吳永萍 蘇濤 錢忠華

摘?要：為適應(yīng)當(dāng)前創(chuàng)新人才培養(yǎng)的新要求，針對(duì)近年來(lái)高校教學(xué)教育現(xiàn)狀及其所面臨的新挑戰(zhàn)，探索了大學(xué)物理教學(xué)過(guò)程中如何培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力：結(jié)合大學(xué)生心理特點(diǎn)和創(chuàng)新活動(dòng)的心理過(guò)程，提出了“五步教學(xué)法”;構(gòu)建了相應(yīng)的立體化教學(xué)平臺(tái);設(shè)計(jì)并進(jìn)行了相關(guān)教學(xué)實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：大學(xué)物理;五步教學(xué)法;創(chuàng)新能力;創(chuàng)新思維能力

隨著全球化發(fā)展日益加劇，各國(guó)綜合國(guó)力的競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越依賴于科技創(chuàng)新，而驅(qū)動(dòng)科技創(chuàng)新的核心要素是創(chuàng)新人才。創(chuàng)新人才的基本特點(diǎn)是具有創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力等素質(zhì)，創(chuàng)新教育的目的就是要培養(yǎng)創(chuàng)新人才。

大學(xué)物理作為一門重要的基礎(chǔ)科學(xué)課程，以其自身特點(diǎn)，在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、探索精神和創(chuàng)造性思維能力等方面，具有其他課程不能替代的獨(dú)特魅力。

本研究從大學(xué)生的心理特點(diǎn)和創(chuàng)新活動(dòng)的心理過(guò)程出發(fā)，提出了適合創(chuàng)新人才培養(yǎng)的“五步教學(xué)法”，構(gòu)建了相應(yīng)的教學(xué)體系，并實(shí)施了教學(xué)實(shí)踐。

一、 “五步教學(xué)法”基本內(nèi)容及其優(yōu)勢(shì)

（一） “五步教學(xué)法”概述

近十幾年來(lái)，高校教學(xué)在創(chuàng)新人才培養(yǎng)方面雖已取得一定進(jìn)展，但仍然面臨新的挑戰(zhàn)。筆者通過(guò)問(wèn)卷、訪談和座談等方式對(duì)高校的創(chuàng)新教育現(xiàn)狀以及大學(xué)物理學(xué)習(xí)的狀況進(jìn)行了調(diào)研。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)：絕大部分學(xué)生（70%左右）有創(chuàng)新意識(shí)，但不善于利用和創(chuàng)造有利條件;思維敏捷，但缺乏創(chuàng)新思維方式;有創(chuàng)作的靈感，但缺少基本創(chuàng)新技能;有創(chuàng)新的熱情，但沒有明確的創(chuàng)新目標(biāo)。

不少學(xué)生認(rèn)為“大學(xué)物理的理論學(xué)習(xí)嚴(yán)重脫離生產(chǎn)實(shí)際”“工作后，感覺所學(xué)不能所用”，他們普遍認(rèn)為“物理學(xué)枯燥、深?yuàn)W，而且難懂、難學(xué)”。筆者根據(jù)以上現(xiàn)狀結(jié)合大學(xué)生心理特點(diǎn)和創(chuàng)新活動(dòng)的心理過(guò)程提出了培養(yǎng)創(chuàng)新能力的“五步教學(xué)法”，主要包括啟發(fā)、探尋、反思、設(shè)計(jì)和實(shí)踐五個(gè)環(huán)節(jié)。

啟發(fā)，即根據(jù)教學(xué)內(nèi)容選擇并創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)情境中的現(xiàn)象產(chǎn)生好奇，激勵(lì)學(xué)生的探究興趣和創(chuàng)造熱情，使他們的生理和心理機(jī)制調(diào)整到最佳學(xué)習(xí)狀態(tài)，為創(chuàng)造性思維的發(fā)生做好心理準(zhǔn)備。

探尋，即在啟發(fā)過(guò)程中學(xué)生的求知欲被激發(fā)出來(lái)之時(shí)，教師及時(shí)引導(dǎo)他們思考這些現(xiàn)象背后的本質(zhì)，進(jìn)一步歸納現(xiàn)象，探求規(guī)律。這一環(huán)節(jié)，可以讓學(xué)生實(shí)現(xiàn)由感性認(rèn)知到理性認(rèn)知的飛躍，并體會(huì)科學(xué)探究的過(guò)程。

