大学物理为平台,五步教学促创新

摘 要：为适应当前创新人才培养的新要求，针对近年来高校教学教育现状及其所面临的新挑战，探索了大学物理教学过程中如何培养学生的创新能力：结合大学生心理特点和创新活动的心理过程，提出了“五步教学法”;构建了相应的立体化教学平台;设计并进行了相关教学实践。

关键词：大学物理;五步教学法;创新能力;创新思维能力

随着全球化发展日益加剧，各国综合国力的竞争越来越依赖于科技创新，而驱动科技创新的核心要素是创新人才。创新人才的基本特点是具有创新意识、创新精神和创新能力等素质，创新教育的目的就是要培养创新人才。

大学物理作为一门重要的基础科学课程，以其自身特点，在培养学生创新意识、探索精神和创造性思维能力等方面，具有其他课程不能替代的独特魅力。

本研究从大学生的心理特点和创新活动的心理过程出发，提出了适合创新人才培养的“五步教学法”，构建了相应的教学体系，并实施了教学实践。

一、 “五步教学法”基本内容及其优势

（一） “五步教学法”概述

近十几年来，高校教学在创新人才培养方面虽已取得一定进展，但仍然面临新的挑战。笔者通过问卷、访谈和座谈等方式对高校的创新教育现状以及大学物理学习的状况进行了调研。

结果发现：绝大部分学生（70%左右）有创新意识，但不善于利用和创造有利条件;思维敏捷，但缺乏创新思维方式;有创作的灵感，但缺少基本创新技能;有创新的热情，但没有明确的创新目标。

不少学生认为“大学物理的理论学习严重脱离生产实际”“工作后，感觉所学不能所用”，他们普遍认为“物理学枯燥、深奥，而且难懂、难学”。笔者根据以上现状结合大学生心理特点和创新活动的心理过程提出了培养创新能力的“五步教学法”，主要包括启发、探寻、反思、设计和实践五个环节。

启发，即根据教学内容选择并创设情境，引导学生对情境中的现象产生好奇，激励学生的探究兴趣和创造热情，使他们的生理和心理机制调整到最佳学习状态，为创造性思维的发生做好心理准备。

探寻，即在启发过程中学生的求知欲被激发出来之时，教师及时引导他们思考这些现象背后的本质，进一步归纳现象，探求规律。这一环节，可以让学生实现由感性认知到理性认知的飞跃，并体会科学探究的过程。

反思，是指通过第二环节的探寻得出物理现象背后的规律之后，及时引导学生对规律的物理意义、现实意义等进行反思，指导他们学会用理论指导实践，解决实际问题。这一环节，学生们通过反思，会产生大量的疑问和新的想法，甚至是创造新的设想，从而实现由理论到实践的初步跨越。

设计，在这一环节中，教师要引导学生利用课外时间查阅资料，进一步明确在反思过程中出现的问题，并通过研讨、追问等方式提出科学问题，学会正确表达科学问题。这一环节最核心的任务是指导学生设计解决问题的方案。

一般而言，通过反思，学生头脑中会涌现许多新问题，他们迫切想要解决解决，甚至希望亲自做实验进行验证。设计环节则为他们提供了很好的指引，从而实现由理论到实践的初步尝试。

实践，可以是实验或理论推演，主要是针对反思和设计环节提出的科学问题，进行论证或创造出新的成果，最终实现由理论到实践的飞跃。创新成果的主要形式有：小论文、小课题或设计方案。小论文只要符合基本规范，就可以刊登在内部杂志《物理之声》上。

（二） “五步教学法”的优势

“五步教学法”的五个环节以一个章节或一个专题为单元，贯穿于课堂内外的整个教学过程，启发、探寻和反思主要在课堂上完成，设计和实践主要是在课后完成。这不仅体现了不同教學环节的不同教学目标，而且不同单元的设计和实验部分可以有交叉。

同时，“五步教学法”各个环节的设计均遵循了创新心理发展过程，与美国创造性社会心理学家特丽萨·艾曼贝所提出的创造过程五个阶段相适应，能够很好地促进创新能力的培养。

特别地，“五步教学法”以学生为主体，教师为主导，不但能克服以教师或教学内容为中心和权威的局限性，而且可为创新思维训练提供保障，为培养学生的自主创新能力提供可能。

“五步教学法”将课堂教学延伸到整个学习生活过程，注重理论与实践相结合，从理论上为培养学生创造性思维能力提供了可能的途径和外部环境保障。

二、 “五步教学法”立体化教学平台

为了适应五步教学法的要求，弥补课堂教学不足，创造完善的自主学习环境，笔者构建了包括课堂、晚自习辅导、作业、小组讨论、网络课程和《物理之声》杂志等多种交流阵地的立体化教学平台。在不同交流活动中，活动的主体、内容、方式和主要任务也有所不同。

