基于思維進階的初中物理實驗教學設計

吉俊

【摘要】皮亞杰認為，兒童思維的發展既有連續性，也有階段性，他們總是朝著必經的途徑向前發展的.由學生思維的發展分階段性的理論可以知道，只有設計符合學習者思維進階的教學模式，才能發展學生的思維，促進他們高階思維能力的養成.本文就基于思維進階的初中物理實驗教學設計展開探討.

【關鍵詞】思維進階;初中物理;實驗教學

縱觀學生們物理學習的全過程，物理前概念的形成是思維發展的第一境界，糾正錯誤前概念建立新概念是思維發展的第二境界，完善認知、鞏固概念是思維發展的第三境界，創造創新是思維發展的第四境界，將理論運用于實踐是思維發展的第五境界.為了促使學生能夠牢固地掌握物理學概念，將物理學知識運用在實際生活中，教師在實驗教學中應該重視學生們思維品質的培養，提升學生思維的深刻性、探究性、專注性、辯證性、創新性，從而真正促使學生思維向深度進階，為其科學素養的提升奠定基礎.

1 激趣導學，激活形象思維

教師應該認識到激發學生濃厚的學習興趣，才能夠促使學生全面參與到實驗過程中來.在初中物理教學中，促使學生的思維成功進階，教師就應該將激發學生的實驗興趣作為自己教學設計的首要任務，創設與知識背景相關的教學情境，從而搭建知識橋梁，讓學生在觀察、反思、操作等活動中獲得初步認知，體驗物理知識的產生、形成與發展.

例如 在“電流的磁場”的實驗教學開展中，教師可以利用多媒體為學生展示電磁炮、電磁秋千、電磁旋轉線圈的模型，讓學生通過清晰動態的視頻了解這些模型制作的原理，從而拉開研究電磁間本質聯系的序幕，引導學生們認識到導體通電后會有電流的磁效應.通過真實實用的物理情境，自然而然引出本節課的課題，既讓學生實現了知識的初步建構，又有利于將這種感性具象升華為抽象的邏輯，促使學生思維發展.

又如，在“流體壓強與流速的關系”的探究實驗教學中，教師便可以為學生創設趣味性的魔術情境，魔術的名稱為“隔空點火”.教師為學生做簡單的模擬實驗，將三根蠟燭并排放置，點燃左右兩邊的蠟燭，用吸管對著中間尚未點燃的蠟燭吹氣，然后引導學生觀察實驗現象.這時，學生們通過觀察了解到中間的蠟燭竟然在老師的“吹氣”過程中自動點燃了.基于此，教師便可以引導學生“為什么老師向未點燃的蠟燭吹氣，蠟燭還會自動點燃”.這樣一來，教師的模擬實驗與學生的傳統觀念認知產生了沖突：在傳統的思想中吹是熄滅蠟燭的方法，而在這個實驗中卻是點燃蠟燭的方法，這時學生便會產生強烈的求知欲望.當學生興趣正濃時，教師便可以根據本節課的教學主題對學生進行引導，帶領學生一同探究流體壓強和流速之間的關系.通過教學情境的創設，點燃了學生的學習熱情，敞開了學生思維的大門，有助于學生思維的進階.

2 創新教具，營造思維環境

好的思維環境能夠促使情理交融，能夠點燃學生的思維激情，使學生迸發思維的活力，讓學生在輕松愉悅的環境中思考、探索、建構，從而促使學生實現概念記憶層次的低階思維向科學推理層面的高階思維轉變，助推學生思維進階.

