，我讓學(xué)生利用我提供的器材，親自動(dòng)手做一個(gè)簡(jiǎn)單的溫控電風(fēng)扇以及光控路燈。這樣化難為易，化抽象為形象。
問(wèn)題定向階段要求學(xué)生能夠從教師展示的情景中接受并描述問(wèn)題。這個(gè)過(guò)程的思維方向是聚合；當(dāng)學(xué)生理解問(wèn)題后便會(huì)自覺(jué)運(yùn)用已有知識(shí)嘗試多維度地解釋問(wèn)題，這個(gè)過(guò)程的思維方向是發(fā)散；得到多種猜想后又需要學(xué)生自覺(jué)地檢驗(yàn)猜想篩選出假設(shè)，這個(gè)過(guò)程的思維方向是聚合；最后驗(yàn)證假設(shè)又需要學(xué)生多角度求證，這個(gè)過(guò)程的思維方向又是發(fā)散。
3. 多向求解階段
在明確問(wèn)題的各個(gè)方面及其相互關(guān)系后，學(xué)生會(huì)自覺(jué)運(yùn)用已有知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)根據(jù)邏輯關(guān)系和推理找到事物的因果關(guān)系和其他解釋。這里所謂的解釋是指在學(xué)習(xí)新知識(shí)的過(guò)程中，將假設(shè)的結(jié)論與已有的知識(shí)聯(lián)系起來(lái)，形成超越已有知識(shí)的新的理解。這一新的理解就是假設(shè)，多向求解就是要求學(xué)生多角度、多層次的建構(gòu)假設(shè)。多角度是指從多個(gè)思維角度對(duì)某一事物進(jìn)行分析探究，多層次是指從事物的表象、內(nèi)容、實(shí)質(zhì)、影響、規(guī)律等不同認(rèn)識(shí)層次對(duì)同一事物進(jìn)行分析研究。在形成解釋這一過(guò)程中，教師要對(duì)學(xué)生的活動(dòng)進(jìn)行精心指導(dǎo)、嚴(yán)密組織，特別是對(duì)學(xué)生建構(gòu)假設(shè)的方法的引導(dǎo)。
我們?cè)谥笇?dǎo)學(xué)生解決問(wèn)題時(shí)，不要過(guò)多地干涉和限制學(xué)生，而應(yīng)讓學(xué)生從問(wèn)題的多個(gè)目標(biāo)出發(fā)，利用多種資源、信息和方法對(duì)所討論的問(wèn)題提出多種猜想，選擇多種檢驗(yàn)途徑來(lái)篩選假設(shè)。因此，本文提出的教學(xué)模式具有問(wèn)題多向、方法多種、資源多元、檢驗(yàn)多維以及結(jié)論多樣五個(gè)特點(diǎn)。嘗試使用各種方法去解決。
4. 檢驗(yàn)反思階段
在多向求解階段得到多種猜想成果，是否合理還需要經(jīng)過(guò)邏輯的、實(shí)踐的檢驗(yàn)，篩選出假設(shè)來(lái)。通過(guò)邏輯方法或?qū)嶒?yàn)對(duì)猜想進(jìn)行檢驗(yàn)，自我提問(wèn)“用什么方法檢驗(yàn)？需要哪些工具？依據(jù)什么理論？還需要補(bǔ)充什么理論？”這個(gè)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一系列反饋信息，如果檢驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了學(xué)生認(rèn)知的真理性，獲得的反饋信息會(huì)激勵(lì)學(xué)生在新的基礎(chǔ)上突破創(chuàng)新；如果檢驗(yàn)結(jié)果證實(shí)自己的猜想是不合理或不完善的，反饋信息將起到修正、補(bǔ)充認(rèn)識(shí)成果或激發(fā)尋求新解釋的作用。只有經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)反思階段才能最終形成合理的假設(shè)[2]。教學(xué)中我們更注重培養(yǎng)學(xué)生發(fā)揮想象力、創(chuàng)造力來(lái)提出猜想進(jìn)而篩選出假設(shè)的能力。
5.學(xué)以致用階段
學(xué)生界定物理情境中的已知和未知，對(duì)需要解決的未知問(wèn)題進(jìn)行表征和理解，即分析問(wèn)題中所描述的物理對(duì)象、物理現(xiàn)象和物理過(guò)程及其聯(lián)系，在教師的指引下提煉出導(dǎo)致困惑的關(guān)鍵問(wèn)題，自我提問(wèn)對(duì)問(wèn)題的理解是否正確、全面，預(yù)測(cè)這個(gè)問(wèn)題的解答難度等。通過(guò)動(dòng)手實(shí)踐，將抽象的看似復(fù)雜的與生活密切相連的問(wèn)題已一種簡(jiǎn)單的形象的原始的方式再現(xiàn)出來(lái)，既讓學(xué)生理解了科學(xué)技術(shù)與社會(huì)，同時(shí)也增強(qiáng)了創(chuàng)新應(yīng)用的信心。
6.應(yīng)用創(chuàng)新階段
這里設(shè)計(jì)兩個(gè)任務(wù)，一個(gè)是在課堂上解釋課前老師如何“遙控”小車(chē)的問(wèn)題，二是在課下觀察分析電熱水壺中傳感器是如何工作的。不僅回扣主題，首尾相應(yīng)，更將學(xué)習(xí)悄然的融入日常生活，可以說(shuō)一舉兩得、事半功倍。
在這個(gè)階段，學(xué)生已經(jīng)具備了知識(shí)基礎(chǔ)和情感鋪墊，學(xué)生自我提問(wèn)“這個(gè)問(wèn)題與哪個(gè)問(wèn)題相類(lèi)似、怎么解釋的？可能會(huì)與什么有關(guān)、什么關(guān)系？等等”。學(xué)生努力搜索原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)中的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)，將研究對(duì)象、物理現(xiàn)象和物理過(guò)程形象化、具體化，形成該問(wèn)題整體的、動(dòng)態(tài)的、清晰的物理圖景，明確研究對(duì)象所處的狀態(tài)及狀態(tài)變化趨勢(shì)，并把它看作是適當(dāng)?shù)睦硐肽Ｐ?。積極主動(dòng)地思考解決問(wèn)題的方式、方法，最終形成多種猜想。重復(fù)以上5步認(rèn)知過(guò)程，從而使學(xué)生的創(chuàng)新能力創(chuàng)新熱情得以發(fā)展和發(fā)揮。
在中學(xué)物理教學(xué)中滲透創(chuàng)新教育不是一朝一夕的事，它有一個(gè)循序漸進(jìn)、由淺入深、逐步開(kāi)發(fā)的過(guò)程。學(xué)生創(chuàng)新能力的發(fā)展需要多渠道、多層次地開(kāi)展創(chuàng)新教育活動(dòng)，構(gòu)建一個(gè)開(kāi)放的教學(xué)環(huán)境，給學(xué)生提供更多動(dòng)手動(dòng)腦和自我發(fā)展的機(jī)會(huì)，充分挖掘?qū)W生潛在的創(chuàng)造意識(shí)，不斷提高學(xué)生創(chuàng)造能力。
參考文獻(xiàn)：
1. 多維假設(shè)與求證的探究教學(xué) 鄔小鵬、李志剛主編 - 《濟(jì)南：山東教育出版社 》
2.啟迪智慧 問(wèn)題探究教學(xué)研究 劉緒菊著 山東教育出版社
作者單位：哈爾濱市第九中學(xué)校
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