设计“实验前问题” 培养学生物理科学思维

高传连

(江苏省清河中学 223001)

新的《物理课程标准》中提出，物理探索者应具备科学的思想、方法、态度和精神，而高中物理教育正应从科学思维的角度出发，通过设计“实验前问题”，引导学生有效思考，从而更好地经历实验探索的流程，理解实验过程中每一步操作的意义和每一次器材选择的原因，从根本上帮助学生把握实验的本质，培养学生的物理科学思维.

一、剖析目的，探寻达成途径

在高中物理的教学阶段有着大量的探究性实验，教师在进行探究性实验的教学过程中，不能仅仅为学生讲授实验的步骤和要求，要注重带领学生认真研读、分析实验主题，剖析实验目的，从而在实验前思考如何能够完成相关要求，自主探寻达成实验的有效途径.

例如，在“验证牛顿运动定律”的实验教学时，为了更好地调动学生探寻完成实验的方法，在开始讲授实验前，我先问学生：“同学们，看到这个实验名称，你们准备选择什么样的器材作为研究对象呢？”学生七嘴八舌的讨论了起来了，等学生脑海中基本有了自己的想法后，我又继续追问道：“在你们的实验中，要改变哪个物理量来验证猜想？在实验的过程中应观察哪些内容？根据什么现象来得出实验结论？并通过什么的方式来发现规律呢？”经过思考这么一连串的实验前问题，学生们的思维被有效地激活了，再进行实验原理和实验步骤的讲解，学生对“保持小车质量不变，改变小桶内沙子的质量”和“保持小桶内沙子的质量不变，在小车上加减砝码”这一控制变量的实验原理，有了深刻的理解和记忆.此时，再进行实验中注意事项的讲解，如在平衡摩擦力时不能悬挂小桶等问题，也表现出了很好的理解能力.

如案例一样，教师通过设计有效地“实验前问题”，引导学生在实验前剖析实验目的，并指导学生抽丝剥茧，从最终的实验目的出发，思考如何选择器材、如何进行变量操作、如何减小误差、如何分析数据等等，不仅培养了学生对物理问题刨根究底的意识，更为学生日后自主进行探究性实验打下良好的基础.

二、分析器材，力求改进改装

物理实验的器材选择并不是随心所欲的“盲选”，每一次选择都有其目的和意义.教师可以通过设计“实验前问题”，引导学生分析实验器材的选择原因，使学生更好地理解不同器材的适用范围，从而更好地把握物理实验的内在逻辑，甚至启发学生进一步改装实验器材，优化实验步骤，真正达到优化实验，拓展学生思维的目的.

例如，在教学“验证牛顿第二定律”的实验时，在我让学生思考了上例中的一些问题之后，我在实验前给学生们布置了最后一个问题，让学生们在实验的过程中观察实验器材和实验步骤，思考是否有能够改进之处.然后，我在水平的木板上演示了验证牛顿第二定律的实验，实验结束之后，部分学生注意到，小车与木板之间会产生摩擦力，a-F图像中的F并不是沙桶中的拉力，而是沙子和桶的重力G减去小车与木板之间的摩擦力f.此时，我引导学生以小组为单位，集思广益设计改良方案再次进行实验，小组A提出可以用玻璃板代替木板，尽可能地减少小车与板之间的摩擦，小组B将木板垫高以平衡摩擦力……我指导学生按照提出的改良方案再次进行了实验，使学生体验了实验优化的过程.

实验结果的分析是实验的重要组成，在实验结束后，教师要引导学生对数据进行科学合理的分析，研判，从而升华学生的物理素养.此外，在物理实验教学过程中，误差是不可消除的影响因素，但作为物理老师的我们，必须在演示和讲解实验时，将实验误差尽可能降至最低，并培养学生通过科学思考，优化实验器材，降低误差的实验习惯，提升学生的物理核心素养.

三、预测数据，推理多元结论

在高中物理的观察实验中，教师往往习惯于先进行知识点的讲解，然后让学生对照着已有的知识点进行实验观察.在这样的学习过程中，学生被动地接受着教师传授的知识，很难做到真正的动脑思考，不利于物理学习习惯的培养和思维的发散.

教师通过引导学生进行实验前的猜想，让学生在实验之前便充分动脑预先对实验过程进行推理，帮助学生提高科学推理的思维能力.同时，在实验过程中，学生们带着自身的猜想和好奇，注意力更加集中，能够更好地经历实验探索的流程.

总之，教师设计“实验前问题”是提高学生参与实验积极性的有效教学手段，它不仅是优化实验教学效果的必须，更是提升学生综合能力的关键.学生通过对预设问题的思考，在实验之前便对实验的过程了然于胸，从而更好地理解实验的意义和目的，洞悉实验步骤与器材的选择，从本质上提升其科学思维，升华其物理核心素养.