浅谈实验教学中初中生物理思维能力的培养

摘 要：物理实验是培养物理思维的重要途径。在教学过程中，学生亲手做一下实验比被动听有更好的效果。在实际问题转化为实验操作的过程中，学生发现问题，进而反向借助实验来思考问题，能更加深入有效地培养学生的物理思维能力。

关键词：物理思维;物理实验;天平

一、 引言

物理学是研究物质运动一般规律和基本结构的一门学科，实验是物理学理论的基础。观察和实验在物理思维各发展阶段一直是作为思维的基础，实验教学中教师通过调动学生的观察、概括、抽象、分析、归纳、综合等基本思维手段和认识方法来进行物理思维训练。所以，教学中要在实验与物理思维之间建立有效的联系，促进学生物理思维能力的发展。

二、 物理思维的概述及其重要性认识

（一）物理思维的内涵

所谓物理思维，就是具有意识的人脑对客观物理事物（包括物理对象，物理过程，物理现象，物理事实等）的本质属性，内部规律性及物理事实间的联系和相互关系的间接的、概括的和能动的反应。抽象的思维要有实体的支撑，而我们物理学的实体就包含了重要的实验部分，用物理实验发展学生物理思维是必需的过程。物理思维包含了形象、抽象、分析、综合、逆向等思维。

（二）初中生物理思维特点

初中生还处在皮亚杰思维发展阶段中的具体运算到形式运算的过渡，思维还未完成成熟，就像小学生刚开始用手指或火柴计算加减。他们对物理的形象思维、抽象思维、分析综合的思维还比较弱，刚接触物理这门新学科，还没完全养成从实验中思考物理问题的能力和习惯。

（三）物理思维培养的重要性认识

物理思维是物理核心素养中重要的一部分，也是学生从生活走向物理，从物理走向社会的桥梁。物理思维能力的培养有利于学生在复杂的情景中发现问题，解决问题，有利于深度理解物理知识，有利于提高学生的自主学习的能力，有利于增加学生对物理的兴趣，同时也能锻炼学生动手实验操作的能力，在课堂中做到手脑并用，避免了满堂灌的现象。以实验的过程来培养学生思维的方式更符合学生思维的发展规律，也符合物理学的理论的发展规律。

三、 例谈天平实验教学中物理思维的培养

以下，笔者就根据自己在教天平的使用过程中遇到的三个问题为例具体展开，谈对初中学生物理思维能力的培养一些实践思考。

（一）天平“左码右物”将如何影响测量结果？

在測量过程中，如果物体在右边，砝码在左边，测量值比真实值是偏大偏小？这是学生常能碰到较难的一个问题。在正常教学过程中，我们一般会直接给出“左物右码”的规则，即向右移动游码相当于给右盘添加小的砝码，因此，最终天平平衡时，物体的质量为=砝码的质量+游码对应的示数。如果反过来操作，“左码右物体”会怎么样呢？绝大多数的学生第一次在遇到这种逆向思维的问题时，就会有点不知所措，不知道怎么分析。

所以，笔者在教学的过程中就会顺势引导学生动手操作，例如，先以称量某个具体的物体为例，如图1左边的iPhonexr的质量为例，按照“左物右码”操作方式读出真实值为163g，然后再按照“左码右物”方式动手用天平操作后读出示数，在此过程中，学生直接调换后发现的第一个现象是天平不在平衡，且会向右边下倾，其实学生心中似乎已经有了答案，但我们继续调节游码以及砝码达到重新平衡，如图1右边的学生读数为177g，要比这个物体实际质量确实要偏大。

为什么会这样呢？我们就可以结合展现在学生面前的“错误的平衡”，提供载体，进一步引导学生分析一般的情况：物体和砝码放反，平衡时，左边托盘的重量与右边托盘的重量的关系即变成：物体的质量+游码对应的示数=砝码的质量，这样得出的结果应该是：物体质量=砝码质量-游码对应示数，真实值比较小，但我们是按“砝码质量+游码对应示数”规则读数相对就偏大。

所以，在利用实验解决该问题的过程中，即培养了学生的观察和动手能力，也培养了学生的逆向思维和抽象思维能力。

（二）天平游码不调零就直接称量将如何影响测量结果？

初中生的思维还较为简单，还不是很熟练，较难独立分析，对知识缺乏深度的理解。倘若，我们仅仅就是在纸上谈兵，靠讲来分析，是很难有效培养学生的物理思维能力。所以，笔者在教学过程中让学生先按不调零的条件操作，同样，以iPhonexr质量为例，实际质量上面已经给出163g。

假设，在游码为0.5g的时候调节平衡螺母，如图2左边，平衡后，再测量出的质量为163.5g，如图2右边，比真实值163.5g大出0.5g，学生就会思考怎么正好调到0.5g就增加了偏大0.5g，接着我们可以进一步引导学生分析思考，我们在继续把游码调到1g的时候调平衡，结果测量出质量为164g，与正常值差为1g。学生一下子就会顿悟，我们在游码没有归零的时候开始调平衡，其实质就等价于游码归零后在右盘中增加了一点砝码，最终读数偏大的就是那些砝码的质量。所以学生最终不仅仅是得到了答案，测量值大于物体真实值，而且也深度地理解为什么我们要在没称量之前要调平衡的问题。在解决该问题的过程中，我们就不知不觉地利用了实验，调动了学生思考的兴趣，步步引导，培养了学生的分析、综合的思维能力。

（三）天平的生锈或破损将如何影响测量结果？

当然，还有一些关于天平测量过程中砝码破损或者生锈而造成的读数误差问题。同样，在课堂上，可先让学生按照条件，如生锈可以用一个5g的口香糖粘在砝码上代表，然后用该“砝码”操作之后，肯定会向右偏，学生必然会拿走一个右边的5g砝码后才会重新平衡，测量值要比真实值要偏小。最后，教师可以引导分析，砝码生锈等价于偏重，但是为我们读数时却是用砝码上的“10g”。所测的物体的实际质量就会偏多一点。反之，砝码如果破损，学生就可以反推过来，测量值就比真实值偏大，学生在实验的过程中，不仅得到了答案，而且借助了实验的操作，锻炼了自己的形象思维和逆向思维。

四、 总结和启发

笔者在教学的过程中，也会遇到很多的类似的问题，比如电学中两个电压表串联后的示数或者一个电压表和一个电流表串联后示数，如图3所示，热学中凸透镜成像过程中，蜡烛燃烧变短后，像的位置是上移还是下移问题等等。这些难题都不太好直接分析，单独直接讲，学生难以理解，也不利于培养学生的物理思维能力。教学中的建议是可以创设一定的实验条件，先让学生亲手做，做出结果，在实验结果中激发学生的思考兴趣，在借助实验结果进行辅助分析，从而最终解决实际问题，培养学生的物理思维能力。

参考文献：

[1]叶庆.落实物理实验教学功能提高学生物理科学素养[J].物理教师，2014（2）.

[2]阎金泽.物理思维论[M].南宁：广西教育出版社，1998.

[3]吴福远.皮亚杰儿童思维发展理论与教育[D].上海：上海师范大学，1982.

作者简介：

张加兴，福建省厦门市，厦门实验中学。