课堂教学环节，活动主体为授课自然班的所有学生和教师;围绕大学物理课程教学基本要求和教学大纲规定的相关内容，适当渗透交叉学科的相关研究前沿信息;教学手段以多媒体教学和板书演练相结合的形式为主;教师的主要功能是引导启发，学生则需积极思考，师生共同探讨，畅所欲言;这个环节的主要教学任务是激发学生的求知欲，建立合理的知识结构，为后面几个环节培养创新能力打下基础;同时培养学生研究问题的兴趣，并根据内容特点适时进行创新思维能力和创新精神的培养。

问题讨论环节主要放在晚自习，活动主体为自然班级的所有学生和教师;讨论内容从课堂教学的反思环节和常规作业提出的各种问题中产生;以自然小组或兴趣小组为单位进行讨论，讨论不受限制，各抒己见，相互辩论;讨论的目的是进一步强化物理学基本知识，培养发散思维和收敛思维能力。

在讨论中，为了解决问题，同学们会寻找多样化的解决方式，谋求多种可能性。教师要善于运用延迟评价、结果预测、思路提示、多角度思考和多向求解等思维训练方法，增强学生对探索未知世界的兴趣，养成多方面看问题和多向求解的习惯，提高思维的灵活性和创造性。

作业本和互联网则是学生们向老师表达个人观点和思想的主要阵地。学生在课堂学习和作业中碰到的任何问题或想法，都可以通过作业本或电子邮件、QQ短信等手段与教师一对一进行交流。交流的形式多样，可以提交小论文、小设想，也可以只是简单的提个问题，特别鼓励学生对教师授课内容和书本内容提出质疑。只有这样，学生的个性才能得到充分体现，教师才能更好地实施因材施教，实现个性化发展目标。

《物理之声》是笔者为学生们创立的内部杂志，用于刊登学生们写的小论文。通过这种方式，不仅方便了学生之间的学术交流，而且可以让学生体验写作科研论文的过程，强化学生的创新成就感，增强其自信心，体验创新的美感。

三、 “五步教学法”案例分析

在培养学生创新能力的过程中，能否发挥“五步教学法”应有的作用，关键还要做好“五步教学法”与创新思维训练的有机结合以及课堂内外的顺利衔接。我们在大学物理创新教学体系下，利用“五步教学法”，针对学生创新能力的培养，设计并实施了教学实验。在实验班，“五步教学法”不但活跃了课堂教学气氛，而且明显提高了学生的创新思维能力。

（一） “五步教学法”和创新思维训练相结合

运用五步教学法，在课堂教学中不仅要注重物理影像的运用，更要将物理学知识与自然现象、生活实践等相结合，让学生借助于已有的认知和体验来学习新的知识;教师的作用主要是引导课堂发展的方向和启发学生的创新思维。

以流体力学一章的教学为例，我们首先呈现本章的知识结构;然后播放与流体有关的图像和视频，如台风、小溪、输液管、自来水管、人体血液系统等;接着引导学生观察现象，通过对现象产生原因的追问，引导学生思考，激发其学习兴趣。

当学生的思维状态处于“最佳发展状态”，对现象本质充满了无限好奇之时，提示学生运用物理学解决问题的一般方法，根据实际流体的特征、性质等，抓住主要矛盾，进行合理简化，建立理想流体和定常流动物理模型，并用物理语言和基本数学方法进行描述（这个过程也是物理学“理想化思想”的重要学习和训练过程），建立“理想流体”和“定常流动”的概念。让学生在浓厚的兴趣中体验物理方法和物理思想的妙趣，同时也完成了“五步教学法”中的“启发”环节。

这时，学生可能会因为刚刚学会了理想化思想方法而兴奋，产生掌握方法的满足感，而先前迫切了解现象本质的热情有所下降。教师不失时机地提示学生：“一切物理现象都遵循物理学的基本守恒定律。”并引导学生思考：“理想流体作定常流动是否也遵循这些规律呢？”这就完成了由“启发”到“探寻”的转折，这一转折再次激活学生的思维活动状态，师生共同探寻规律。

