物理实验教学中思维先行的有效策略

盛建国

摘 要：在物理实验教学中，我们应该倡导思维先行的理念。动手实践固然是重要的环节，但在实验器材的选择、实验方案的设计、实验结论的归纳中，思维先行无处不在。只有通过基于高阶思维的分析与思考，明确了实验要研究什么问题、如何进行研究、收集哪些证据、得到什么结论等环节，才能促进深度学习的发生。

关键词：思维先行;初中物理;实验教学;有效策略

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1992-7711（2020）09-077-1

科学思维和科学方法是科学素养的核心要素之一，发展学生的思维能力是物理教学的重中之重。因此，在实验过程中，教师应克服急于求成的思想，排除教师越俎代庖的现象，贯彻思想指挥行动的理念，落实思维先行的原则，以思维发展引领教学，促进物理深度学习的真正发生。

一、思维先行：实验器材不要急于直接呈现

1.问题呈现：学生不知实验中为何要用斜面。

例如：关于“探究动能的大小与哪些因素有关”的实验，曾有这样的考题：在探究动能的大小与质量关系的实验中（如图所示），实验中使用斜面的作用是 。对于实验中为什么要用斜面，许多学生根本不知原因，甚至许多教师由于教学中不重视实验的思维过程，看到本题也是一愣，需要认真思索才能体会题目的精妙。

2.原因分析：实验的器材选择蕴涵科学方法。

那么，为什么学生一开始并不知道实验中使用斜面的目的呢？因为许多教师一上来就出示了斜面、小球和木块等实验器材，学生的思维也就被禁锢在利用教师提供的器材设计实验，当问到斜面在本实验中的作用时，自然无从回答。其实在这里，使用斜面是为了控制小球到达水平面的初速度相同，因为在探究动能和质量关系时，我们需要改变质量，但需要控制速度相同，而怎样控制两个质量不同的小球以相同速度撞击木块呢？让它们从同一斜面的同一高度下滑是最简便、可行的方法。

3.改进策略：教学中实验器材不要横空出世。

基于上述原因，我们在该实验的教学中应该这样做：教师先不出示斜面，当学生提出动能大小与质量和速度有关的猜想时，教师请学生思考，如何探究小球的动能与速度的关系？要控制什么，改变什么，如何反映小球动能的大小？这里就涉及到控制变量法和转换法这两种科学方法。然后请同学到讲台前来展示实验过程并作讲解。在探究动能和速度关系时，学生回答要控制质量不变，改变小球的速度，比较小球动能的大小（看木块被推开的距离）。具体做法是，用同一小球（质量不变），用不同的力推小球，使其以不同速度运动并撞击木块，可完成实验;在探究动能与质量关系时，学生回答要用两个质量不同的小球，控制它们用相同的速度撞击木块，这时，问题就出现了：怎样控制两个质量不同的小球以相同速度撞击木块？学生会发现靠用手推球根本无法做到（没有可操作性），这样，学生也体会到实验方案设计中还要考虑其可操作性，这时，教师再适时补充知识：质量不同的小球，从同一斜面的同一高度下滑时，其到水平面的初速度是相同的。因此，在这个实验中，我们使用了斜面。这样，学生对斜面的作用理解深刻，而且对于科学方法也有了更深入的理解。

二、思维先行：实验方案不要急于和盘托出

在“测量液体的密度”实验中，在先请学生设计实验方案阶段，学生在刚开始并不会意识到实验操作产生误差的问题，通常设计出如下方案（如图所示）：步骤一.用调节好的天平称出空烧杯的质量m1;步骤二.将待测液体倒入空烧杯中，测出液体和烧杯的总质量m2（将m2-m1得到液体质量）;步骤三.将烧杯中液体倒入量筒中，測出液体的体积V。最后用（m2-m1）/V算得待测液体的密度。这样的思路代表了绝大多数学生的初期设想，思路清晰，理论可行，得到大家的认可。但有些教师为了追求所谓的教学速度和效率，在学生设计方案时就直接进行打断、干预和提示，这样虽然学生做出来了，但却使学生错失了思维训练的机会。

正确的做法应该是遵循学生的思维发展规律，首先肯定学生的设计理论可行，在此基础上请学生思考：该方案所测得的液体密度是否因为方案原因产生了误差？这种由于设计方案导致的误差能否通过优化实验方案，变换实验步骤来改进？怎样解决“烧杯中液体倒不干净的问题”？在学生进行认真思考、积极讨论的基础上，能给出正确的优化方案：先测烧杯和液体的总质量，再将部分液体倒入量筒中测其体积，最后再测烧杯和剩余液体的总质量。在实验方案的互评与分享中，学生发现，原来将实验步骤稍加变换，就巧妙地解决了问题，减小了实验的误差，从而体会到实验方案设计的重要性，理解了实验误差的相关知识。

三、思维先行：实验结论不要急于越俎代庖

在实验总结阶段，我们应该引导学生自主归纳实验结论，这对学生而言，是一个非常好的锻炼与分享机会。因为数据的对比分析、结论表述的规范严谨、科学方法的体现等，都可以在实验结论总结阶段进行教学渗透。但在物理课堂上，许多教师往往不重视实验数据出来以后的实验总结阶段，甚至在公开课上，因为赶时间、怕学生讲错等原因，教师越俎代庖，代替学生说出实验结论的情况也是经常可见。

尽管实验教学中肯定要预留足够的时间让学生亲历实践体验和科学探索的过程，但实验探索应该在思维指导下进行，并服务于学生思维发展的目标。因此，在物理实验教学中，让思维先行的理念应该根植于我们的教学意识中，体现在我们的教学设计中，落实在我们的课堂教学行为中。只有思维指引下，并指向思维发展的实验教学，才能真正促进深度学习，成为培育核心素养的有效载体。

基金项目：本文系江苏省教育科学十三五规划重点资助课题“基于经验学习的初中理科教学研究”（初中专项，课题编号：E-a/2020/06）的阶段性成果。

（作者单位：苏州市吴江区平望第二中学，江苏 苏州215221）