以高階思維培養為導向的初中物理實驗教學創新研究

摘" 要：在初中物理實驗教學中，部分學生存在被動接受知識、缺乏主動探索與思考的問題，限制了學生創新能力的發展，影響其對物理學本質的理解.為應對上述挑戰，本文以高階思維培養為導向，從翻轉課堂初步熟識實驗步驟、虛擬演繹強化實驗操作技能等方面，探索有效促進學生批判性思維、創造性解決問題能力以及科學探究精神的方法路徑，以期為初中物理教學改革提供參考和借鑒.

關鍵詞：高階思維；翻轉課堂；虛擬演繹；創新實驗

中圖分類號：G632""" 文獻標識碼：A""" 文章編號：1008-0333（2025）05-0080-03

收稿日期：2024-11-15

作者簡介：余榮興，本科，中小學高級教師，從事初中物理教學研究；張莉，本科，中小學一級教師，從事物理教學研究.

基金項目：江蘇省教育科學“十四五”規劃課題“學以致表：初中物理實驗顯化教學的實踐研究”（課題編號：D/2021/02/105）.

《義務教育物理課程標準（2022年版）》指出，物理課程要培養的核心素養包括物理觀念、科學思維、科學探究和科學態度與責任.其中，高階思維是指發生在較高認知水平層次上的心智活動或認知能力，主要包括創新能力、問題解決能力、決策力和批判性思維能力，不僅是學生解決復雜問題、創新思維發展的關鍵，同時也是學生素養的核心體現.在初中物理學習中，學生需要具備這些高階思維能力才能有效理解和應用物理知識，解決復雜物理問題［1］.傳統的初中物理實驗教學往往聚焦于基礎知識的傳授和簡單操作技能的訓練，雖然能夠為學生理解物理概念提供直觀支持，但僅靠知識記憶和模仿性操作無法滿足實際需求，限制了高階思維發展空間，導致其在面對實際問題時缺乏有效的解決策略.鑒于此，本文旨在以高階思維培養為導向，探索一種更加符合現代教育理念的物理實驗教學新模式，該模式以現代科技為依托，結合信息技術、虛擬現實等先進手段，為學生提供更加豐富、多元的實驗體驗，以促進學生高階思維能力的全面發展.

1" 初中物理高階思維教學目標

初中物理高階思維教學目標設定如下.首先，培養學生的問題意識與探究精神，鼓勵學生從日常生活中的現象出發，提出有意義的物理問題，通過設計實驗來探索答案，這一過程旨在激發學生的好奇心和求知欲，同時促進其科學探究能力的發展［2］.其次，強化學生的批判性思維能力，通過分析、評價物理現象及其解釋，學會質疑和驗證現有理論，能夠獨立思考并形成自己獨特的見解，這有助于學生建立正確的科學觀和價值觀.最后，注重培養學生的創新能力和實踐操作技巧，鼓勵學生在理解基本原理的基礎上嘗試改進或設計新的實驗方案，以此提高問題解決能力，同時為未來的學習和職業發展打下基礎.

2" 以高階思維培養為導向，多點發力達成教學目標

2.1" 創新實驗教學方法，激活高階思維能力

2.1.1" 翻轉課堂，設計實驗

翻轉課堂作為一種新型的教學模式，能夠顛覆傳統的教學流程，使得學生在課前通過自主學習，初步了解實驗步驟，課堂時間更多用于深入討論、實踐操作和問題解決，從而有效提升參與度和學習積極性，促進高階思維的培養.

在具體實施上，教師首先需要在課前準備階段精心設計導學案和自學材料.以蘇科版初中物理九年級上冊“歐姆定律”一課教學為例，導學案應明確實驗的學習目標、重點難點和預習任務，幫助學生構建實驗學習的基本框架.提供自學實驗指南，詳細列出實驗所需器材、實驗步驟及原理（如圖1所示），以便為學生實驗操作提供理論參考.

具體實驗步驟如下：開展歐姆定律實驗以驗證電流（I）、電壓（U）和電阻（R）之間關系時，首先需要準備必要的器材，包括開關、電源、可變電阻器、電流表、電壓表以及導線等，確保所有設備安全無損后將電源、變電器、電流表等按照圖1依次串聯起來形成閉合電路.接著，開啟電源前先將可變電阻器調至最大阻值位置，然后緩緩調節其阻值，每調整一次記錄下對應的電流表與電壓表讀數，重復此過程直至收集到足夠的數據點.最后，根據所記錄的數據繪制U-I特性曲線，通過計算斜率確定電阻值，進而驗證歐姆定律的正確性.實驗過程中注意觀察儀器讀數變化，確保操作安全，避免短路或過載現象的發生.

為進一步加深學生對實驗內容的理解和思考，教師可以設計一份詳盡的預習任務單，如表1所示.

