基于學(xué)生科學(xué)思維培養(yǎng)的物理實驗教學(xué)

方碧煙

摘 要：實驗和觀察是研究物理的主要方法.物理教學(xué)離不開實驗和觀察，要讓學(xué)生經(jīng)歷實驗和觀察的過程，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，提高學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng).教學(xué)要以實驗為載體，依據(jù)實驗教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)推理能力、模型建構(gòu)能力、科學(xué)論證能力、質(zhì)疑創(chuàng)新能力.

關(guān)鍵詞：實驗教學(xué)；科學(xué)思維

科學(xué)思維和實驗探究都是物理學(xué)科的核心素養(yǎng)之一，兩者相輔相成，相得益彰.實驗教學(xué)是科學(xué)思維的基礎(chǔ)和重要載體，實驗與觀察過程，離不開運用科學(xué)的思維和方法進行分析和論證.只有不斷開展實驗教學(xué)，學(xué)生科學(xué)思維才能得以持續(xù)發(fā)展；也只有發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維能力，才能保證實驗教學(xué)的不斷升級和深化.

一、在實驗教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)推理能力

物理教學(xué)要以實驗為基礎(chǔ)，以正確的邏輯法則為依據(jù)，對實驗過程進行深入的抽象分析，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)推理能力.如：初中物理《牛頓第一定律》的教學(xué)，研究阻力對運動影響，讓學(xué)生觀察一輛小車從斜面同一高度，由靜止自由滑下，在光滑度不同的水平面上運動的情況.分析得出：小車在水平面上開始運動的速度相同，但小車在較光滑的水平面上做直線運動，通過的距離較大，速度減小的較慢.在此基礎(chǔ)上，進一步引導(dǎo)學(xué)生進行合理的科學(xué)推理：如果小車在更光滑水平面上運動，其受到的阻力將更小，通過距離更大，速度減小的更慢.設(shè)想小車運動時不受阻力，小車的速度就不會減小，將沿原來的方向永遠運動下去.從而總結(jié)牛頓第一定律的內(nèi)容.學(xué)生掌握這種在實驗事實基礎(chǔ)上，進行合理的科學(xué)推理方法將受益終身.偉大的物理學(xué)家伽利略應(yīng)用科學(xué)的推理方法，解決了物理史上的一個個難題，對物理學(xué)和科學(xué)的發(fā)展做出卓越的貢獻.

二、在實驗教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生模型建構(gòu)能力

建立物理模型是物理研究的一種常用方法，在物理實驗教學(xué)過程中，要不失時機通過具體的實驗來幫助學(xué)生建立物理模型，使相關(guān)的實驗得到簡化，提高學(xué)生模型建構(gòu)能力.如：在研究杠桿平衡條件的實驗時，忽略杠桿因受力產(chǎn)生的形變，把杠桿當作無形變的理想化模型.同樣在電學(xué)實驗中，一般都沒有考慮導(dǎo)線的電阻；把電流表近似當作是一根導(dǎo)線；把電壓表當作開路處理，從而方便對實驗電路的分析和研究.在光學(xué)實驗中，引入“光線”模型，可方便分析光路，研究光的反射和折射現(xiàn)象.可見，實驗教學(xué)中建立物理模型，可以使復(fù)雜的實際問題簡單化；使抽象的物理問題、現(xiàn)象、過程形象直觀化；使具體的問題普遍化.既可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，又有利于提高學(xué)生通過實驗研究物理問題的能力.

三、在實驗教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)論證能力

實驗歸納是科學(xué)論證的方法之一，在初中物理教學(xué)中，普遍運用直接從觀察實驗結(jié)果中分析、歸納、概括而總結(jié)出物理規(guī)律的論證方法.

例1 在“密度”的教學(xué)中，先讓學(xué)生“探究同種物質(zhì)的質(zhì)量與體積的關(guān)系”，讓學(xué)生通過對實驗數(shù)據(jù)的分析得出：同種物質(zhì)的質(zhì)量與體積成正比，但質(zhì)量與體積的比值是一定的.再讓學(xué)生“測量同體積不同種物質(zhì)的質(zhì)量”，引導(dǎo)學(xué)生進一步分析、比較、抽象、概括，揭示密度的屬性.