反思，是指通過(guò)第二環(huán)節(jié)的探尋得出物理現(xiàn)象背后的規(guī)律之后，及時(shí)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)規(guī)律的物理意義、現(xiàn)實(shí)意義等進(jìn)行反思，指導(dǎo)他們學(xué)會(huì)用理論指導(dǎo)實(shí)踐，解決實(shí)際問(wèn)題。這一環(huán)節(jié)，學(xué)生們通過(guò)反思，會(huì)產(chǎn)生大量的疑問(wèn)和新的想法，甚至是創(chuàng)造新的設(shè)想，從而實(shí)現(xiàn)由理論到實(shí)踐的初步跨越。

設(shè)計(jì)，在這一環(huán)節(jié)中，教師要引導(dǎo)學(xué)生利用課外時(shí)間查閱資料，進(jìn)一步明確在反思過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，并通過(guò)研討、追問(wèn)等方式提出科學(xué)問(wèn)題，學(xué)會(huì)正確表達(dá)科學(xué)問(wèn)題。這一環(huán)節(jié)最核心的任務(wù)是指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)解決問(wèn)題的方案。

一般而言，通過(guò)反思，學(xué)生頭腦中會(huì)涌現(xiàn)許多新問(wèn)題，他們迫切想要解決解決，甚至希望親自做實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)則為他們提供了很好的指引，從而實(shí)現(xiàn)由理論到實(shí)踐的初步嘗試。

實(shí)踐，可以是實(shí)驗(yàn)或理論推演，主要是針對(duì)反思和設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)提出的科學(xué)問(wèn)題，進(jìn)行論證或創(chuàng)造出新的成果，最終實(shí)現(xiàn)由理論到實(shí)踐的飛躍。創(chuàng)新成果的主要形式有：小論文、小課題或設(shè)計(jì)方案。小論文只要符合基本規(guī)范，就可以刊登在內(nèi)部雜志《物理之聲》上。

（二） “五步教學(xué)法”的優(yōu)勢(shì)

“五步教學(xué)法”的五個(gè)環(huán)節(jié)以一個(gè)章節(jié)或一個(gè)專題為單元，貫穿于課堂內(nèi)外的整個(gè)教學(xué)過(guò)程，啟發(fā)、探尋和反思主要在課堂上完成，設(shè)計(jì)和實(shí)踐主要是在課后完成。這不僅體現(xiàn)了不同教學(xué)環(huán)節(jié)的不同教學(xué)目標(biāo)，而且不同單元的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)部分可以有交叉。

同時(shí)，“五步教學(xué)法”各個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)均遵循了創(chuàng)新心理發(fā)展過(guò)程，與美國(guó)創(chuàng)造性社會(huì)心理學(xué)家特麗薩·艾曼貝所提出的創(chuàng)造過(guò)程五個(gè)階段相適應(yīng)，能夠很好地促進(jìn)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

特別地，“五步教學(xué)法”以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，不但能克服以教師或教學(xué)內(nèi)容為中心和權(quán)威的局限性，而且可為創(chuàng)新思維訓(xùn)練提供保障，為培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新能力提供可能。

“五步教學(xué)法”將課堂教學(xué)延伸到整個(gè)學(xué)習(xí)生活過(guò)程，注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，從理論上為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維能力提供了可能的途徑和外部環(huán)境保障。

二、 “五步教學(xué)法”立體化教學(xué)平臺(tái)

為了適應(yīng)五步教學(xué)法的要求，彌補(bǔ)課堂教學(xué)不足，創(chuàng)造完善的自主學(xué)習(xí)環(huán)境，筆者構(gòu)建了包括課堂、晚自習(xí)輔導(dǎo)、作業(yè)、小組討論、網(wǎng)絡(luò)課程和《物理之聲》雜志等多種交流陣地的立體化教學(xué)平臺(tái)。在不同交流活動(dòng)中，活動(dòng)的主體、內(nèi)容、方式和主要任務(wù)也有所不同。

課堂教學(xué)環(huán)節(jié)，活動(dòng)主體為授課自然班的所有學(xué)生和教師;圍繞大學(xué)物理課程教學(xué)基本要求和教學(xué)大綱規(guī)定的相關(guān)內(nèi)容，適當(dāng)滲透交叉學(xué)科的相關(guān)研究前沿信息;教學(xué)手段以多媒體教學(xué)和板書演練相結(jié)合的形式為主;教師的主要功能是引導(dǎo)啟發(fā)，學(xué)生則需積極思考，師生共同探討，暢所欲言;這個(gè)環(huán)節(jié)的主要教學(xué)任務(wù)是激發(fā)學(xué)生的求知欲，建立合理的知識(shí)結(jié)構(gòu)，為后面幾個(gè)環(huán)節(jié)培養(yǎng)創(chuàng)新能力打下基礎(chǔ);同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生研究問(wèn)題的興趣，并根據(jù)內(nèi)容特點(diǎn)適時(shí)進(jìn)行創(chuàng)新思維能力和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)。

