摘要：创新能力的培养是教研的热点也是教学的重点。本文以《传感器的应用探索》为例具体阐述情境体验式教学模式，该模式既凸显了科学探究中培养创新能力的精髓，也弥补了科学探究因课时不足而过少进行应用和创新拓展的遗憾。
关键词：核心素养、教学模式、创新能力、传感器、应用
新一轮的课程改革格外关注个人的发展。在发展学生诸多能力中创新能力是核心，而创新能力的培养必须渗透在具体的教学形式中。本文提出情境体验式教学模式，能充分利用教材提供的资源且具有普适性的教学模式，此模式既凸显了科学探究活动中培养创新能力的精髓，同时也弥补了科学探究因课时不足而过少进行应用和创新拓展的遗憾。同时本文将以《传感器的应用探索》为例具体阐述该教学模式的应用与创新之处。
一、凸显创新能力培养的情境体验式教学模式
依据认知心理学关于自主学习和合作学习培养创新思维能力的观点、以及元认知理论，我们提出了“情境展示——问题定向——多向求解——检验反思——求证假设——得出结论”的六步教学模式，并应用该模式在数理化生英语六科中进行了教学实践。在下表中，我们分别从教师、学生和认知过程三个角度来进一步认识该教学模式的具体内容。
三个维度 教学程序 | 教师 | 学生 | 认知过程 |
情境展示 | 创设情境 | 感知情境 | 感知 |
目标定位 | 发现问题 | 冲突 | |
问题定向 | 展示矛盾 | 理解问题 | 抽象 |
多向求解 | 提供资源 | 搜索资源 | 暗示 |
引导求解 | 多向假设 | 联想 | |
检验反思 | 组织合作 | 自觉检验 | 推理 |
求证假设 | 教过评价 | 评价结论 | 审思 |
二．课例解析
教师活动 | 学生活动 | 设计意图 |
【情景展示】 教师：我们能否利用一把普通的钢尺在不接触小车的前提下，让小车运动起来呢？ 教师：想一想，我们人体对外界的感觉可分为哪些种？ 【问题定向】 问题1：究竟什么是传感器？教材中给出了的定义。 问题2：光敏电阻和热敏电阻以及干簧管的构造是什么样的呢？有着怎样的特性呢？ 问题3：实验探究 教师：我利用吹塑板将光敏电阻、热敏电阻、干簧管等固定，现在提供打火机、小手电、磁铁、蜂鸣器、电动机、万用表。请同学们设计探索方案。想一想，用什么探？怎么探？ 【多向求解】 -- 【检验反思】 教师：选择用欧姆表测阻值变化和用蜂鸣器两种方案进行探究。 教师：哪个小组汇报探究成果 【学以致用】 设计一：请你选择合理的实验器材，设计一个温控电风扇自动控制电路，实现当温度较低时，电风扇不工作，当温度升高时，电风扇自动工作。 设计二：请你选择合理的实验器材，设计一个光控路灯自动控制电路，实现当光线较弱时，路灯自动点亮，当光线较强时，路灯自动熄灭。 【创新应用】 教师：揭秘 教师：介绍生活中更高级的传感器，如温度、烟雾、红外线等传感器及其未来发展前景。 教师：请大家回家观察家里的热电水壶，猜猜它是利用什么样的传感器来实现自动化控制的？ | 学生：思考，提出想法 有的说能，有的说不能 说能的学生上来动手实践，均未果。学生惊讶、不解。 学生明确：传感器是模拟人的感觉器官、感受外界信息的器件或装置。 学生：思考并分享设计方案。 学生分两组进行实验探究 学生：分组汇报探究方案。其他同学互评方案，分享设计成果。 学生：思考并分享设计方案。动手制作 学生：发现干簧管 学生：恍然大悟 学生：兴趣盎然 | 设疑激趣，引发思考 类比法明确传感器概念及工作原理 锻炼学生选择合仪器的能力，锻炼动手动手操作能力。 了解光敏及热敏电阻的构造、特性，理论联系实际。 认识干簧管，回扣主题，首尾相应 将学习悄然的融入日常生活，可以说一举两得、事半功倍。 |
三．模式解析与创新之处
1.情景展示阶段
