基于學生科學思維培養的物理實驗教學

方碧煙

摘 要：實驗和觀察是研究物理的主要方法.物理教學離不開實驗和觀察，要讓學生經歷實驗和觀察的過程，培養學生的科學思維，提高學生物理學科核心素養.教學要以實驗為載體，依據實驗教學內容，培養學生科學推理能力、模型建構能力、科學論證能力、質疑創新能力.

關鍵詞：實驗教學；科學思維

科學思維和實驗探究都是物理學科的核心素養之一，兩者相輔相成，相得益彰.實驗教學是科學思維的基礎和重要載體，實驗與觀察過程，離不開運用科學的思維和方法進行分析和論證.只有不斷開展實驗教學，學生科學思維才能得以持續發展；也只有發展學生的科學思維能力，才能保證實驗教學的不斷升級和深化.

一、在實驗教學中培養學生科學推理能力

物理教學要以實驗為基礎，以正確的邏輯法則為依據，對實驗過程進行深入的抽象分析，培養學生的科學推理能力.如：初中物理《牛頓第一定律》的教學，研究阻力對運動影響，讓學生觀察一輛小車從斜面同一高度，由靜止自由滑下，在光滑度不同的水平面上運動的情況.分析得出：小車在水平面上開始運動的速度相同，但小車在較光滑的水平面上做直線運動，通過的距離較大，速度減小的較慢.在此基礎上，進一步引導學生進行合理的科學推理：如果小車在更光滑水平面上運動，其受到的阻力將更小，通過距離更大，速度減小的更慢.設想小車運動時不受阻力，小車的速度就不會減小，將沿原來的方向永遠運動下去.從而總結牛頓第一定律的內容.學生掌握這種在實驗事實基礎上，進行合理的科學推理方法將受益終身.偉大的物理學家伽利略應用科學的推理方法，解決了物理史上的一個個難題，對物理學和科學的發展做出卓越的貢獻.

二、在實驗教學中培養學生模型建構能力

建立物理模型是物理研究的一種常用方法，在物理實驗教學過程中，要不失時機通過具體的實驗來幫助學生建立物理模型，使相關的實驗得到簡化，提高學生模型建構能力.如：在研究杠桿平衡條件的實驗時，忽略杠桿因受力產生的形變，把杠桿當作無形變的理想化模型.同樣在電學實驗中，一般都沒有考慮導線的電阻；把電流表近似當作是一根導線；把電壓表當作開路處理，從而方便對實驗電路的分析和研究.在光學實驗中，引入“光線”模型，可方便分析光路，研究光的反射和折射現象.可見，實驗教學中建立物理模型，可以使復雜的實際問題簡單化；使抽象的物理問題、現象、過程形象直觀化；使具體的問題普遍化.既可以培養學生的科學思維，又有利于提高學生通過實驗研究物理問題的能力.

三、在實驗教學中培養學生科學論證能力

實驗歸納是科學論證的方法之一，在初中物理教學中，普遍運用直接從觀察實驗結果中分析、歸納、概括而總結出物理規律的論證方法.

例1 在“密度”的教學中，先讓學生“探究同種物質的質量與體積的關系”，讓學生通過對實驗數據的分析得出：同種物質的質量與體積成正比，但質量與體積的比值是一定的.再讓學生“測量同體積不同種物質的質量”，引導學生進一步分析、比較、抽象、概括，揭示密度的屬性.

例2 在“探究凸透鏡成像規律”的教學中，學生通過實驗探究得出凸透鏡成像規律，并記錄在表格上.進一步引導學生通過分析歸納得出：1凸透鏡可以成縮小、等大、放大的實像，也可以成放大的虛像；u=f是成實像和虛像的分界點，u=2f是成放大實像和縮小實像的分界點；2凸透鏡成的實像，一定是倒立的，也一定在物體的異側，凸透鏡成的虛像，一定是正立的，也一定在物體的同側；3在成實像時，物距逐漸變小，像距逐漸變大，所成的像也逐漸變大.

在物理實驗教學中，引導學生運用分析、比較、抽象、概括的思維方法得出物理概念和規律，不僅能使學生明確建立物理概念、規律的事實依據，明確物理概念、規律的內涵，更重要的是發展學生的科學思維，掌握科學的論證方法.

四、在實驗教學中培養學生質疑創新能力

學生實驗過程，尤其是學生探究實驗的過程，需要學生多種感官同時參與，開動腦筋積極思考，迸射思維火花.他們有異想天開的想法，不墨守成規，對教師、教材乃至于已有的實驗方案、數據、結論等會產生懷疑，會自然有創新意識的流露.因此，物理教學要抓好實驗教學，讓學生在實驗過程中去大膽地猜想、假設質疑，去尋找屬于自己的解決問題的方法.使之過程更合理，數據更準確，操作更便捷，方案更優化，培養學生的創新意識和能力.

例3 用伏安法測定額定電壓為U0的定值電阻元件的額定功率實驗中（已知滑動變阻器的最大阻值為R0）.在學生完成根據P=UI原理測量之后，再讓學生思考完成電流表（或電壓表）壞了，在不增加實驗器材的前提下，測定定值電阻元件的額定功率.要求畫出實驗電路圖，簡述主要實驗步驟并寫出額定功率表達式.

學生在教師的引導下，經過小組討論，就電流表壞了這種情景，設計如圖1所示實驗電路，各小組共生成了三種不同的實驗方案，給出三個表達式分別是：P額=U20（U2-U1）/U1R0、P額=2U20（U左-U中）/U中R0和P額=2U20（U中-U右）/（2U右-U中）R0.

就電壓表壞了這種情景，設計如圖2所示實驗電路，各小組也共生成了三種不同的實驗方案，給出三個表達式分別是：P額=U20（I2-I1）/I1R0、P額=2U20（I左-I中）/I中R0和P額=2U20（I中-I右）/（2I右-I中）R0.再組織小組交流，分享學生的創新成果.

例4 在測量液體密度時，為學生提供兩種方案.第一種方案是：1用天平測出空瓶的質量m1，記錄在表格中.2向瓶中倒入適量液體，測出瓶與液體的總質量m2，記錄在表格中.3將瓶中液體倒入量筒中，測出液體的體積V，記錄在表格中.第二種方案是：利用上述器材依次測出瓶和液體總質量M、倒入量筒中的液體體積V、瓶與瓶中剩余液體質量m.要求學生寫出計算液體密度的表達式（用上述物理量符號表示）并比較以上兩種實驗方案的測量誤差.

學生通過動手操作，親身經歷實驗過程，不但使實驗方案更優化、操作更便捷，而且能通過比較、分析得到減小實驗誤差的方法，使測量數據更準確，激發學生的創新意識.

總之，物理教學要認識到實驗教學對培養學生科學思維的作用，抓住學生樂于實驗、樂于探究的心理特點，積極創造條件讓學生多做實驗，激發探究欲望和創新意識，培養學生的科學思維方法，提高物理學科科學素養，為學生的可持續發展奠定基礎.

參考文獻：

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