問(wèn)題討論環(huán)節(jié)主要放在晚自習(xí)，活動(dòng)主體為自然班級(jí)的所有學(xué)生和教師;討論內(nèi)容從課堂教學(xué)的反思環(huán)節(jié)和常規(guī)作業(yè)提出的各種問(wèn)題中產(chǎn)生;以自然小組或興趣小組為單位進(jìn)行討論，討論不受限制，各抒己見，相互辯論;討論的目的是進(jìn)一步強(qiáng)化物理學(xué)基本知識(shí)，培養(yǎng)發(fā)散思維和收斂思維能力。

在討論中，為了解決問(wèn)題，同學(xué)們會(huì)尋找多樣化的解決方式，謀求多種可能性。教師要善于運(yùn)用延遲評(píng)價(jià)、結(jié)果預(yù)測(cè)、思路提示、多角度思考和多向求解等思維訓(xùn)練方法，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)探索未知世界的興趣，養(yǎng)成多方面看問(wèn)題和多向求解的習(xí)慣，提高思維的靈活性和創(chuàng)造性。

作業(yè)本和互聯(lián)網(wǎng)則是學(xué)生們向老師表達(dá)個(gè)人觀點(diǎn)和思想的主要陣地。學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)和作業(yè)中碰到的任何問(wèn)題或想法，都可以通過(guò)作業(yè)本或電子郵件、QQ短信等手段與教師一對(duì)一進(jìn)行交流。交流的形式多樣，可以提交小論文、小設(shè)想，也可以只是簡(jiǎn)單的提個(gè)問(wèn)題，特別鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)教師授課內(nèi)容和書本內(nèi)容提出質(zhì)疑。只有這樣，學(xué)生的個(gè)性才能得到充分體現(xiàn)，教師才能更好地實(shí)施因材施教，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化發(fā)展目標(biāo)。

《物理之聲》是筆者為學(xué)生們創(chuàng)立的內(nèi)部雜志，用于刊登學(xué)生們寫的小論文。通過(guò)這種方式，不僅方便了學(xué)生之間的學(xué)術(shù)交流，而且可以讓學(xué)生體驗(yàn)寫作科研論文的過(guò)程，強(qiáng)化學(xué)生的創(chuàng)新成就感，增強(qiáng)其自信心，體驗(yàn)創(chuàng)新的美感。

三、 “五步教學(xué)法”案例分析

在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的過(guò)程中，能否發(fā)揮“五步教學(xué)法”應(yīng)有的作用，關(guān)鍵還要做好“五步教學(xué)法”與創(chuàng)新思維訓(xùn)練的有機(jī)結(jié)合以及課堂內(nèi)外的順利銜接。我們?cè)诖髮W(xué)物理創(chuàng)新教學(xué)體系下，利用“五步教學(xué)法”，針對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，設(shè)計(jì)并實(shí)施了教學(xué)實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)班，“五步教學(xué)法”不但活躍了課堂教學(xué)氣氛，而且明顯提高了學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。

（一） “五步教學(xué)法”和創(chuàng)新思維訓(xùn)練相結(jié)合

運(yùn)用五步教學(xué)法，在課堂教學(xué)中不僅要注重物理影像的運(yùn)用，更要將物理學(xué)知識(shí)與自然現(xiàn)象、生活實(shí)踐等相結(jié)合，讓學(xué)生借助于已有的認(rèn)知和體驗(yàn)來(lái)學(xué)習(xí)新的知識(shí);教師的作用主要是引導(dǎo)課堂發(fā)展的方向和啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

以流體力學(xué)一章的教學(xué)為例，我們首先呈現(xiàn)本章的知識(shí)結(jié)構(gòu);然后播放與流體有關(guān)的圖像和視頻，如臺(tái)風(fēng)、小溪、輸液管、自來(lái)水管、人體血液系統(tǒng)等;接著引導(dǎo)學(xué)生觀察現(xiàn)象，通過(guò)對(duì)現(xiàn)象產(chǎn)生原因的追問(wèn)，引導(dǎo)學(xué)生思考，激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣。

