基于發(fā)展學(xué)生思維品質(zhì)的初中物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

摘 要：教師在物理課堂教學(xué)中要重視學(xué)生思維的生成和發(fā)展，通過(guò)精心設(shè)計(jì)“異?！睂?shí)驗(yàn)，多向設(shè)計(jì)“情境”實(shí)驗(yàn)，周密設(shè)計(jì)“階梯”實(shí)驗(yàn)，巧妙設(shè)計(jì)“銜接”實(shí)驗(yàn).讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中有所思、有所獲，發(fā)展學(xué)生辯證性、靈活性、邏輯性、發(fā)散性思維品質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力.

關(guān)鍵詞：初中物理;實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì);思維品質(zhì);創(chuàng)新能力

中圖分類號(hào)：G633.7???? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B???? 文章編號(hào)：1008-4134（2021）22-0029-03

作者簡(jiǎn)介：鄭建新（1974-），男，浙江杭州人，本科，中學(xué)高級(jí)教師，研究方向：初中科學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué).

初中物理教育，應(yīng)該教會(huì)學(xué)生從物理學(xué)科的視角認(rèn)識(shí)世界、解釋世界的思想方法，并且終生從中受益.物理教師會(huì)設(shè)計(jì)各種各樣巧妙的實(shí)驗(yàn)突破教學(xué)難點(diǎn)，使整節(jié)課變成“實(shí)驗(yàn)盛宴”，但對(duì)于實(shí)驗(yàn)過(guò)程，卻沒(méi)有深入思考，按部就班，疏忽實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)學(xué)生思維品質(zhì)的培養(yǎng)，學(xué)生被動(dòng)歸納實(shí)驗(yàn)結(jié)果，缺乏思維火花的碰撞，抑制了學(xué)生思維能力的發(fā)展.

教師應(yīng)當(dāng)開展富有創(chuàng)造力、貼近生活、自主探究的實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)，將側(cè)重點(diǎn)放在對(duì)學(xué)生思維和能力的培養(yǎng)上，讓學(xué)生能在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中有所思、有所獲，發(fā)展學(xué)生辯證性、靈活性、邏輯性、發(fā)散性思維品質(zhì)，培養(yǎng)其創(chuàng)新能力，是每個(gè)物理教師不斷努力的方向.

1 精心設(shè)計(jì)“異?！睂?shí)驗(yàn)，發(fā)展辯證性思維品質(zhì)

筆者從“認(rèn)知沖突點(diǎn)”出發(fā)，設(shè)計(jì)“異?！睂?shí)驗(yàn)，讓學(xué)生親身探究，發(fā)現(xiàn)已有的生活經(jīng)驗(yàn)和新發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象與現(xiàn)實(shí)之間的不一致，思維就會(huì)陷入矛盾狀態(tài)，才能讓學(xué)生反思、審視并修正自己原有的認(rèn)識(shí)及經(jīng)驗(yàn)，思考提出或者接受更為科學(xué)的新概念、新假設(shè)、新解釋.

1.1 杠桿平衡的變化問(wèn)題

在簡(jiǎn)單機(jī)械教學(xué)中，有很多與生活相關(guān)的簡(jiǎn)單機(jī)械，比如指甲鉗、蹺蹺板、釣魚竿等，學(xué)生對(duì)于熟悉的現(xiàn)象難以產(chǎn)生興趣.教師只有將生活中司空見慣的情境轉(zhuǎn)化為有變化的問(wèn)題，才能引發(fā)學(xué)生思考.

生活中縮小版的蹺蹺板（如圖1所示），處于平衡狀態(tài)的蹺蹺板上男孩和女孩分別坐在兩側(cè).

問(wèn)題1：如圖2所示，蹺蹺板可旋轉(zhuǎn)，當(dāng)右側(cè)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)30度時(shí)，請(qǐng)你預(yù)測(cè)哪一側(cè)會(huì)掉下來(lái)？教師等待給予學(xué)生思考的時(shí)間，放手后，結(jié)果出乎學(xué)生的意料.

問(wèn)題2：還有什么辦法使得蹺蹺板失去平衡.教師通過(guò)實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生從移動(dòng)女孩或男孩的位置回答.

問(wèn)題3：距離支點(diǎn)的距離不等是否一定不能平衡？實(shí)驗(yàn)展示.

