周 佳

(1. 华东师范大学教学教育学院，上海 200062；2. 江苏省常熟中学，江苏 常熟 215500)

随着社会的发展与教育改革的推进,核心素养成为深化基础教育改革、落实素质教育目标的关键要素．学生发展核心素养的重点之一就是培养创新意识,提升学生的创造力,因此采用何种教学方式能更有效地培养学生的创新能力成为教师们当下关注的问题．

1 “CPS”教学模型

创造性问题解决(Creative Problem Solving,简称CPS) 模型由美国学者帕恩斯(Parnes)首先提出,该模型以问题解决过程为基础,强调发散思维与聚敛思维的结合,问题解决者在选择或实行符合现实环境、问题条件的解决方法前,需要先以发散性思维产生大量的变通办法,之后再以聚敛性思维来选择最适合的解决方法,最后加以执行或是作为进入下一阶段前的准备,由此提升问题解决者的创造力及问题解决能力．有关创造力开发的研究表明,培养创造性思维最有效的方法是运用CPS模型,目前最新的CPS模型为四成分八阶段模型(如图1所示)．

图1

2 基于“CPS”模型的教学案例

由于物理的学科特性,若在教学中采用合适的教学方法能够有效地锻炼学生的创造性思维,提高创造能力．下面笔者以“库仑定律”为例,阐述CPS模型在高中物理教学中的过程及其特点．

2.1 教学内容分析

“库仑定律”是电磁学的基础内容之一,教学目标要求学生在掌握库仑定律基本内容的基础上,进一步体会建模、控制变量、类比等科学方法,了解库仑实验的思想及创新之处．

2.2 教学过程

成分一:理解挑战

(寻找时机)

师:在初中我们已经知道了同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引,那么请大家大胆猜想一下电荷间的作用力大小可能与哪些因素有关?

生:可能与电荷量、电荷间距离、运动状态、环境、带电体形状……有关

(寻找资料)

师:大家猜想了很多与作用力大小有关的因素,但我们要找出最重要的因素,可以怎样处理呢?

生:简化模型,我们可以暂时先不考虑带电体的大小形状,考虑带电体处于静止状态,并且所处的环境是真空．

师:非常好,这样我们就确定了研究对象是真空中静止的点电荷,那么我们研究的内容是什么呢?

生:是点电荷间作用力F、带电量q、距离r间的关系．

师:研究的变量有3个,我们应当怎样处理呢?

生:采用控制变量法,分别保持q与r不变,研究F与r,F与q的关系．

(生成问题)

师:要找出上述3个物理量之间的关系,大家觉得要解决哪些问题?

生:怎样使研究对象带电?怎样反映F的大小?怎样改变带电荷量?

设计意图:理解挑战作为CPS模型的第一个成分,其主要内容为对问题情境进行分析,通过寻找资料探索问题的各个方面,并确定焦点所在,最终将所要解决的问题精确表述出来．

因此,在寻找时机阶段,教师通过问题引导学生利用发散思维进行大胆猜想,而在寻找资料与生成问题阶段,学生利用聚敛思维对发散阶段产生的想法进行分析与筛选,确定出研究的对象、内容及方法,并提炼出最终所要解决的问题．整个过程不仅锻炼了学生的发散与聚敛思维,而且也使学生体会了建模、控制变量等科学方法．

成分二:生成想法

(生成想法)

师:下面请大家以6人为一小组进行讨论,根据刚才生成的问题,设计相应的解决方案,大家可查阅书本或通过网络获取相关资料．

活动:学生以小组为单位进行讨论交流,形成各小组的设计方案．

学生:方案1:将带电小球用细线悬挂,使玻璃棒带电,悬线与竖直方向的夹角反映电场力F的大小,通过改变玻璃棒与小球的距离及玻璃棒数目定性反映F、q、r之间的关系(如表1所示)．

表1

方案2:通过接触起电使两个完全相同的小球带电,将其中一个小球悬挂于细线下,则小球距垂线的水平距离x可反映F的大小,通过改变两小球间距离及小球带电荷量来定量反映F、q、r之间的关系(如表2所示)

