基于思维进阶的初中物理实验教学设计

吉俊

【摘要】皮亚杰认为，儿童思维的发展既有连续性，也有阶段性，他们总是朝着必经的途径向前发展的.由学生思维的发展分阶段性的理论可以知道，只有设计符合学习者思维进阶的教学模式，才能发展学生的思维，促进他们高阶思维能力的养成.本文就基于思维进阶的初中物理实验教学设计展开探讨.

【关键词】思维进阶;初中物理;实验教学

纵观学生们物理学习的全过程，物理前概念的形成是思维发展的第一境界，纠正错误前概念建立新概念是思维发展的第二境界，完善认知、巩固概念是思维发展的第三境界，创造创新是思维发展的第四境界，将理论运用于实践是思维发展的第五境界.为了促使学生能够牢固地掌握物理学概念，将物理学知识运用在实际生活中，教师在实验教学中应该重视学生们思维品质的培养，提升学生思维的深刻性、探究性、专注性、辩证性、创新性，从而真正促使学生思维向深度进阶，为其科学素养的提升奠定基础.

1 激趣导学，激活形象思维

教师应该认识到激发学生浓厚的学习兴趣，才能够促使学生全面参与到实验过程中来.在初中物理教学中，促使学生的思维成功进阶，教师就应该将激发学生的实验兴趣作为自己教学设计的首要任务，创设与知识背景相关的教学情境，从而搭建知识桥梁，让学生在观察、反思、操作等活动中获得初步认知，体验物理知识的产生、形成与发展.

例如 在“电流的磁场”的实验教学开展中，教师可以利用多媒体为学生展示电磁炮、电磁秋千、电磁旋转线圈的模型，让学生通过清晰动态的视频了解这些模型制作的原理，从而拉开研究电磁间本质联系的序幕，引导学生们认识到导体通电后会有电流的磁效应.通过真实实用的物理情境，自然而然引出本节课的课题，既让学生实现了知识的初步建构，又有利于将这种感性具象升华为抽象的逻辑，促使学生思维发展.

又如，在“流体压强与流速的关系”的探究实验教学中，教师便可以为学生创设趣味性的魔术情境，魔术的名称为“隔空点火”.教师为学生做简单的模拟实验，将三根蜡烛并排放置，点燃左右两边的蜡烛，用吸管对着中间尚未点燃的蜡烛吹气，然后引导学生观察实验现象.这时，学生们通过观察了解到中间的蜡烛竟然在老师的“吹气”过程中自动点燃了.基于此，教师便可以引导学生“为什么老师向未点燃的蜡烛吹气，蜡烛还会自动点燃”.这样一来，教师的模擬实验与学生的传统观念认知产生了冲突：在传统的思想中吹是熄灭蜡烛的方法，而在这个实验中却是点燃蜡烛的方法，这时学生便会产生强烈的求知欲望.当学生兴趣正浓时，教师便可以根据本节课的教学主题对学生进行引导，带领学生一同探究流体压强和流速之间的关系.通过教学情境的创设，点燃了学生的学习热情，敞开了学生思维的大门，有助于学生思维的进阶.

2 创新教具，营造思维环境

好的思维环境能够促使情理交融，能够点燃学生的思维激情，使学生迸发思维的活力，让学生在轻松愉悦的环境中思考、探索、建构，从而促使学生实现概念记忆层次的低阶思维向科学推理层面的高阶思维转变，助推学生思维进阶.

例如 在“杠杆”的教学中，八年级的学生们受到思维水平和生活经验的限制，难以轻松地掌握杠杆这种动态过程的物理属性，即使老师为学生们一个、两个、三个或是更多个展示杠杆形态，学生们获得的也是杠杆表象上的差异性，无法从根本上获得杠杆的本质动态属性，所以教师可以通过简单的实验，让学生们在体验中认知支点、动力、阻力、作用点等概念.在力臂概念的教学过程中，教师便可以为学生设计简单的实验装置——圆盘式杠杆，圆盘的左边悬挂两个钩码，圆盘的右边悬挂一个钩码，圆盘处于静止的状态，然后变化圆盘两侧悬挂的钩码的数量，让学生通过变换作用点的方式，使得杠杆保持静止.在课堂上引导学生多次操作，然后探究总结影响力对圆盘作用效果的因素是什么，从而建构力臂和阻力臂的概念.这一实验教具的创新，给了学生参与、体验、思考的轻松环境，能够为后续探索杠杆平衡条件建立思维基础，从而促进学生思维发展，促使学生寻着物理内在联系逐级向上，抵达真理的殿堂.

3 分层教学，实现思维延伸

在物理实验教学中助推学生思维进阶，教师应该将“人人有饭吃，人人吃得饱”的教学理念贯彻落实始终.

例如 在“物体的沉与浮”的实验教学中，探究物体沉浮条件面对的对象是全体学生，对于学有余力的学生，教师则要要求他们对潜水艇的工作原理有更加清晰的认识，对这些生活中器械的运作原理进行了解.认识潜水艇的工作原理是浮力知识的扩展和升华，有助于促使学有余力的学生在物理知识的路途上拾级而上，实现思维向高层次发展.教师在全班学生已经感知了物体的上浮、悬浮和下沉取决于物体受到的浮力和重力的大小关系之后，可以开展拓展性的演示实验，引导学生思维进阶升级.教师要用语言对学生们进行引导，学生融入到模拟潜水艇在水中的沉与浮的演示实验中：“同学们，我们都知道，沉没在液体中的物体，倘若浮力大于重力，则会上浮;如果浮力等于重力，则会保持静止;如果浮力小于重力，则会下沉.现在，同学们观察老师手中有一个圆底的烧瓶，塞子中间有两个导管，其中一个导管会与注射器相连，而另一个导管与烧瓶内外相通，将这个圆底的烧瓶放入盛有水的容器中，怎样才能够使圆底烧瓶向下沉呢？请同学们以小组合作的形式共同探讨如何使圆底烧瓶下沉，采取什么方法？如果想使将沉到底的烧瓶浮上来，又要采取怎样的方法？”探究讨论完之后，教师再引导学生在课堂上进行总结与归纳，从这个实验中为学生延伸出潜水艇的原理：潜水艇水箱中的水量多少通过压缩机工作来实现，然后为其在海中的沉与浮服务.通过这一个演示实验，教师还可以为学生延伸水中的鱼儿上浮和下沉，是通过改变鱼鳔的体积大小来改变它受到的浮力实现沉与浮的.这样一来，通过演示实验，将物体的沉与浮的知识进行了拓展，既能够让学生掌握最本质的物理学概念，又能够实现思维的进阶与提升.