因?yàn)橹R(shí)儲(chǔ)備不足，學(xué)生的直覺(jué)思維很難隨著問(wèn)題的變化而做出變化，我們不能急于向?qū)W生解釋相關(guān)概念.可以提出引發(fā)思考的問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生尋找其中的原理，學(xué)生才會(huì)有探究的興趣.生活中的情境蘊(yùn)含著科學(xué)原理，但由于原理的抽象以及不容易發(fā)現(xiàn)，不容易引起學(xué)生們的興趣，所以教師將司空見怪的情境變?yōu)橛凶兓那榫?，學(xué)生們對(duì)變化的東西始終有探究的欲望.

1.2 指南針為什么不指南

“指南針為什么能指方向”一課中大部分知識(shí)學(xué)生在小學(xué)的時(shí)候就已經(jīng)學(xué)過(guò)，而且也做過(guò)相似甚至相同的實(shí)驗(yàn).到了中學(xué)，再次學(xué)習(xí)，知識(shí)沒(méi)有難度也沒(méi)有深度，難免缺少學(xué)習(xí)的熱情.因此，這種實(shí)驗(yàn)必須進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì).從學(xué)生“認(rèn)知沖突點(diǎn)”出發(fā)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：指南針是否一定能指南？這會(huì)讓許多人一時(shí)難以回答.這樣就可以充分激發(fā)學(xué)生參與的熱情，點(diǎn)燃學(xué)生思維.而且通過(guò)這樣設(shè)計(jì)，學(xué)生不但知道沒(méi)有磁性的物體可以被磁化，有磁性的物體也能被更強(qiáng)的磁體改變磁極，從而突破思維定勢(shì)，使思維能力得到有效提升.

四人一組，每個(gè)人一個(gè)指南針（如圖3所示）.觀察指南針靜止時(shí)指向？課堂上許多同學(xué)還沒(méi)等指南針靜止，就迫不及待地回答：指“南北方向”.有同學(xué)不好意思地說(shuō)：我的怎么不一樣？有同學(xué)說(shuō)：可能是磁體之間相互干擾的緣故，建議把指南針離遠(yuǎn)一點(diǎn)放，讓同學(xué)將指南針?lè)胖v臺(tái)上觀察.可是移開后還是不指南.

有同學(xué)說(shuō)：肯定是顏色涂反了.大家感覺(jué)很好笑.但有許多同學(xué)認(rèn)同這一觀點(diǎn).此時(shí)，教師拿出條形磁鐵，像變魔術(shù)一樣輕而易舉地將方向指錯(cuò)的指南針?lè)较蛘{(diào)為正確指向.這是什么原因呢？同學(xué)們感覺(jué)更神奇.為了揭開謎底，大家主動(dòng)思考，積極討論.

從學(xué)生的“認(rèn)知沖突點(diǎn)”出發(fā)，巧妙設(shè)計(jì)和學(xué)生原有認(rèn)知經(jīng)驗(yàn)沖突的實(shí)驗(yàn)，教師提出與學(xué)生認(rèn)知經(jīng)驗(yàn)不一致的觀點(diǎn)，制造矛盾，引起思想沖突，讓學(xué)生在這種思辨矛盾中獲得啟發(fā)、頓悟，跳出原來(lái)的思維框架，突破思維的局限性，更深入理解科學(xué)原理和本質(zhì).

2 多向設(shè)計(jì)“情境”實(shí)驗(yàn)，發(fā)展靈活性思維品質(zhì)

教師應(yīng)當(dāng)從學(xué)生感興趣的知識(shí)點(diǎn)出發(fā)，從多角度、多方位設(shè)計(jì)各種“情境”實(shí)驗(yàn)， 引導(dǎo)學(xué)生思考現(xiàn)象背后的原理，領(lǐng)會(huì)到物理的美妙，激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中真正做到看、做、思融合，從而能利用現(xiàn)有知識(shí)，結(jié)合已學(xué)知識(shí)去創(chuàng)造、去探索， 培養(yǎng)思維的靈活性，發(fā)展學(xué)生思維能力.

2.1 多種多樣的面鏡

生活中常見的面鏡有三種：平面鏡、凹面鏡、凸面鏡，根據(jù)它們的不同功能用在不同的場(chǎng)合，不同的功能源于不同的成像特點(diǎn).

