培養(yǎng)實驗思維能力 打造探究性物理課堂

張 亮

(江蘇省淮陰中學新城校區(qū)，江蘇 淮安 223001)

物理實驗思維能力在學生的物理學習中發(fā)揮著重要作用，而培養(yǎng)學生的物理實驗思維，要依靠合理高效的實驗教學設(shè)計，引導學生掌握實驗的基本思路與方法，提升實驗素養(yǎng).因此，從這個方向出發(fā)，本文主要圍繞設(shè)計方案、建立模型、歸納概括、聯(lián)系對比、聯(lián)系實際五種方法展開具體探討，有計劃、有意識地開展物理實驗教學，進行探究性物理課堂的建構(gòu)，讓學生在經(jīng)歷實驗探究的過程中培養(yǎng)良好的實驗思維能力，建構(gòu)高品質(zhì)的初中物理實驗教學課堂.

1 全面分析，設(shè)計方案

建構(gòu)實驗探究型物理課堂首先要針對相關(guān)章節(jié)內(nèi)容進行全面分析，設(shè)計出合理有效的實驗方案進行實施.因此，教師要綜合評估本節(jié)內(nèi)容是否適合進行實驗，實驗是否具有安全性和可復(fù)制性，在此基礎(chǔ)上再通過實驗教學引導學生明確實驗?zāi)繕思霸?，掌握實驗操作步驟，從而提升物理課堂實驗的效率與教學質(zhì)量.

如在《人耳聽不到的聲音》這一節(jié)中，學生要學習到與超聲波、次聲波相關(guān)的物理知識，此時教師就可以進行實驗條件的分析，仔細設(shè)計試驗方案.在這一節(jié)內(nèi)容中，學生要學習到聲音高于20000Hz的超聲波和低于20Hz的次聲波，教師在設(shè)計實驗時就要思考如何讓學生在聽不到的情況下了解什么是超聲波和次聲波.經(jīng)過仔細的思考和探索，教師可以設(shè)計兩端音頻讓學生進行聽力分辨實驗，一則聲音由正常頻率不斷增加，直至聲音超過20000Hz達到超聲波范圍，讓學生記下自己聽不到聲音的時刻；另一則聲音則由正常頻率不斷降低，直至聲音頻率降低至20Hz以內(nèi)，同樣讓學生記下自己聽不到的時刻，這樣學生就能夠了解到自己的聽力范圍是怎樣的，進而理解超聲波和次聲波的概念.接著教師為了讓學生了解超聲波的具體作用，可以展示船只根據(jù)超聲波探測水下物體的原理，讓學生了解到超聲波在水中傳播距離遠、穿透能力強、方向性好等特點，有條件的教師可以尋找超聲波清洗器在課堂上直接展示，讓學生們通過實驗了解超聲波的具體功能.而對次聲波這類對人體產(chǎn)生損害的聲音，教師要告戒學生強烈的次聲波會導致人惡心、神經(jīng)錯亂，更劇烈的次聲波甚至對龐大的建筑物都能造成破壞，讓學生了解次聲波的危害，這樣分析之后，實驗教學的重點和發(fā)展邏輯就清晰的呈現(xiàn)在了學生眼前，有利于幫助學生輕松地攻克這節(jié)課堂的教學重難點，實現(xiàn)課堂教學的三維目標.

教學中，尤其對于一些較難操作或者實驗效果不明顯的實驗可以盡早修正和改進相關(guān)實驗項目，通過改進實驗方案，讓學生能夠通過一次實驗就觀察到明顯的實驗現(xiàn)象從而得出結(jié)論，增大實驗的可視性與易懂性，幫助學生更好的理解物理原理，提升物理實驗課堂教學實效性.

2 搜集數(shù)據(jù)，建立模型

進行物理實驗不僅要展示物理現(xiàn)象，培養(yǎng)學生的實驗觀察能力，還要進行實驗數(shù)據(jù)的搜集.通過讓學生對實驗中的數(shù)據(jù)進行有效收集整理，可以讓學生根據(jù)所獲信息及數(shù)據(jù)進行合理推論，從而得出正確的結(jié)論，建立關(guān)于物理實驗的認知模型，實現(xiàn)學生思維能力與實驗?zāi)芰Φ墓餐l(fā)展.

