高中物理實驗教學中培養學生科學思維的探究

摘 要：通過實驗，學生不僅能夠親身體驗物理原理的實際應用，還能在動手操作的過程中鍛煉分析問題和解決問題的能力。本文旨在探討高中物理實驗教學中如何巧妙融入科學思維的培養，從而幫助學生建立起更加嚴謹、系統的科學思維方式。

關鍵詞：高中物理；實驗教學；科學思維

為深入推進課程與教學改革，充分展現各學科在貫徹黨的教育方針、實現德育目標以及提升學生綜合素養方面的獨特作用，新課程標準對學科本質進行了深入探索，并構建了完備的核心素養體系。在這一體系中，“科學思維”作為物理學科核心素養的不可或缺的一部分，受到了廣泛關注。它的目的在于為學生的物理學科核心素養的全面發展奠定堅實基礎，并突出強調物理實驗在教學中的重要地位及其深遠的教育意義[1]。

一、物理實驗教學在培養學生科學思維過程中的作用

（一）提升思維的邏輯性與嚴謹性：在物理實驗教學中，學生被要求按照科學的方法論去設計實驗方案，這一過程不僅要求學生深入理解實驗目的和原理，更需他們邏輯清晰地規劃實驗步驟。隨后，收集實驗數據并進行分析成為訓練學生邏輯思維的關鍵環節。學生必須學會如何從繁雜的數據中提煉出有用信息，通過邏輯推理得出結論。而在整個實驗過程中，對變量的嚴格控制和對實驗結果的精確追求，無疑對學生思維的嚴謹性提出了高要求。這種嚴謹性的培養，不僅有助于學生在物理學科上的深入探究，更將對他們未來的學術研究和職業發展產生深遠影響。

（二）培養探究精神與創新意識：物理實驗教學的魅力在于它鼓勵學生自主探究，這種教學方式極大地激發了學生的好奇心和求知欲。通過親身實踐，學生不僅能夠直觀地感知到物理現象的奧妙，還能在解決問題的過程中領略到科學探究的趣味。這種探究精神的培養，使學生在面對未知時更加勇敢和自信。同時，實驗教學還為學生提供了一個開放的創新平臺。在這里，學生被鼓勵在遵循科學原則的前提下，勇于嘗試新的實驗方法，探索未知的物理領域。這種自由探索的氛圍，極大地激發了學生的創新意識，為培養新時代的創新型人才奠定了堅實基礎。

（三）強化實證意識與批判性思維：物理實驗教學的核心在于實證，它要求學生以事實為依據，通過實驗數據來驗證理論或假設的正確性。這種對真實性和客觀性的追求，深刻地影響了學生的思維方式，使他們逐漸形成了基于證據進行推理和判斷的習慣。同時，實驗教學還注重培養學生的批判性思維。在實驗中，學生不僅需要對實驗數據進行深入分析，更需要學會對現有結論進行審視和質疑。這種批判性的思考方式，使學生能夠更加理性地看待問題，不盲從權威，敢于提出自己的見解。這種思維方式的養成，對于學生未來的學術發展和社會參與都具有重要意義[2]。

二、科學思維視域下物理實驗教學的實施要點

（一）深入挖掘實驗的深層教育意義

在科學思維視域下，物理實驗教學的實施要點之一是深入挖掘實驗的深層教育意義。這要求教師不僅將實驗視為傳授知識的手段，更要看到其中蘊含的科學方法、科學態度和科學探究精神。通過引導學生參與實驗設計、操作和分析，培養他們的觀察力、分析力和創新思維，從而在動手實踐中深刻理解和體驗科學思維的精髓，提升他們的科學素養。

（二）突出物理實驗的探索性本質

在科學思維視域下，物理實驗教學的另一實施要點是突出物理實驗的探索性本質。教師應鼓勵學生通過自主設計實驗方案、動手操作實驗儀器、觀察記錄實驗現象，并嘗試解釋實驗結果，從而深入探索物理規律。這種探索性的實驗教學方式不僅能夠激發學生的學習興趣和求知欲，還能培養他們的科學思維能力和創新精神，使他們在實踐中不斷發現問題、解決問題，進而提升對物理學科的理解和掌握。例如：在“探究加速度與力、質量的關系”實驗中，學生可以自主設計實驗方案，通過實驗操作和數據分析，親身感受物理規律的發現過程。

（三）尊重學生主體，實施個性化教學

在科學思維視域下，物理實驗教學的實施要點之三是尊重學生主體，實施個性化教學。這意味著教師應充分認識到每個學生都是獨特的個體，具有不同的興趣、能力和學習風格。因此，在物理實驗教學中，教師應根據學生的實際情況和需求，提供多樣化的實驗項目和教學方法，以滿足他們的個性化學習需求。通過實施個性化教學，教師能夠更有效地培養學生的科學思維能力，激發他們的創造力和探索精神，使他們在物理實驗中獲得更全面的發展。例如：在“測量電源的電動勢和內阻”實驗中，教師可以根據學生的實際情況，提供不同難度的實驗方案和器材，讓學生在完成實驗的過程中實現個性化發展。