當(dāng)學(xué)生的思維狀態(tài)處于“最佳發(fā)展?fàn)顟B(tài)”，對(duì)現(xiàn)象本質(zhì)充滿了無(wú)限好奇之時(shí)，提示學(xué)生運(yùn)用物理學(xué)解決問(wèn)題的一般方法，根據(jù)實(shí)際流體的特征、性質(zhì)等，抓住主要矛盾，進(jìn)行合理簡(jiǎn)化，建立理想流體和定常流動(dòng)物理模型，并用物理語(yǔ)言和基本數(shù)學(xué)方法進(jìn)行描述（這個(gè)過(guò)程也是物理學(xué)“理想化思想”的重要學(xué)習(xí)和訓(xùn)練過(guò)程），建立“理想流體”和“定常流動(dòng)”的概念。讓學(xué)生在濃厚的興趣中體驗(yàn)物理方法和物理思想的妙趣，同時(shí)也完成了“五步教學(xué)法”中的“啟發(fā)”環(huán)節(jié)。

這時(shí)，學(xué)生可能會(huì)因?yàn)閯倓倢W(xué)會(huì)了理想化思想方法而興奮，產(chǎn)生掌握方法的滿足感，而先前迫切了解現(xiàn)象本質(zhì)的熱情有所下降。教師不失時(shí)機(jī)地提示學(xué)生：“一切物理現(xiàn)象都遵循物理學(xué)的基本守恒定律?！辈⒁龑?dǎo)學(xué)生思考：“理想流體作定常流動(dòng)是否也遵循這些規(guī)律呢？”這就完成了由“啟發(fā)”到“探尋”的轉(zhuǎn)折，這一轉(zhuǎn)折再次激活學(xué)生的思維活動(dòng)狀態(tài)，師生共同探尋規(guī)律。

教師引導(dǎo)學(xué)生由質(zhì)量守恒定律通過(guò)邏輯推理得到連續(xù)性方程，并讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到流體的連續(xù)性方程正是質(zhì)量守恒定律在流體力學(xué)中的具體應(yīng)用。同樣，由機(jī)械能守恒定律，再結(jié)合剛得到的連續(xù)性方程，推演得到伯努利方程。讓學(xué)生深刻體會(huì)到：將物理學(xué)的普遍規(guī)律運(yùn)用于具體現(xiàn)象，就會(huì)產(chǎn)生新的定律和定理，從而產(chǎn)生理智感。

在傳統(tǒng)教學(xué)中，得出伯努利方程之后，本章的教學(xué)任務(wù)就完成了。學(xué)生也會(huì)認(rèn)為已經(jīng)完成了學(xué)習(xí)任務(wù)，不再進(jìn)一步思考問(wèn)題。而在“五步教學(xué)法”中，教師進(jìn)一步要求學(xué)生運(yùn)用剛剛得出的規(guī)律，解釋本章學(xué)習(xí)剛開始所呈現(xiàn)的物理現(xiàn)象，學(xué)生的思維活動(dòng)又一次被激活，從而完成由“探尋”到“反思”的轉(zhuǎn)折。

在“反思”環(huán)節(jié)，教師引導(dǎo)學(xué)生列舉伯努利方程的應(yīng)用。學(xué)生們剛開始只說(shuō)出了計(jì)算速度、壓強(qiáng)和高度等最普通的用途。

教師繼續(xù)追問(wèn)：“還有哪些應(yīng)用？”片刻后，有一位學(xué)生說(shuō)：“可以解釋為什么兩只船不能靠得很近行駛。”緊接著又有學(xué)生補(bǔ)充：“解釋為什么煙囪越高通風(fēng)效果越好?！薄斑€可以解釋紅細(xì)胞軸向遷移現(xiàn)象?！睂W(xué)生們爭(zhēng)先恐后：“可以解釋為什么測(cè)血壓總是采取坐姿?！薄翱梢越忉岄L(zhǎng)江三角洲地貌的形成?！薄瓪夥找幌伦佑譄崃移饋?lái)。

不少同學(xué)繼續(xù)補(bǔ)充說(shuō)：“頭部供血不足時(shí)，要盡量平躺”“火車進(jìn)出站時(shí)，人不能離火車太近”“船在海上航行要避開旋渦避免危險(xiǎn)”“臺(tái)風(fēng)來(lái)臨時(shí)要打開門窗”等等。這時(shí)，全班似乎再?zèng)]有什么用途可以說(shuō)了，教師窮追不舍，提示大家再想想。突然，一位同學(xué)說(shuō)：“可以設(shè)計(jì)裝置，測(cè)流體的流速，簡(jiǎn)單估算某條河流的流量?！?/p>