教師在上課同時(shí)呈現(xiàn)這三種面鏡（如圖4所示），此時(shí)成像的情況有正倒之分，有的放大、有的縮小、有的變形，如此豐富的現(xiàn)象，學(xué)生頓時(shí)覺(jué)得好奇怪，平時(shí)對(duì)平面鏡成像見怪不怪，面鏡對(duì)光路的作用都是反射，為何形成的像卻是千差萬(wàn)別？面對(duì)真實(shí)的情境，就平面鏡成像而言，學(xué)生提出可研究的問(wèn)題有（1）像的大小是否會(huì)改變？（2）像與鏡面的距離是否會(huì)改變？提出問(wèn)題以后學(xué)生便可自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)以求證.

教師通過(guò)設(shè)計(jì)多樣的“情境”實(shí)驗(yàn)，拓寬學(xué)生的思路，當(dāng)學(xué)生自己觀察現(xiàn)象、提出疑問(wèn)并轉(zhuǎn)化問(wèn)題、解決問(wèn)題，學(xué)生才能在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生靈感和頓悟，使抽象的物理概念變得明朗清晰，思維的靈活性才能得到培養(yǎng).

2.2 氣體對(duì)外做功

教材中“氣體對(duì)外做功實(shí)驗(yàn)”，由于在實(shí)驗(yàn)中瓶塞跳起聲音大，實(shí)驗(yàn)過(guò)程學(xué)生一直在期待響聲，很難仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.有什么辦法避免聲響，又看見課本氣體對(duì)外做功實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，還可以觀察過(guò)程中瓶?jī)?nèi)溫度的變化？用打氣筒向密閉空礦泉水瓶打氣（如圖5所示），觀察數(shù)顯溫度計(jì)的變化.打開氣門芯放氣，觀察瓶?jī)?nèi)的變化，注意此時(shí)觀察數(shù)顯溫度計(jì)的變化.學(xué)生觀察到氣體對(duì)外做功的溫度下降得慢，引發(fā)思考，聯(lián)系“液化放熱”，思維得以遷移.

學(xué)生在具體情境中動(dòng)腦，充分借助自己的生活經(jīng)驗(yàn)去抽象、理解、分析物理問(wèn)題;學(xué)習(xí)深入生活情境中，靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)去領(lǐng)悟、判斷、解決具體情境.借助問(wèn)題情境，學(xué)生在物理與生活中穿行，感悟生活中的物理，這樣一來(lái)，現(xiàn)實(shí)的、具體的生活經(jīng)驗(yàn)可以遷移、提升為理性的、抽象的物理概念;同時(shí)物理概念也在具體的、真實(shí)的生活經(jīng)驗(yàn)中得到豐富與支撐，從而發(fā)展學(xué)生思維的靈活性.

3 周密設(shè)計(jì)“階梯”實(shí)驗(yàn)，發(fā)展邏輯性思維品質(zhì)

學(xué)生的思維往往不局限于實(shí)驗(yàn)本身，在得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果后，學(xué)生往往會(huì)結(jié)合生活中一些現(xiàn)象進(jìn)行聯(lián)想，這是學(xué)生思維發(fā)展的體現(xiàn)，也是發(fā)展學(xué)生思維的契機(jī).教師應(yīng)當(dāng)從物理概念的疑難點(diǎn)出發(fā)，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的反思、質(zhì)疑和追問(wèn)，逐步分解思維難點(diǎn)，更能發(fā)展學(xué)生邏輯性思維品質(zhì).

以液體壓強(qiáng)的階梯實(shí)驗(yàn)為例.

教材中“液體壓強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)”只能說(shuō)明液體對(duì)容器側(cè)壁和底部存在壓強(qiáng)，在學(xué)習(xí)過(guò)程中學(xué)生普遍存在的三個(gè)問(wèn)題：液體對(duì)容器的上壁是否也有壓強(qiáng)？液體壓強(qiáng)與液體的重力或質(zhì)量是否有關(guān)？液體壓強(qiáng)計(jì)為什么可以顯示液體壓強(qiáng)？筆者用生活中簡(jiǎn)單實(shí)用的材料設(shè)計(jì)液體壓強(qiáng)的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，

既能抓住學(xué)生的眼球，又能引發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，往往能為課堂教學(xué)帶來(lái)意想不到的精彩.

