摘 要： 培養(yǎng)學(xué)生的物理思維，提升學(xué)生的思維品質(zhì)是高中物理教學(xué)的重中之重。本文分析了物理實(shí)驗(yàn)的要素，探討了在高中物理實(shí)驗(yàn)中提升學(xué)生的物理思維品質(zhì)的方法。

關(guān)鍵詞： 高中 物理實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)教學(xué) 思維品質(zhì)

高中物理實(shí)驗(yàn)作為完成物理教學(xué)任務(wù)的重要方法和必要手段，是整個(gè)物理教學(xué)的基礎(chǔ)。物理教學(xué)的三維目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，均離不開(kāi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。物理實(shí)驗(yàn)具有融科學(xué)觀察、動(dòng)手操作、物理思維于一體的特點(diǎn)，這就決定了物理實(shí)驗(yàn)為培養(yǎng)、完善學(xué)生的物理思維品質(zhì)提供了豐富的素材。教師應(yīng)該深入分析、挖掘物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)在學(xué)生思維品質(zhì)培養(yǎng)上的各種有利因素，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)思維品質(zhì)的有效性、針對(duì)性和可操作性。

一、把握實(shí)驗(yàn)原理，提升思維的深刻性

實(shí)驗(yàn)原理的把握包括對(duì)原理的深刻理解，以及原理在實(shí)驗(yàn)各個(gè)環(huán)節(jié)的落實(shí)應(yīng)用。該過(guò)程實(shí)質(zhì)上是揭示物理實(shí)驗(yàn)的內(nèi)在本質(zhì)的一種深刻性思維過(guò)程，可有效地培養(yǎng)學(xué)生物理思維的深刻性。為此，教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，首先應(yīng)針對(duì)實(shí)驗(yàn)的目的，啟發(fā)學(xué)生根據(jù)已有的物理知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，得出制約實(shí)驗(yàn)的內(nèi)在依據(jù)——實(shí)驗(yàn)原理。在中學(xué)物理學(xué)生實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，實(shí)驗(yàn)原理主要表現(xiàn)為實(shí)驗(yàn)依據(jù)的物理規(guī)律。諸如，測(cè)量性實(shí)驗(yàn)中的待測(cè)物理量的量度公式，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)中所要驗(yàn)證的物理定律等。其次應(yīng)在學(xué)生全面理解實(shí)驗(yàn)原理的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)具體分析，明確實(shí)驗(yàn)的研究對(duì)象，選取恰當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)器材，確定合理的實(shí)驗(yàn)步驟，確定實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵——如何控制實(shí)驗(yàn)條件，知道實(shí)驗(yàn)誤差的可能來(lái)源，以及減少誤差的具體辦法，等等。這樣，實(shí)驗(yàn)原理即成為學(xué)生頭腦中的一條思維主線，貫穿于實(shí)驗(yàn)過(guò)程的各個(gè)具體環(huán)節(jié)。學(xué)生在實(shí)際動(dòng)手操作之前，已先在頭腦中進(jìn)行了積極的思維操作，正是這種深刻的物理思維過(guò)程，保證著實(shí)驗(yàn)有序順利地進(jìn)行。

例如我指導(dǎo)學(xué)生嘗試?yán)眯≤囂骄框?yàn)證加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)，首先讓學(xué)生全面把握實(shí)驗(yàn)的原理：在質(zhì)量一定時(shí)，加速度與合外力成正比；在合外力一定時(shí)，加速度與質(zhì)量成反比。接著根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，引導(dǎo)學(xué)生展開(kāi)嚴(yán)密的物理思維得出：實(shí)驗(yàn)的研究對(duì)象——運(yùn)動(dòng)的小車；實(shí)驗(yàn)的方法——控制變量法；實(shí)驗(yàn)的步驟——控制實(shí)驗(yàn)條件（保持小車質(zhì)量一定時(shí)，探究加速度跟力的關(guān)系），得到研究對(duì)象在不同拉力下的加速度值（保持小車所受拉力一定時(shí)，探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系），得到研究對(duì)象在不同質(zhì)量下的加速度值；實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)——要平衡小車的摩擦力、拉小車的鉤碼的質(zhì)量應(yīng)遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量等；實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理——用直觀形象的a—F、a—m、a—1/m圖線；實(shí)驗(yàn)誤差——主要來(lái)自小車的摩擦力沒(méi)有完全被平衡，拉小車的鉤碼的質(zhì)量沒(méi)有遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量，等等。