4 自主探索，培养辩证思维

在物理实验教学中助推学生思维进阶，教师应该彻底改变传统的“满堂灌”的教学形式，给学生自主探索、积极建构的机会与平台，从而促使学生思维从低阶到高阶的升华与提升.陶行知先生曾经说过，“教学最重要的是要教给受教育者科学研究的过程与方法.”根据陶老先生的指导，教师在物理教学设计中就要想方设法让学生“动”起来，让教学过程变成“教学做合一”的过程.

例如 在“浮力”这一节课的教学中，为了让学生探究物体在液体中受到浮力的大小和哪些因素有关，教师可以鼓励学生们分组探讨，一同设计实验方案.小组成员团结协作、相互纠错、质疑补充.老师也要巡回指导给予点拨.学生在自主探究、合作交流中设计出一套套完整的实验方案：有的小组的学生以鸡蛋上浮为研究对象，探究出来向水中加盐可以使得沉在烧杯底的鸡蛋发生上浮的现象，从而验证出来浮力与液体的密度相关，有的小组还会通过称重的方法探究出浮力大小与物体排开液体的体积相关……这样一来，他们自主设计实验，自主观察，记录数据，交流分析，从而归纳出实验结果.其实，他们在积极交流中也会出现这样或那样的问题，但是可以共同探讨出问题的解决方法，这样的实验过程能够让学生们在交流探讨中不断吸取经验与教训，实现创新思维的发展.另外，在取长补短中还能促使学生们辩证性思维发展、分析和解决问题能力得到提升.学生们进行实验设计，实验提出问题、解决问题时也锻炼了实验、观察与质疑的能力，有助于促使学生对知识实现深度理解与全面性的建构，从而助推思维进阶.

5 问题驱动，培养科学思维

学生思维的发展与老师的问题引导有着密不可分的关系.学生们物理概念的理解和物理规律的形成，需要深度思维活动的产生，需要认知模式的转变.于是，教师在物理实验教学中就要通过问题驱动的方法，引导学生搜集证据、合作交流、解释证据，从而促使学生思维能力提升，促使概念的理解顺利达到关联水平.

例如  在“光的折射”的实验教学中，教师引导学生选用圆形塑料饭盒，在饭盒中装半盒水，盖上盖子，做成一个半圆形的水砖，用软笔画一条竖直的法线立起放在铁架上，然后为学生提出下列问题，引导学生们探究思考，得出结论：光折射时，折射光线、入射光线和法线是否在同一平面上？光的折射遵循怎样的规律？折射光线、入射光线是否位于法线的两侧？折射角和入射角大小关系是怎样的？入射角增大时，折射角会如何变化？入射角减小时，折射角会怎样变化？当光线垂直射向介质平面时，传播方向是否会发生改变？光折射时光路是否可逆？自己制作一个表格，做四次实验，分别是入射角为18°、24°、36°、0°时折射角的度数.

以问题驱动学生们融入到实验中，操作思考，总结建构，既能够提升和拓展学生对概念和规律的科学认知，又能够使知识理解层次水平从关联上升到系统和整合的水平，有利于学生在体验和感悟中真正理解物理知识.

6 深化拓展，增强创新思维

实验教学的任务就是让学生在体验中形成完整的知识认知，从而将理论知识运用在实践生活中.基于思维进阶设计初中物理实验教学，教师应该积极联系生活，开展生活化的实验教学，加强物理实验与生活的联系，从而让学生从课内走向课外，享受运用知识解决问题的乐趣.

通过拓展实践的开展，也能够让学生在生活中进行观察、操作、体验、探索，有助于学生创新思维实践能力的培养.

例如  在“光的折射”现象学习完之后，教师可以为学生设计“揭秘小魔术——硬币重现”的小实验，要求学生自主设计实验，并且将实验的过程利用录像设备进行视频记录.拓展性的实验不仅能够让学生了解物理与生活之间的关系，还能够加深学生对于折射定律的理解与应用.另外，实验过后，教师还要要求学生撰写一篇关于“容易受骗的眼睛”的科技小论文，让学生运用光的折射现象的理论原理，结合日常生活中的实际例子，组织语言，阐述自己的观点.这样的课外拓展任务内容，不仅有利于提升学生的实验探究能力，还能够促使他们形成正确且科学的物理概念，提高科學思维，实现思维向高阶的发展.

7 结语

为了培养学生的物理学科素养，教师应该重视学生的思维进阶过程.在物理实验教学过程中，给学生学习空间留白，让学生能够亲身体验、全面参与、反思提升创新创造，从而全面增强学生的批判性思维能力、创新性思维能力、辩证性思维能力，促使学生的思维脉络更加清晰，促使学生的思维向高阶发展，全面提升他们的物理学科素养.

参考文献：

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