教师引导学生由质量守恒定律通过逻辑推理得到连续性方程，并让学生认识到流体的连续性方程正是质量守恒定律在流体力学中的具体应用。同样，由机械能守恒定律，再结合刚得到的连续性方程，推演得到伯努利方程。让学生深刻体会到：将物理学的普遍规律运用于具体现象，就会产生新的定律和定理，从而产生理智感。

在传统教学中，得出伯努利方程之后，本章的教学任务就完成了。学生也会认为已经完成了学习任务，不再进一步思考问题。而在“五步教学法”中，教师进一步要求学生运用刚刚得出的规律，解释本章学习刚开始所呈现的物理现象，学生的思维活动又一次被激活，从而完成由“探寻”到“反思”的转折。

在“反思”环节，教师引导学生列举伯努利方程的应用。学生们刚开始只说出了计算速度、压强和高度等最普通的用途。

教师继续追问：“还有哪些应用？”片刻后，有一位学生说：“可以解释为什么两只船不能靠得很近行驶。”紧接着又有学生补充：“解释为什么烟囱越高通风效果越好。”“还可以解释红细胞轴向迁移现象。”学生们争先恐后：“可以解释为什么测血压总是采取坐姿。”“可以解释长江三角洲地貌的形成。”……气氛一下子又热烈起来。

不少同学继续补充说：“头部供血不足时，要尽量平躺”“火车进出站时，人不能离火车太近”“船在海上航行要避开旋涡避免危险”“台风来临时要打开门窗”等等。这时，全班似乎再没有什么用途可以说了，教师穷追不舍，提示大家再想想。突然，一位同学说：“可以设计装置，测流体的流速，简单估算某条河流的流量。”

之后，又有学生大胆提出“可以设计一种控制台风的装置，减少灾害损失和伤亡。”显然，在反思伯努利方程的“用途”的过程中，出现了四次讨论高潮：求解物理量→解释现象→指导实践→设计装置，征服大自然，真是“一花引来万花开”。

这就是讨论中的智力激励作用，而这种激励作用正是在“反思”环节中实现的。在这一环节中，学生们的创新思维能力得到很好的训练。同时，学生头脑中萌生了许多问题或设想，教师鼓励学生及时记录问题，以便进行更深入的研究。至此，完成了“反思”环节，并起动了“设计”环节。

（二） 课内与课外相结合

课堂教学主要完成“五步教学法”中的“启发”、“探寻”和

“反思”这三个环节。在反思环节中，学生产生的疑问或设想，只有通过课外的“设计”和“实践”，才有可能产生新的认识，而在解决问题的过程中，学生们更会获得大量的体验。

这不仅有助于他们对知识的掌握和储备，而且能正面强化他们在反思中得到的创新思维经验，进一步提高创新思维能力。当然，“设计”和“实践”本身也是在科学实践中进行创造，是形成创新成果和培养学生创新能力和创新精神的重要途径。

我们的课堂教学重点是启发学生思考现象、引导学生探寻规律、激发学生反思问题，侧重讲思路、讲方法、引问题、重讨论;而在课外，以多种渠道，多种形式开展设计和实践活动。

通过课外讨论的多种途径，鼓励学生将“反思”环节中产生的大量问题设法表征出来。教师通过网络平台和披阅小组讨论等，及时了解学生讨论情况，引导学生对有意义有价值的问题进行深入探讨，实现从产生问题到提出问题，再到“设计”解决方案的过度，最终发展成小课题，并进入下一阶段的“实践”环节。其间会涉及大量的研究问题的基本方法，通过这一过程的训练，重点培养学生提出问题，分析问题的能力。

通过一学期的教学实验，共130人次提出有价值的问题或设想，完成63篇小論文，2篇设计。课堂气氛空前活跃，教学效果极大提高。

四、 结束语

通过“五步教学法”的教学实践，我们深刻体会到：五步教学法的五个环节在培养学生的创新能力中，环环相扣，缺一不可;反思环节是培养学生创新能力的核心环节，没有反思，就没有创新;课后的“设计”和“实践”环节虽需要教师投入大量的时间，实施因材施教和个别指导，甚至参与学生讨论。

另外，创新能力培养的新目标对课程建设也提出了新的要求，比如在今后应开展一些研究方法和创新方法类的选修课等;在理论联系实际的创新活动能力方面，还需今后在研究型教学中进一步探索。

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