淺談物理實驗教學中如何提高學生科學思維素養

陳日清

【摘要】本文從培養學生高中物理學科科學思維素養出發，探討了新課標背景下高中物理實驗教學中如何有效提高學生科學思維素養的思路。

【關鍵詞】學科核心素養;科學思維素養

普通高中物理新課標核心是培養學生物理學科核心素養，其中培養學生科學思維素養是主要目標之一。物理實驗是物理教學的基本教學方法。物理實驗為學生創設生動直觀物理情景，培養學生仔細觀察能力和動手操作能力，實現由現象到本質、由感性到理性的認識的質的思維飛躍，是培養學生科學思維素養的重要途徑。傳統物理教學中，教師一般先把實驗的各個環節進行詳細設計，然后學生按部就班做實驗，遇到問題按圖索驥解決。學生實驗缺乏靈活性、探究性和獨創性，容易形成定勢思維，導致學生實驗設計能力、糾錯能力、探究能力不足，無法達到有效提高學生科學思維素養的目的。

一、以實驗設計為抓手，提升獨立思考能力

物理實驗教學中，首先對學生進行啟發引導，控制實驗難度，降低思維階梯，循序漸進提升實驗設計水平，達到培養學生獨立思考能力的目的。實驗設計讓學生體悟到設計必要性和探究價值，激發學生興趣，培養學生獨立思考的習慣。高中物理實驗中，定量性實驗和驗證性實驗是培養學生實驗設計的有效方式。學生實驗設計中，通過適當控制變量，進行前后實驗數據對比分析，可以得到實驗結論。例如，粵教版《高中一年級物理》第四章第二節“牛頓第二定律”實驗教學：

1.如圖所示裝置，保持小車總質量M不變，改變小桶和沙的質量m，從而改變細線對小車的拉力F（當m<

2.保持小桶和沙的質量m不變，在小車上加減砝碼， 改變小車的質量M。然后測出小車的對應加速度a，由多組a、M數據，作出加速度和質量倒數的關系圖線，驗證加速度與質量是否成反比。

筆者讓學生自己設計實驗，驗證結論，然后引導學生思考：1.實驗的對象是誰？它是如何獲得加速度的？2.實驗的對象受何力？如何使其獲得產生加速度的力？

3.實驗中應注意什么問題？然后引導學生應注意小車水平摩擦力平衡問題，對前后實驗結果進行對比。這個過程，讓學生及時驗證自己的設計，提高了興趣，提高了獨立思考能力。進而引導學生：不用小桶和沙，采取逐漸抬高長木板一端的方式，重新進行實驗設計，驗證能否能得出同樣結論。我們不斷的創設情景，引導學生進行實驗設計，提高了學生獨立思考的能力。

二、以實驗問題為驅動，提高科學探究能力

物理實驗中的現象和規律，雖然前人已發現了，但相對學生來說，卻依然是疑惑的。在實驗教學中，引導學生觀察，讓學生主動發現問題，成為發現問題的“獵人”，更能讓學生品嘗到科學問題發現的喜悅，激發其強烈的探究欲望。例如，在高中粵教版《高中一年級物理》（選修2-1）第一章第三節“閉合電路歐姆定律”的探究實驗教學中，我先給各組提供一個相同的干電池讓學生測量。實驗過程中，一些學生采用電流表內接法，一些學生采用電流表外接法，導致彼此的測量結果差異較大，激烈碰撞。由此產生深深的疑問：“同樣的干電池，測量值差別為什么這么大？”“哪一種方式測量值是較準確的？”“如何減少測量誤差？”學生們帶著解決問題的迫切心情，從實驗原理、實驗探究中揭開謎底：電流表的外接法應用于被測電阻阻值很小且接近電流表內阻時;電流表的內接法應用于被測電阻值很大很接近電壓表的內阻時。進而引導學生，僅僅應用電流表或電壓表能否測量電源的電動勢和內阻？至少使用多少個？電路怎樣設計？通過如此反復實驗探究，學生對較靈活準確地測量干電池內阻的問題就有了深刻的認識，有效培養了學生科學探究能力，提高了科學思維素養。

三、以實驗猜想為動力，提升科學思維素養

牛頓說：“沒有大膽的猜想，就做不出偉大的發現”。心理學的研究表明，人們通過想象思維，在頭腦中會創造出某些沒有經歷過或現實中尚未發現的事物的形象。人們借助這種思維（猜想），常能在仔細分析的情況下，迅速對問題的答案作出一些合理的預測或猜想。法拉第根據電能生磁，猜想到磁也能生電，并最終發現了電磁感應定律。因此，在實驗教學中，要鼓勵和引導學生大膽猜想。例如，在粵教版高中一年級物理第三章第四節“力的合成”實驗教學中，在實驗探究“力的合成”的規律中，融合“驗證力的平行四邊形定則”。首先在演示實驗前，向學生提出探究問題：兩個分力與合力關系如何？然后在演示實驗過程中，引導學生進行猜想。學生分小組協作進行實驗探究，在白紙上分別標出合力、分力的大小和方向，觀察它們的幾何圖形，分析數據，驗證猜想，探究出“力的合成的平行四邊形定則”。在這個過程中，學生既親歷了物理實驗探究，又學會了新知識。這樣，不但深化了新知識的理解，而且培養了學生的觀察分析能力，提高了科學探究能力和運用物理實驗獲取知識的能力。進而引導學生：預測和猜想可能是正確或錯誤的，這就要求我們不斷去嘗試和改正錯誤，最終得出正確的答案。愛迪生曾說：“天才是百分之一的靈感，加百分之九十九的汗水”，這就是堅持不懈地進行科學探究的魅力所在，在實驗教學中恰當引導學生，能極大地提高學生的科學思維素養。

總之，在物理教學中，我們要充分地利用實驗教學，不斷引導學生實驗設計，加深對實驗過程理解，經常鼓勵學生，拓寬思維范圍，大膽猜想，培養學生學習物理的良好思維習慣，從而提高學生科學思維素養。

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