初中物理实验教学发展学生思维浅析

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摘要:通过实验实践研究，在发展学生思维品质的教学研究过程中，提出物理实验教学的五种策略：限时作答——发展思维的敏捷性，设计方案———发展思维的灵活性，评价交流———发展思维的批判性，观表探质——发展思维的深刻性，改进实验———发展思维的创造性，从而促进学生深度学习，提高实验教学效率。

关键词:初中物理;实验教学;思维品质;深度学习思维

发展心理学指出：思维品质是发展智力和能力的突破口，是思维活动中智力与能力特点在个体身上的表现，其实质是人的思维的个性特征，它包括思维敏捷性、灵活性、创造性、批判性和深刻性五个方面[1]。心理学家指出：思维品质是可以通过后天训练提高的。物理是一门以实验为基础的学科，在物理教学中，特别是实验教学中，往往会针对实验现象提出问题、分析问题和解决问题，在此过程中会有一定的设计、交流与评价过程。因此，物理实验是很好地发展学生思维品质的载体。在实验教学过程中，笔者通过实践研究，获得了很好的效果。

一、限时作答———发展思维的敏捷性

思维的敏捷性是指在限定时间内，利用已有的知识积极地思维，大胆地假设，全面地思考，迅速且准确地得出所要解决问题的方法和手段。它反应的是智力的敏锐程度，亦即思维活动的速度[2]，它的特点是：迅速、准确。在物理实验教学中，表现为运用大脑中建构的知识及所掌握的实验技能和手段，能迅速而准确地得出所要解决问题的方案或结论。例如，教师在限定时间内让学生设计“矿泉水瓶系列”实验。学生通过思考，设计出很多有关矿泉水瓶的实验，如加一个小药瓶可以做浮沉子实验；里面加酒精和传感器，可以做气体对外做功和外界对气体做功实验；里面加冷热水和红墨水，可以做扩散快慢跟温度的关系实验；里面加水且水面留一个大气泡后，横向运动可以探究气泡跟水惯性大小实验等。通过限时设计实验，学生思维的敏捷性得到提高。在训练思维敏捷性时，教师可以限时、定向地让学生选择一定的实验仪器，如上面的矿泉水瓶，可以设计出一系列有关矿泉水瓶实验。在具有一定竞争性和一定趣味性的实验氛围中，既满足学生的好胜心、好动心，同时激活已有的知识，通过一题多法、一题多变、一题多解等途径，多维度地发展学生思维的敏捷性。

二、设计方案———发展思维的灵活性

思维的灵活性是指思维的发散性、多变性，它主要表现为针对所面临的问题，利用所学知识，多途径、多方法、多角度地解决问题。它与思维的敏捷性所呈现的方式最大的不同在于没有时间上的限制，空间上表现得更广阔、更发散。在物理实验教学中，教师最好把生活化情景直接呈现在学生面前，利用其复杂性、非良构性的特点，让学生利用已学知识，通过迁移应用，多方位、多角度、多思路，发散性地思考问题，利用多种方法解决物理实际问题，做到举一反三、多向思维，发展学生思维的灵活性。例如，在上《电磁继电器》这节课时，教师让学生自主设计一个能把学校中的池水抽干的装置，最好做到安全可靠且方便简单。学生通过思考后，设计出了多种多样的电路图。在物理实验课上，当碰到物理实验方案需要设计时，教师最好留给学生充足的时间，让他们对实验方案进行一定的设计，从而发散他们的思维。如本实例中，通过抽干水池的电路设计，学生从电路的组成、用电安全及方便简单等多角度地进行设计，不但对所学的知识进行了一次有效的梳理，理解了电路设计的原理和本质问题，而且发展了他们思维的灵活性。

三、评价交流——发展思维的批判性

思维的批判性是指个体在思维过程中，通过自己独立思考，全面检查整个思维过程，对捕捉的反馈信息进行分析、处理后，及时发现问题和矛盾，同时能自觉修正错误的一种思维品质。实验本身所具有的严谨性、逻辑性正是批判性思维的内涵之所在[3]。在物理实验教学中，具体表现为对老师或学生提出的问题或说法不“人云亦云”，不“随声附和”，而是在进行独立自主思考后，敢于批判质疑所提的问题、所发表的说法和所操作的实验等，并提出自己的观点和想法。例如：在探究物体浮沉条件时，教师在演示浮沉子上浮下沉后，让学生交流浮沉子上浮下沉的主要原因是什么。有学生认为小药瓶下沉是其重力大小改变所致，即把瓶子和进入的水当作一个整体考虑，当手挤压矿泉水瓶时（如图1所示），矿泉水瓶中的水进入小药瓶后，使得小药瓶的总重（进入的水加瓶的重量）增加，重力大于浮力，导致小药瓶下沉，反之上浮。但有好多同学质疑此种说法，他们认为小药瓶下沉的原因是浮力改变所致，即把小药瓶和小药瓶上端封闭着的那段空气柱作为一个整体考虑，当手挤压矿泉水瓶时，矿泉水瓶中的水进入小药瓶中后，使得小药瓶上部空气柱减少，导致排开水的体积减小，浮力小于重力，所以小药瓶下沉，反之上浮。批判性思维是所有思维的前提和基础，特别是创新思维是建立在批判性思维基础上的。在物理实验教学中，教师要鼓励学生在独立思考的基础上质疑所呈现的实验现象或问题，通过交流、讨论和评价，提出自己的独特看法和见解，发展批判性思维。

