對比復習相似實驗 培養科學思維能力①

張 華

(江蘇省南京市浦口區行知中學，江蘇 南京 211800)

1 引言

初中物理復習以知識的整合、遷移、深化以及應用為導向，在這一過程中，要注重知識網絡的構建、方法思路的指導和思維能力的培養。

初中物理復習不是知識的簡單重復，更不是新授課的“壓縮版”，需要讓學生從不同視角重新認識和審視物理現象和規律，在對比、遷移、分析中培養思維能力。筆者結合“專題復習：初中物理相似實驗對比(光與電)”的教學實踐，交流在相似實驗對比復習中培養學生思維的體會與感悟。

2 初中物理相似實驗的對比復習

初中物理相似實驗的對比復習是將初中物理學習中的兩個或幾個相似的實驗從不同維度采用比較的方法進行分析，矯正學生先前對一些相似實驗的錯誤認識，使學生能夠深刻洞悉物理知識的內在聯系，理解物理知識的內涵，進而提升學生的物理學科核心素養，筆者從以下3個方面展開相似實驗的對比復習。

2.1 依據圖文場景，引入相似實驗復習

初中物理復習需要尋找一個適合的切入點，通過一條“主線”或幾個“關鍵點”將一個章節或一個模塊的知識整合到一起，幫助學生構建知識網絡，轉變錯誤認識，形成整體知識框架，進而啟迪學生的思維，而相似實驗的復習無疑是達成這一目標的較好途徑。

在光學復習中，依據圖文場景，出示光屏上燭焰倒立的像，進而設問：光屏上呈現的是燭焰倒立的像，它可能是通過什么光學元件形成的呢？請嘗試說出其成像的原理，以此引入平面鏡成像、小孔成像、凸透鏡成像幾個相似實驗的復習。

對于初中物理電學模塊的復習，展現如圖1所示的兩個電路圖，進而設問：這是電學實驗中的兩個經典實驗電路圖，哪些實驗用到它們？學生回憶出“探究電流與電壓關系”“探究電流與電阻關系”“測量定值電阻的阻值”“測量小燈泡的額定功率”等電學相似實驗，教師繼而展開復習。

圖1

2.2 重視相似實驗對比，凸顯科學思維

物理實驗復習包含實驗器材、操作、步驟、現象、結論等環節，物理相似實驗必然在以上環節有相同和不同的地方，通過對比復習，能很好地維持學生持續、深入探究的學習狀態，進一步凸顯科學思維，在復習過程中主要從以下4個角度進行對比。

2.2.1 實驗器材求組合，“變”與“不變”活思維

相似實驗首先表現在實驗器材大致相同上，如何合理利用器材、組裝器材完成相關實驗？再添加哪些器材，可以完成相似的物理實驗？這些都需要教師在課堂中通過實驗器材變與不變、如何變等活動來激發學生的探究，在重構和重組中活躍他們的思維。

如在初中物理電學的4個相似實驗復習中，回憶經典電路圖，引導學生說出“探究電流與電壓關系”“探究電流與電阻關系”“測量定值電阻的阻值”“測量小燈泡的額定功率”等相似實驗，并提問：哪些器材不變？哪些器材有變化？回顧其他幾個實驗，進而引發學生的進一步思考與討論：

(1)這4個實驗有哪些相同和不同之處？

(2)實驗中哪個器材的操作最重要？

(3)滑動變阻器的作用是什么？多次實驗的目的相同嗎？

(4)電流表、電壓表的讀數有先后順序嗎？如果有，又應該按照怎樣的順序進行讀數？

設計意圖：這4個相似的電學實驗是初中物理復習過程中學生最容易混淆的實驗，從實驗器材的角度來看，都有滑動變阻器、電流表、電壓表、電阻(或燈泡)等主要電學元件，這些元件在不同實驗中的作用相同嗎？需要合理添加哪些器材以順利完成其他實驗？如果能夠引導學生從這些方面真正理解物理實驗，必然能夠活躍學生的思維，其思維的深度和廣度也會得到拓展。

2.2.2 實驗操作尋異同，表格設計促思維

在物理實驗設計過程中需要引導學生進行正確的實驗操作，設計出對應的表格，以分析、總結出物理規律。如在探究光的反射和折射規律中，實驗操作和表格設計就有許多相似之處，筆者設計了如下活動：