之后，又有學(xué)生大膽提出“可以設(shè)計(jì)一種控制臺(tái)風(fēng)的裝置，減少災(zāi)害損失和傷亡?！憋@然，在反思伯努利方程的“用途”的過(guò)程中，出現(xiàn)了四次討論高潮：求解物理量→解釋現(xiàn)象→指導(dǎo)實(shí)踐→設(shè)計(jì)裝置，征服大自然，真是“一花引來(lái)萬(wàn)花開”。

這就是討論中的智力激勵(lì)作用，而這種激勵(lì)作用正是在“反思”環(huán)節(jié)中實(shí)現(xiàn)的。在這一環(huán)節(jié)中，學(xué)生們的創(chuàng)新思維能力得到很好的訓(xùn)練。同時(shí)，學(xué)生頭腦中萌生了許多問(wèn)題或設(shè)想，教師鼓勵(lì)學(xué)生及時(shí)記錄問(wèn)題，以便進(jìn)行更深入的研究。至此，完成了“反思”環(huán)節(jié)，并起動(dòng)了“設(shè)計(jì)”環(huán)節(jié)。

（二） 課內(nèi)與課外相結(jié)合

課堂教學(xué)主要完成“五步教學(xué)法”中的“啟發(fā)”、“探尋”和

“反思”這三個(gè)環(huán)節(jié)。在反思環(huán)節(jié)中，學(xué)生產(chǎn)生的疑問(wèn)或設(shè)想，只有通過(guò)課外的“設(shè)計(jì)”和“實(shí)踐”，才有可能產(chǎn)生新的認(rèn)識(shí)，而在解決問(wèn)題的過(guò)程中，學(xué)生們更會(huì)獲得大量的體驗(yàn)。

這不僅有助于他們對(duì)知識(shí)的掌握和儲(chǔ)備，而且能正面強(qiáng)化他們?cè)诜此贾械玫降膭?chuàng)新思維經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步提高創(chuàng)新思維能力。當(dāng)然，“設(shè)計(jì)”和“實(shí)踐”本身也是在科學(xué)實(shí)踐中進(jìn)行創(chuàng)造，是形成創(chuàng)新成果和培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和創(chuàng)新精神的重要途徑。

我們的課堂教學(xué)重點(diǎn)是啟發(fā)學(xué)生思考現(xiàn)象、引導(dǎo)學(xué)生探尋規(guī)律、激發(fā)學(xué)生反思問(wèn)題，側(cè)重講思路、講方法、引問(wèn)題、重討論;而在課外，以多種渠道，多種形式開展設(shè)計(jì)和實(shí)踐活動(dòng)。

通過(guò)課外討論的多種途徑，鼓勵(lì)學(xué)生將“反思”環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的大量問(wèn)題設(shè)法表征出來(lái)。教師通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)和披閱小組討論等，及時(shí)了解學(xué)生討論情況，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)有意義有價(jià)值的問(wèn)題進(jìn)行深入探討，實(shí)現(xiàn)從產(chǎn)生問(wèn)題到提出問(wèn)題，再到“設(shè)計(jì)”解決方案的過(guò)度，最終發(fā)展成小課題，并進(jìn)入下一階段的“實(shí)踐”環(huán)節(jié)。其間會(huì)涉及大量的研究問(wèn)題的基本方法，通過(guò)這一過(guò)程的訓(xùn)練，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生提出問(wèn)題，分析問(wèn)題的能力。

通過(guò)一學(xué)期的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，共130人次提出有價(jià)值的問(wèn)題或設(shè)想，完成63篇小論文，2篇設(shè)計(jì)。課堂氣氛空前活躍，教學(xué)效果極大提高。

四、 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)“五步教學(xué)法”的教學(xué)實(shí)踐，我們深刻體會(huì)到：五步教學(xué)法的五個(gè)環(huán)節(jié)在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力中，環(huán)環(huán)相扣，缺一不可;反思環(huán)節(jié)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的核心環(huán)節(jié)，沒有反思，就沒有創(chuàng)新;課后的“設(shè)計(jì)”和“實(shí)踐”環(huán)節(jié)雖需要教師投入大量的時(shí)間，實(shí)施因材施教和個(gè)別指導(dǎo)，甚至參與學(xué)生討論。

另外，創(chuàng)新能力培養(yǎng)的新目標(biāo)對(duì)課程建設(shè)也提出了新的要求，比如在今后應(yīng)開展一些研究方法和創(chuàng)新方法類的選修課等;在理論聯(lián)系實(shí)際的創(chuàng)新活動(dòng)能力方面，還需今后在研究型教學(xué)中進(jìn)一步探索。

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