通過(guò)上述積極的物理思維，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)中各個(gè)環(huán)節(jié)的因果關(guān)系有了全面、深刻的認(rèn)識(shí)，深入了解了物理現(xiàn)象的內(nèi)

在本質(zhì)，從而有效地培養(yǎng)了學(xué)生物理思維的深刻性。

二、掌握實(shí)驗(yàn)方法，培養(yǎng)思維的靈活性

實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ妥鳛閷?shí)驗(yàn)的理想“框架”，具有很強(qiáng)的概括性和極大的遷移價(jià)值。教學(xué)中有意識(shí)地使學(xué)生掌握各種常用的實(shí)驗(yàn)方法，并用以解決新的實(shí)驗(yàn)問(wèn)題，能有效地培養(yǎng)學(xué)生物理思維的靈活性。為此，在實(shí)際教學(xué)中我們要注意以下幾個(gè)方面：

首先，使學(xué)生深刻領(lǐng)會(huì)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想。作為實(shí)驗(yàn)方法的精華，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想是物理智慧的集中體現(xiàn)。在教學(xué)中教師應(yīng)通過(guò)對(duì)一些經(jīng)典實(shí)驗(yàn)的全面剖析，引導(dǎo)學(xué)生概括出其中獨(dú)特的設(shè)計(jì)、巧妙的構(gòu)思，以有效地啟迪物理智慧，為培養(yǎng)學(xué)生物理思維的靈活性奠定基礎(chǔ)。如，卡文迪許扭秤實(shí)驗(yàn)中測(cè)定微小量的轉(zhuǎn)化放大的實(shí)驗(yàn)思想，光的干涉實(shí)驗(yàn)中將一束光分為兩束從而得到相干光源的巧妙設(shè)計(jì)，庫(kù)侖實(shí)驗(yàn)中改變帶電體電量的巧妙構(gòu)思，驗(yàn)證碰撞過(guò)程動(dòng)量守恒實(shí)驗(yàn)中以平拋運(yùn)動(dòng)的水平位移代替碰撞前后的瞬時(shí)速度的等效替代思想，等等，均是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想的豐富素材。

其次，提供新的實(shí)驗(yàn)情景（諸如改變實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊螅淖儗?shí)驗(yàn)的器材等），要求學(xué)生運(yùn)用已掌握的實(shí)驗(yàn)方法及實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，?gòu)思新的實(shí)驗(yàn)方案，解決新的實(shí)驗(yàn)問(wèn)題。例如，學(xué)生從測(cè)定光的折射率實(shí)驗(yàn)中掌握了用插針?lè)ù_定光線的方法后，可將其靈活遷移到驗(yàn)證光的反射定律、測(cè)定玻璃的臨界角、測(cè)定透鏡的折射率等新的實(shí)驗(yàn)情景中。再如，圖像法作為處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、探索物理規(guī)律的重要方法，具有極大的遷移價(jià)值。學(xué)生最早從探究勻變速直線運(yùn)動(dòng)速度規(guī)律實(shí)驗(yàn)中掌握了圖像法之后，可將它應(yīng)用于多種不同的實(shí)驗(yàn)情景中，諸如電源電動(dòng)勢(shì)內(nèi)阻的測(cè)定、研究胡克定律等。這種將具有概括性的實(shí)驗(yàn)方法向新實(shí)驗(yàn)的遷移，能有效地培養(yǎng)學(xué)生物理思維的靈活性。