表2

方案3:利用杠杆原理放大电场力F的作用效果,通过游码的位置x来反映F的大小(如表3所示)

表3

方案4:库仑扭秤实验,利用悬丝扭转的角度θ来反映F的大小(如表4所示)

设计意图:生成想法的主要内容为通过对问题的解决方法进行讨论,形成尽可能多的有创新性的解决方案．因此,在教学过程中学生运用“头脑风暴”在各小组中进行合作与讨论,发散阶段根据所产生的问题提出各种解决的方案,在聚敛阶段对方案进行整理及精确描述,最终得到各有特色的4种方案．整个过程不仅培养了学生协作交流的能力,同时也锻炼了学生发散与聚敛思维,从而进一步提升了创新能力．

成分三:准备行动

(寻求方法)

师:接下来请大家一起讨论上述4种方案,谈谈你自己对方案的看法．

生:方案1的实验装置比较简单,容易操作,但只能得到定性的结论,无法确定定量的关系．

生:方案2的实验装置也比较简单,并且可以得到定量的关系,但实际操作中可能由于漏电等原因,距离很难精确测量．

生:方案3利用杠杆原理放大了力的作用效果,便于测量力的大小,但该装置制作起来要求较高,并且操作起来可能有较大难度．

生:方案4是书本上介绍的库仑当年发现库仑定律时采用的方案,精度比前3个方案高,但其原理更加复杂且对器材的要求会比较高．

(寻求接受)

师:通过大家的分析,我们发现每种方案都有其优缺点,根据学校现有的实验设备条件,请大家完成方案1及方案4的实验,并记录数据得出相应结果．

设计意图:准备行动过程是通过比较各种方案的特点,结合实际条件确定最优方案．学生在分析方案的优缺点时,首先运用发散思维比较四种方案的特点,再运用聚敛思维对这些优缺点进行整理与精确描述,整个过程使学生深刻地理解了各方案的思想方法,同时也锻炼了学生从多角度思考问题的能力．

成分四:落实方案

(评估课题)

学生完成方案一实验并记录结果,得到结论:带电体间距离越小,作用力越大,电荷量越大,作用力越大(如表5所示)．

表5

图2

图3

学生完成方案4实验并记录数据,得到结论:真空中两个静止点电荷之间的相互作用力,与它们电荷量的乘积成正比,与它们距离的二次方成反比(如表6所示)．

表6

师:大家经过了实际操作,请再对上述的2个方案提出自己的看法．

生:方案1在操作时要保持环境的干燥,效果比较明显

生:方案4也对环境的要求较高,并且操作起来比方案一复杂,但是能得到定量的结果．

(设计过程)

师:本节课我们探究了电荷间的作用力、距离、带电荷量之间的关系,得到了库仑定律的内容,请大家总结一下我们探究的过程及用到的科学方法．

生:这节课我们通过探究库仑定律的内容,经历了提出问题、分析问题、解决问题的完整过程,并在其中体验了怎样建立物理模型,运用恰当的物理方法来设计方案、处理问题．

设计意图:落实方案过程是对确定的方案进行实验操作并得出结论,最后总结整个探究过程．教学过程中学生对方案进行实践操作并再次评价,不仅锻炼了学生动手能力,更培养了学生将理论与实际结合的科学意识,同时,学生利用聚敛思维对探究过程进行提炼与总结,进一步提高了其科学素养．

表7

续表

3 总结

CPS模型是在解决问题过程中有效培养学生创造力的一种教学模型,其核心是发散性思维和聚敛性思维的结合与交替运用,这也是问题解决的创造性思维过程,表7为两种思维方式在本节课中的体现．如何在适合的情境下交替地使用这两种思维方法是CPS模型的关键,因此教师要根据教学内容与学生的实际情况灵活地使用CPS模型,促进学生创造性地发现并提出问题,寻找出解决问题的新途径,再经由推理、综合和归纳等思维过程,培养其创新意识和创新能力．