初中物理實驗教學中學生思維能力的培養

李紅君（江蘇省徐州市鼓樓區楊屯中學）

隨著課程改革的逐漸深化，新課程對初中物理教師組織實施物理實驗課堂教學提出了更高的要求。培養學生的思維能力，是教師組織物理實驗教學、引導學生探索實驗的主要目的之一。以蘇科版《義務教育教科書·物理》八年級下冊（以下統稱“教材”）第六章“物質的物理屬性”的教學為例，教師根據物體的密度有關的實驗活動，提出能夠引起學生思考且層次不同的問題，逐級引領學生探究，實現對學生思維能力的培養。

一、觀察物理實驗思考問題，啟發學生的思維能力

根據教材第六章“物質的物理屬性”中關于物體密度的測量、應用、單位、含義等內容，教師設計了“小石頭的密度實驗”。

在實驗之前，學生已經理解了密度的概念，知道密度是物質的一種屬性，也通過之前的學習掌握了密度的寫法與讀法，會進行不同密度單位之間的換算，能夠初步運用密度公式完成簡單的計算。這些都是學生參與這次實驗活動的知識基礎，也是接下來教學中學生觀察實驗現象、思考問題、提出疑問的條件保障。

“小石頭的密度實驗”活動中，教師先在學生面前展示對石頭密度的測量過程，并提出問題：我的測量方法對嗎？你們可以結合之前學習的知識自己設計出一組測量石頭密度的實驗方案嗎？

各小組學生交流討論，對教師提出的問題進行思考。學生交流成果如下。

A 組學生表示：老師的測量方法是通過計算已知數據而得結果，我們還可以利用實驗的方法知道小石頭的密度。

B 組學生表示：根據老師的實驗原理，我們認為可以按照一定步驟進行設計。B 組學生設計實驗的操作步驟為：（1）根據教材中的密度測量方法準備實驗工具；（2）調節天平平衡，測量石頭的質量；（3）在量筒中倒入水，使用細線綁住石頭，將石頭緩緩下降到量筒中，讓石頭被水完全浸沒；（4）讀取量筒中的數據變化，利用數據差值獲取石頭的體積，利用體積與質量數據，采用公式計算密度。

學生根據教師的問題思考測量小石頭密度的思路，靈活利用已經學習的知識完成知識遷移，解決實際問題。這樣的思考過程既是學生的知識遷移過程，也是學生的思維活動過程。教師引導學生利用已學知識，啟發學生思維，促使學生的實驗思維、邏輯思維、科學計算思維活躍起來。

二、思考多層次問題表達想法，發展學生的思維能力

學生思維能力的發展并不是跳躍式的，是隨著教師的引導、對各種問題的思考逐漸發展的，呈現一種動態化的特性。教師結合具體的課堂教學實際情況，面向學生提出多層次問題，以追問的形式激發學生思考，驅動學生不斷深入思考，逐層加深對問題的思考深度，促使學生在不斷深入思考的過程中自然解決問題，實現思維能力的發展。

“小石頭的密度實驗”教學活動中，在學生已經設計出自己的密度測量方案后，教師設置如下。

追問1：為什么要在量筒里面注入清水？水量對測量效果有影響嗎？

追問2：若先在量筒內裝水，測量水體積變化之后再測量石頭的質量，可以這樣操作嗎？會有什么變化？為什么？

追問3：若想要測量一些較大物體的體積，這個實驗還可以使用嗎？如何優化呢？

追問4：若想要測量泡沫等不會沉到水下的物體，該如何優化實驗呢？

在教師的多層次追問之下，學生陷入思考。在這一階段，學生的思維活動是環環相扣的。具體思維活動可以體現為：記錄教師提出的問題—標記自己的解題思路—根據標記思考追問1 ～追問4—思考中獲得答案，形成對密度計算方法的理解。

A 組學生根據上一個環節實驗情況的總結歸納，表示：注入清水，是為了將石頭的體積轉化為水的體積測量出來，因為石頭是不規則形狀的，很難直接測量出體積。之所以要先測量質量，是因為石頭進入水中之后，質量會發生較大的變化，多出來的是攜帶的水分的質量，會影響之后的密度計算結果。

B 組學生表示：要想測量泡沫等較輕物體的體積，我們認為可以利用鐵絲將其‘懟’到水中，讓其完全浸沒在水中，這樣就可以獲得泡沫的體積了，這樣當然會存在誤差，但是可以選擇用極細的鐵絲，這樣產生的誤差是微小的。

各組學生通過思考、表達與交流，一致認為：這組實驗可以同時滿足多種不同物體的密度測量，測量過程與原理都是相似的，即將測量目標物體以其他形式物體體積呈現，通過轉換與計算得到物體的密度。

由此可見，教師若把握住學生自己設計實驗時的思路，順著學生的思路分別提出實驗原理、實驗誤差條件、實驗對象的變化等三個層次的問題，就能夠得到學生的積極響應，引起學生積極思考。學生對這些問題的思考迅速且深入，更能夠舉一反三，提出“面向更多的物體”，將實驗條件歸納為“利用流動性較強的物體測量體積”。學生思考問題和對實驗條件進行歸納的過程均是思維活動的過程。教師適當追問多層次問題，不僅能夠引導學生加強對知識的理解，更能夠使學生的思維能力持續發展。

三、跟隨教師指引創新實驗，增強學生的思維能力

教師培養學生的思維能力，不要局限于學生設計的實驗方案，或者選定的實驗模板，也可以順著學生思維的發展方向進行拓展，進一步轉變為本節課的實驗條件，為學生提供更多、更廣闊的知識遷移空間，支持學生靈活運用已學知識，不斷鍛煉、增強學生的思維能力。

“小石頭的密度實驗”教學活動進入尾聲階段，學生在教師的追問下不斷深入思考，設計出新的實驗方案，并對新的方案進行操作。教師按照“可以測量很多不同的物體，計算出不同物體的密度”的思維方向，調整本次實驗的條件。

提供實驗工具：天平、燒杯、牛奶與水。

提出新的問題：如何測量牛奶的密度呢？當測量物體與介質均為液體時，你們會如何做呢？

實驗條件發生了較大的變化，此時“將兩種物體混合再分開”的方法明顯不適用了。這就要求學生突破思維局限，思考更多的密度測量方法。

A 組學生設計出的實驗過程為：（1）測量燒杯質量。（2）在燒杯中加滿水，測量燒杯與水的質量。（3）在燒杯中加滿牛奶，測量燒杯與牛奶的質量。此時燒杯與水的質量減去燒杯的質量，再除以水的密度，則是水或牛奶的體積；燒杯與牛奶的質量減去燒杯的質量，則是牛奶的質量。（4）將這兩個公式融合起來，得到的結果就是牛奶的密度。

在這一環節中，學生脫離了單一的密度公式使用方法，分別將密度公式運用到兩個公式中，將兩個公式合二為一，獲得答案。通過這樣的自我突破思考過程，能夠進一步鍛煉學生的思維能力，實現在物理教學中對學生思維能力的培養。

總而言之，以物理實驗教學培養學生的思維能力，只有讓學生真正地思考問題，才能起到鍛煉思維、強化思維的作用。教師可以用物理實驗直觀呈現各種物理現象，以多層次問題引導學生深入思考這些現象，支持學生提出自己的想法，或者引導學生主動觀察物理實驗，在觀察中發現問題，提出疑問，引起學生思維活動，以多種方式培養學生的思維能力。