初中物理實驗教學發展學生思維的著力點

摘要 通過實驗實踐研究，在發展學生思維品質的教學研究過程中，提出物理實驗教學的五種策略：限時作答——發展思維的敏捷性，設計方案——發展思維的靈活性，評價交流——發展思維的批判性，觀表探質——發展思維的深刻性，改進實驗——發展思維的創造性，從而促進學生深度學習，提高實驗教學效率。

關鍵詞 初中物理? 實驗教學? 思維品質? 深度學習

引用格式 黃建林.初中物理實驗教學發展學生思維的著力點[J].教學與管理，2022（16）：73-75.

思維發展心理學指出：思維品質是發展智力和能力的突破口，是思維活動中智力與能力特點在個體身上的表現，其實質是人的思維的個性特征，它包括思維敏捷性、靈活性、創造性、批判性和深刻性五個方面[1]。心理學家指出：思維品質是可以通過后天訓練提高的。物理是一門以實驗為基礎的學科，在物理教學中，特別是實驗教學中，往往會針對實驗現象提出問題、分析問題和解決問題，在此過程中會有一定的設計、交流與評價過程。因此，物理實驗是很好地發展學生思維品質的載體。在實驗教學過程中，筆者通過實踐研究，獲得了很好的效果。

一、限時作答——發展思維的敏捷性

思維的敏捷性是指在限定時間內，利用已有的知識積極地思維，大膽地假設，全面地思考，迅速且準確地得出所要解決問題的方法和手段。它反應的是智力的敏銳程度，亦即思維活動的速度[2]，它的特點是：迅速、準確。在物理實驗教學中，表現為運用大腦中建構的知識及所掌握的實驗技能和手段，能迅速而準確地得出所要解決問題的方案或結論。

例如，教師在限定時間內讓學生設計“礦泉水瓶系列”實驗。學生通過思考，設計出很多有關礦泉水瓶的實驗，如加一個小藥瓶可以做浮沉子實驗;里面加酒精和傳感器，可以做氣體對外做功和外界對氣體做功實驗;里面加冷熱水和紅墨水，可以做擴散快慢跟溫度的關系實驗;里面加水且水面留一個大氣泡后，橫向運動可以探究氣泡跟水慣性大小實驗等。通過限時設計實驗，學生思維的敏捷性得到提高。

在訓練思維敏捷性時，教師可以限時、定向地讓學生選擇一定的實驗儀器，如上面的礦泉水瓶，可以設計出一系列有關礦泉水瓶實驗。在具有一定競爭性和一定趣味性的實驗氛圍中，既滿足學生的好勝心、好動心，同時激活已有的知識，通過一題多法、一題多變、一題多解等途徑，多維度地發展學生思維的敏捷性。

二、設計方案——發展思維的靈活性

思維的靈活性是指思維的發散性、多變性，它主要表現為針對所面臨的問題，利用所學知識，多途徑、多方法、多角度地解決問題。它與思維的敏捷性所呈現的方式最大的不同在于沒有時間上的限制，空間上表現得更廣闊、更發散。在物理實驗教學中，教師最好把生活化情景直接呈現在學生面前，利用其復雜性、非良構性的特點，讓學生利用已學知識，通過遷移應用，多方位、多角度、多思路，發散性地思考問題，利用多種方法解決物理實際問題，做到舉一反三、多向思維，發展學生思維的靈活性。

例如，在上《電磁繼電器》這節課時，教師讓學生自主設計一個能把學校中的池水抽干的裝置，最好做到安全可靠且方便簡單。學生通過思考后，設計出了多種多樣的電路圖。

在物理實驗課上，當碰到物理實驗方案需要設計時，教師最好留給學生充足的時間，讓他們對實驗方案進行一定的設計，從而發散他們的思維。如本實例中，通過抽干水池的電路設計，學生從電路的組成、用電安全及方便簡單等多角度地進行設計，不但對所學的知識進行了一次有效的梳理，理解了電路設計的原理和本質問題，而且發展了他們思維的靈活性。