該任務單緊密圍繞教學視頻內容展開，包含一系列關鍵問題，旨在引導學生主動探索實驗的目的、原理及預期結果，不僅能夠促使學生設計實驗及步驟，更能夠激發學生的問題意識，培養其批判性思維和解決問題的能力.進入課堂教學環節，教師可以組織學生分組討論，讓每位學生都有機會分享自己在預習過程中遇到的疑問和見解.這種小組討論的形式不僅為學生提供了一個交流思想、相互啟發的平臺，也讓教師能夠迅速捕捉到學生理解的盲點或誤區.針對討論中出現的共性問題，教師應集中進行講解，通過實例分析、概念辨析等方式進一步解決學生的疑惑，深化其對實驗原理和操作細節的理解.同時，教師可以鼓勵學生之間互相提問、質疑，這種互動不僅能夠增強課堂的活躍度，更有助于學生高階思維的發展，如邏輯推理、創新思維等.

2.1.2" 虛擬演繹，強化操作

以高階思維培養為導向開展初中物理實驗教學時，教師可以引導學生在虛擬環境中演繹實驗過程，使其在掌握理論知識的同時提升實驗操作技能.針對蘇科版初中物理九年級上冊“歐姆定律”一課教學，教師可以首先引導學生接觸并熟悉虛擬實驗室軟件如Phet、Labster等，這些軟件能夠模擬真實的電路構建與測量過程，使學生在計算機屏幕上“親手”搭建電路，調整電阻、電壓等參數，并實時觀察電流的變化情況.此種模擬操作不僅能夠增強實驗現象的直觀性，讓學生能夠從多角度、多層次理解歐姆定律中電壓、電流與電阻之間的定量關系，還可以提高實驗的安全性，避免因操作不當可能引發的電路短路或觸電風險，為學生大膽嘗試和探索提供堅實的保障.

為進一步激發學生的探索欲和創造性思維，教師可以在虛擬環境中設計一系列具有挑戰性的實驗任務.例如，設置一個電路故障排查任務，學生需根據虛擬實驗中電流表和電壓表的讀數異常，分析可能的故障原因，并逐一排查直至電路恢復正常工作.又如，教師可以鼓勵學生通過小組合作設計一套能夠精確測量未知電阻值的實驗方案，要求方案既高效又經濟，同時考慮實驗誤差的最小化.這些任務要求學生不僅要理解基本的實驗原理，還要在操作中進行判斷與創新性思考，從而提升創造性思維和問題解決能力.

通過“虛擬—實踐—反思—再實踐”循環過程，學生能夠在理論與實際操作中逐步提升對實驗技能的掌握，進一步內化科學實驗的嚴謹性和精確性.

2.2" 設計專題練習項目，培養舉一反三思維

舉一反三思維是一種通過理解和掌握一個例子或概念，去理解和解決一類問題或多個相關問題的有效方式.這種思維方法能夠幫助學生將所學知識融會貫通，形成系統的知識體系，并在遇到新問題時能夠靈活應用已有知識，找到解決方案.

在“歐姆定律”教學中，教師在確定專題主題時需要基于新課標和學生思維發展需要，選擇與歐姆定律密切相關的物理專題，例如“探索生活中歐姆定律的應用”.為使學生能夠更好地完成這一任務，教師可將其細化為三個具有挑戰性的子任務，每個子任務都旨在發展學生不同方面的素養.

子任務一：家庭電路安全分析

要求學生調查家中各種電器的工作原理，并計算出它們在正常工作狀態下的電流值.學生在完成這個子任務的過程中，不僅要運用歐姆定律進行計算，還要考慮電路中的電壓和電阻，有助于提高其分析和解決實際問題的能力.

子任務二：節能燈具的選擇與評估

讓學生動手制作一個包含開關、電池、導線和小燈泡的電路.在此過程中，學生需自行設計并調整電路參數以確保小燈泡正常發光，同時記錄實驗過程中的觀察結果.通過親自操作，學生不僅能夠直觀地理解歐姆定律的概念，還可以經歷科學探究的過程，如問題、論證、解釋、交流.

子任務三：創新應用設想

鼓勵學生發揮想象力，提出將歐姆定律應用于新型產品或技術的想法.例如，設計一種可以根據環境光線自動調節亮度的智能路燈系統.此環節強調創意和創新，旨在培養學生的創新能力以及對未來科技發展的洞察力.

3" 結束語

以高階思維培養為導向的初中物理實驗教學，不僅能夠有效激發學生的學習興趣，提高學生的實踐操作能力和解決問題的能力，而且對促進學生形成科學的世界觀、方法論具有不可替代的作用.在這樣的教學模式下，學生不再是被動的知識接收者，而是成為主動探索知識的主體，這種轉變對于學生個人發展乃至整個教育領域都具有深遠的意義.期待更多的教育工作者能夠加入這一領域的研究與實踐中，共同推動我國基礎教育的改革與發展，讓每一個學生都能享受到更加優質、更加個性化的教育資源.

參考文獻：［1］ 張考.基于深度思維培養的初中物理實驗教學策略研究［J］.當代教研論叢，2024，10（07）：46-49.

［2］ 許映桐.指向高階思維的初中物理實驗教學研究［J］.文理導航（中旬），2024（05）：16-18.

［責任編輯：李" 璟］