创设一个怎样的情景来引发学生的注意和思考？本课例中教材提供了音乐茶杯的设计，虽然它确实是用到了光敏电阻，但新奇程度不足以调起学生的浓厚兴趣，而且学生会认为是接触等原因使杯子发出音乐。再如，播放探月卫星获取月球信息的视频等等都不能很好的激发学习的兴趣。本课选择的是利用干簧管将电动小车的内部电路进行改装，老师利用磁铁控制小车的运动，而学生无论如何也没能让小车运动起来，这样强烈的反差激起了学生的好奇心，更为学生的创新发现渲染了气氛。
2. 问题定向阶段
在学生有了一定知识基础后，就给学生设置活动任务，让学生解决具体问题，然而在教学实践中学生在创造性建构猜想时面临四大障碍，即不愿猜、不敢猜、不会猜和不会筛。
不能猜——这主要表现在两方面。一方面，有些地区、学校虽然不得不面对新课改的事实，但迫于高考指挥棒的压力，很不情愿的实施科学探究，教学依然采用老模式，目的是如何让学生产生兴趣来接受知识本身，根本没有让学生参与到探究活动中去思考、创造性解决问题。在这种情绪指导下进行的探究活动自然不会引起学生探究的兴趣，学生的创造力没有驰骋的空间。另一方面，教师的提问或过于笼统、含糊不清或过于高难、缺乏过渡，学生可能因此无法接受、理解问题，进而无法调动已有知识解决当前问题。
不愿猜——长期“不能猜”的后果就是使学生不愿猜、懒得猜，因为他们知道老师是会把答案告诉他们的，所以没必要让大脑受累。
不敢猜——教学中我们发现，有很多学生他们乐于猜想、希望表达自己的想法、喜欢和大家共同探讨等等。无奈他们遇到了自身障碍，他们渴望表现自己，却害怕猜错遭批评、比较后的不良结果等。因此，他们常表现为冷淡、漠然、不愿猜的假象。
不会猜——这是绝大多数学生共同面临的最大障碍。表现为毫无依据地、漫无边际地乱猜，以及思路堵塞、无从猜想两方面。究其原因是学生缺少建构原则、建构方法的指导。
不会筛——学生的思维一旦处于开放的、活跃的状态下，便可能得到多个猜想，但猜想是需要被检验、筛选、合理化的。此时，学生又会遇到检验障碍，表现为学生不知如何评价猜想的质量甚至不去评价，以及如何取舍和修正。这一能力的欠缺依然源于方法的匮乏。
对此可做如下调整：
（1） 化紧张为宽松，将鼓励与赞赏进行到底
针对学生不能猜、不敢猜和不愿猜的障碍，我们认为心理疗法最为适合。轻松愉悦、开放互动、友善和谐的课堂氛围可使学生放下思想包袱，乐于猜想、勇于假设。
（2）化整为零，以连锁问题搭建解决难题的合理阶梯
有些时候，学生对面临的难题感到无从下手，一时间无法获得解决问题的有效思路，即得不到猜想。针对这种障碍，我认为教师课前要充分了解学生的前状态，如前知识状态、思维习惯、思维状态等。在此基础上将要解决的难题拆分成若干连锁小问题，化整为零，搭建解决难题的合理阶梯，使每一个小问题都指向最终的大问题。通过解决子问题逐步消除初始状态与目标状态之间的差异。
（3）化暗为明，以类似问题的解决过程及方法构建解决难题的思维框架
当学生接受并理解了问题之后依然感到茫然，那么障碍就很可能出现在学生不会猜想、不会假设上。清除这类障碍，可尝试展示科学家解决类似问题或类似环节时提出假设的方法及过程；或以生活中常见事物为例，分析其中所包含的发明原理，启发学生问题解决的新思路。同时，还可激发学生创新发明的志趣。
（4）化抽象为形象，以实验现象引导学生思维的方向
物理实验具有发展学生多种能力，特别是创造能力的功能。它是培养学生学习兴趣，激发学习动力的重要途径，具有启发学生思维和想像的特殊作用。当学生由于缺乏相关生活经验、感性认识时，教师可利用实验将现象放大，引导学生思维的方向。所以，我让学生利用我提供的器材，亲自动手做一个简单的温控电风扇以及光控路灯。这样化难为易，化抽象为形象。
