淺談物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中如何提高學(xué)生科學(xué)思維素養(yǎng)

陳日清

【摘要】本文從培養(yǎng)學(xué)生高中物理學(xué)科科學(xué)思維素養(yǎng)出發(fā)，探討了新課標(biāo)背景下高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中如何有效提高學(xué)生科學(xué)思維素養(yǎng)的思路。

【關(guān)鍵詞】學(xué)科核心素養(yǎng);科學(xué)思維素養(yǎng)

普通高中物理新課標(biāo)核心是培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)，其中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維素養(yǎng)是主要目標(biāo)之一。物理實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)的基本教學(xué)方法。物理實(shí)驗(yàn)為學(xué)生創(chuàng)設(shè)生動(dòng)直觀物理情景，培養(yǎng)學(xué)生仔細(xì)觀察能力和動(dòng)手操作能力，實(shí)現(xiàn)由現(xiàn)象到本質(zhì)、由感性到理性的認(rèn)識(shí)的質(zhì)的思維飛躍，是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維素養(yǎng)的重要途徑。傳統(tǒng)物理教學(xué)中，教師一般先把實(shí)驗(yàn)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，然后學(xué)生按部就班做實(shí)驗(yàn)，遇到問題按圖索驥解決。學(xué)生實(shí)驗(yàn)缺乏靈活性、探究性和獨(dú)創(chuàng)性，容易形成定勢(shì)思維，導(dǎo)致學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力、糾錯(cuò)能力、探究能力不足，無法達(dá)到有效提高學(xué)生科學(xué)思維素養(yǎng)的目的。

一、以實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為抓手，提升獨(dú)立思考能力

物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，首先對(duì)學(xué)生進(jìn)行啟發(fā)引導(dǎo)，控制實(shí)驗(yàn)難度，降低思維階梯，循序漸進(jìn)提升實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)水平，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考能力的目的。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)讓學(xué)生體悟到設(shè)計(jì)必要性和探究?jī)r(jià)值，激發(fā)學(xué)生興趣，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的習(xí)慣。高中物理實(shí)驗(yàn)中，定量性實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的有效方式。學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，通過適當(dāng)控制變量，進(jìn)行前后實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比分析，可以得到實(shí)驗(yàn)結(jié)論。例如，粵教版《高中一年級(jí)物理》第四章第二節(jié)“牛頓第二定律”實(shí)驗(yàn)教學(xué)：

1.如圖所示裝置，保持小車總質(zhì)量M不變，改變小桶和沙的質(zhì)量m，從而改變細(xì)線對(duì)小車的拉力F（當(dāng)m<

2.保持小桶和沙的質(zhì)量m不變，在小車上加減砝碼， 改變小車的質(zhì)量M。然后測(cè)出小車的對(duì)應(yīng)加速度a，由多組a、M數(shù)據(jù)，作出加速度和質(zhì)量倒數(shù)的關(guān)系圖線，驗(yàn)證加速度與質(zhì)量是否成反比。

筆者讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證結(jié)論，然后引導(dǎo)學(xué)生思考：1.實(shí)驗(yàn)的對(duì)象是誰？它是如何獲得加速度的？2.實(shí)驗(yàn)的對(duì)象受何力？如何使其獲得產(chǎn)生加速度的力？

3.實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意什么問題？然后引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)注意小車水平摩擦力平衡問題，對(duì)前后實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。這個(gè)過程，讓學(xué)生及時(shí)驗(yàn)證自己的設(shè)計(jì)，提高了興趣，提高了獨(dú)立思考能力。進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生：不用小桶和沙，采取逐漸抬高長(zhǎng)木板一端的方式，重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，驗(yàn)證能否能得出同樣結(jié)論。我們不斷的創(chuàng)設(shè)情景，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，提高了學(xué)生獨(dú)立思考的能力。