四、观表探质———发展思维的深刻性

思维深刻性是建立在深度理解基础上的，它是指对事物表象的观察、分析、归纳后排除表象的迷惑及干扰，通过抽象思维，透过纷杂的现象，抓住问题的核心，把握事物的本质，预测事物发生发展的规律和趋势。能否透过物理呈现的表象揭示事物的本质及核心，是思维是否深刻的主要表现。在物理实验教学中，教师要多利用创新实验，引导学生进行深入而仔细的观察，通过一定的科学方法，如对比法、控制变量法及正反论证法等，让学生自己揭示事物的本质及核心，对物理概念和规律达到深入理解，真正做到知其然并知其所以然。例如：在学习小孔成像时，学生对小孔的大小只停留在一个很小的孔这个概念上，但具体多小才算是小孔，学生不清楚、不理解。教师可以引导学生这样理解：在学生知道小孔成像后，教师用LED灯做一个“上”字形光源和一个如图2所示的三角形小孔，让LED灯发光，通过小孔在光屏上呈现如图3所示的像。然后让学生思考：此图是小孔成像吗？理由是什么？学生思考后回答：整个“上”字光源因为出现上下左右都颠倒的像，是小孔成像，而每个LED灯的像呈现的是孔的形状———三角形形状像，所以不是小孔成像。然后再让学生通过整个“上”字成的像与每个LED灯成的像的强烈对比对小孔下一个定义。这样学生对小孔的定义就有了深刻的理解，即小孔是相对而言的，如果孔跟光源大小相差很多，此孔就是小孔，相反孔应该叫大孔。为了更深入地理解孔大小是相对而言的规律，教师可以继续追问：如果要让每一个灯通过这个孔成的像也是小孔成像，应该如何改进？有两种方法：一是减小孔的大小；二是增大光源，如把LED灯换成白炽灯。最后第一种因为孔太小，光线不足以在光屏上成像而失败，第二种呈现如图4所示的像，再次在学生头脑中强化小孔的定义。以上通过整个光源和一个LED灯光源的对比，使学生深度理解小孔是相对而言的；通过再次追问，如何让一个点光源成的像也是小孔成像，再次强化了小孔的概念。由此可见，在物理教学中，当学生对所学知识有疑惑或不懂时，教师可以制作创新实验，用创新实验作为理解的载体，通过让学生针对实验呈现的现象，进行一定的对比，由表及里、由此及彼，透过现象理解事物的本质和核心，在理解过程中促进学生的深度学习，提高思维的深刻性。

五、改进实验——发展思维的创造性

创造性思维是布鲁姆目标分类中高阶思维中的最高层次，它是指遇到新情境或新问题时，能利用已有知识快速思考，创造性地找出具有一定价值和一定新颖性结论的品质。它具有发散性、独特性和新颖性三个特点，在物理实验教学中主要表现为：通过现象观察，大脑思维，创造性地提出自己的看法和想法，并利用一定的手段和方法解决问题[4]。1.改进教材实验。教材实验具有很重要的作用，它在教学中可以突出重点、突破难点，有利于学生对知识的掌握和理解。但有些实验所呈现出来的现象存在疑点，反而会让学生得出错误的结论。这时教师可以引导学生，让学生通过思考提出改进意见。如升华和凝华实验，用酒精灯加热时，会在碘锤中看到碘的液态现象（因为酒精灯加热达到碘的熔点会出现碘熔化现象），在理解原理和知道原因的基础上，可以让学生提出改进意见。如热源可以是低于碘熔点的热源，也可以用90℃或100℃的热水作为热源，即把碘锤放在热水中，这样就不会因为达到碘的熔点而出现液态碘的现象[5]。2.创新教材实验。创新教材实验是源于教材，对教材实验的进一步拓展。如升华和凝华实验，可以让学生课后拓展，进一步从材料、方法、装置等方面进行创新。通过研究，他们制作出了如图5、6所示的创新实验。图5是通过改变材料，即用干冰来代替碘做实验；图6装置是改变了加热温度，即酒精灯加热水，通过水的传热作为热源，避免出现碘熔化现象。在物理实验教学中，教师要充分利用教材实验中出现的现象不明、结论不清等问题或现象，积极鼓励学生提出自己的想法和观点，不唯书、不唯权，通过多角度、多方面、多维度的思考，积极改进和创新教材实验，促进对知识和原理的深度理解，从而发展创造性思维。物理是一门以实验为基础的学科，在教学过程中，特别是针对问题解决时，教师要多留给学生一定的时间，让他们针对问题提出自己的想法，然后根据猜测设计相应的实验方案，培养他们思维的灵活性、敏捷性和创造性。在方案设计过程中，让学生先利用量表对自己的设计方案进行一定的评价和改进，然后再生生互评、师生互评，通过评价、交流，将方案进行一定的修正和完善，同时在评价、交流及改进过程中发展他们的批判性思维和创造性思维。物理是一门以实验为基础的课程，以上5种思维品质基本都是以实验为载体培养发展的，所以物理课程中的实验应该多注重“三做”，即多做、真做和巧做。通过多做和真做实验，找出实验所存在的问题，包括材料、方法、步骤等问题，进而通过改进实验或创新实验达到巧做的目的。

参考文献

[1][3][4]沈伟云.基于科学思维品质发展的实验教学策略研究[J].物理教师，2016，37（9）：14-16.

[2]陈懋.基于发展学生思维品质的教材课后习题评析策略[J].中学物理教学参考，2019，48（4）：23-26.

[5]黄建林.初中科学实验创新与教学研究[M].杭州：浙江工商大学出版社，2021：158-159.

作者:黄建林 单位:浙江省杭州市文海实验学校