拓展实验资源培养物理科学思维

2018-11-28钱国良

名师在线 2018年21期

钱国良

(江苏省常熟市第八中学，江苏常熟 215500)

引言

在物理教学中，通过物理实验，让学生对课堂上的理论知识进行验证，巩固知识；同时，通过物理实验，培养学生的物理科学思维[1]。以下便是笔者根据多年的教学经验，总结的如何通过拓展实验资源，培养学生的逻辑思维能力、发散思维能力、创新思维能力和分析思维能力等的方法。

一、理想实验，培养逻辑思维能力

在物理的教学中，教师经常会遇到许多现实中无法得到验证的概念或者定律。这时教师需要在思维中塑造一个理想的环境，把可靠的事实和理论思维结合起来，通过逻辑推理和理论研究，解释现象和揭示规律。通常教师把这一过程叫作理想实验，也称作“思想上的实验”。

众所周知，牛顿第一定律在推导的过程中，就是运用了“理想实验”的方法。教师在教授“牛顿第一定律”的时候，由于八年级的学生不了解这一推导过程，还不知道这其实是伽利略所推导，牛顿总结而得到的定律。于是，为了给学生演示这一推导过程，笔者准备了一个小球以及两个光滑的木板当作斜面，演示实验：小球从其中一块斜面上方自由滚下，通过两斜面交接处滚上另一斜面。学生观察到：小球在第二个斜面上升的高度与初始高度基本相等。于是笔者问学生高度上出现微小的差别的原因是什么？如果排除这一原因呢？学生推断：出现这一现象的原因是有摩擦力的存在，如果摩擦力f=0时，高度将恰好相等。

上面描述的这个实验是不可能实现的，因为现实生活中找不到绝对光滑的平面。因此，牛顿第一定律的推导实验便是属于“理想实验”。通过这一理想实验，学生对牛顿第一定律的认识更加深刻了，思维更加清晰了，提升其逻辑思维能力的目的也达到了。

二、设计实验，培养发散思维能力

在物理实验中，教师经常用到的方法有很多，例如比较法、类比法、转化法和控制变量法等等。研究某些物理知识或物理规律，往往有多种方法可以使用，而教师要选用其中误差最小、效果最佳的一个。因此，教师设计实验时要选择最优的方案。

例如，教师在教授八年级下册第十章“压力和浮力”中的第五节“物体的沉与浮”的时候，笔者让学生通过小组合作探究，设计一个实验探究物体的沉浮条件。笔者的要求是利用身边熟悉的器材进行试验，并且要进行详细的讲解。有的学生提出重量会决定物体是否下沉；于是，笔者让学生先进行实验设计，探究重量是不是物体下沉的条件。学生通过讨论、对比优化，最终设计实验：一个小小的铁钉和一块比铁钉质量大的木块同时放在装满水的水槽中，结果小铁钉在水中下沉，而木块在水中的现象却恰恰相反。由于大木块的质量大于小铁钉的质量，所以得出结论：物体在水中的沉与浮与物体的质量无关。学生对刚才的实验进行了分析后又猜想：因为ρ铁钉＞ρ水＞ρ木块，所以铁钉在水中下沉，木块在水中上浮。因此，笔者又引导学生做了一个验证：利用的材料是废牙膏皮，对废牙膏皮不做任何改变，空心的时候能浮在水面上；改变密度，例如缩小体积，牙膏皮在水中下沉，所以密度是决定浮沉的条件。

在这节课中，笔者没有直接告诉学生物体的沉浮条件，而是通过引导，让学生自主思考进行实验的设计，去探究物体的沉浮条件。不仅让学生通过实验学习到知识，还可以培养他们发散思维的能力。

三、改进实验，培养创新思维能力

在初中的物理实验教学中，一些实验会存在很多问题，例如有的演示实验不够直观明显；而且有时候由于失误无法一次成功或者无法精确测量等[2]。于是，笔者要求学生将实验进行改进优化；而且，在这一过程中可以提升学生的创新思维能力。

例如，笔者在给学生讲八年级上册第五章“物体的运动”中的第一节“长度和时间的测量”时，为了让学生熟悉如何使用刻度尺测量物体的长度，笔者让学生进行实验，测量身边各种物体的长度、宽度以及高度等等。笔者给学生出的其中一个题目是测量一张信纸的厚度。在这个实验中，学生有的直接测量一张信纸的厚度，但是由于纸张比较薄，小于1mm，刻度尺的刻度不够精细，只能通过估计，测量值就不是太精确了。笔者让学生对这一实验进行优化，以保证测量值的准确度。于是，学生展开小组讨论与交流。通过讨论，有的学生将一张信纸放在一本书上，先测量总体的厚度h1，然后再测量书的厚度h2。于是，一张信纸的厚度h=h1-h2。还有的学生将实验进行如下改进：将30张信纸叠加起来，测量30张信纸的厚度H，通过测量并计算：一张信纸的厚度=30张信纸的厚度H÷30。学生的方法都最终测得了一张信纸的厚度，完成了这一实验。

在这一物理实验中，学生通过小组讨论交流，运用“放大法”，使得一张信纸的厚度放大，方便测量，更加直观明显，而且减少了人为原因的观察读数误差。将一张信纸的厚度放大，进行了思维的创新，通过一个小小的实验，不仅让学生学习了刻度尺的使用，还培养了他们的思维创新能力。

四、误差实验，培养分析思维能力

在物理实验中，误差是十分普遍的。由于度量的精度不够、人为的观察误差或者试验环境不能完全一致等原因，任何测量值都会存在误差，而且误差无法避免。教师通过对物理实验中的误差进行分析思考，进而进行实验的优化改进，培养学生的分析思维能力。

例如，笔者在给八年级学生讲初中物理“物质的密度”，也就是下册课本第六章“物质的物理属性”中的第三节时，笔者让学生利用实验室现有的器材测量小石块的密度。学生经过实验测量和计算，同一块小石块，不同的小组测出的数值都不同。在排除计算的错误之后，确定这是由于测量时的误差造成的。于是，笔者让其中的两个小组进行实验演示，其他学生进行观察分析，找出出现误差的原因并且改正。经过两组学生的操作和其他学生的观察分析，找出原因：其中一个小组的学生在测量小石块体积的时候，运用的是转化法。将小石块放入水中，测出小石块和水的总体积V，之后将小石块拿出测得剩下水的体积v0。于是，小石块的体积v=V-v0。在这个过程中，由于在取出小石块时，将一部分水洒了出来，造成了实验的误差。正确的操作应该是先测量量筒中水的体积，然后把小石块放入测量读数。而另一组学生由于读数时出现了错误操作，所以测量值与其他小组差距较大。

在这一次的实验探究中，笔者引导学生进行误差校正，让他们自主发现产生误差的原因，并且优化实验。通过误差实验，可以培养学生严谨的科学态度；同时，也可以提高学生的分析能力。