淺談實驗教學中初中生物理思維能力的培養

摘 要：物理實驗是培養物理思維的重要途徑。在教學過程中，學生親手做一下實驗比被動聽有更好的效果。在實際問題轉化為實驗操作的過程中，學生發現問題，進而反向借助實驗來思考問題，能更加深入有效地培養學生的物理思維能力。

關鍵詞：物理思維;物理實驗;天平

一、 引言

物理學是研究物質運動一般規律和基本結構的一門學科，實驗是物理學理論的基礎。觀察和實驗在物理思維各發展階段一直是作為思維的基礎，實驗教學中教師通過調動學生的觀察、概括、抽象、分析、歸納、綜合等基本思維手段和認識方法來進行物理思維訓練。所以，教學中要在實驗與物理思維之間建立有效的聯系，促進學生物理思維能力的發展。

二、 物理思維的概述及其重要性認識

（一）物理思維的內涵

所謂物理思維，就是具有意識的人腦對客觀物理事物（包括物理對象，物理過程，物理現象，物理事實等）的本質屬性，內部規律性及物理事實間的聯系和相互關系的間接的、概括的和能動的反應。抽象的思維要有實體的支撐，而我們物理學的實體就包含了重要的實驗部分，用物理實驗發展學生物理思維是必需的過程。物理思維包含了形象、抽象、分析、綜合、逆向等思維。

（二）初中生物理思維特點

初中生還處在皮亞杰思維發展階段中的具體運算到形式運算的過渡，思維還未完成成熟，就像小學生剛開始用手指或火柴計算加減。他們對物理的形象思維、抽象思維、分析綜合的思維還比較弱，剛接觸物理這門新學科，還沒完全養成從實驗中思考物理問題的能力和習慣。

（三）物理思維培養的重要性認識

物理思維是物理核心素養中重要的一部分，也是學生從生活走向物理，從物理走向社會的橋梁。物理思維能力的培養有利于學生在復雜的情景中發現問題，解決問題，有利于深度理解物理知識，有利于提高學生的自主學習的能力，有利于增加學生對物理的興趣，同時也能鍛煉學生動手實驗操作的能力，在課堂中做到手腦并用，避免了滿堂灌的現象。以實驗的過程來培養學生思維的方式更符合學生思維的發展規律，也符合物理學的理論的發展規律。

三、 例談天平實驗教學中物理思維的培養

以下，筆者就根據自己在教天平的使用過程中遇到的三個問題為例具體展開，談對初中學生物理思維能力的培養一些實踐思考。

（一）天平“左碼右物”將如何影響測量結果？

在測量過程中，如果物體在右邊，砝碼在左邊，測量值比真實值是偏大偏小？這是學生常能碰到較難的一個問題。在正常教學過程中，我們一般會直接給出“左物右碼”的規則，即向右移動游碼相當于給右盤添加小的砝碼，因此，最終天平平衡時，物體的質量為=砝碼的質量+游碼對應的示數。如果反過來操作，“左碼右物體”會怎么樣呢？絕大多數的學生第一次在遇到這種逆向思維的問題時，就會有點不知所措，不知道怎么分析。

所以，筆者在教學的過程中就會順勢引導學生動手操作，例如，先以稱量某個具體的物體為例，如圖1左邊的iPhonexr的質量為例，按照“左物右碼”操作方式讀出真實值為163g，然后再按照“左碼右物”方式動手用天平操作后讀出示數，在此過程中，學生直接調換后發現的第一個現象是天平不在平衡，且會向右邊下傾，其實學生心中似乎已經有了答案，但我們繼續調節游碼以及砝碼達到重新平衡，如圖1右邊的學生讀數為177g，要比這個物體實際質量確實要偏大。

為什么會這樣呢？我們就可以結合展現在學生面前的“錯誤的平衡”，提供載體，進一步引導學生分析一般的情況：物體和砝碼放反，平衡時，左邊托盤的重量與右邊托盤的重量的關系即變成：物體的質量+游碼對應的示數=砝碼的質量，這樣得出的結果應該是：物體質量=砝碼質量-游碼對應示數，真實值比較小，但我們是按“砝碼質量+游碼對應示數”規則讀數相對就偏大。

所以，在利用實驗解決該問題的過程中，即培養了學生的觀察和動手能力，也培養了學生的逆向思維和抽象思維能力。

（二）天平游碼不調零就直接稱量將如何影響測量結果？

初中生的思維還較為簡單，還不是很熟練，較難獨立分析，對知識缺乏深度的理解。倘若，我們僅僅就是在紙上談兵，靠講來分析，是很難有效培養學生的物理思維能力。所以，筆者在教學過程中讓學生先按不調零的條件操作，同樣，以iPhonexr質量為例，實際質量上面已經給出163g。

假設，在游碼為0.5g的時候調節平衡螺母，如圖2左邊，平衡后，再測量出的質量為163.5g，如圖2右邊，比真實值163.5g大出0.5g，學生就會思考怎么正好調到0.5g就增加了偏大0.5g，接著我們可以進一步引導學生分析思考，我們在繼續把游碼調到1g的時候調平衡，結果測量出質量為164g，與正常值差為1g。學生一下子就會頓悟，我們在游碼沒有歸零的時候開始調平衡，其實質就等價于游碼歸零后在右盤中增加了一點砝碼，最終讀數偏大的就是那些砝碼的質量。所以學生最終不僅僅是得到了答案，測量值大于物體真實值，而且也深度地理解為什么我們要在沒稱量之前要調平衡的問題。在解決該問題的過程中，我們就不知不覺地利用了實驗，調動了學生思考的興趣，步步引導，培養了學生的分析、綜合的思維能力。

（三）天平的生銹或破損將如何影響測量結果？

當然，還有一些關于天平測量過程中砝碼破損或者生銹而造成的讀數誤差問題。同樣，在課堂上，可先讓學生按照條件，如生銹可以用一個5g的口香糖粘在砝碼上代表，然后用該“砝碼”操作之后，肯定會向右偏，學生必然會拿走一個右邊的5g砝碼后才會重新平衡，測量值要比真實值要偏小。最后，教師可以引導分析，砝碼生銹等價于偏重，但是為我們讀數時卻是用砝碼上的“10g”。所測的物體的實際質量就會偏多一點。反之，砝碼如果破損，學生就可以反推過來，測量值就比真實值偏大，學生在實驗的過程中，不僅得到了答案，而且借助了實驗的操作，鍛煉了自己的形象思維和逆向思維。

四、 總結和啟發

筆者在教學的過程中，也會遇到很多的類似的問題，比如電學中兩個電壓表串聯后的示數或者一個電壓表和一個電流表串聯后示數，如圖3所示，熱學中凸透鏡成像過程中，蠟燭燃燒變短后，像的位置是上移還是下移問題等等。這些難題都不太好直接分析，單獨直接講，學生難以理解，也不利于培養學生的物理思維能力。教學中的建議是可以創設一定的實驗條件，先讓學生親手做，做出結果，在實驗結果中激發學生的思考興趣，在借助實驗結果進行輔助分析，從而最終解決實際問題，培養學生的物理思維能力。

參考文獻：

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作者簡介：

張加興，福建省廈門市，廈門實驗中學。