實(shí)驗(yàn)一可以說(shuō)明液體對(duì)容器側(cè)壁和底部有壓強(qiáng)（如圖6所示）.

問(wèn)題1：液體對(duì)容器的上壁是否也存在壓強(qiáng)？

針對(duì)問(wèn)題1，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)（如圖7所示），發(fā)現(xiàn)上壁的橡膠膜有明顯突起.可以證明液體對(duì)容器上壁存在壓強(qiáng)，解決問(wèn)題1.

問(wèn)題2產(chǎn)生：有哪些影響液體壓強(qiáng)的因素？改變實(shí)驗(yàn)，把連著導(dǎo)管的漏斗上下移動(dòng)，觀察管口橡皮膜突起程度的變化情況（如圖7所示）.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象清晰可見，得出結(jié)論：液體的質(zhì)量和所受重力與液體壓強(qiáng)大小無(wú)關(guān)，液體的深度可以影響液體壓強(qiáng)大小，解決問(wèn)題2.

出現(xiàn)問(wèn)題3：怎樣能直觀明顯地觀察到液體的內(nèi)部壓強(qiáng)呢？（如圖8所示）出示實(shí)驗(yàn)三：這個(gè)實(shí)驗(yàn)可以觀察到液體內(nèi)部存在著壓強(qiáng)的大小，缺陷是：玻璃管太長(zhǎng)，不方便使用，紅色水柱位置容易發(fā)生改變，無(wú)法準(zhǔn)確說(shuō)明液體壓強(qiáng)的內(nèi)部規(guī)律.實(shí)驗(yàn)室中的壓強(qiáng)計(jì)就是依據(jù)此原理設(shè)計(jì)的，展示壓強(qiáng)計(jì)，分析壓強(qiáng)計(jì)的設(shè)計(jì)原理解決問(wèn)題3.通過(guò)上述三個(gè)“階梯”實(shí)驗(yàn)，由易到難，從淺入深，讓全體學(xué)生在“階梯”實(shí)驗(yàn)中，參與思考與探索問(wèn)題.“階梯”實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)設(shè)，能從多角度加深學(xué)生對(duì)核心知識(shí)的理解，而且學(xué)生邏輯性思維得到有效訓(xùn)練，在探討問(wèn)題的過(guò)程中學(xué)生產(chǎn)生靈感和頓悟，解決抽象的科學(xué)疑難問(wèn)題.

初中學(xué)生拿到問(wèn)題，通常不思考問(wèn)題的意義或者未全面清晰思考，便開始著手解決問(wèn)題，缺乏嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬎季S習(xí)慣，很容易出錯(cuò).筆者在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，根據(jù)抽象的物理問(wèn)題，設(shè)計(jì)“階梯式”實(shí)驗(yàn)，由簡(jiǎn)到繁，環(huán)環(huán)相扣，層層遞進(jìn)，符合學(xué)生認(rèn)知心理和認(rèn)知規(guī)律，使學(xué)生不僅能“知其然”，還能“知其所以然”，有效提升學(xué)生思維邏輯的嚴(yán)密程度.

4 巧妙設(shè)計(jì)“銜接”實(shí)驗(yàn)，發(fā)展發(fā)散性思維品質(zhì)

在教學(xué)時(shí)，從已學(xué)知識(shí)點(diǎn)到新的知識(shí)點(diǎn)時(shí)要自然銜接，否則學(xué)生會(huì)覺(jué)得莫名其妙，感覺(jué)跟不上老師的思路，課堂也會(huì)顯得很不自然.教師可以在教學(xué)中巧妙設(shè)計(jì)銜接實(shí)驗(yàn)，鼓勵(lì)學(xué)生呈現(xiàn)真實(shí)思維，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散性思維.

4.1 挑扁擔(dān)游戲

例如：在九年級(jí)上冊(cè)第三章“杠桿”的學(xué)習(xí)過(guò)程中，教材安排先學(xué)習(xí)“杠桿的五要素”，再直接進(jìn)入“杠桿平衡條件”的實(shí)驗(yàn)研究.在實(shí)際教學(xué)時(shí)，會(huì)讓人感覺(jué)很莫名其妙，學(xué)杠桿為什么要學(xué)習(xí)力臂？為什么要研究杠桿平衡條件？在學(xué)生認(rèn)識(shí)杠桿的時(shí)候，筆者設(shè)計(jì)如下“銜接”實(shí)驗(yàn).

