依托實驗培養(yǎng)學生的科學思維

宋靜 周楓

摘? ?要：物理實驗的關鍵不僅在于培養(yǎng)學生的動手能力，更在于培養(yǎng)學生的科學思維。教師在實驗教學中應遵循實驗分析的邏輯框架，在常規(guī)實驗和拓展性實驗中，激活思維過程，強化學生的分析推理能力和科學論證能力，以提升學生的物理核心素養(yǎng)。

關鍵詞：物理實驗;實驗教學;科學思維

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2019）10-0068-4

物理是一門以實驗為基礎的自然學科，物理教學中的許多實驗雖然是科學家所做實驗的改造和簡化，但仍然保留了豐富的科學思維和方法。物理實驗作為物理教學的重要組成部分，其作用不僅在于培養(yǎng)學生的動手能力，更重要的是通過物理實驗的設計和研究，在加深學生對物理概念、規(guī)律理解的同時，提升學生的科學思維和科學探究能力等物理核心素養(yǎng)[1]。

然而，從現(xiàn)有的文獻和實踐中都發(fā)現(xiàn)一個讓我們遺憾的事情：學生不僅實驗動手能力不強，科學思維發(fā)展更為薄弱。很重要的一個原因是實驗教學普遍存在“試題化”的怪異現(xiàn)象，寧可讓學生練習大量的物理實驗試題，挖空心思尋找可能的實驗試題考點、命題趨勢，也不愿花時間培養(yǎng)學生的科學思維和能力[2]。物理教師應該認識到，物理實驗的關鍵不僅在于培養(yǎng)動手能力，更在于培養(yǎng)學生的科學思維[3]。在物理實驗教學中，教師不應只關注學生的實驗操作，還應自覺地挖掘物理實驗中所蘊藏著的科學思維和方法，并將其潛移默化地滲透給學生，從而在實驗中提高學生的科學思維能力，通過科學思維連接物理實驗與實驗考查，以便學生能夠舉一反三地應對各種問題情境。

下面我們嘗試從物理實驗思維邏輯框架入手，探討如何在實驗教學中強化科學思維能力的培養(yǎng)。

1? ? 物理實驗的基本思維邏輯框架

物理實驗是人們根據(jù)研究目的，運用科學的儀器設備，人為地控制、創(chuàng)造或純化某種自然過程，使之按預期的進程發(fā)展，同時盡可能減少客觀狀態(tài)干擾的前提下進行觀測，以探究物理規(guī)律的一種科學活動[4]。因此，實驗教學有非常明晰的思維框架（圖1）：干什么（實驗目的）—怎么干（實驗方案）—結(jié)論是什么（實驗結(jié)果）—如何改進（減小干擾）。

學生在實驗時，首先要明確的是“干什么”，即實驗目的是什么。這是思維的起點，只有知道了實驗的目的，才能知道接下來“怎么干”“為什么這么干”。

其次，學生要獨立思考“怎么干”。教師應該給學生足夠的時間和空間，讓學生有機會借助所學的物理概念和規(guī)律，尋找可能的解決方案。例如，要測量未知阻值的電阻，可以依據(jù)歐姆定律，通過測量電阻兩端的電壓和經(jīng)過電阻的電流來間接測量，也可以采用歐姆表直接測量。

第三，教師應有意識地設置障礙或改變實驗條件，引導學生嘗試尋找突破障礙、解決問題的途徑和方法，以達到強化思維能力的目的。

在實驗方案設計過程中，教師要樹立“只有更好，沒有最好”的觀念，不對學生“怎么干”的方案設限。我們知道，實現(xiàn)同一個實驗目的的方案可能有多種，同一個物理量的測量方法也是靈活多變的，而且隨著技術(shù)的發(fā)展，實驗手段和方法也在不斷更新。教師要主動引導學生盡可能地改變測量手段和方法，幫助學生拓展實驗方案、預測實驗結(jié)果和可能存在的問題，在實驗整體邏輯框架的基礎上，培養(yǎng)學生的科學思維能力。

例如，我們在測量物體運動的速度時，通常采用打點計時器測量位移和時間，進而間接測量速度。教師可以拓展延伸：

交警是通過什么方式測量車速的？

你還能想到什么方法來測量速度？

教師可以借助位移傳感器，模擬交警激光測速的過程：通過測量一段時間內(nèi)汽車位置變化及時間來計算車速;還可以根據(jù)公路上汽車輪胎的剎車痕跡計算剎車時的速度大小等。

這些實驗方案沒有“最好”，只有在特定環(huán)境下的“更好”，教師可以通過對不同實驗方案的討論，培養(yǎng)學生的科學思維能力。

下面以初中物理實驗“測量未知電阻的阻值”為例，探討在實驗教學實踐中如何強化學生邏輯思維能力的培養(yǎng)。

2? ? 在實驗中強化科學思維發(fā)展的策略

2.1? ? 在常規(guī)實驗設計中激活科學思維

進行思維訓練的最有利的時機是教學活動。在學生明確了實驗目的以后，教師應給予學生充分的思考空間，通過多問幾個“為什么”，引導學生明晰思維過程，提升學生的思維水平。

對于“測量未知電阻的阻值”實驗，教師首先要讓學生明確實驗的目的是測定值電阻的阻值。學生可根據(jù)教師提供的器材，根據(jù)歐姆定律R=，嘗試通過測量電阻兩端的電壓和電流來測量未知電阻（圖2）。

接下來，教師不急著告知學生實驗注意事項，在學生選擇器材時追問學生：

電源要多大？為什么？

電壓表和電流表量程選擇多大合適？為什么？

如何改變不同電壓進行多次測量？

學生通過討論和思考，明確實驗中如何選擇電源、如何調(diào)節(jié)電壓、如何提高測量精度、如何保護儀表與儀器等。

教師要明確：學生實驗能力的發(fā)展不是教師“教”出來的，而是學生自己在思考中發(fā)展的，是科學思維發(fā)展的結(jié)果?？茖W思維在學生實驗能力發(fā)展中起著重要的橋梁和紐帶作用，物理實驗能力的培養(yǎng)離不開學生科學思維的發(fā)展。

2.2? ? 設置實驗障礙強化科學思維

教師在常規(guī)的實驗設計中激活學生的科學思維，不僅可以幫助學生更好地發(fā)展實驗能力，還可以為進一步強化科學思維奠定基礎。

例如，在初中“測量未知電阻的阻值”實驗結(jié)束后，教師可以設置“障礙”：

如果只有電流表，我們還可以完成測量任務嗎？