在物理實驗教學中培養學生思維能力的實踐研究

符瑞斌

【摘要】物理是以實驗為基礎的自然學科，高中學生學習物理感覺難度大，理解困難，與學生在學校的學習不重視實驗有一定的關系。教師應用好實驗教學資源，像科學家一樣對待科學，優化學習物理的過程，幫助學生學好物理，愛學物理。

【關鍵詞】高中物理；實驗教學；科學思維；實驗素養

有人認為只要大量刷題，就能提高分數，實驗是在浪費時間，不重視物理實驗的現象比較普遍。然而提高物理教學效率，提高學生科學素養的有效方法正是加強物理實驗教學，筆者用課堂教學案例闡述如何利用物理實驗教學培養學生的思維能力、探究能力和動手操作能力。

一、物理實驗在高中物理學習中的重要性

1.學習科學家的科學精神，增強學習動力

物理基本概念建立、基本規律的發現，總是與科學家的探究實驗有著密切關系，他們在平時生活、生產和科學研究中發現問題引發了探究欲望，便會提出合理的、大膽的猜想，并建立模型，擬定實驗方案，多次實驗，不斷修訂方案，驗證猜想，得到物理規律。探究未知的過程充滿艱辛，留下汗水，也經歷過失敗，最終獲得成功的喜悅?？茖W家吃苦耐勞的精神、克服困難的勇氣、鍥而不舍的意志都是高中生學習物理知識時必備的品質，了解物理學發展歷史，理解科學家的研究方法、思維過程，也是學習物理的重要途徑?？梢姡瑢W習物理并不是刷題這么簡單，盲目刷題就是空中樓閣，是功利主義的表現，不重視物理實驗的學習，不能產生濃厚學習興趣，缺乏學習動力，也難以掌握思維方法，不能學以致用，當然就感到學習困難了，更不會在今后的工作中有很強的解決問題的能力。

學生若喜歡上實驗，就會對身邊的事物產生好奇心，會嘗試用物理知識解釋現象，也會關心科技的發展，自然就加強了自身的物理觀念，強化了科學思維，物理學科素養得到提高。其課堂學習也會更積極主動，交流討論成為常態，并學會舉一反三，讓學習事半功倍。

2.有利于邏輯思維的培養，提高學生學習興趣

不少厭學的學生是因為物理課不做實驗，教師僅在黑板講授理論知識，致使學生無法理解透徹。因此教師必須重視實驗教學，讓學生喜歡物理實驗，喜歡學習。

通過實驗教學讓學生喜歡上物理之后，再引導學生帶著問題設計實驗，逐漸訓練學生的邏輯思維縝密性，了解實驗探究科學奧秘的過程與方法，即了解實驗目的，懂得選擇實驗儀器，理解實驗原理，會設計實驗步驟，并在實驗中想方設法減小誤差，應用數學知識處理數據得到實驗結論。實驗過程可以幫助學生有效地鞏固物理知識，也可以跟其他實驗方法加以對照，將零碎的物理知識串聯起來，使得物理知識學習更具邏輯性，能幫助學生實現物理知識的遷移與靈活應用。

實驗教學是多樣化教學的重要方式之一，教、學、評是一個整體，學生在平時學習物理知識過程中，如果都是教師講、學生聽，教學方式太單一，太枯燥，天天死記硬背，學生怎么會有興趣學習？這種學習方式必然效率很低。因此，通過圍繞高中物理知識點來開展創新實驗，使得物理知識的整個學習過程變得更加有趣了，學生也可以通過自己動手的方式來完成創新實驗，從中獲得快樂和自信。

例如學習重心、平衡、振動等物理內容時都可以做小實驗，如用折疊小刀，以銳角方式插入鉛筆筆尖附近，使小刀和鉛筆成為一體，并讓小刀成半折疊狀態，這樣鉛筆的筆尖就能立在手指上形成不倒翁了。此外，開放物理實驗室，學生可以在親自完成物理實驗的過程中再次加深對物理知識的印象，提高學生的動手能力，培養學生的物理核心素養，學生也能樹立起學習物理知識的信心。

3.幫助學生抓住物理學習的主線

由于物理學是以實驗為基礎的自然科學，重要的概念和規律大都與實驗相關，若平時重視實驗的學習，就會把握物理學習的重點，達到良好的學習效果。對課本上的實驗加以思考、創新，也是一種思維提升的學習方式，學生能夠更好地理解物理知識中的難點以及重點內容，并能對重點以及難點知識進行針對性練習，實現對難點內容的掌握。

例如學習牛頓第二定律時，教材編寫了兩個實驗方案，每個實驗方案都反映了不同的思路，但都是圍繞測量加速度進行的。方案一，利用運動學的位移公式，通過比較兩個不同質量的滑塊在相同時間內的位移，得到兩個滑塊的加速度之間的關系；方案二，利用打點計時器記錄小車在不同時間內的位移，用位移公式和速度公式，計算加速度。此外利用光電門、氣墊導軌、傳感器等儀器也能設計實驗，為學生的學習打開了思路。

利用實驗突破學生的學習難點。如關于滑動摩擦力方向的判斷，可能與運動方向相同，也可能與運動方向相反，但一定與相對運動方向相反。用物塊、木板做個實驗，進行仔細觀察、思考、討論，就能很好地突破難點了，也為靜摩擦力方向、電磁感應現象中線圈或電磁鐵受到的磁場力（安培力）方向的判斷掃清障礙。