（四）融合現代教育技術，豐富實驗教學手段

在科學思維視域下，物理實驗教學的實施要點之四是融合現代教育技術，豐富實驗教學手段。隨著科技的不斷發展，現代教育技術為物理實驗教學提供了更多可能性。教師應積極引入數字化實驗設備、虛擬仿真軟件等先進工具，與傳統實驗手段相結合，從而為學生創造更加真實、直觀且互動性強的實驗環境。這種融合不僅能夠提升實驗教學的趣味性和有效性，還能幫助學生更好地理解和掌握物理原理，培養他們的科學思維能力和創新精神。例如：在“研究平拋運動”的實驗中，教師可以利用計算機輔助教學軟件模擬平拋運動過程，幫助學生更直觀地理解物理現象和規律[3]。

三、基于科學思維培養的高中物理實驗教學策略

（一）創設情境并提出問題，培養學生解決問題的能力

在當前教育的大背景下，情境化教學已成為一種趨勢，被廣大教育工作者所推崇。特別是在高中物理實驗教學中，這種教學方法顯得尤為重要。為了讓學生能夠更加直觀地理解和掌握物理知識，教師應當精心創設與學生生活實際緊密相連的實驗場景。通過構建一個生動的、貼近學生日常生活的實驗情境，教師可以輕松地引出與實驗內容緊密相關的物理問題。這些問題不僅具有針對性，而且能夠激發學生的學習興趣和好奇心。在情境中，學生會更加主動地深入思考問題，努力做出合理的假設，并積極尋求問題的答案。

例如：在進行“研究電磁感應現象”的實驗時，教師可以通過模擬現實生活中電動車的工作原理來創設一個具體的情境。在這個情境中，教師可以自然地引出與電磁感應相關的各種問題，如“為什么電動車在行駛過程中能夠產生電流？”“電磁感應是如何在電動車中發揮作用的？”等。在思考和解決這些問題的過程中，學生不僅能夠更深刻地領悟電磁感應的物理本質，還能切實增強自己處理實際問題的能力。這種能力不僅僅是對物理知識的掌握，更是一種綜合應用知識、分析問題和解決問題的能力，對學生未來的學習和生活都具有重要意義。

（二）重視實驗方案設計，提升學生科學推理能力

科學推理作為科學思維的核心，對于培養學生的邏輯思維和問題解決能力至關重要。在高中物理實驗教學中，教師應深刻認識到實驗方案設計的重要性，并將其視為提升學生科學推理能力的核心環節。為了實現這一目標，教師需要積極引導學生深入參與實驗方案的設計過程。這不僅僅意味著讓學生按照已有的步驟進行操作，更重要的是鼓勵他們獨立思考，提出自己的設想，并通過科學推理來驗證這些設想的可行性。在這個過程中，學生不僅能夠加深對物理知識的理解，還能學會如何運用科學方法進行邏輯推理和問題解決。

以“自由落體運動”的探究實驗為例，教師在初步闡釋相關物理概念和原理后，可大膽放手，讓學生自主規劃實驗方案。在此過程中，學生需深入思索如何精準操控各類變量、如何挑選適宜的實驗器具以及如何明確有效的測量方法，這些環節均構成了錘煉其科學推理能力的寶貴機會。隨后，通過實驗數據的細致收集與深入分析，學生可進一步驗證自身推理的準確性，并在此基礎上不斷修正和優化實驗方案，從而實現科學思維的全面提升。通過這樣的教學方式，學生不僅能夠在實踐中掌握物理知識，更重要的是能夠培養出嚴謹的科學態度和強大的科學推理能力。這些能力將伴隨他們未來的學習和職業生涯，成為他們不斷探索和創新的重要支撐。

（三）論證實驗原理，強化學生科學論證能力

在高中物理實驗教學中，論證實驗原理的合理性與可行性是極為關鍵的一環。通過這一環節，學生不僅能夠深化對物理原理的理解，更能夠有效地提升自己的科學論證能力。這種能力的提升，有助于學生形成嚴謹的科學態度，提高分析問題和解決問題的能力。為了強化學生的科學論證能力，教師應鼓勵學生對實驗原理進行深入的探討和研究，引導他們運用邏輯思維和科學方法，對實驗原理進行嚴謹的論證。同時，教師還可以組織學生進行小組討論和交流，讓他們在互相啟發和辯論中，不斷完善自己的論證過程，從而更有效地提升科學論證能力。

以“驗證機械能守恒定律”的復雜實驗為例，學生首先需深入理解機械能守恒定律的核心原理，并依據這些原理構思出切實可行的實驗方案。在實驗的執行階段，他們必須精準測量各項關鍵數據，如物體的精確質量、起始與終止高度以及瞬時速度等，同時嚴格遵循實驗操作的規范流程，以確保實驗結果的準確性并最小化誤差。實驗結束后，學生還需對所得數據進行系統而詳盡的分析，通過嚴謹的科學推理來驗證機械能是否在實驗過程中保持守恒，這一過程不僅鍛煉了學生的實驗技能，更提升了他們的科學論證能力。通過這樣的教學方式，學生不僅能夠親身參與到科學探索的過程中，更能夠在實際操作中不斷提升自己的科學論證能力。這種能力不僅對學生當前的物理學習具有重要意義，更將為他們未來的學術研究和職業發展提供有力支持。