(1)畫出反射光線和折射光線。

(2)要完成實驗，還需要進行什么操作？

(3)在探究光的反射、折射規律的實驗中，在操作上有哪些相同和不同之處？

進而引導學生借助實驗設計(表1)，較為全面地比較兩個光學實驗的異同。

表1

設計意圖：這兩個光學實驗從實驗操作來看，都需要用激光筆發出的光束射向入射點，借助可折疊光屏來探究入射光線、反射(折射)光線、法線位置關系，在這些“同”中尋找實驗操作中的“異”，引導學生借助實驗設計深入理解物理規律。

2.2.3 通過實驗現象究原理，多維比較顯思維

在初中物理實驗復習中，學生經常將實驗現象和結論相混淆，物理實驗現象是在實驗過程中人的感官可以直接感受到的，如物體運動狀態的變化、物體形狀和形態的變化、顏色、氣味等，實驗結論是對實驗現象和實驗結果進行分析、概括、推理，進而總結出的本質屬性或規律。

如針對光屏上出現燭焰倒立的像的實驗現象，引導學生對比“平面鏡成像”“小孔成像”“探究凸透鏡成像規律”這三個光學相似實驗，設計活動探究其原理，進行多維比較，引發以下討論，提升學生思維的深刻程度：

(1)這3種成像在原理上有什么不同？

(2)如何檢查小孔和凸透鏡擺放是否正確？

(3)根據圖2提示的信息，你能找到判斷像大小的方法嗎？

圖2

設計意圖：通過對這3個光學實驗原理的討論、分析，學生可以清楚地辨別出：“平面鏡成像”的本質為光的反射，“小孔成像”是光的直線傳播的應用，“凸透鏡成像”是光的折射的應用，借助畫光路圖的活動，能夠凸顯出學生思維的概括性、敏捷性品質。

2.2.4 實驗過程重變式，“加減之中”拓思維

有學生對實驗過程的經歷不太重視，對于初中4個典型電學實驗的理解會出現張冠李戴的現象，在“測量定值電阻的阻值”和“測量小燈泡的額定功率”兩個實驗的對比中尤為突出。筆者通過“滑片移動知作用”的活動(表2)，讓學生首先填寫完成表2中相同點，理清這4個典型電學實驗的相同點和不同點。

表2

針對“測量定值電阻阻值”和“測量小燈泡額定功率”的實驗，提出問題，引導學生進一步思考和討論：

(1)如果只有電壓表、缺少電流表，怎么測量電路的電流？還需要增加什么器材？如何設計電路？

(2)如果只有電流表、缺少電壓表，怎么測量電路的電壓？還需要增加什么器材？如何設計電路？

經討論學生提出“單表測量找替代”的思路(圖3)，再對“百搭”的定值電阻測量活動進行“變式”討論，在“加減之中”，學生的思維得以拓展。

圖3

設計意圖：通過對電學實驗“變式”的討論，學生再遇到利用單電表“測量定值電阻阻值”和“測量小燈泡額定功率”的問題時，自然會應用“用電壓表與已知阻值的電阻相并聯來替代電流表”“用電流表與已知阻值的電阻相串聯來替代電壓表”來解決問題。在復習典型電學相似實驗的同時，學生對替代法也有了更加深刻的認識，培養了他們的創新思維。

2.3 豐富相似實驗習題，培養學生的科學思維能力

經過初中光學、電學相似實驗的復習，學生已經初步整理和歸納了光學、電學中典型實驗的相同點和不同點，能夠從實驗器材、操作、現象、過程、結論幾個維度分析與思考問題，進而尋求問題解決策略。為了進一步提高復習的實效，培養學生的思維能力，教師可利用相似實驗習題，對學生加以適當的反饋與訓練，使他們加深對相關實驗的理解，使得科學思維能力的培養得以延續。

如在上述光學相似實驗的復習之后，筆者編制了以下習題，用以提高復習效果。

例：要使光線經過某一個光學元件后發生如圖4所示的偏折，可供選用的元件有：① 平面鏡；② 凸透鏡；③ 凹透鏡。能達成該目標的光學元件有( )。

圖4

A.①② B.②③

C.①③ D.①②③

設計意圖：本習題將初中光學實驗有機地聯系起來，促使學生從多個方面去思考產生這種現象的物理原理，同時能夠明晰各個光學元件的作用，在變化、組合中進一步提升學生的科學思維能力。

3 結語

通過初中物理相似實驗的對比復習，學生在辨析實驗器材的“變”與“不變”之中思維變得活躍，在實驗設計之中思維能力得以培養，在實驗現象的多維比較之中思維方法得以凸顯，在實驗過程的“加減”之中思維得以拓展。