設(shè)計“實(shí)驗(yàn)前問題” 培養(yǎng)學(xué)生物理科學(xué)思維

高傳連

(江蘇省清河中學(xué) 223001)

新的《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》中提出，物理探索者應(yīng)具備科學(xué)的思想、方法、態(tài)度和精神，而高中物理教育正應(yīng)從科學(xué)思維的角度出發(fā)，通過設(shè)計“實(shí)驗(yàn)前問題”，引導(dǎo)學(xué)生有效思考，從而更好地經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探索的流程，理解實(shí)驗(yàn)過程中每一步操作的意義和每一次器材選擇的原因，從根本上幫助學(xué)生把握實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的物理科學(xué)思維.

一、剖析目的，探尋達(dá)成途徑

在高中物理的教學(xué)階段有著大量的探究性實(shí)驗(yàn)，教師在進(jìn)行探究性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過程中，不能僅僅為學(xué)生講授實(shí)驗(yàn)的步驟和要求，要注重帶領(lǐng)學(xué)生認(rèn)真研讀、分析實(shí)驗(yàn)主題，剖析實(shí)驗(yàn)?zāi)康模瑥亩趯?shí)驗(yàn)前思考如何能夠完成相關(guān)要求，自主探尋達(dá)成實(shí)驗(yàn)的有效途徑.

例如，在“驗(yàn)證牛頓運(yùn)動定律”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)時，為了更好地調(diào)動學(xué)生探尋完成實(shí)驗(yàn)的方法，在開始講授實(shí)驗(yàn)前，我先問學(xué)生：“同學(xué)們，看到這個實(shí)驗(yàn)名稱，你們準(zhǔn)備選擇什么樣的器材作為研究對象呢？”學(xué)生七嘴八舌的討論了起來了，等學(xué)生腦海中基本有了自己的想法后，我又繼續(xù)追問道：“在你們的實(shí)驗(yàn)中，要改變哪個物理量來驗(yàn)證猜想？在實(shí)驗(yàn)的過程中應(yīng)觀察哪些內(nèi)容？根據(jù)什么現(xiàn)象來得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論？并通過什么的方式來發(fā)現(xiàn)規(guī)律呢？”經(jīng)過思考這么一連串的實(shí)驗(yàn)前問題，學(xué)生們的思維被有效地激活了，再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)步驟的講解，學(xué)生對“保持小車質(zhì)量不變，改變小桶內(nèi)沙子的質(zhì)量”和“保持小桶內(nèi)沙子的質(zhì)量不變，在小車上加減砝碼”這一控制變量的實(shí)驗(yàn)原理，有了深刻的理解和記憶.此時，再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)中注意事項(xiàng)的講解，如在平衡摩擦力時不能懸掛小桶等問題，也表現(xiàn)出了很好的理解能力.

如案例一樣，教師通過設(shè)計有效地“實(shí)驗(yàn)前問題”，引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前剖析實(shí)驗(yàn)?zāi)康模⒅笇?dǎo)學(xué)生抽絲剝繭，從最終的實(shí)驗(yàn)?zāi)康某霭l(fā)，思考如何選擇器材、如何進(jìn)行變量操作、如何減小誤差、如何分析數(shù)據(jù)等等，不僅培養(yǎng)了學(xué)生對物理問題刨根究底的意識，更為學(xué)生日后自主進(jìn)行探究性實(shí)驗(yàn)打下良好的基礎(chǔ).

二、分析器材，力求改進(jìn)改裝

物理實(shí)驗(yàn)的器材選擇并不是隨心所欲的“盲選”，每一次選擇都有其目的和意義.教師可以通過設(shè)計“實(shí)驗(yàn)前問題”，引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)器材的選擇原因，使學(xué)生更好地理解不同器材的適用范圍，從而更好地把握物理實(shí)驗(yàn)的內(nèi)在邏輯，甚至啟發(fā)學(xué)生進(jìn)一步改裝實(shí)驗(yàn)器材，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)步驟，真正達(dá)到優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，拓展學(xué)生思維的目的.

例如，在教學(xué)“驗(yàn)證牛頓第二定律”的實(shí)驗(yàn)時，在我讓學(xué)生思考了上例中的一些問題之后，我在實(shí)驗(yàn)前給學(xué)生們布置了最后一個問題，讓學(xué)生們在實(shí)驗(yàn)的過程中觀察實(shí)驗(yàn)器材和實(shí)驗(yàn)步驟，思考是否有能夠改進(jìn)之處.然后，我在水平的木板上演示了驗(yàn)證牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后，部分學(xué)生注意到，小車與木板之間會產(chǎn)生摩擦力，a-F圖像中的F并不是沙桶中的拉力，而是沙子和桶的重力G減去小車與木板之間的摩擦力f.此時，我引導(dǎo)學(xué)生以小組為單位，集思廣益設(shè)計改良方案再次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，小組A提出可以用玻璃板代替木板，盡可能地減少小車與板之間的摩擦，小組B將木板墊高以平衡摩擦力……我指導(dǎo)學(xué)生按照提出的改良方案再次進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生體驗(yàn)了實(shí)驗(yàn)優(yōu)化的過程.

實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析是實(shí)驗(yàn)的重要組成，在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，教師要引導(dǎo)學(xué)生對數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)合理的分析，研判，從而升華學(xué)生的物理素養(yǎng).此外，在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，誤差是不可消除的影響因素，但作為物理老師的我們，必須在演示和講解實(shí)驗(yàn)時，將實(shí)驗(yàn)誤差盡可能降至最低，并培養(yǎng)學(xué)生通過科學(xué)思考，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)器材，降低誤差的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣，提升學(xué)生的物理核心素養(yǎng).

三、預(yù)測數(shù)據(jù)，推理多元結(jié)論

在高中物理的觀察實(shí)驗(yàn)中，教師往往習(xí)慣于先進(jìn)行知識點(diǎn)的講解，然后讓學(xué)生對照著已有的知識點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)觀察.在這樣的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生被動地接受著教師傳授的知識，很難做到真正的動腦思考，不利于物理學(xué)習(xí)習(xí)慣的培養(yǎng)和思維的發(fā)散.

教師通過引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前的猜想，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)之前便充分動腦預(yù)先對實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行推理，幫助學(xué)生提高科學(xué)推理的思維能力.同時，在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生們帶著自身的猜想和好奇，注意力更加集中，能夠更好地經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探索的流程.

總之，教師設(shè)計“實(shí)驗(yàn)前問題”是提高學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)積極性的有效教學(xué)手段，它不僅是優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的必須，更是提升學(xué)生綜合能力的關(guān)鍵.學(xué)生通過對預(yù)設(shè)問題的思考，在實(shí)驗(yàn)之前便對實(shí)驗(yàn)的過程了然于胸，從而更好地理解實(shí)驗(yàn)的意義和目的，洞悉實(shí)驗(yàn)步驟與器材的選擇，從本質(zhì)上提升其科學(xué)思維，升華其物理核心素養(yǎng).