再次，要求學(xué)生根據(jù)給定的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，提出盡可能多的實(shí)驗(yàn)方案，或者運(yùn)用同樣的實(shí)驗(yàn)裝置，完成多個(gè)實(shí)驗(yàn)，以有效地培養(yǎng)學(xué)生物理思維的發(fā)散性和靈活性。例如，在測(cè)量重力加速度實(shí)驗(yàn)中，可啟發(fā)學(xué)生提出多種實(shí)驗(yàn)方案，如用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的自由落體法、滴水法、斜面上運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)法、單擺法、圓錐擺法等。再如，應(yīng)用電池、變阻器、電流表、電壓表、開(kāi)關(guān)等器材，要求學(xué)生完成多個(gè)實(shí)驗(yàn)，如驗(yàn)證部分電路和閉合電路的歐姆定律，測(cè)量電阻，測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)電阻，研究電源輸出功率的變化規(guī)律，等等。

三、反思評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提升思維的批判性

對(duì)實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論，教師要引導(dǎo)學(xué)生用批判性的眼光加以全面審視，從中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，分析其中的物理原因，提出新的見(jiàn)解，以有效地培養(yǎng)學(xué)生物理思維的批判性。

首先，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果不盲目迷信，要善于質(zhì)疑，辨明真?zhèn)?。有一些?shí)驗(yàn)（如用小球在斜面上滾動(dòng)驗(yàn)證力和加速度成正比），盡管實(shí)驗(yàn)顯示的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)原理預(yù)想的相吻合，但未必說(shuō)明此實(shí)驗(yàn)原理就一定沒(méi)有問(wèn)題。另一些實(shí)驗(yàn)，課本中的敘述并不嚴(yán)密準(zhǔn)確（如驗(yàn)證機(jī)械守恒定律實(shí)驗(yàn)中要求用前面兩打點(diǎn)的間距為2mm的紙帶）。還有一些實(shí)驗(yàn)，它所顯示的結(jié)果是一種假象，并不能真正說(shuō)明物理規(guī)律，諸如，將音叉振動(dòng)后旋轉(zhuǎn)能聽(tīng)到忽強(qiáng)忽弱的聲音說(shuō)明聲波干涉，用與感應(yīng)圈接通的陰極射線管發(fā)出的陰極射線使其下方的小磁針偏轉(zhuǎn)來(lái)說(shuō)明運(yùn)動(dòng)電荷的磁效應(yīng)，用一對(duì)平行金屬板（與感應(yīng)圈相連）在充、放電時(shí)其內(nèi)部的小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)說(shuō)明變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，等等。對(duì)這些似是而非的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生往往會(huì)被實(shí)驗(yàn)的假象所迷惑。教師要引導(dǎo)啟發(fā)學(xué)生運(yùn)用已有的物理知識(shí)，對(duì)此進(jìn)行周密、深刻的分析，找出其中的問(wèn)題，揭示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的真實(shí)原因。如對(duì)陰極射線下方小磁針偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，產(chǎn)生的真實(shí)原因并不是陰極射線激發(fā)的磁場(chǎng)（此磁場(chǎng)極弱，不足以使小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)），而是感應(yīng)圈工作時(shí)強(qiáng)大的磁場(chǎng)所致。利用這種排除假象、去偽存真的積極的物理思維，能有效地培養(yǎng)學(xué)生物理思維的批判性。

其次，要求學(xué)生尊重實(shí)驗(yàn)事實(shí)。由于各種原因，實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與預(yù)期的實(shí)驗(yàn)?zāi)康目赡懿⒉煌耆稀ＶT如，在探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的a—F圖線往往不是嚴(yán)格的直線；在描繪等勢(shì)線實(shí)驗(yàn)中得到的等勢(shì)線在導(dǎo)電紙的邊緣處與理論上的存在著較大的差別，等等。這時(shí)，教師要引導(dǎo)學(xué)生本著實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，對(duì)實(shí)驗(yàn)事實(shí)作出客觀、公正的評(píng)價(jià)；通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的全面反思，仔細(xì)分析造成實(shí)驗(yàn)誤差的原因，進(jìn)而提出改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的新設(shè)想。切忌為了迎合實(shí)驗(yàn)要求而隨意篡改實(shí)驗(yàn)事實(shí)，從而既培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度，又訓(xùn)練學(xué)生物理思維的批判性。