问题定向阶段要求学生能够从教师展示的情景中接受并描述问题。这个过程的思维方向是聚合；当学生理解问题后便会自觉运用已有知识尝试多维度地解释问题，这个过程的思维方向是发散；得到多种猜想后又需要学生自觉地检验猜想筛选出假设，这个过程的思维方向是聚合；最后验证假设又需要学生多角度求证，这个过程的思维方向又是发散。
3. 多向求解阶段
在明确问题的各个方面及其相互关系后，学生会自觉运用已有知识、经验根据逻辑关系和推理找到事物的因果关系和其他解释。这里所谓的解释是指在学习新知识的过程中，将假设的结论与已有的知识联系起来，形成超越已有知识的新的理解。这一新的理解就是假设，多向求解就是要求学生多角度、多层次的建构假设。多角度是指从多个思维角度对某一事物进行分析探究，多层次是指从事物的表象、内容、实质、影响、规律等不同认识层次对同一事物进行分析研究。在形成解释这一过程中，教师要对学生的活动进行精心指导、严密组织，特别是对学生建构假设的方法的引导。
我们在指导学生解决问题时，不要过多地干涉和限制学生，而应让学生从问题的多个目标出发，利用多种资源、信息和方法对所讨论的问题提出多种猜想，选择多种检验途径来筛选假设。因此，本文提出的教学模式具有问题多向、方法多种、资源多元、检验多维以及结论多样五个特点。尝试使用各种方法去解决。
4. 检验反思阶段
在多向求解阶段得到多种猜想成果，是否合理还需要经过逻辑的、实践的检验，筛选出假设来。通过逻辑方法或实验对猜想进行检验，自我提问“用什么方法检验？需要哪些工具？依据什么理论？还需要补充什么理论？”这个过程中会产生一系列反馈信息，如果检验结果证实了学生认知的真理性，获得的反馈信息会激励学生在新的基础上突破创新；如果检验结果证实自己的猜想是不合理或不完善的，反馈信息将起到修正、补充认识成果或激发寻求新解释的作用。只有经过检验反思阶段才能最终形成合理的假设[2]。教学中我们更注重培养学生发挥想象力、创造力来提出猜想进而筛选出假设的能力。
5.学以致用阶段
学生界定物理情境中的已知和未知，对需要解决的未知问题进行表征和理解，即分析问题中所描述的物理对象、物理现象和物理过程及其联系，在教师的指引下提炼出导致困惑的关键问题，自我提问对问题的理解是否正确、全面，预测这个问题的解答难度等。通过动手实践，将抽象的看似复杂的与生活密切相连的问题已一种简单的形象的原始的方式再现出来，既让学生理解了科学技术与社会，同时也增强了创新应用的信心。
6.应用创新阶段
这里设计两个任务，一个是在课堂上解释课前老师如何“遥控”小车的问题，二是在课下观察分析电热水壶中传感器是如何工作的。不仅回扣主题，首尾相应，更将学习悄然的融入日常生活，可以说一举两得、事半功倍。
在这个阶段，学生已经具备了知识基础和情感铺垫，学生自我提问“这个问题与哪个问题相类似、怎么解释的？可能会与什么有关、什么关系？等等”。学生努力搜索原有认知结构中的知识、经验，将研究对象、物理现象和物理过程形象化、具体化，形成该问题整体的、动态的、清晰的物理图景，明确研究对象所处的状态及状态变化趋势，并把它看作是适当的理想模型。积极主动地思考解决问题的方式、方法，最终形成多种猜想。重复以上5步认知过程，从而使学生的创新能力创新热情得以发展和发挥。
在中学物理教学中渗透创新教育不是一朝一夕的事，它有一个循序渐进、由浅入深、逐步开发的过程。学生创新能力的发展需要多渠道、多层次地开展创新教育活动，构建一个开放的教学环境，给学生提供更多动手动脑和自我发展的机会，充分挖掘学生潜在的创造意识，不断提高学生创造能力。
参考文献：
1. 多维假设与求证的探究教学 邬小鹏、李志刚主编 - 《济南：山东教育出版社 》
2.启迪智慧 问题探究教学研究 刘绪菊著 山东教育出版社
作者单位：哈尔滨市第九中学校
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