三、評價交流——發展思維的批判性

思維的批判性是指個體在思維過程中，通過自己獨立思考，全面檢查整個思維過程，對捕捉的反饋信息進行分析、處理后，及時發現問題和矛盾，同時能自覺修正錯誤的一種思維品質。實驗本身所具有的嚴謹性、邏輯性正是批判性思維的內涵之所在[3]。在物理實驗教學中，具體表現為對老師或學生提出的問題或說法不“人云亦云”，不“隨聲附和”，而是在進行獨立自主思考后，敢于批判質疑所提的問題、所發表的說法和所操作的實驗等，并提出自己的觀點和想法。

例如：在探究物體浮沉條件時，教師在演示浮沉子上浮下沉后，讓學生交流浮沉子上浮下沉的主要原因是什么。有學生認為小藥瓶下沉是其重力大小改變所致，即把瓶子和進入的水當作一個整體考慮，當手擠壓礦泉水瓶時（如圖1所示），礦泉水瓶中的水進入小藥瓶后，使得小藥瓶的總重（進入的水加瓶的重量）增加，重力大于浮力，導致小藥瓶下沉，反之上浮。但有好多同學質疑此種說法，他們認為小藥瓶下沉的原因是浮力改變所致，即把小藥瓶和小藥瓶上端封閉著的那段空氣柱作為一個整體考慮，當手擠壓礦泉水瓶時，礦泉水瓶中的水進入小藥瓶中后，使得小藥瓶上部空氣柱減少，導致排開水的體積減小，浮力小于重力，所以小藥瓶下沉，反之上浮。

批判性思維是所有思維的前提和基礎，特別是創新思維是建立在批判性思維基礎上的。在物理實驗教學中，教師要鼓勵學生在獨立思考的基礎上質疑所呈現的實驗現象或問題，通過交流、討論和評價，提出自己的獨特看法和見解，發展批判性思維。

四、觀表探質——發展思維的深刻性

思維深刻性是建立在深度理解基礎上的，它是指對事物表象的觀察、分析、歸納后排除表象的迷惑及干擾，通過抽象思維，透過紛雜的現象，抓住問題的核心，把握事物的本質，預測事物發生發展的規律和趨勢。能否透過物理呈現的表象揭示事物的本質及核心，是思維是否深刻的主要表現。在物理實驗教學中，教師要多利用創新實驗，引導學生進行深入而仔細的觀察，通過一定的科學方法，如對比法、控制變量法及正反論證法等，讓學生自己揭示事物的本質及核心，對物理概念和規律達到深入理解，真正做到知其然并知其所以然。

例如：在學習小孔成像時，學生對小孔的大小只停留在一個很小的孔這個概念上，但具體多小才算是小孔，學生不清楚、不理解。教師可以引導學生這樣理解：在學生知道小孔成像后，教師用LED燈做一個“上”字形光源和一個如圖2所示的三角形小孔，讓LED燈發光，通過小孔在光屏上呈現如圖3所示的像。然后讓學生思考：此圖是小孔成像嗎？理由是什么？學生思考后回答：整個“上”字光源因為出現上下左右都顛倒的像，是小孔成像，而每個LED燈的像呈現的是孔的形狀——三角形形狀像，所以不是小孔成像。然后再讓學生通過整個“上”字成的像與每個LED燈成的像的強烈對比對小孔下一個定義。這樣學生對小孔的定義就有了深刻的理解，即小孔是相對而言的，如果孔跟光源大小相差很多，此孔就是小孔，相反孔應該叫大孔。為了更深入地理解孔大小是相對而言的規律，教師可以繼續追問：如果要讓每一個燈通過這個孔成的像也是小孔成像，應該如何改進？有兩種方法：一是減小孔的大小;二是增大光源，如把LED燈換成白熾燈。最后第一種因為孔太小，光線不足以在光屏上成像而失敗，第二種呈現如圖4所示的像，再次在學生頭腦中強化小孔的定義。

