如何在實驗中培養學生的物理思維

【摘" 要】科技競爭終歸是人才的競爭，培養創新人才的任務就落在了教師肩上。本文在介紹對物理核心素養和物理思維認識的基礎上，重點從基于實驗現象提出問題；基于認知水平作出假設；依據條件設計實驗；在實驗中培養物理思維；在分析數據得出結論中培養物理思維等五個方面闡述培養學生物理思維的一些探究方法。

【關鍵詞】物理核心素養；物理思維；物理實驗

在當今科技競爭異常激烈的國際環境中，我國科技領域被掐脖子的問題尤其突出，解決問題的難度也越來越大。鑒于此，教育部出臺科技強國、培養創新型人才的政策。作為物理教師，責無旁貸，對學生進行物理思維的培養刻不容緩。物理思維是一種邏輯推理和問題解決的能力，也是學生在學習物理過程中的一種思維方式。那么，基于物理核心素養下怎樣在實驗中培養學生的物理思維呢？

首先，物理教師需要明確什么是物理核心素養。物理核心素養是指學生在物理學習過程中所需要具備的基本能力和品格。培養學生的物理思維就是要通過具體的教學活動，幫助學生掌握包括觀察、實驗、推理、解決問題等方面的技能，以提高學生的物理學習能力和創新能力。

其次，要注重培養學生的思考能力。愛因斯坦說過：“物理學是一門思考的藝術。”這句話道出了物理學的本質，也提醒教師在培養學生物理思維時，一定要注重學生思考能力的培養。

結合日常教學，從物理核心素養的角度出發，筆者從以下五個方面論述如何在實驗教學中培養學生的物理思維。

一、引導學生基于現象，在提出問題中培養物理思維

物理是一門以實驗為基礎的學科，物理現象伴隨整個實驗過程。如何引導學生觀察實驗現象，幫助學生在提出問題中培養物理思維？其策略如下。

（一）觀察和實驗

教師可以設計一些有趣的實驗或觀察活動，讓學生主動參與其中。通過實驗和觀察，學生可以發現物理現象中的規律和特點，從而引發學生的思考和提問。例如，在學習光的折射時，教師讓學生觀察光線在墨水、空氣、玻璃中的傳播情況，知道了光沿直線傳播。接著讓光線從空氣斜射入水中，引導學生觀察并提出問題：“光線從空氣斜射入水中時會怎樣傳播？”“這樣的傳播有什么規律？”諸如此類的問題可以激發學生的好奇心和求知欲，促使學生深入探索和思考。

（二）分析和推理

教師可以引導學生分析物理現象中的各個因素和關系，并進行推理和歸納。通過現象分析和推理，學生可以從已知的事實和規律中推導出新的結論，提出新的問題。例如，在學習力的作用效果時，我們讓學生從不同的方向踢足球，觀察足球的運動方向是否變化，并引導學生提出問題：“物體在受到不同方向的力作用時，運動方向一樣嗎？”“力的作用效果與什么因素有關？”此類問題可以培養學生的邏輯思維和推理能力，幫助他們進一步理解物理現象的本質。

（三）比較和對比

教師可以引導學生比較和對比不同的物理現象，找出它們之間的相似性和差異性。通過比較和對比，學生可以從中發現更多問題和思考點。例如，在學習壓強知識時，教師讓學生用兩根手指用力頂住削好一端的鉛筆的兩端，觀察手指的凹陷程度是否相同，手指的感覺有何不同。在學生比較手指的凹陷程度及感覺的過程中，引導學生提出疑問：“為什么會有這樣的不同？”“說明力能使物體發生什么？”設置這樣的問題可以培養學生的觀察力和分析力。通過實驗，學生更加深入思考物理現象的原因和內在的機理，理解了什么是壓強。

因此，引導學生基于物理現象提出問題，需要教師提供適當的幫助和支持。觀察和實驗、分析和推理、比較和對比等方式，可以培養學生的物理思維，提高學生學習物理的能力和創新能力。

二、引導學生基于自己的認知水平，在作出假設中培養物理思維

假設在物理學習中起著重要的作用。教師引導學生根據自己的認知水平進行假設，可以較好地幫助學生培養物理思維和解決問題的能力。

首先，通過提問的方式引導學生進行假設。例如，當學生看到油罐車后拖一根鐵鏈時，我們可以問：“油罐車后為什么拖一條鐵鏈，有什么作用？如果沒有這條鐵鏈會有什么后果？”這樣的問題可以激發學生的思考和想象，幫助他們提出自己的假設。

其次，鼓勵學生根據生活經驗，對實驗探究問題進行假設。例如，在“探究浮力的大小與哪些因素有關”的實驗時，讓學生根據生活感性認識，來猜想影響浮力大小的因素。學生在猜想過程中會結合生活，說出自己的答案。學生通過實驗的過程，來發現假設的正確性或錯誤性，從中學習到物理原理，并掌握其變化規律。而整個過程也是訓練學生物理思維的過程。

再次，組織學生進行小組討論或合作學習。學生可以在小組中分享自己的假設，并進行相互交流和辯論。通過這樣的合作，學生明白可以多角度去思考問題，拓寬了自我的認知和思維方式。

最后，及時給予學生反饋和指導。當學生的假設出現錯誤時，教師可以指出錯誤的原因，并幫助學生糾正錯誤，以正確理解物理原理。同時，教師也可以鼓勵學生繼續嘗試和探索，來培養他們的科學精神和創新意識。

總之，教師通過引導學生根據自己的認識水平進行假設，可以幫助學生培養物理思維和解決問題的能力。教師支持并鼓勵學生完成實驗驗證，用充足的時間進行討論和合作學習。教師對存在的問題，再次反饋驗證；對難以解決的問題，給予必要的幫助和方法指導。

