淺談實(shí)驗(yàn)教學(xué)中初中生物理思維能力的培養(yǎng)

摘 要：物理實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)物理思維的重要途徑。在教學(xué)過程中，學(xué)生親手做一下實(shí)驗(yàn)比被動(dòng)聽有更好的效果。在實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)操作的過程中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，進(jìn)而反向借助實(shí)驗(yàn)來(lái)思考問題，能更加深入有效地培養(yǎng)學(xué)生的物理思維能力。

關(guān)鍵詞：物理思維;物理實(shí)驗(yàn);天平

一、 引言

物理學(xué)是研究物質(zhì)運(yùn)動(dòng)一般規(guī)律和基本結(jié)構(gòu)的一門學(xué)科，實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)理論的基礎(chǔ)。觀察和實(shí)驗(yàn)在物理思維各發(fā)展階段一直是作為思維的基礎(chǔ)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中教師通過調(diào)動(dòng)學(xué)生的觀察、概括、抽象、分析、歸納、綜合等基本思維手段和認(rèn)識(shí)方法來(lái)進(jìn)行物理思維訓(xùn)練。所以，教學(xué)中要在實(shí)驗(yàn)與物理思維之間建立有效的聯(lián)系，促進(jìn)學(xué)生物理思維能力的發(fā)展。

二、 物理思維的概述及其重要性認(rèn)識(shí)

（一）物理思維的內(nèi)涵

所謂物理思維，就是具有意識(shí)的人腦對(duì)客觀物理事物（包括物理對(duì)象，物理過程，物理現(xiàn)象，物理事實(shí)等）的本質(zhì)屬性，內(nèi)部規(guī)律性及物理事實(shí)間的聯(lián)系和相互關(guān)系的間接的、概括的和能動(dòng)的反應(yīng)。抽象的思維要有實(shí)體的支撐，而我們物理學(xué)的實(shí)體就包含了重要的實(shí)驗(yàn)部分，用物理實(shí)驗(yàn)發(fā)展學(xué)生物理思維是必需的過程。物理思維包含了形象、抽象、分析、綜合、逆向等思維。

（二）初中生物理思維特點(diǎn)

初中生還處在皮亞杰思維發(fā)展階段中的具體運(yùn)算到形式運(yùn)算的過渡，思維還未完成成熟，就像小學(xué)生剛開始用手指或火柴計(jì)算加減。他們對(duì)物理的形象思維、抽象思維、分析綜合的思維還比較弱，剛接觸物理這門新學(xué)科，還沒完全養(yǎng)成從實(shí)驗(yàn)中思考物理問題的能力和習(xí)慣。

（三）物理思維培養(yǎng)的重要性認(rèn)識(shí)

物理思維是物理核心素養(yǎng)中重要的一部分，也是學(xué)生從生活走向物理，從物理走向社會(huì)的橋梁。物理思維能力的培養(yǎng)有利于學(xué)生在復(fù)雜的情景中發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，有利于深度理解物理知識(shí)，有利于提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)的能力，有利于增加學(xué)生對(duì)物理的興趣，同時(shí)也能鍛煉學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)操作的能力，在課堂中做到手腦并用，避免了滿堂灌的現(xiàn)象。以實(shí)驗(yàn)的過程來(lái)培養(yǎng)學(xué)生思維的方式更符合學(xué)生思維的發(fā)展規(guī)律，也符合物理學(xué)的理論的發(fā)展規(guī)律。

三、 例談天平實(shí)驗(yàn)教學(xué)中物理思維的培養(yǎng)

以下，筆者就根據(jù)自己在教天平的使用過程中遇到的三個(gè)問題為例具體展開，談對(duì)初中學(xué)生物理思維能力的培養(yǎng)一些實(shí)踐思考。

（一）天平“左碼右物”將如何影響測(cè)量結(jié)果？

在測(cè)量過程中，如果物體在右邊，砝碼在左邊，測(cè)量值比真實(shí)值是偏大偏小？這是學(xué)生常能碰到較難的一個(gè)問題。在正常教學(xué)過程中，我們一般會(huì)直接給出“左物右碼”的規(guī)則，即向右移動(dòng)游碼相當(dāng)于給右盤添加小的砝碼，因此，最終天平平衡時(shí)，物體的質(zhì)量為=砝碼的質(zhì)量+游碼對(duì)應(yīng)的示數(shù)。如果反過來(lái)操作，“左碼右物體”會(huì)怎么樣呢？絕大多數(shù)的學(xué)生第一次在遇到這種逆向思維的問題時(shí)，就會(huì)有點(diǎn)不知所措，不知道怎么分析。

所以，筆者在教學(xué)的過程中就會(huì)順勢(shì)引導(dǎo)學(xué)生動(dòng)手操作，例如，先以稱量某個(gè)具體的物體為例，如圖1左邊的iPhonexr的質(zhì)量為例，按照“左物右碼”操作方式讀出真實(shí)值為163g，然后再按照“左碼右物”方式動(dòng)手用天平操作后讀出示數(shù)，在此過程中，學(xué)生直接調(diào)換后發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)現(xiàn)象是天平不在平衡，且會(huì)向右邊下傾，其實(shí)學(xué)生心中似乎已經(jīng)有了答案，但我們繼續(xù)調(diào)節(jié)游碼以及砝碼達(dá)到重新平衡，如圖1右邊的學(xué)生讀數(shù)為177g，要比這個(gè)物體實(shí)際質(zhì)量確實(shí)要偏大。