例2 在“探究凸透鏡成像規(guī)律”的教學(xué)中，學(xué)生通過實驗探究得出凸透鏡成像規(guī)律，并記錄在表格上.進一步引導(dǎo)學(xué)生通過分析歸納得出：1凸透鏡可以成縮小、等大、放大的實像，也可以成放大的虛像；u=f是成實像和虛像的分界點，u=2f是成放大實像和縮小實像的分界點；2凸透鏡成的實像，一定是倒立的，也一定在物體的異側(cè)，凸透鏡成的虛像，一定是正立的，也一定在物體的同側(cè)；3在成實像時，物距逐漸變小，像距逐漸變大，所成的像也逐漸變大.

在物理實驗教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生運用分析、比較、抽象、概括的思維方法得出物理概念和規(guī)律，不僅能使學(xué)生明確建立物理概念、規(guī)律的事實依據(jù)，明確物理概念、規(guī)律的內(nèi)涵，更重要的是發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維，掌握科學(xué)的論證方法.

四、在實驗教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑創(chuàng)新能力

學(xué)生實驗過程，尤其是學(xué)生探究實驗的過程，需要學(xué)生多種感官同時參與，開動腦筋積極思考，迸射思維火花.他們有異想天開的想法，不墨守成規(guī)，對教師、教材乃至于已有的實驗方案、數(shù)據(jù)、結(jié)論等會產(chǎn)生懷疑，會自然有創(chuàng)新意識的流露.因此，物理教學(xué)要抓好實驗教學(xué)，讓學(xué)生在實驗過程中去大膽地猜想、假設(shè)質(zhì)疑，去尋找屬于自己的解決問題的方法.使之過程更合理，數(shù)據(jù)更準確，操作更便捷，方案更優(yōu)化，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和能力.

例3 用伏安法測定額定電壓為U0的定值電阻元件的額定功率實驗中（已知滑動變阻器的最大阻值為R0）.在學(xué)生完成根據(jù)P=UI原理測量之后，再讓學(xué)生思考完成電流表（或電壓表）壞了，在不增加實驗器材的前提下，測定定值電阻元件的額定功率.要求畫出實驗電路圖，簡述主要實驗步驟并寫出額定功率表達式.

學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，經(jīng)過小組討論，就電流表壞了這種情景，設(shè)計如圖1所示實驗電路，各小組共生成了三種不同的實驗方案，給出三個表達式分別是：P額=U20（U2-U1）/U1R0、P額=2U20（U左-U中）/U中R0和P額=2U20（U中-U右）/（2U右-U中）R0.

就電壓表壞了這種情景，設(shè)計如圖2所示實驗電路，各小組也共生成了三種不同的實驗方案，給出三個表達式分別是：P額=U20（I2-I1）/I1R0、P額=2U20（I左-I中）/I中R0和P額=2U20（I中-I右）/（2I右-I中）R0.再組織小組交流，分享學(xué)生的創(chuàng)新成果.

例4 在測量液體密度時，為學(xué)生提供兩種方案.第一種方案是：1用天平測出空瓶的質(zhì)量m1，記錄在表格中.2向瓶中倒入適量液體，測出瓶與液體的總質(zhì)量m2，記錄在表格中.3將瓶中液體倒入量筒中，測出液體的體積V，記錄在表格中.第二種方案是：利用上述器材依次測出瓶和液體總質(zhì)量M、倒入量筒中的液體體積V、瓶與瓶中剩余液體質(zhì)量m.要求學(xué)生寫出計算液體密度的表達式（用上述物理量符號表示）并比較以上兩種實驗方案的測量誤差.

學(xué)生通過動手操作，親身經(jīng)歷實驗過程，不但使實驗方案更優(yōu)化、操作更便捷，而且能通過比較、分析得到減小實驗誤差的方法，使測量數(shù)據(jù)更準確，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識.

總之，物理教學(xué)要認識到實驗教學(xué)對培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的作用，抓住學(xué)生樂于實驗、樂于探究的心理特點，積極創(chuàng)造條件讓學(xué)生多做實驗，激發(fā)探究欲望和創(chuàng)新意識，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維方法，提高物理學(xué)科科學(xué)素養(yǎng)，為學(xué)生的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ).

參考文獻：

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