以上通過整個光源和一個LED燈光源的對比，使學生深度理解小孔是相對而言的;通過再次追問，如何讓一個點光源成的像也是小孔成像，再次強化了小孔的概念。由此可見，在物理教學中，當學生對所學知識有疑惑或不懂時，教師可以制作創新實驗，用創新實驗作為理解的載體，通過讓學生針對實驗呈現的現象，進行一定的對比，由表及里、由此及彼，透過現象理解事物的本質和核心，在理解過程中促進學生的深度學習，提高思維的深刻性。

五、改進實驗——發展思維的創造性

創造性思維是布魯姆目標分類中高階思維中的最高層次，它是指遇到新情境或新問題時，能利用已有知識快速思考，創造性地找出具有一定價值和一定新穎性結論的品質。它具有發散性、獨特性和新穎性三個特點，在物理實驗教學中主要表現為：通過現象觀察，大腦思維，創造性地提出自己的看法和想法，并利用一定的手段和方法解決問題[4]。

1.改進教材實驗

教材實驗具有很重要的作用，它在教學中可以突出重點、突破難點，有利于學生對知識的掌握和理解。但有些實驗所呈現出來的現象存在疑點，反而會讓學生得出錯誤的結論。這時教師可以引導學生，讓學生通過思考提出改進意見。如升華和凝華實驗，用酒精燈加熱時，會在碘錘中看到碘的液態現象（因為酒精燈加熱達到碘的熔點會出現碘熔化現象），在理解原理和知道原因的基礎上，可以讓學生提出改進意見。如熱源可以是低于碘熔點的熱源，也可以用90℃或100℃的熱水作為熱源，即把碘錘放在熱水中，這樣就不會因為達到碘的熔點而出現液態碘的現象[5]。

2.創新教材實驗

創新教材實驗是源于教材，對教材實驗的進一步拓展。如升華和凝華實驗，可以讓學生課后拓展，進一步從材料、方法、裝置等方面進行創新。通過研究，他們制作出了如圖5、6所示的創新實驗。圖5是通過改變材料，即用干冰來代替碘做實驗;圖6裝置是改變了加熱溫度，即酒精燈加熱水，通過水的傳熱作為熱源，避免出現碘熔化現象。

象不明、結論不清等問題或現象，積極鼓勵學生提出自己的想法和觀點，不唯書、不唯權，通過多角度、多方面、多維度的思考，積極改進和創新教材實驗，促進對知識和原理的深度理解，從而發展創造性思維。

物理是一門以實驗為基礎的學科，在教學過程中，特別是針對問題解決時，教師要多留給學生一定的時間，讓他們針對問題提出自己的想法，然后根據猜測設計相應的實驗方案，培養他們思維的靈活性、敏捷性和創造性。

在方案設計過程中，讓學生先利用量表對自己的設計方案進行一定的評價和改進，然后再生生互評、師生互評，通過評價、交流，將方案進行一定的修正和完善，同時在評價、交流及改進過程中發展他們的批判性思維和創造性思維。

物理是一門以實驗為基礎的課程，以上5種思維品質基本都是以實驗為載體培養發展的，所以物理課程中的實驗應該多注重“三做”，即多做、真做和巧做。通過多做和真做實驗，找出實驗所存在的問題，包括材料、方法、步驟等問題，進而通過改進實驗或創新實驗達到巧做的目的。

參考文獻

[1][3][4] 沈偉云.基于科學思維品質發展的實驗教學策略研究[J].物理教師，2016，37（9）：14-16.

[2] 陳懋.基于發展學生思維品質的教材課后習題評析策略[J].中學物理教學參考，2019，48（4）：23-26.

[5] 黃建林.初中科學實驗創新與教學研究[M].杭州：浙江工商大學出版社，2021：158-159.

該文為2019年浙江省教研課題“初中科學‘高見度’實驗的改進與教學研究”（L2019081）、2022年杭州市課題“一創·二融·三聚：初中科學實驗教學新范式的實踐研究”（L2022168）的研究成果