初中物理实验教学中学生思维能力的培养

李红君（江苏省徐州市鼓楼区杨屯中学）

随着课程改革的逐渐深化，新课程对初中物理教师组织实施物理实验课堂教学提出了更高的要求。培养学生的思维能力，是教师组织物理实验教学、引导学生探索实验的主要目的之一。以苏科版《义务教育教科书·物理》八年级下册（以下统称“教材”）第六章“物质的物理属性”的教学为例，教师根据物体的密度有关的实验活动，提出能够引起学生思考且层次不同的问题，逐级引领学生探究，实现对学生思维能力的培养。

一、观察物理实验思考问题，启发学生的思维能力

根据教材第六章“物质的物理属性”中关于物体密度的测量、应用、单位、含义等内容，教师设计了“小石头的密度实验”。

在实验之前，学生已经理解了密度的概念，知道密度是物质的一种属性，也通过之前的学习掌握了密度的写法与读法，会进行不同密度单位之间的换算，能够初步运用密度公式完成简单的计算。这些都是学生参与这次实验活动的知识基础，也是接下来教学中学生观察实验现象、思考问题、提出疑问的条件保障。

“小石头的密度实验”活动中，教师先在学生面前展示对石头密度的测量过程，并提出问题：我的测量方法对吗？你们可以结合之前学习的知识自己设计出一组测量石头密度的实验方案吗？

各小组学生交流讨论，对教师提出的问题进行思考。学生交流成果如下。

A 组学生表示：老师的测量方法是通过计算已知数据而得结果，我们还可以利用实验的方法知道小石头的密度。

B 组学生表示：根据老师的实验原理，我们认为可以按照一定步骤进行设计。B 组学生设计实验的操作步骤为：（1）根据教材中的密度测量方法准备实验工具；（2）调节天平平衡，测量石头的质量；（3）在量筒中倒入水，使用细线绑住石头，将石头缓缓下降到量筒中，让石头被水完全浸没；（4）读取量筒中的数据变化，利用数据差值获取石头的体积，利用体积与质量数据，采用公式计算密度。

学生根据教师的问题思考测量小石头密度的思路，灵活利用已经学习的知识完成知识迁移，解决实际问题。这样的思考过程既是学生的知识迁移过程，也是学生的思维活动过程。教师引导学生利用已学知识，启发学生思维，促使学生的实验思维、逻辑思维、科学计算思维活跃起来。

二、思考多层次问题表达想法，发展学生的思维能力

学生思维能力的发展并不是跳跃式的，是随着教师的引导、对各种问题的思考逐渐发展的，呈现一种动态化的特性。教师结合具体的课堂教学实际情况，面向学生提出多层次问题，以追问的形式激发学生思考，驱动学生不断深入思考，逐层加深对问题的思考深度，促使学生在不断深入思考的过程中自然解决问题，实现思维能力的发展。

“小石头的密度实验”教学活动中，在学生已经设计出自己的密度测量方案后，教师设置如下。

追问1：为什么要在量筒里面注入清水？水量对测量效果有影响吗？

追问2：若先在量筒内装水，测量水体积变化之后再测量石头的质量，可以这样操作吗？会有什么变化？为什么？

追问3：若想要测量一些较大物体的体积，这个实验还可以使用吗？如何优化呢？

追问4：若想要测量泡沫等不会沉到水下的物体，该如何优化实验呢？

在教师的多层次追问之下，学生陷入思考。在这一阶段，学生的思维活动是环环相扣的。具体思维活动可以体现为：记录教师提出的问题—标记自己的解题思路—根据标记思考追问1 ～追问4—思考中获得答案，形成对密度计算方法的理解。

A 组学生根据上一个环节实验情况的总结归纳，表示：注入清水，是为了将石头的体积转化为水的体积测量出来，因为石头是不规则形状的，很难直接测量出体积。之所以要先测量质量，是因为石头进入水中之后，质量会发生较大的变化，多出来的是携带的水分的质量，会影响之后的密度计算结果。

B 组学生表示：要想测量泡沫等较轻物体的体积，我们认为可以利用铁丝将其‘怼’到水中，让其完全浸没在水中，这样就可以获得泡沫的体积了，这样当然会存在误差，但是可以选择用极细的铁丝，这样产生的误差是微小的。

各组学生通过思考、表达与交流，一致认为：这组实验可以同时满足多种不同物体的密度测量，测量过程与原理都是相似的，即将测量目标物体以其他形式物体体积呈现，通过转换与计算得到物体的密度。

由此可见，教师若把握住学生自己设计实验时的思路，顺着学生的思路分别提出实验原理、实验误差条件、实验对象的变化等三个层次的问题，就能够得到学生的积极响应，引起学生积极思考。学生对这些问题的思考迅速且深入，更能够举一反三，提出“面向更多的物体”，将实验条件归纳为“利用流动性较强的物体测量体积”。学生思考问题和对实验条件进行归纳的过程均是思维活动的过程。教师适当追问多层次问题，不仅能够引导学生加强对知识的理解，更能够使学生的思维能力持续发展。

三、跟随教师指引创新实验，增强学生的思维能力

教师培养学生的思维能力，不要局限于学生设计的实验方案，或者选定的实验模板，也可以顺着学生思维的发展方向进行拓展，进一步转变为本节课的实验条件，为学生提供更多、更广阔的知识迁移空间，支持学生灵活运用已学知识，不断锻炼、增强学生的思维能力。

“小石头的密度实验”教学活动进入尾声阶段，学生在教师的追问下不断深入思考，设计出新的实验方案，并对新的方案进行操作。教师按照“可以测量很多不同的物体，计算出不同物体的密度”的思维方向，调整本次实验的条件。

提供实验工具：天平、烧杯、牛奶与水。

提出新的问题：如何测量牛奶的密度呢？当测量物体与介质均为液体时，你们会如何做呢？

实验条件发生了较大的变化，此时“将两种物体混合再分开”的方法明显不适用了。这就要求学生突破思维局限，思考更多的密度测量方法。

A 组学生设计出的实验过程为：（1）测量烧杯质量。（2）在烧杯中加满水，测量烧杯与水的质量。（3）在烧杯中加满牛奶，测量烧杯与牛奶的质量。此时烧杯与水的质量减去烧杯的质量，再除以水的密度，则是水或牛奶的体积；烧杯与牛奶的质量减去烧杯的质量，则是牛奶的质量。（4）将这两个公式融合起来，得到的结果就是牛奶的密度。

在这一环节中，学生脱离了单一的密度公式使用方法，分别将密度公式运用到两个公式中，将两个公式合二为一，获得答案。通过这样的自我突破思考过程，能够进一步锻炼学生的思维能力，实现在物理教学中对学生思维能力的培养。

总而言之，以物理实验教学培养学生的思维能力，只有让学生真正地思考问题，才能起到锻炼思维、强化思维的作用。教师可以用物理实验直观呈现各种物理现象，以多层次问题引导学生深入思考这些现象，支持学生提出自己的想法，或者引导学生主动观察物理实验，在观察中发现问题，提出疑问，引起学生思维活动，以多种方式培养学生的思维能力。