对比复习相似实验培养科学思维能力①

2021-03-15张华

物理之友 2021年1期

张华

(江苏省南京市浦口区行知中学，江苏南京 211800)

1 引言

初中物理复习以知识的整合、迁移、深化以及应用为导向，在这一过程中，要注重知识网络的构建、方法思路的指导和思维能力的培养。

初中物理复习不是知识的简单重复，更不是新授课的“压缩版”，需要让学生从不同视角重新认识和审视物理现象和规律，在对比、迁移、分析中培养思维能力。笔者结合“专题复习：初中物理相似实验对比(光与电)”的教学实践，交流在相似实验对比复习中培养学生思维的体会与感悟。

2 初中物理相似实验的对比复习

初中物理相似实验的对比复习是将初中物理学习中的两个或几个相似的实验从不同维度采用比较的方法进行分析，矫正学生先前对一些相似实验的错误认识，使学生能够深刻洞悉物理知识的内在联系，理解物理知识的内涵，进而提升学生的物理学科核心素养，笔者从以下3个方面展开相似实验的对比复习。

2.1 依据图文场景，引入相似实验复习

初中物理复习需要寻找一个适合的切入点，通过一条“主线”或几个“关键点”将一个章节或一个模块的知识整合到一起，帮助学生构建知识网络，转变错误认识，形成整体知识框架，进而启迪学生的思维，而相似实验的复习无疑是达成这一目标的较好途径。

在光学复习中，依据图文场景，出示光屏上烛焰倒立的像，进而设问：光屏上呈现的是烛焰倒立的像，它可能是通过什么光学元件形成的呢？请尝试说出其成像的原理，以此引入平面镜成像、小孔成像、凸透镜成像几个相似实验的复习。

对于初中物理电学模块的复习，展现如图1所示的两个电路图，进而设问：这是电学实验中的两个经典实验电路图，哪些实验用到它们？学生回忆出“探究电流与电压关系”“探究电流与电阻关系”“测量定值电阻的阻值”“测量小灯泡的额定功率”等电学相似实验，教师继而展开复习。

图1

2.2 重视相似实验对比，凸显科学思维

物理实验复习包含实验器材、操作、步骤、现象、结论等环节，物理相似实验必然在以上环节有相同和不同的地方，通过对比复习，能很好地维持学生持续、深入探究的学习状态，进一步凸显科学思维，在复习过程中主要从以下4个角度进行对比。

2.2.1 实验器材求组合，“变”与“不变”活思维

相似实验首先表现在实验器材大致相同上，如何合理利用器材、组装器材完成相关实验？再添加哪些器材，可以完成相似的物理实验？这些都需要教师在课堂中通过实验器材变与不变、如何变等活动来激发学生的探究，在重构和重组中活跃他们的思维。

如在初中物理电学的4个相似实验复习中，回忆经典电路图，引导学生说出“探究电流与电压关系”“探究电流与电阻关系”“测量定值电阻的阻值”“测量小灯泡的额定功率”等相似实验，并提问：哪些器材不变？哪些器材有变化？回顾其他几个实验，进而引发学生的进一步思考与讨论：

(1)这4个实验有哪些相同和不同之处？

(2)实验中哪个器材的操作最重要？

(3)滑动变阻器的作用是什么？多次实验的目的相同吗？

(4)电流表、电压表的读数有先后顺序吗？如果有，又应该按照怎样的顺序进行读数？

设计意图：这4个相似的电学实验是初中物理复习过程中学生最容易混淆的实验，从实验器材的角度来看，都有滑动变阻器、电流表、电压表、电阻(或灯泡)等主要电学元件，这些元件在不同实验中的作用相同吗？需要合理添加哪些器材以顺利完成其他实验？如果能够引导学生从这些方面真正理解物理实验，必然能够活跃学生的思维，其思维的深度和广度也会得到拓展。

2.2.2 实验操作寻异同，表格设计促思维

在物理实验设计过程中需要引导学生进行正确的实验操作，设计出对应的表格，以分析、总结出物理规律。如在探究光的反射和折射规律中，实验操作和表格设计就有许多相似之处，笔者设计了如下活动：

