物理實驗教學中思維先行的有效策略

盛建國

摘 要：在物理實驗教學中，我們應該倡導思維先行的理念。動手實踐固然是重要的環節，但在實驗器材的選擇、實驗方案的設計、實驗結論的歸納中，思維先行無處不在。只有通過基于高階思維的分析與思考，明確了實驗要研究什么問題、如何進行研究、收集哪些證據、得到什么結論等環節，才能促進深度學習的發生。

關鍵詞：思維先行;初中物理;實驗教學;有效策略

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1992-7711（2020）09-077-1

科學思維和科學方法是科學素養的核心要素之一，發展學生的思維能力是物理教學的重中之重。因此，在實驗過程中，教師應克服急于求成的思想，排除教師越俎代庖的現象，貫徹思想指揮行動的理念，落實思維先行的原則，以思維發展引領教學，促進物理深度學習的真正發生。

一、思維先行：實驗器材不要急于直接呈現

1.問題呈現：學生不知實驗中為何要用斜面。

例如：關于“探究動能的大小與哪些因素有關”的實驗，曾有這樣的考題：在探究動能的大小與質量關系的實驗中（如圖所示），實驗中使用斜面的作用是 。對于實驗中為什么要用斜面，許多學生根本不知原因，甚至許多教師由于教學中不重視實驗的思維過程，看到本題也是一愣，需要認真思索才能體會題目的精妙。

2.原因分析：實驗的器材選擇蘊涵科學方法。

那么，為什么學生一開始并不知道實驗中使用斜面的目的呢？因為許多教師一上來就出示了斜面、小球和木塊等實驗器材，學生的思維也就被禁錮在利用教師提供的器材設計實驗，當問到斜面在本實驗中的作用時，自然無從回答。其實在這里，使用斜面是為了控制小球到達水平面的初速度相同，因為在探究動能和質量關系時，我們需要改變質量，但需要控制速度相同，而怎樣控制兩個質量不同的小球以相同速度撞擊木塊呢？讓它們從同一斜面的同一高度下滑是最簡便、可行的方法。

3.改進策略：教學中實驗器材不要橫空出世。

基于上述原因，我們在該實驗的教學中應該這樣做：教師先不出示斜面，當學生提出動能大小與質量和速度有關的猜想時，教師請學生思考，如何探究小球的動能與速度的關系？要控制什么，改變什么，如何反映小球動能的大小？這里就涉及到控制變量法和轉換法這兩種科學方法。然后請同學到講臺前來展示實驗過程并作講解。在探究動能和速度關系時，學生回答要控制質量不變，改變小球的速度，比較小球動能的大小（看木塊被推開的距離）。具體做法是，用同一小球（質量不變），用不同的力推小球，使其以不同速度運動并撞擊木塊，可完成實驗;在探究動能與質量關系時，學生回答要用兩個質量不同的小球，控制它們用相同的速度撞擊木塊，這時，問題就出現了：怎樣控制兩個質量不同的小球以相同速度撞擊木塊？學生會發現靠用手推球根本無法做到（沒有可操作性），這樣，學生也體會到實驗方案設計中還要考慮其可操作性，這時，教師再適時補充知識：質量不同的小球，從同一斜面的同一高度下滑時，其到水平面的初速度是相同的。因此，在這個實驗中，我們使用了斜面。這樣，學生對斜面的作用理解深刻，而且對于科學方法也有了更深入的理解。

二、思維先行：實驗方案不要急于和盤托出

在“測量液體的密度”實驗中，在先請學生設計實驗方案階段，學生在剛開始并不會意識到實驗操作產生誤差的問題，通常設計出如下方案（如圖所示）：步驟一.用調節好的天平稱出空燒杯的質量m1;步驟二.將待測液體倒入空燒杯中，測出液體和燒杯的總質量m2（將m2-m1得到液體質量）;步驟三.將燒杯中液體倒入量筒中，測出液體的體積V。最后用（m2-m1）/V算得待測液體的密度。這樣的思路代表了絕大多數學生的初期設想，思路清晰，理論可行，得到大家的認可。但有些教師為了追求所謂的教學速度和效率，在學生設計方案時就直接進行打斷、干預和提示，這樣雖然學生做出來了，但卻使學生錯失了思維訓練的機會。

正確的做法應該是遵循學生的思維發展規律，首先肯定學生的設計理論可行，在此基礎上請學生思考：該方案所測得的液體密度是否因為方案原因產生了誤差？這種由于設計方案導致的誤差能否通過優化實驗方案，變換實驗步驟來改進？怎樣解決“燒杯中液體倒不干凈的問題”？在學生進行認真思考、積極討論的基礎上，能給出正確的優化方案：先測燒杯和液體的總質量，再將部分液體倒入量筒中測其體積，最后再測燒杯和剩余液體的總質量。在實驗方案的互評與分享中，學生發現，原來將實驗步驟稍加變換，就巧妙地解決了問題，減小了實驗的誤差，從而體會到實驗方案設計的重要性，理解了實驗誤差的相關知識。

三、思維先行：實驗結論不要急于越俎代庖

在實驗總結階段，我們應該引導學生自主歸納實驗結論，這對學生而言，是一個非常好的鍛煉與分享機會。因為數據的對比分析、結論表述的規范嚴謹、科學方法的體現等，都可以在實驗結論總結階段進行教學滲透。但在物理課堂上，許多教師往往不重視實驗數據出來以后的實驗總結階段，甚至在公開課上，因為趕時間、怕學生講錯等原因，教師越俎代庖，代替學生說出實驗結論的情況也是經常可見。

盡管實驗教學中肯定要預留足夠的時間讓學生親歷實踐體驗和科學探索的過程，但實驗探索應該在思維指導下進行，并服務于學生思維發展的目標。因此，在物理實驗教學中，讓思維先行的理念應該根植于我們的教學意識中，體現在我們的教學設計中，落實在我們的課堂教學行為中。只有思維指引下，并指向思維發展的實驗教學，才能真正促進深度學習，成為培育核心素養的有效載體。

基金項目：本文系江蘇省教育科學十三五規劃重點資助課題“基于經驗學習的初中理科教學研究”（初中專項，課題編號：E-a/2020/06）的階段性成果。

（作者單位：蘇州市吳江區平望第二中學，江蘇 蘇州215221）