二、在物理實驗教學中提高學生思維能力的策略

1.引導學生設計合理實驗步驟，培養邏輯思維能力

實驗步驟的設計應采用整體思維，實驗的各步驟之間應存在關聯性。在物理實驗課中，學生理論聯系實際，學以致用，驗證所學知識；也可以發現問題，探究解決方案。例如使用打點計時器時，觀察所用的電源是直流電還是交流電？先釋放小車還是先接通電源呢？還是都可以？這樣的問題讓學生思考、操作，教師沒必要講解，學生親自做實驗，學生經過實驗、思考，經歷體驗性學習，對所學知識才會印象深刻。這樣能幫助學生培養發現問題、思考問題的習慣，通過動手實踐掌握最基礎的高中物理知識，為今后學習物理打下堅實的基礎。

先思考清楚再觀察實驗現象，記錄實驗結果，處理實驗數據，得出實驗結論。這是實驗課的基本要求。又如學生在開展“利用單擺測定重力加速度”實驗時，教師提出啟發性的問題：觀察擺球做的運動是不是直線運動？是不是在同一豎直平面內的運動？還是做橢圓運動？再提出實驗操作的技巧問題：怎么操作能減少實驗誤差？怎樣保證擺角在小角度范圍？幫助學生將平時所學習到的物理知識與物理實驗有機融合起來，單擺實驗要在豎直平面內完成擺動，通過嚴謹的實驗可以很好地培養學生的科學態度。

另外本實驗中可引導學生應用“比較法”再思考另一個問題：本實驗是用累計法測量單擺周期的，設計測量一頁紙張的厚度的實驗，怎么做到誤差小？通過本實驗的學以致用學生實現了對物理知識的有效運用、整合，學生感悟到測量微小量可以應用累計法以達到減小實驗誤差的目的，從實驗中獲得成功的喜悅。

2.實驗教學中發現問題，培養敢于質疑的科學精神

實驗教學在培養學生物理學科素養和科學態度方面有不可替代的作用。在重視學習教材的同時敢于挑戰權威，質疑教材。

例如課本“單擺”這節內容第3題，由圖像中得出單擺的周期8秒，振幅1厘米。從實際實驗操作考慮，若按照這個數據進行實驗，測量重力加速度，其實驗過程誤差將比較大，甚至難以進行實驗，可見挖掘實驗的教育價值十分必要。

將習題與實驗比較之后對某道高考題也應提出質疑：速度圖像顯示，汽車勻加速運動4小時，速度達到60km/h。若學生能思考：這在實際生活中存在嗎？讓學生在敢于質疑，積極思考中提升探究能力。久而久之，學生會形成用實驗研究的習慣進行自主實驗，提升學生的自主創新能力。此外，在這一過程中，學生可以掌握高中物理知識中的重點以及難點，也可以在出現了實驗錯誤之后及時改正錯誤，在實驗中幫助學生積累物理學習經驗。例如進行“伏安法測電阻”的實驗之后，學生能更好地理解物理模型與進行誤差分析。可見通過實驗學習物理，可以很好促進學生對高中物理理論知識的學習，有利于難點知識的突破。

3.實驗教學中教授科學研究方法，培養科學探究能力

提高學生的學習能力，需要教師對教材進行再創造。如學習“自由落體運動”時，教材只簡單提到牛頓管實驗，但沒有具體的操作方法，需要教師按照實驗基本要求完善演示實驗。不是只做一組數據，而是多做幾次對比實驗，觀察輕重不同物體在有無空氣阻力時的運動情況，并得到玻璃管內的空氣越少，重的物體與輕的物體下落快慢的差別逐漸減小的結論，再合理外推得到沒有空氣阻力時，所有物體自由下落一樣快的結論，在實驗過程中體現科學研究的方法，學生在課堂上明白了這個實驗也是一個思想實驗，這就是教師創造性地使用課本，提高學生思維能力，舉一反三的例子。

課本中有制作“反應時間測量尺”的習題，師生一起按照實驗報告的格式完成它：列表描點、畫位移圖像。把表格中計算的數據描在紙帶上，學生會發現它跟勻變速直線運動的紙帶非常相似。

例如組織實驗“探究物體加速度與力的關系”時，不是讓學生對照教師給出的步驟按部就班進行實驗，而是要科學設計思考問題：實驗時為什么把長木板設置成斜面進行實驗？實驗時為什么繩子拉力就是小車的合力了？若改變車的質量，需要重新“平衡摩擦力”嗎？這些問題通過實驗的探究讓學生比較容易理解。另外，在學習“摩擦力”時，可以增加一個探究實驗：小車在長木板上，傾角從0度逐漸增大，觀察小車先相對長木板靜止、再滑動。讓學生以這個實驗為背景理解靜摩擦和動摩擦就不那么難了，也為今后做相關的練習題進行了鋪墊。

綜上所述，堅持有意義的物理實驗教學研究，改變觀念，不斷創新，是立德樹人的需要，是為黨育人、為國育才的需要。在高中物理教學過程中，教師設計因人施教的多樣化教學方式，堅信有探究價值的物理實驗課堂是有意義的，堅持做好演示實驗、學生實驗和課外實驗，認真備好實驗課，滿足學生學習需要，引導學生學會物理，會學物理。讓物理實驗優化課堂設計，通過實驗過程讓學生的解決問題能力和動手能力得到提升，使其邏輯思維、創新思維、批判思維得到有效增強。通過實驗教學，創設“老師教得不累、有成就，學生學得舒服、有興趣”的高效課堂，追求“簡單且深刻，簡約有邏輯”的教學效果，形成“友愛、歡笑、學習”的新時代師生關系。

【參考文獻】

[1]房超平.思維第一，全面提升學習力[M].北京：教育科學出版社，2018.

[2]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2020.

[3]中華人民共和國教育部.中國高考評價體系[M].北京：人民教育出版社，2019.

[4]李春密.核心素養導向的高中物理教學設計[M].北京：北京師范大學出版社，2019.

[5]劉俊.運用創新實驗，提高高中物理復習質量[J].數理天地（高中），2022（06）.