如在《物質(zhì)的三態(tài) 溫度的測量》這一節(jié)中，學生要學習到與水的物態(tài)變化相關(guān)的物理知識，教師此時在展開實驗時就可以讓學生進行數(shù)據(jù)搜集，建立關(guān)于這一節(jié)內(nèi)容的認知模型.在這一節(jié)的實驗活動中，要進行燒杯中放入冰塊，加熱觀察冰塊變化的實驗，而這一實驗的根本原理在于冰塊吸收了火的熱量而熔化，教師為了讓學生清楚的了解是熱量在其中起到關(guān)鍵作用，就要讓學生進行不同次數(shù)的加熱實驗，搜集每次實驗冰塊熔化的時間數(shù)據(jù).教師首先讓學生準備好實驗器材，先將20g冰塊置于燒杯內(nèi)，接著點燃酒精燈，讓學生從酒精燈接觸燒杯底部開始計時，記錄下20g冰塊全部熔化的時間，接著讓學生增加冰塊的量，放入30g冰塊進行時間的記錄，隨后再進一步增加冰塊的量，逐漸以40g、50g進行實驗，讓學生將實驗數(shù)據(jù)收集完畢后，教師詢問學生：“為什么不同量的冰塊全部熔化的時間不同？是什么在其中起到了關(guān)鍵作用？”學生此時就會想到，不同質(zhì)量冰塊全部熔化所需要的熱量不同，因此加熱的時間也不相同，通過比較實驗數(shù)據(jù)，可以得出越多的冰塊熔化為水所需的熱量越多.完成這樣的過程后，學生就實現(xiàn)了在認知中建立物態(tài)變化的思維模型，加深了對本節(jié)物理知識內(nèi)容的理解與掌握.

學生在這一過程中建立了對數(shù)學實驗的認知模型，掌握了實驗數(shù)據(jù)分析的基本方法，并能夠?qū)⑦@種方法與知識遷移并運用到新情景中去，可以有效培養(yǎng)學生的實驗思維能力，提升學生的實驗素養(yǎng).

3 歸納概括，發(fā)現(xiàn)規(guī)律

物理實驗是科學研究的基礎(chǔ)，也是學生理解及認識物理規(guī)律的重要手段.進行物理實驗不僅要帶領(lǐng)學生運用正確方法進行實驗數(shù)據(jù)的收集，還要對實驗的現(xiàn)象進行歸納和概括，通過歸納概括讓學生理解課本中所提到的物理原理，實現(xiàn)對物理規(guī)律、原理的深度消化和吸收.

如在《平面鏡》這一節(jié)中，學生要學習到與平面鏡成像相關(guān)的物理知識，此時教師就可以讓學生根據(jù)平面鏡成像的實驗歸納平面鏡成像特點，發(fā)現(xiàn)其成像規(guī)律.教師首先讓學生將實驗道具茶色玻璃板放在一張方格紙上，準備好幾組兩個相同的物體，教師告知學生，首先在玻璃板的一側(cè)放置一個物體，觀察其在平面鏡中的成像，當學生觀察完平面鏡中像的位置后，再將相同的另一件物品放置在平面鏡中成像的位置，觀察兩個物品的位置和大小.在進行完一件物品后，教師再讓學生更換其他物品進行成像實驗，此時詢問學生對實驗現(xiàn)象的總結(jié)：“大家通過歸納不同物品成像的特點，發(fā)現(xiàn)了哪些規(guī)律？”學生此時就會回答教師：“由于被放置的兩個物體完全相同，因此平面鏡中所成像能與另一側(cè)物體重合，就說明平面鏡中所的像和原物體大小相等.”可見學生已經(jīng)基本建立起對平面鏡成像概念的認識.那么，教師讓學生繼續(xù)進行實驗，再次放置物體，并用其鉛筆在方格紙上畫出平面鏡以及兩個物體的位置，用線條連接其兩個物體的位置，用刻度尺分別測出兩側(cè)物體到平面鏡的距離，進行幾組這樣的測量后，教師繼續(xù)讓學生進行實驗結(jié)論的歸納：“大家通過這樣的位置和距離測量得出了什么結(jié)論？”學生經(jīng)過思考后就會回答：“平面鏡所成像到平面鏡的距離相等，像與物相對于鏡面對稱.”這樣就實現(xiàn)了讓學生通過歸納概括發(fā)現(xiàn)物理知識和規(guī)律，取得了積極的教學效果.

4 聯(lián)系對比，拓展體系

在進行完物理實驗后，教師還要引導學生針對實驗體現(xiàn)的物理規(guī)律進行聯(lián)系和對比，讓學生不僅僅對此實驗得出的結(jié)論進行理解，還要聯(lián)系與之相關(guān)的物理知識，通過比較其相同點及不同點，加深學生對所學物理概念規(guī)律的理解，溝通不同知識內(nèi)容的相關(guān)聯(lián)系，最終形成相關(guān)聯(lián)的知識體系，從而實現(xiàn)視野的拓展，提高學生的科學思維能力.