三、引導學生依據條件，在設計實驗中培養物理思維

設計實驗是培養學生物理思維的有效途徑。通過引導學生依據條件進行實驗設計，可以幫助他們培養觀察、推理和解決問題的能力。

首先，教師可以提供一些具體的實驗條件，并要求學生根據這些條件設計實驗。例如，教師可以給學生做“水的沸騰”實驗的器材，如酒精燈、燒杯、鐵架臺等，然后要求學生設計一個實驗來驗證水的沸騰特點。學生需要根據條件思考如何設置實驗裝置、收集數據和分析結果。整個過程都需要學生動腦筋思考，動手操作，無形中訓練了他們的物理思維。

其次，教師可以組織學生展開實驗交流。學生在小組之間分享他們的實驗設計和想法，相互借鑒學習，并進行討論和改進。例如，通過與他人的交流，學生可以從這方面入手設計實驗，也可以從那方面檢驗論證。多角度思維，創新設計問題，拓寬了實驗的路徑。

最后，教師應該及時給予學生反饋和指導。當學生的實驗設計出現問題時，教師一邊幫學生分析出現問題的原因，一邊從旁給予指導。由于學生在實驗過程中親自動手操作，其解決問題思路清晰，探究物理原理充滿信心。例如，在測鹽水的密度時，小聰等學生在實驗中先測出空燒杯的質量m1，倒入鹽水后測出其總質量m2。在將鹽水倒入量筒的過程中，發現鹽水較多，無法全部倒完，就及時停止了操作。筆者與他們討論后，認為仍可繼續完成實驗。于是小聰讀出此時量筒中鹽水的體積V后，又加了一個步驟，將剩下的鹽水和燒杯的質量稱出，然后計算出倒入量筒里的鹽水的質量，順利得出了鹽水的密度。遇到這種情況，教師就應該鼓勵學生，繼續嘗試和探索新的方法，以培養學生的科學鉆研精神和自我創新意識。

四、引導學生在實驗中培養物理思維

教師引導學生在實驗中培養物理思維是教學的重要任務之一。以下是一些方法和策略，可以較好地幫助學生在實驗中培養物理思維。

（一）明確問題和目標

在開始實驗之前，教師必須提醒學生，讓學生明確實驗的目的和意義，這樣可以幫助學生集中注意力，思考與問題相關的物理原理和概念。

（二）進行實驗操作

學生按照設計的實驗方案進行實驗操作，并記錄實驗數據。在實驗過程中，教師可以引導學生正確操作儀器、觀察實驗現象、正確記錄數據、分析數據，并提出實驗中存在的問題和解釋結果。通過實驗操作，學生加深了對物理原理的理解，增強了數據運用能力。

（三）探索和創新

在實驗中，學生可能會發現一些不足或錯誤，教師可以鼓勵學生在實驗中進行大膽創新。學生可以嘗試改變實驗條件、變量或方法，觀察不同實驗結果并進行分析。善于質疑，敢于表達自己的觀點，培養學生的科學思維意識。

總之，通過引導學生在實驗中明確目標、進行操作、記錄數據及探索創新，可以幫助學生培養物理思維和解決問題的能力。教師適當引導，極大地調動了學生的參與積極性，助推了實驗活動順利地開展。

五、引導學生在分析數據、得出結論中培養物理思維

分析數據和得出結論是實驗中的重要環節，是培養學生物理思維不可或缺的步驟。如何在數據分析和結論推導中去培養學生的物理思維呢？

收集和整理數據：學生需要收集和整理實驗或觀察得到的數據。教師可以指導學生如何正確記錄數據、進行單位轉換和處理異常值等。通過數據的收集和整理，可以培養學生觀察、記錄和處理信息的能力。

繪制圖表和圖像：引導學生使用圖表或圖像展示數據，如折線圖、柱狀圖、扇形圖等。通過繪制圖表或圖像，學生可以更直觀地理解數據的趨勢、關系和規律。同時，教師可以引導學生分析和解釋圖表中的信息，培養學生的觀察和推理的能力。例如，在探究固體的熔化規律時，要求學生根據實驗數據繪制熔化圖像，引導學生分析實驗圖像，可以判斷出該固體是

分析數據和推導結論：學生需要對數據進行分析和推導，找出其中的規律和關系。教師可以引導學生使用物理公式、模型和理論解釋數據，并進行討論和比較。通過數據分析和結論推導，可以培養學生的邏輯思維和科學推理能力。

歸納和總結：學生在數據分析結束后，可以進行歸納和總結。教師可以要求學生寫分析報告或進行口頭匯報，以總結分析的目的、方法、結果和結論。通過歸納和總結，學生可以對物理知識進行系統的梳理和鞏固，夯實學習基礎。

經過引導，學生在數據分析和結論推導中發現問題、分析問題、糾正問題，可以幫助學生培養物理思維和解決問題的能力。加上教師適當的引導和支持，學生就會積極參與數據分析活動，討論或驗證、歸納或梳理、消化解決問題。這樣，學生可以在實踐中不斷豐富知識，加深認識，提高自己的物理思維能力。

六、結束語

綜上所述，培養學生的物理思維是物理教學的重要任務之一。教師可以通過引導學生提出問題、猜想、設計實驗、解決問題等方式，引導學生積極主動思考；通過設計有趣的小實驗和問題，激發學生的學習興趣；通過組織小組合作學習的方式，培養學生的合作精神和團隊意識；通過師生評價和反饋的方式，幫助學生改進學習方法，提高學習效率。只有通過多種方式的綜合運用，才能真正培養學生的物理思維能力，提升學生的物理核心素養。