物理實驗教學(xué)中思維先行的有效策略

盛建國

摘 要：在物理實驗教學(xué)中，我們應(yīng)該倡導(dǎo)思維先行的理念。動手實踐固然是重要的環(huán)節(jié)，但在實驗器材的選擇、實驗方案的設(shè)計、實驗結(jié)論的歸納中，思維先行無處不在。只有通過基于高階思維的分析與思考，明確了實驗要研究什么問題、如何進行研究、收集哪些證據(jù)、得到什么結(jié)論等環(huán)節(jié)，才能促進深度學(xué)習(xí)的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：思維先行;初中物理;實驗教學(xué);有效策略

中圖分類號：G633.7 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1992-7711（2020）09-077-1

科學(xué)思維和科學(xué)方法是科學(xué)素養(yǎng)的核心要素之一，發(fā)展學(xué)生的思維能力是物理教學(xué)的重中之重。因此，在實驗過程中，教師應(yīng)克服急于求成的思想，排除教師越俎代庖的現(xiàn)象，貫徹思想指揮行動的理念，落實思維先行的原則，以思維發(fā)展引領(lǐng)教學(xué)，促進物理深度學(xué)習(xí)的真正發(fā)生。

一、思維先行：實驗器材不要急于直接呈現(xiàn)

1.問題呈現(xiàn)：學(xué)生不知實驗中為何要用斜面。

例如：關(guān)于“探究動能的大小與哪些因素有關(guān)”的實驗，曾有這樣的考題：在探究動能的大小與質(zhì)量關(guān)系的實驗中（如圖所示），實驗中使用斜面的作用是 。對于實驗中為什么要用斜面，許多學(xué)生根本不知原因，甚至許多教師由于教學(xué)中不重視實驗的思維過程，看到本題也是一愣，需要認(rèn)真思索才能體會題目的精妙。

2.原因分析：實驗的器材選擇蘊涵科學(xué)方法。

那么，為什么學(xué)生一開始并不知道實驗中使用斜面的目的呢？因為許多教師一上來就出示了斜面、小球和木塊等實驗器材，學(xué)生的思維也就被禁錮在利用教師提供的器材設(shè)計實驗，當(dāng)問到斜面在本實驗中的作用時，自然無從回答。其實在這里，使用斜面是為了控制小球到達水平面的初速度相同，因為在探究動能和質(zhì)量關(guān)系時，我們需要改變質(zhì)量，但需要控制速度相同，而怎樣控制兩個質(zhì)量不同的小球以相同速度撞擊木塊呢？讓它們從同一斜面的同一高度下滑是最簡便、可行的方法。

3.改進策略：教學(xué)中實驗器材不要橫空出世。

基于上述原因，我們在該實驗的教學(xué)中應(yīng)該這樣做：教師先不出示斜面，當(dāng)學(xué)生提出動能大小與質(zhì)量和速度有關(guān)的猜想時，教師請學(xué)生思考，如何探究小球的動能與速度的關(guān)系？要控制什么，改變什么，如何反映小球動能的大?。窟@里就涉及到控制變量法和轉(zhuǎn)換法這兩種科學(xué)方法。然后請同學(xué)到講臺前來展示實驗過程并作講解。在探究動能和速度關(guān)系時，學(xué)生回答要控制質(zhì)量不變，改變小球的速度，比較小球動能的大小（看木塊被推開的距離）。具體做法是，用同一小球（質(zhì)量不變），用不同的力推小球，使其以不同速度運動并撞擊木塊，可完成實驗;在探究動能與質(zhì)量關(guān)系時，學(xué)生回答要用兩個質(zhì)量不同的小球，控制它們用相同的速度撞擊木塊，這時，問題就出現(xiàn)了：怎樣控制兩個質(zhì)量不同的小球以相同速度撞擊木塊？學(xué)生會發(fā)現(xiàn)靠用手推球根本無法做到（沒有可操作性），這樣，學(xué)生也體會到實驗方案設(shè)計中還要考慮其可操作性，這時，教師再適時補充知識：質(zhì)量不同的小球，從同一斜面的同一高度下滑時，其到水平面的初速度是相同的。因此，在這個實驗中，我們使用了斜面。這樣，學(xué)生對斜面的作用理解深刻，而且對于科學(xué)方法也有了更深入的理解。