如在《物質(zhì)的物理屬性》這一節(jié)中，學生要學習到與物質(zhì)的物理性質(zhì)相關(guān)的知識，此時教師就可以讓學生針對物體的質(zhì)量、密度、體積等特點進行聯(lián)系和對比，讓學生進行知識體系的拓展.教師首先讓學生進行物質(zhì)的稱重實驗，在實驗完成后教師詢問學生：“為什么同樣重量的物體大小不同？為什么同樣大小的物體質(zhì)量又存在不同？”學生此時就會開始思考其中的原因，教師繼續(xù)提醒學生：“1kg棉花和1kg鐵塊的質(zhì)量、體積相同嗎？”學生想到1kg是一個重量單位，因此1kg棉花和1kg鐵塊的質(zhì)量必然相同，但同時又想到棉花質(zhì)地很輕，因此1kg棉花的體積要比鐵塊大得多，學生雖然知道這一現(xiàn)象，卻不了解其中的具體原因，此時就要教師引入密度的概念讓學生進行聯(lián)系，從而拓展學生的知識結(jié)構(gòu)：“我們剛提到的問題其實都可以用一個概念進行解釋，那就是密度，不同的物體有不同的密度，當物體的密度較大時，同樣的體積其重量也較大，當物體的密度較小時，同體積下其質(zhì)量也較輕.”接著教師就可以引出密度公示的概念：物質(zhì)的密度等于質(zhì)量除以體積，讓學生根據(jù)這一公式將剛才實驗中物體的密度進行測算，進行完這樣的聯(lián)系對比后，學生關(guān)于物體的物理屬性這一塊的知識就更加完善，學生能夠自動將質(zhì)量和密度體積聯(lián)系起來，形成了完整的結(jié)構(gòu)體系.

5 聯(lián)系實際，學以致用

在物理實驗教學中，我們不僅要引導學生規(guī)范實驗操作，加深對物理理論知識的理解和掌握，同時也要善于將物理實驗教學與實踐活動聯(lián)系起來，讓學生在動手實踐中發(fā)現(xiàn)知識的樂趣，在動手實踐中驗證實驗原理，進而培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新能力，促進學生實驗思維能力的發(fā)展與提升.

如在《家庭電路電流過大的原因》這一節(jié)中，由于這節(jié)內(nèi)容與生活的關(guān)聯(lián)性很強，教師通過實驗的方式可以幫助學生理解短路是造成家庭電路電流過大的原因之一，同時電路中的總電流隨用電器總功率的增大而增大，用電器總功率過大是造成家庭電路電流過大的另一原因.具體到教學過程中，教師可先讓學生回想自己家中有沒有出現(xiàn)過保險絲被燒斷的情況，并讓回答“有”的學生說明是在什么情況下被燒斷的，由此引入新課：保險絲被燒斷，說明電路中的電流過大，那么是什么原因引起家庭電路中的電流過大的呢？接著，教師可在課堂上演示短路實驗，出示家庭電路示教板，接通電源時燈會亮，然后把示教板尾部的火線零線搭接在一起，造成短路，這時給示教板通電會聽到“啪”的一聲響，保險盒火花一閃，燈并未被點亮.教師可拔出保險盒蓋展示給保險絲已被熔斷，再給保險盒蓋換好保險絲后再通電，燈又重新亮起.實驗結(jié)束后，教師帶領(lǐng)學生總結(jié)短路現(xiàn)象并分析短路的危險和哪些情況下會發(fā)生短路，學生結(jié)合實際回答到如裝修電路時不小心使火線和零線直接連通；燈座、插座的兩個接線柱接線不好，而使火線與零線相碰等都會引起短路，并得出發(fā)生短路是電路中電流過大的一個原因，在日常生活中一定要注意安全用電，避免發(fā)生短路，取得了積極的教學效果.有了這個鋪墊之后，教師再帶領(lǐng)學生進行用電器總功率過大的實驗，引導學生得出家庭電路用電器總功率過大是電路中電流過大的另一個原因，家庭電路中不宜同時使用幾個大功率的用電器.

總而言之，物理是一門以實驗為基礎(chǔ)的學科.以上方法可以有效培養(yǎng)學生的實驗思維能力，進行探究性物理課堂的有效構(gòu)建，具有積極的教學效果，是教師在具體的物理教學實踐中可以關(guān)注的方向.同時，在今后的物理教學中，我們教師可以針對這一領(lǐng)域展開更深層次的研究，探索出更加高效可行的方法促進學生的物理實驗學習，進一步提升初中物理課堂的教學有效性.