為什么會(huì)這樣呢？我們就可以結(jié)合展現(xiàn)在學(xué)生面前的“錯(cuò)誤的平衡”，提供載體，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生分析一般的情況：物體和砝碼放反，平衡時(shí)，左邊托盤的重量與右邊托盤的重量的關(guān)系即變成：物體的質(zhì)量+游碼對(duì)應(yīng)的示數(shù)=砝碼的質(zhì)量，這樣得出的結(jié)果應(yīng)該是：物體質(zhì)量=砝碼質(zhì)量-游碼對(duì)應(yīng)示數(shù)，真實(shí)值比較小，但我們是按“砝碼質(zhì)量+游碼對(duì)應(yīng)示數(shù)”規(guī)則讀數(shù)相對(duì)就偏大。

所以，在利用實(shí)驗(yàn)解決該問題的過程中，即培養(yǎng)了學(xué)生的觀察和動(dòng)手能力，也培養(yǎng)了學(xué)生的逆向思維和抽象思維能力。

（二）天平游碼不調(diào)零就直接稱量將如何影響測(cè)量結(jié)果？

初中生的思維還較為簡(jiǎn)單，還不是很熟練，較難獨(dú)立分析，對(duì)知識(shí)缺乏深度的理解。倘若，我們僅僅就是在紙上談兵，靠講來(lái)分析，是很難有效培養(yǎng)學(xué)生的物理思維能力。所以，筆者在教學(xué)過程中讓學(xué)生先按不調(diào)零的條件操作，同樣，以iPhonexr質(zhì)量為例，實(shí)際質(zhì)量上面已經(jīng)給出163g。

假設(shè)，在游碼為0.5g的時(shí)候調(diào)節(jié)平衡螺母，如圖2左邊，平衡后，再測(cè)量出的質(zhì)量為163.5g，如圖2右邊，比真實(shí)值163.5g大出0.5g，學(xué)生就會(huì)思考怎么正好調(diào)到0.5g就增加了偏大0.5g，接著我們可以進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生分析思考，我們?cè)诶^續(xù)把游碼調(diào)到1g的時(shí)候調(diào)平衡，結(jié)果測(cè)量出質(zhì)量為164g，與正常值差為1g。學(xué)生一下子就會(huì)頓悟，我們?cè)谟未a沒有歸零的時(shí)候開始調(diào)平衡，其實(shí)質(zhì)就等價(jià)于游碼歸零后在右盤中增加了一點(diǎn)砝碼，最終讀數(shù)偏大的就是那些砝碼的質(zhì)量。所以學(xué)生最終不僅僅是得到了答案，測(cè)量值大于物體真實(shí)值，而且也深度地理解為什么我們要在沒稱量之前要調(diào)平衡的問題。在解決該問題的過程中，我們就不知不覺地利用了實(shí)驗(yàn)，調(diào)動(dòng)了學(xué)生思考的興趣，步步引導(dǎo)，培養(yǎng)了學(xué)生的分析、綜合的思維能力。

（三）天平的生銹或破損將如何影響測(cè)量結(jié)果？

當(dāng)然，還有一些關(guān)于天平測(cè)量過程中砝碼破損或者生銹而造成的讀數(shù)誤差問題。同樣，在課堂上，可先讓學(xué)生按照條件，如生銹可以用一個(gè)5g的口香糖粘在砝碼上代表，然后用該“砝碼”操作之后，肯定會(huì)向右偏，學(xué)生必然會(huì)拿走一個(gè)右邊的5g砝碼后才會(huì)重新平衡，測(cè)量值要比真實(shí)值要偏小。最后，教師可以引導(dǎo)分析，砝碼生銹等價(jià)于偏重，但是為我們讀數(shù)時(shí)卻是用砝碼上的“10g”。所測(cè)的物體的實(shí)際質(zhì)量就會(huì)偏多一點(diǎn)。反之，砝碼如果破損，學(xué)生就可以反推過來(lái)，測(cè)量值就比真實(shí)值偏大，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的過程中，不僅得到了答案，而且借助了實(shí)驗(yàn)的操作，鍛煉了自己的形象思維和逆向思維。

四、 總結(jié)和啟發(fā)

筆者在教學(xué)的過程中，也會(huì)遇到很多的類似的問題，比如電學(xué)中兩個(gè)電壓表串聯(lián)后的示數(shù)或者一個(gè)電壓表和一個(gè)電流表串聯(lián)后示數(shù)，如圖3所示，熱學(xué)中凸透鏡成像過程中，蠟燭燃燒變短后，像的位置是上移還是下移問題等等。這些難題都不太好直接分析，單獨(dú)直接講，學(xué)生難以理解，也不利于培養(yǎng)學(xué)生的物理思維能力。教學(xué)中的建議是可以創(chuàng)設(shè)一定的實(shí)驗(yàn)條件，先讓學(xué)生親手做，做出結(jié)果，在實(shí)驗(yàn)結(jié)果中激發(fā)學(xué)生的思考興趣，在借助實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行輔助分析，從而最終解決實(shí)際問題，培養(yǎng)學(xué)生的物理思維能力。

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作者簡(jiǎn)介：

張加興，福建省廈門市，廈門實(shí)驗(yàn)中學(xué)。