例如 在“杠桿”的教學中，八年級的學生們受到思維水平和生活經驗的限制，難以輕松地掌握杠桿這種動態過程的物理屬性，即使老師為學生們一個、兩個、三個或是更多個展示杠桿形態，學生們獲得的也是杠桿表象上的差異性，無法從根本上獲得杠桿的本質動態屬性，所以教師可以通過簡單的實驗，讓學生們在體驗中認知支點、動力、阻力、作用點等概念.在力臂概念的教學過程中，教師便可以為學生設計簡單的實驗裝置——圓盤式杠桿，圓盤的左邊懸掛兩個鉤碼，圓盤的右邊懸掛一個鉤碼，圓盤處于靜止的狀態，然后變化圓盤兩側懸掛的鉤碼的數量，讓學生通過變換作用點的方式，使得杠桿保持靜止.在課堂上引導學生多次操作，然后探究總結影響力對圓盤作用效果的因素是什么，從而建構力臂和阻力臂的概念.這一實驗教具的創新，給了學生參與、體驗、思考的輕松環境，能夠為后續探索杠桿平衡條件建立思維基礎，從而促進學生思維發展，促使學生尋著物理內在聯系逐級向上，抵達真理的殿堂.

3 分層教學，實現思維延伸

在物理實驗教學中助推學生思維進階，教師應該將“人人有飯吃，人人吃得飽”的教學理念貫徹落實始終.

例如 在“物體的沉與浮”的實驗教學中，探究物體沉浮條件面對的對象是全體學生，對于學有余力的學生，教師則要要求他們對潛水艇的工作原理有更加清晰的認識，對這些生活中器械的運作原理進行了解.認識潛水艇的工作原理是浮力知識的擴展和升華，有助于促使學有余力的學生在物理知識的路途上拾級而上，實現思維向高層次發展.教師在全班學生已經感知了物體的上浮、懸浮和下沉取決于物體受到的浮力和重力的大小關系之后，可以開展拓展性的演示實驗，引導學生思維進階升級.教師要用語言對學生們進行引導，學生融入到模擬潛水艇在水中的沉與浮的演示實驗中：“同學們，我們都知道，沉沒在液體中的物體，倘若浮力大于重力，則會上浮;如果浮力等于重力，則會保持靜止;如果浮力小于重力，則會下沉.現在，同學們觀察老師手中有一個圓底的燒瓶，塞子中間有兩個導管，其中一個導管會與注射器相連，而另一個導管與燒瓶內外相通，將這個圓底的燒瓶放入盛有水的容器中，怎樣才能夠使圓底燒瓶向下沉呢？請同學們以小組合作的形式共同探討如何使圓底燒瓶下沉，采取什么方法？如果想使將沉到底的燒瓶浮上來，又要采取怎樣的方法？”探究討論完之后，教師再引導學生在課堂上進行總結與歸納，從這個實驗中為學生延伸出潛水艇的原理：潛水艇水箱中的水量多少通過壓縮機工作來實現，然后為其在海中的沉與浮服務.通過這一個演示實驗，教師還可以為學生延伸水中的魚兒上浮和下沉，是通過改變魚鰾的體積大小來改變它受到的浮力實現沉與浮的.這樣一來，通過演示實驗，將物體的沉與浮的知識進行了拓展，既能夠讓學生掌握最本質的物理學概念，又能夠實現思維的進階與提升.

4 自主探索，培養辯證思維

在物理實驗教學中助推學生思維進階，教師應該徹底改變傳統的“滿堂灌”的教學形式，給學生自主探索、積極建構的機會與平臺，從而促使學生思維從低階到高階的升華與提升.陶行知先生曾經說過，“教學最重要的是要教給受教育者科學研究的過程與方法.”根據陶老先生的指導，教師在物理教學設計中就要想方設法讓學生“動”起來，讓教學過程變成“教學做合一”的過程.