用米尺當(dāng)扁擔(dān)，在扁擔(dān)的兩端掛兩個(gè)黑色的塑料袋，在塑料袋里放上兩個(gè)大小不同的蘋果，使扁擔(dān)在水平位置平衡.猜一猜：哪一袋蘋果重？誰(shuí)猜對(duì)了，蘋果就獎(jiǎng)勵(lì)給誰(shuí).

在猜的時(shí)候，由于沒(méi)學(xué)過(guò)杠桿的平衡條件，許多同學(xué)認(rèn)為一樣重.理由是根據(jù)當(dāng)天平橫梁平衡時(shí)，說(shuō)明兩邊一樣重.當(dāng)教師揭曉謎底時(shí)，學(xué)生很疑惑.到底是為什么？此時(shí)，同學(xué)們帶著疑惑，帶著任務(wù)學(xué)習(xí)探究杠桿平衡條件，有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，主動(dòng)參與到學(xué)習(xí)中去.這樣的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)挖掘出學(xué)生新舊知識(shí)之間的銜接點(diǎn)，并在這個(gè)點(diǎn)上以惑搭橋，在教師的引導(dǎo)下發(fā)現(xiàn)新舊知識(shí)間的聯(lián)系，訓(xùn)練敏捷的思維能力，促進(jìn)推理能力的發(fā)展.

4.2 如何讓飲料吸不上來(lái)

古人云：“學(xué)起于思，思源于疑.”為了讓學(xué)生體會(huì)大氣壓，筆者在課前發(fā)布“如何讓飲料吸不上來(lái)”的任務(wù).在設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí)我們只考慮到兩種可能，一是將一個(gè)硬質(zhì)的瓶子上塞緊一個(gè)單孔橡皮塞;二是在吸管上開一個(gè)小孔.但是學(xué)生們?cè)谟懻摃r(shí)考慮問(wèn)題比較廣泛，如：吸管的粗細(xì)、吸管上所開小孔的大小、吸管上所開小孔的多少、吸力的大小等.正是這些大膽的，不受任何框框限制的、無(wú)一定方向和范圍的想法，使學(xué)生思維的觸角可以被引導(dǎo)到更深層次.經(jīng)過(guò)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)，最終得出管子的形狀、孔的大小、孔的多少會(huì)影響飲料是否吸得上來(lái)，通過(guò)孩子們親身感受，最終得出了是受大氣壓影響的結(jié)論，這為正式開展大氣壓教學(xué)做了很好的鋪墊.因此，教師進(jìn)行發(fā)散性問(wèn)題設(shè)計(jì)，引導(dǎo)學(xué)生從多角度、多方面認(rèn)識(shí)和思考，找出更多可能的答案、想法或解決方案.

初中物理教材的編制有兩種基本方式：以物理知識(shí)邏輯發(fā)展為線索的“要素式”和以科學(xué)方法為線索的“問(wèn)題解決式”.前者有利于知識(shí)的傳授，有利于基礎(chǔ)性學(xué)力的形成，后者有利于培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)展性和創(chuàng)造性學(xué)力.我們不能以本為本，不能認(rèn)為教材中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、活動(dòng)內(nèi)容就是完美的.學(xué)生的很多疑惑只有在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中得到證實(shí)，才會(huì)引發(fā)學(xué)生更深層次的思考，在反思實(shí)驗(yàn)、解決疑惑的過(guò)程中，思維由淺入深得到發(fā)展.

我們應(yīng)該從學(xué)生出發(fā)，對(duì)教材予以審視和重構(gòu)，挖掘?qū)嶒?yàn)潛能，創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，平常中出新，新意中促思，設(shè)計(jì)一個(gè)個(gè)符合初中學(xué)生思維特點(diǎn)的生動(dòng)、有趣、形象的實(shí)驗(yàn)，以發(fā)展學(xué)生思維品質(zhì)為主線進(jìn)行教學(xué)，達(dá)到教師力爭(zhēng)“活教”學(xué)生能夠“樂(lè)學(xué)”的狀態(tài).基于思維發(fā)展設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生的思維在關(guān)鍵處閃光，掌握正確的思維方法，培養(yǎng)優(yōu)良的思維品質(zhì)，讓學(xué)生越學(xué)越聰明，越學(xué)越富有智慧.

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（收稿日期：2021-06-23）