在物理实验教学中培养学生思维能力的实践研究

符瑞斌

【摘要】物理是以实验为基础的自然学科，高中学生学习物理感觉难度大，理解困难，与学生在学校的学习不重视实验有一定的关系。教师应用好实验教学资源，像科学家一样对待科学，优化学习物理的过程，帮助学生学好物理，爱学物理。

【关键词】高中物理；实验教学；科学思维；实验素养

有人认为只要大量刷题，就能提高分数，实验是在浪费时间，不重视物理实验的现象比较普遍。然而提高物理教学效率，提高学生科学素养的有效方法正是加强物理实验教学，笔者用课堂教学案例阐述如何利用物理实验教学培养学生的思维能力、探究能力和动手操作能力。

一、物理实验在高中物理学习中的重要性

1.学习科学家的科学精神，增强学习动力

物理基本概念建立、基本规律的发现，总是与科学家的探究实验有着密切关系，他们在平时生活、生产和科学研究中发现问题引发了探究欲望，便会提出合理的、大胆的猜想，并建立模型，拟定实验方案，多次实验，不断修订方案，验证猜想，得到物理规律。探究未知的过程充满艰辛，留下汗水，也经历过失败，最终获得成功的喜悦。科学家吃苦耐劳的精神、克服困难的勇气、锲而不舍的意志都是高中生学习物理知识时必备的品质，了解物理学发展历史，理解科学家的研究方法、思维过程，也是学习物理的重要途径。可见，学习物理并不是刷题这么简单，盲目刷题就是空中楼阁，是功利主义的表现，不重视物理实验的学习，不能产生浓厚学习兴趣，缺乏学习动力，也难以掌握思维方法，不能学以致用，当然就感到学习困难了，更不会在今后的工作中有很强的解决问题的能力。

学生若喜欢上实验，就会对身边的事物产生好奇心，会尝试用物理知识解释现象，也会关心科技的发展，自然就加强了自身的物理观念，强化了科学思维，物理学科素养得到提高。其课堂学习也会更积极主动，交流讨论成为常态，并学会举一反三，让学习事半功倍。

2.有利于逻辑思维的培养，提高学生学习兴趣

不少厌学的学生是因为物理课不做实验，教师仅在黑板讲授理论知识，致使学生无法理解透彻。因此教师必须重视实验教学，让学生喜欢物理实验，喜欢学习。

通过实验教学让学生喜欢上物理之后，再引导学生带着问题设计实验，逐渐训练学生的逻辑思维缜密性，了解实验探究科学奥秘的过程与方法，即了解实验目的，懂得选择实验仪器，理解实验原理，会设计实验步骤，并在实验中想方设法减小误差，应用数学知识处理数据得到实验结论。实验过程可以帮助学生有效地巩固物理知识，也可以跟其他实验方法加以对照，将零碎的物理知识串联起来，使得物理知识学习更具逻辑性，能帮助学生实现物理知识的迁移与灵活应用。

实验教学是多样化教学的重要方式之一，教、学、评是一个整体，学生在平时学习物理知识过程中，如果都是教师讲、学生听，教学方式太单一，太枯燥，天天死记硬背，学生怎么会有兴趣学习？这种学习方式必然效率很低。因此，通过围绕高中物理知识点来开展创新实验，使得物理知识的整个学习过程变得更加有趣了，学生也可以通过自己动手的方式来完成创新实验，从中获得快乐和自信。

例如学习重心、平衡、振动等物理内容时都可以做小实验，如用折叠小刀，以锐角方式插入铅笔笔尖附近，使小刀和铅笔成为一体，并让小刀成半折叠状态，这样铅笔的笔尖就能立在手指上形成不倒翁了。此外，开放物理实验室，学生可以在亲自完成物理实验的过程中再次加深对物理知识的印象，提高学生的动手能力，培养学生的物理核心素养，学生也能树立起学习物理知识的信心。

3.帮助学生抓住物理学习的主线

由于物理学是以实验为基础的自然科学，重要的概念和规律大都与实验相关，若平时重视实验的学习，就会把握物理学习的重点，达到良好的学习效果。对课本上的实验加以思考、创新，也是一种思维提升的学习方式，学生能够更好地理解物理知识中的难点以及重点内容，并能对重点以及难点知识进行针对性练习，实现对难点内容的掌握。

例如学习牛顿第二定律时，教材编写了两个实验方案，每个实验方案都反映了不同的思路，但都是围绕测量加速度进行的。方案一，利用运动学的位移公式，通过比较两个不同质量的滑块在相同时间内的位移，得到两个滑块的加速度之间的关系；方案二，利用打点计时器记录小车在不同时间内的位移，用位移公式和速度公式，计算加速度。此外利用光电门、气垫导轨、传感器等仪器也能设计实验，为学生的学习打开了思路。

利用实验突破学生的学习难点。如关于滑动摩擦力方向的判断，可能与运动方向相同，也可能与运动方向相反，但一定与相对运动方向相反。用物块、木板做个实验，进行仔细观察、思考、讨论，就能很好地突破难点了，也为静摩擦力方向、电磁感应现象中线圈或电磁铁受到的磁场力（安培力）方向的判断扫清障碍。