二、思維先行：實驗方案不要急于和盤托出

在“測量液體的密度”實驗中，在先請學(xué)生設(shè)計實驗方案階段，學(xué)生在剛開始并不會意識到實驗操作產(chǎn)生誤差的問題，通常設(shè)計出如下方案（如圖所示）：步驟一.用調(diào)節(jié)好的天平稱出空燒杯的質(zhì)量m1;步驟二.將待測液體倒入空燒杯中，測出液體和燒杯的總質(zhì)量m2（將m2-m1得到液體質(zhì)量）;步驟三.將燒杯中液體倒入量筒中，測出液體的體積V。最后用（m2-m1）/V算得待測液體的密度。這樣的思路代表了絕大多數(shù)學(xué)生的初期設(shè)想，思路清晰，理論可行，得到大家的認(rèn)可。但有些教師為了追求所謂的教學(xué)速度和效率，在學(xué)生設(shè)計方案時就直接進行打斷、干預(yù)和提示，這樣雖然學(xué)生做出來了，但卻使學(xué)生錯失了思維訓(xùn)練的機會。

正確的做法應(yīng)該是遵循學(xué)生的思維發(fā)展規(guī)律，首先肯定學(xué)生的設(shè)計理論可行，在此基礎(chǔ)上請學(xué)生思考：該方案所測得的液體密度是否因為方案原因產(chǎn)生了誤差？這種由于設(shè)計方案導(dǎo)致的誤差能否通過優(yōu)化實驗方案，變換實驗步驟來改進？怎樣解決“燒杯中液體倒不干凈的問題”？在學(xué)生進行認(rèn)真思考、積極討論的基礎(chǔ)上，能給出正確的優(yōu)化方案：先測燒杯和液體的總質(zhì)量，再將部分液體倒入量筒中測其體積，最后再測燒杯和剩余液體的總質(zhì)量。在實驗方案的互評與分享中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)，原來將實驗步驟稍加變換，就巧妙地解決了問題，減小了實驗的誤差，從而體會到實驗方案設(shè)計的重要性，理解了實驗誤差的相關(guān)知識。

三、思維先行：實驗結(jié)論不要急于越俎代庖

在實驗總結(jié)階段，我們應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生自主歸納實驗結(jié)論，這對學(xué)生而言，是一個非常好的鍛煉與分享機會。因為數(shù)據(jù)的對比分析、結(jié)論表述的規(guī)范嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)方法的體現(xiàn)等，都可以在實驗結(jié)論總結(jié)階段進行教學(xué)滲透。但在物理課堂上，許多教師往往不重視實驗數(shù)據(jù)出來以后的實驗總結(jié)階段，甚至在公開課上，因為趕時間、怕學(xué)生講錯等原因，教師越俎代庖，代替學(xué)生說出實驗結(jié)論的情況也是經(jīng)?？梢?。

盡管實驗教學(xué)中肯定要預(yù)留足夠的時間讓學(xué)生親歷實踐體驗和科學(xué)探索的過程，但實驗探索應(yīng)該在思維指導(dǎo)下進行，并服務(wù)于學(xué)生思維發(fā)展的目標(biāo)。因此，在物理實驗教學(xué)中，讓思維先行的理念應(yīng)該根植于我們的教學(xué)意識中，體現(xiàn)在我們的教學(xué)設(shè)計中，落實在我們的課堂教學(xué)行為中。只有思維指引下，并指向思維發(fā)展的實驗教學(xué)，才能真正促進深度學(xué)習(xí)，成為培育核心素養(yǎng)的有效載體。

基金項目：本文系江蘇省教育科學(xué)十三五規(guī)劃重點資助課題“基于經(jīng)驗學(xué)習(xí)的初中理科教學(xué)研究”（初中專項，課題編號：E-a/2020/06）的階段性成果。

（作者單位：蘇州市吳江區(qū)平望第二中學(xué)，江蘇 蘇州215221）