(1)画出反射光线和折射光线。

(2)要完成实验，还需要进行什么操作？

(3)在探究光的反射、折射规律的实验中，在操作上有哪些相同和不同之处？

进而引导学生借助实验设计(表1)，较为全面地比较两个光学实验的异同。

表1

设计意图：这两个光学实验从实验操作来看，都需要用激光笔发出的光束射向入射点，借助可折叠光屏来探究入射光线、反射(折射)光线、法线位置关系，在这些“同”中寻找实验操作中的“异”，引导学生借助实验设计深入理解物理规律。

2.2.3 通过实验现象究原理，多维比较显思维

在初中物理实验复习中，学生经常将实验现象和结论相混淆，物理实验现象是在实验过程中人的感官可以直接感受到的，如物体运动状态的变化、物体形状和形态的变化、颜色、气味等，实验结论是对实验现象和实验结果进行分析、概括、推理，进而总结出的本质属性或规律。

如针对光屏上出现烛焰倒立的像的实验现象，引导学生对比“平面镜成像”“小孔成像”“探究凸透镜成像规律”这三个光学相似实验，设计活动探究其原理，进行多维比较，引发以下讨论，提升学生思维的深刻程度：

(1)这3种成像在原理上有什么不同？

(2)如何检查小孔和凸透镜摆放是否正确？

(3)根据图2提示的信息，你能找到判断像大小的方法吗？

图2

设计意图：通过对这3个光学实验原理的讨论、分析，学生可以清楚地辨别出：“平面镜成像”的本质为光的反射，“小孔成像”是光的直线传播的应用，“凸透镜成像”是光的折射的应用，借助画光路图的活动，能够凸显出学生思维的概括性、敏捷性品质。

2.2.4 实验过程重变式，“加减之中”拓思维

有学生对实验过程的经历不太重视，对于初中4个典型电学实验的理解会出现张冠李戴的现象，在“测量定值电阻的阻值”和“测量小灯泡的额定功率”两个实验的对比中尤为突出。笔者通过“滑片移动知作用”的活动(表2)，让学生首先填写完成表2中相同点，理清这4个典型电学实验的相同点和不同点。

表2

针对“测量定值电阻阻值”和“测量小灯泡额定功率”的实验，提出问题，引导学生进一步思考和讨论：

(1)如果只有电压表、缺少电流表，怎么测量电路的电流？还需要增加什么器材？如何设计电路？

(2)如果只有电流表、缺少电压表，怎么测量电路的电压？还需要增加什么器材？如何设计电路？

经讨论学生提出“单表测量找替代”的思路(图3)，再对“百搭”的定值电阻测量活动进行“变式”讨论，在“加减之中”，学生的思维得以拓展。

图3

设计意图：通过对电学实验“变式”的讨论，学生再遇到利用单电表“测量定值电阻阻值”和“测量小灯泡额定功率”的问题时，自然会应用“用电压表与已知阻值的电阻相并联来替代电流表”“用电流表与已知阻值的电阻相串联来替代电压表”来解决问题。在复习典型电学相似实验的同时，学生对替代法也有了更加深刻的认识，培养了他们的创新思维。

2.3 丰富相似实验习题，培养学生的科学思维能力

经过初中光学、电学相似实验的复习，学生已经初步整理和归纳了光学、电学中典型实验的相同点和不同点，能够从实验器材、操作、现象、过程、结论几个维度分析与思考问题，进而寻求问题解决策略。为了进一步提高复习的实效，培养学生的思维能力，教师可利用相似实验习题，对学生加以适当的反馈与训练，使他们加深对相关实验的理解，使得科学思维能力的培养得以延续。

如在上述光学相似实验的复习之后，笔者编制了以下习题，用以提高复习效果。

例：要使光线经过某一个光学元件后发生如图4所示的偏折，可供选用的元件有：① 平面镜；② 凸透镜；③ 凹透镜。能达成该目标的光学元件有( )。