二、在物理实验教学中提高学生思维能力的策略

1.引导学生设计合理实验步骤，培养逻辑思维能力

实验步骤的设计应采用整体思维，实验的各步骤之间应存在关联性。在物理实验课中，学生理论联系实际，学以致用，验证所学知识；也可以发现问题，探究解决方案。例如使用打点计时器时，观察所用的电源是直流电还是交流电？先释放小车还是先接通电源呢？还是都可以？这样的问题让学生思考、操作，教师没必要讲解，学生亲自做实验，学生经过实验、思考，经历体验性学习，对所学知识才会印象深刻。这样能帮助学生培养发现问题、思考问题的习惯，通过动手实践掌握最基础的高中物理知识，为今后学习物理打下坚实的基础。

先思考清楚再观察实验现象，记录实验结果，处理实验数据，得出实验结论。这是实验课的基本要求。又如学生在开展“利用单摆测定重力加速度”实验时，教师提出启发性的问题：观察摆球做的运动是不是直线运动？是不是在同一竖直平面内的运动？还是做椭圆运动？再提出实验操作的技巧问题：怎么操作能减少实验误差？怎样保证摆角在小角度范围？帮助学生将平时所学习到的物理知识与物理实验有机融合起来，单摆实验要在竖直平面内完成摆动，通过严谨的实验可以很好地培养学生的科学态度。

另外本实验中可引导学生应用“比较法”再思考另一个问题：本实验是用累计法测量单摆周期的，设计测量一页纸张的厚度的实验，怎么做到误差小？通过本实验的学以致用学生实现了对物理知识的有效运用、整合，学生感悟到测量微小量可以应用累计法以达到减小实验误差的目的，从实验中获得成功的喜悦。

2.实验教学中发现问题，培养敢于质疑的科学精神

实验教学在培养学生物理学科素养和科学态度方面有不可替代的作用。在重视学习教材的同时敢于挑战权威，质疑教材。

例如课本“单摆”这节内容第3题，由图像中得出单摆的周期8秒，振幅1厘米。从实际实验操作考虑，若按照这个数据进行实验，测量重力加速度，其实验过程误差将比较大，甚至难以进行实验，可见挖掘实验的教育价值十分必要。

将习题与实验比较之后对某道高考题也应提出质疑：速度图像显示，汽车匀加速运动4小时，速度达到60km/h。若学生能思考：这在实际生活中存在吗？让学生在敢于质疑，积极思考中提升探究能力。久而久之，学生会形成用实验研究的习惯进行自主实验，提升学生的自主创新能力。此外，在这一过程中，学生可以掌握高中物理知识中的重点以及难点，也可以在出现了实验错误之后及时改正错误，在实验中帮助学生积累物理学习经验。例如进行“伏安法测电阻”的实验之后，学生能更好地理解物理模型与进行误差分析。可见通过实验学习物理，可以很好促进学生对高中物理理论知识的学习，有利于难点知识的突破。

3.实验教学中教授科学研究方法，培养科学探究能力

提高学生的学习能力，需要教师对教材进行再创造。如学习“自由落体运动”时，教材只简单提到牛顿管实验，但没有具体的操作方法，需要教师按照实验基本要求完善演示实验。不是只做一组数据，而是多做几次对比实验，观察轻重不同物体在有无空气阻力时的运动情况，并得到玻璃管内的空气越少，重的物体与轻的物体下落快慢的差别逐渐减小的结论，再合理外推得到没有空气阻力时，所有物体自由下落一样快的结论，在实验过程中体现科学研究的方法，学生在课堂上明白了这个实验也是一个思想实验，这就是教师创造性地使用课本，提高学生思维能力，举一反三的例子。

课本中有制作“反应时间测量尺”的习题，师生一起按照实验报告的格式完成它：列表描点、画位移图像。把表格中计算的数据描在纸带上，学生会发现它跟匀变速直线运动的纸带非常相似。

例如组织实验“探究物体加速度与力的关系”时，不是让学生对照教师给出的步骤按部就班进行实验，而是要科学设计思考问题：实验时为什么把长木板设置成斜面进行实验？实验时为什么绳子拉力就是小车的合力了？若改变车的质量，需要重新“平衡摩擦力”吗？这些问题通过实验的探究让学生比较容易理解。另外，在学习“摩擦力”时，可以增加一个探究实验：小车在长木板上，倾角从0度逐渐增大，观察小车先相对长木板静止、再滑动。让学生以这个实验为背景理解静摩擦和动摩擦就不那么难了，也为今后做相关的练习题进行了铺垫。

综上所述，坚持有意义的物理实验教学研究，改变观念，不断创新，是立德树人的需要，是为党育人、为国育才的需要。在高中物理教学过程中，教师设计因人施教的多样化教学方式，坚信有探究价值的物理实验课堂是有意义的，坚持做好演示实验、学生实验和课外实验，认真备好实验课，满足学生学习需要，引导学生学会物理，会学物理。让物理实验优化课堂设计，通过实验过程让学生的解决问题能力和动手能力得到提升，使其逻辑思维、创新思维、批判思维得到有效增强。通过实验教学，创设“老师教得不累、有成就，学生学得舒服、有兴趣”的高效课堂，追求“简单且深刻，简约有逻辑”的教学效果，形成“友爱、欢笑、学习”的新时代师生关系。

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