二、以實(shí)驗(yàn)問題為驅(qū)動(dòng)，提高科學(xué)探究能力

物理實(shí)驗(yàn)中的現(xiàn)象和規(guī)律，雖然前人已發(fā)現(xiàn)了，但相對(duì)學(xué)生來說，卻依然是疑惑的。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生觀察，讓學(xué)生主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問題，成為發(fā)現(xiàn)問題的“獵人”，更能讓學(xué)生品嘗到科學(xué)問題發(fā)現(xiàn)的喜悅，激發(fā)其強(qiáng)烈的探究欲望。例如，在高中粵教版《高中一年級(jí)物理》（選修2-1）第一章第三節(jié)“閉合電路歐姆定律”的探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，我先給各組提供一個(gè)相同的干電池讓學(xué)生測(cè)量。實(shí)驗(yàn)過程中，一些學(xué)生采用電流表內(nèi)接法，一些學(xué)生采用電流表外接法，導(dǎo)致彼此的測(cè)量結(jié)果差異較大，激烈碰撞。由此產(chǎn)生深深的疑問：“同樣的干電池，測(cè)量值差別為什么這么大？”“哪一種方式測(cè)量值是較準(zhǔn)確的？”“如何減少測(cè)量誤差？”學(xué)生們帶著解決問題的迫切心情，從實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)探究中揭開謎底：電流表的外接法應(yīng)用于被測(cè)電阻阻值很小且接近電流表內(nèi)阻時(shí);電流表的內(nèi)接法應(yīng)用于被測(cè)電阻值很大很接近電壓表的內(nèi)阻時(shí)。進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生，僅僅應(yīng)用電流表或電壓表能否測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻？至少使用多少個(gè)？電路怎樣設(shè)計(jì)？通過如此反復(fù)實(shí)驗(yàn)探究，學(xué)生對(duì)較靈活準(zhǔn)確地測(cè)量干電池內(nèi)阻的問題就有了深刻的認(rèn)識(shí)，有效培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)探究能力，提高了科學(xué)思維素養(yǎng)。

三、以實(shí)驗(yàn)猜想為動(dòng)力，提升科學(xué)思維素養(yǎng)

牛頓說：“沒有大膽的猜想，就做不出偉大的發(fā)現(xiàn)”。心理學(xué)的研究表明，人們通過想象思維，在頭腦中會(huì)創(chuàng)造出某些沒有經(jīng)歷過或現(xiàn)實(shí)中尚未發(fā)現(xiàn)的事物的形象。人們借助這種思維（猜想），常能在仔細(xì)分析的情況下，迅速對(duì)問題的答案作出一些合理的預(yù)測(cè)或猜想。法拉第根據(jù)電能生磁，猜想到磁也能生電，并最終發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)定律。因此，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，要鼓勵(lì)和引導(dǎo)學(xué)生大膽猜想。例如，在粵教版高中一年級(jí)物理第三章第四節(jié)“力的合成”實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，在實(shí)驗(yàn)探究“力的合成”的規(guī)律中，融合“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”。首先在演示實(shí)驗(yàn)前，向?qū)W生提出探究問題：兩個(gè)分力與合力關(guān)系如何？然后在演示實(shí)驗(yàn)過程中，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行猜想。學(xué)生分小組協(xié)作進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，在白紙上分別標(biāo)出合力、分力的大小和方向，觀察它們的幾何圖形，分析數(shù)據(jù)，驗(yàn)證猜想，探究出“力的合成的平行四邊形定則”。在這個(gè)過程中，學(xué)生既親歷了物理實(shí)驗(yàn)探究，又學(xué)會(huì)了新知識(shí)。這樣，不但深化了新知識(shí)的理解，而且培養(yǎng)了學(xué)生的觀察分析能力，提高了科學(xué)探究能力和運(yùn)用物理實(shí)驗(yàn)獲取知識(shí)的能力。進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生：預(yù)測(cè)和猜想可能是正確或錯(cuò)誤的，這就要求我們不斷去嘗試和改正錯(cuò)誤，最終得出正確的答案。愛迪生曾說：“天才是百分之一的靈感，加百分之九十九的汗水”，這就是堅(jiān)持不懈地進(jìn)行科學(xué)探究的魅力所在，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中恰當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生，能極大地提高學(xué)生的科學(xué)思維素養(yǎng)。

總之，在物理教學(xué)中，我們要充分地利用實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不斷引導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，加深對(duì)實(shí)驗(yàn)過程理解，經(jīng)常鼓勵(lì)學(xué)生，拓寬思維范圍，大膽猜想，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的良好思維習(xí)慣，從而提高學(xué)生科學(xué)思維素養(yǎng)。

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