例如 在“浮力”這一節課的教學中，為了讓學生探究物體在液體中受到浮力的大小和哪些因素有關，教師可以鼓勵學生們分組探討，一同設計實驗方案.小組成員團結協作、相互糾錯、質疑補充.老師也要巡回指導給予點撥.學生在自主探究、合作交流中設計出一套套完整的實驗方案：有的小組的學生以雞蛋上浮為研究對象，探究出來向水中加鹽可以使得沉在燒杯底的雞蛋發生上浮的現象，從而驗證出來浮力與液體的密度相關，有的小組還會通過稱重的方法探究出浮力大小與物體排開液體的體積相關……這樣一來，他們自主設計實驗，自主觀察，記錄數據，交流分析，從而歸納出實驗結果.其實，他們在積極交流中也會出現這樣或那樣的問題，但是可以共同探討出問題的解決方法，這樣的實驗過程能夠讓學生們在交流探討中不斷吸取經驗與教訓，實現創新思維的發展.另外，在取長補短中還能促使學生們辯證性思維發展、分析和解決問題能力得到提升.學生們進行實驗設計，實驗提出問題、解決問題時也鍛煉了實驗、觀察與質疑的能力，有助于促使學生對知識實現深度理解與全面性的建構，從而助推思維進階.

5 問題驅動，培養科學思維

學生思維的發展與老師的問題引導有著密不可分的關系.學生們物理概念的理解和物理規律的形成，需要深度思維活動的產生，需要認知模式的轉變.于是，教師在物理實驗教學中就要通過問題驅動的方法，引導學生搜集證據、合作交流、解釋證據，從而促使學生思維能力提升，促使概念的理解順利達到關聯水平.

例如? 在“光的折射”的實驗教學中，教師引導學生選用圓形塑料飯盒，在飯盒中裝半盒水，蓋上蓋子，做成一個半圓形的水磚，用軟筆畫一條豎直的法線立起放在鐵架上，然后為學生提出下列問題，引導學生們探究思考，得出結論：光折射時，折射光線、入射光線和法線是否在同一平面上？光的折射遵循怎樣的規律？折射光線、入射光線是否位于法線的兩側？折射角和入射角大小關系是怎樣的？入射角增大時，折射角會如何變化？入射角減小時，折射角會怎樣變化？當光線垂直射向介質平面時，傳播方向是否會發生改變？光折射時光路是否可逆？自己制作一個表格，做四次實驗，分別是入射角為18°、24°、36°、0°時折射角的度數.

以問題驅動學生們融入到實驗中，操作思考，總結建構，既能夠提升和拓展學生對概念和規律的科學認知，又能夠使知識理解層次水平從關聯上升到系統和整合的水平，有利于學生在體驗和感悟中真正理解物理知識.

6 深化拓展，增強創新思維

實驗教學的任務就是讓學生在體驗中形成完整的知識認知，從而將理論知識運用在實踐生活中.基于思維進階設計初中物理實驗教學，教師應該積極聯系生活，開展生活化的實驗教學，加強物理實驗與生活的聯系，從而讓學生從課內走向課外，享受運用知識解決問題的樂趣.

通過拓展實踐的開展，也能夠讓學生在生活中進行觀察、操作、體驗、探索，有助于學生創新思維實踐能力的培養.

例如? 在“光的折射”現象學習完之后，教師可以為學生設計“揭秘小魔術——硬幣重現”的小實驗，要求學生自主設計實驗，并且將實驗的過程利用錄像設備進行視頻記錄.拓展性的實驗不僅能夠讓學生了解物理與生活之間的關系，還能夠加深學生對于折射定律的理解與應用.另外，實驗過后，教師還要要求學生撰寫一篇關于“容易受騙的眼睛”的科技小論文，讓學生運用光的折射現象的理論原理，結合日常生活中的實際例子，組織語言，闡述自己的觀點.這樣的課外拓展任務內容，不僅有利于提升學生的實驗探究能力，還能夠促使他們形成正確且科學的物理概念，提高科學思維，實現思維向高階的發展.

7 結語

為了培養學生的物理學科素養，教師應該重視學生的思維進階過程.在物理實驗教學過程中，給學生學習空間留白，讓學生能夠親身體驗、全面參與、反思提升創新創造，從而全面增強學生的批判性思維能力、創新性思維能力、辯證性思維能力，促使學生的思維脈絡更加清晰，促使學生的思維向高階發展，全面提升他們的物理學科素養.

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