（四）引導誤差分析，培養學生批判思維與科學態度

在實驗過程中，誤差是不可避免的，但如何正確對待和處理誤差，卻是學生需要學習和掌握的重要技能。教師應當指導學生分析誤差的來源，可能是儀器精度問題、操作不當、環境變化等多種因素導致的。接著，教師需要引導學生評估這些誤差對實驗結果的影響，判斷哪些誤差是可以通過改進實驗方法或提高儀器精度來減小的，哪些則是系統誤差，需要通過更復雜的數據處理方法來校正。在這一過程中，學生不僅需要運用所學的物理知識，還需要發揮批判性思維，對實驗結果進行審慎的判斷和分析。

以“測量電源的電動勢和內阻”實驗為例，教師可以先放手讓學生自行進行實驗操作。在實驗過程中，學生需要仔細記錄所有的實驗數據，這不僅是為了后續的數據分析，更是為了培養學生嚴謹的實驗態度和精細的實驗操作習慣。實驗結束后，數據記錄完成，但這并不意味著實驗的終結。相反，這恰恰是另一個重要學習環節的開始。此時，教師應引導學生對之前記錄的實驗數據進行詳細的誤差分析。這一步驟至關重要，因為它不僅涉及對實驗結果的準確評估，還是鍛煉學生批判性思維和問題解決能力的絕佳機會。為了引導學生進行深入的誤差分析，教師可以提出一系列引導性的問題。例如：“你的測量結果與理論值或已知的真實值之間是否存在偏差？如果存在，這些偏差的可能來源是什么？”這樣的問題促使學生去審視自己的實驗過程，思考可能導致誤差的各種因素，如儀器的精度限制、環境溫度的變化、操作過程中的微小失誤等。接著，教師可以進一步提問：“如何改進實驗方法或提高儀器精度來減小這些誤差？”這一問題則鼓勵學生發揮創造性，思考如何通過調整實驗條件或使用更先進的儀器來提高實驗的準確性。通過這一系列的討論和思考，學生可以更加深入地理解誤差的來源和影響，這不僅有助于他們提出有效的解決方案來改進未來的實驗，更重要的是，能夠培養出他們嚴謹求實的科學態度和批判性思維。

（五）激勵實驗創新，激發學生創新思維

創新思維作為科學思維的高級形式，是推動科學進步和社會發展的重要動力。在高中物理實驗教學中，教師可以通過激勵學生進行實驗創新設計，有效激發學生的創新思維，為他們未來的學術研究和職業發展奠定堅實基礎。為了實現這一目標，教師需要為學生提供一個開放、包容的實驗環境，鼓勵他們勇于嘗試、敢于創新。在這樣的氛圍中，學生可以充分發揮自己的想象力和創造力，經由自主思索與親身實踐，發掘嶄新的實驗議題、構思創新的實驗設計。這一過程不僅鍛煉了學生的實踐能力，更培養了他們的創新意識和創新能力。

以“探究單擺的運動、用單擺測定重力加速度”的實驗為例，教師可以先向學生介紹基本的實驗原理和方法，然后鼓勵他們在此基礎上進行創新。學生可以嘗試使用不同的材料制作單擺，或者改變實驗條件來觀察單擺運動的變化。此外，教師還可以引導學生思考如何改進實驗方法，以提高測量的準確性和精度。在學生的創新性實驗進程中，教師應提供及時的引導與援助，協助他們克服遭遇的難題與困境。同時，教師還應該對學生的創新成果給予充分的肯定和認可，以激發他們的創新熱情和自信心。通過這樣的教學方式，學生不僅能夠在實驗中深化對物理知識的理解，更重要的是能夠培養出強烈的創新意識和創新能力。這些能力將伴隨他們走向未來，成為推動科學進步和社會發展的寶貴財富。

結束語

綜上所述，通過高中物理實驗教學的實踐與探索，可以看到，科學思維的培養是一個系統工程，需要教師在教學過程中精心設計、巧妙引導。實驗教學不僅讓學生感受到了科學的魅力，更在潛移默化中提升了他們的科學素養和科學思維能力。展望未來，物理教師應在實驗教學中繼續深耕細作，為培養出更多具備科學精神和創新能力的人才貢獻力量。

參考文獻

[1]諸杰.科學思維指向下的高中物理實驗教學設計探究：以“楞次定律”為例[J].數理化解題研究，2024（3）：78-80.

[2]高濱.高中物理實驗教學中培養學生科學思維的策略[J].數理天地（高中版），2024（4）：104-106.

[3]王艷梅.指向科學思維培養的高中物理教學設計研究：以“牛頓第二定律的應用”為例[J].物理之友，2024（1）：50-54.