四、加強(qiáng)探索性實(shí)驗(yàn)，提升思維的獨(dú)創(chuàng)性

在物理實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)方案的構(gòu)思與設(shè)計(jì)是實(shí)驗(yàn)獲得成功的重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生思維創(chuàng)造力的關(guān)鍵。探索性實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生獨(dú)立構(gòu)想實(shí)驗(yàn)方案，能有效地培養(yǎng)學(xué)生物理思維的獨(dú)創(chuàng)性。

1.提出課題。在創(chuàng)設(shè)一種有利于學(xué)生探索與研究的情景的基礎(chǔ)上，可以直接向?qū)W生提問(wèn)或由學(xué)生自己提出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課題。比如：“如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)、內(nèi)阻？”“如何探索試管（內(nèi)置重物）在水中處于穩(wěn)定平衡的條件？”等。

2.自主設(shè)計(jì)。針對(duì)提出的課題，學(xué)生獨(dú)立地對(duì)已有的知識(shí)、方法加以新的組合分析，提出理論假設(shè)，構(gòu)思實(shí)驗(yàn)方案。如在“探索浮體（內(nèi)置重物的試管）的穩(wěn)定性”實(shí)驗(yàn)中，首先，學(xué)生利用已有的相關(guān)知識(shí)，提出浮體在水中處于穩(wěn)定平衡的假設(shè)——物體整體重心位于浮心下方；接著，根據(jù)假設(shè)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，確定實(shí)驗(yàn)步驟。

3.觀察操作。學(xué)生根據(jù)自主設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案，運(yùn)用儀器獨(dú)立地進(jìn)行實(shí)際操作，控制實(shí)驗(yàn)條件，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。如在“探索浮體穩(wěn)定性”實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生主動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)條件——改變?cè)嚬苤杏矌诺膫€(gè)數(shù)，用懸掛法測(cè)得試管相應(yīng)的重心位置，用穩(wěn)定平衡法測(cè)得試管的浮心位置，并將測(cè)得的結(jié)果填入相應(yīng)的表格中。

4.分析歸納。學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)操作中觀察到的現(xiàn)象、測(cè)得的數(shù)據(jù)，進(jìn)行思維操作，理性加工，從中概括總結(jié)出規(guī)律性的結(jié)論。如在“探索浮體穩(wěn)定性”實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生對(duì)已測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，采用圖線方法，得到反映試管重心及浮心隨硬幣個(gè)數(shù)變化的圖線，再對(duì)圖線加以外推，總結(jié)得到試管穩(wěn)定平衡（重心低于浮心）時(shí)硬幣個(gè)數(shù)應(yīng)滿足的條件。

5.質(zhì)疑釋疑，遷移再創(chuàng)造。作為實(shí)驗(yàn)的最后環(huán)節(jié)，對(duì)實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)論及實(shí)驗(yàn)的全過(guò)程，要求學(xué)生從新的角度進(jìn)行批判性的考查。教師要啟發(fā)、鼓勵(lì)學(xué)生質(zhì)疑，或教師向?qū)W生質(zhì)疑。諸如，有沒(méi)有與本實(shí)驗(yàn)的結(jié)論相關(guān)的理論模型？本實(shí)驗(yàn)有無(wú)需要改進(jìn)的地方？實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想能否遷移到其它情景中？等等。如在“探索浮體的穩(wěn)定性”實(shí)驗(yàn)中，針對(duì)從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出的兩根圖線（重心隨硬幣個(gè)數(shù)的變化及浮心隨硬幣個(gè)數(shù)的變化），啟發(fā)學(xué)生思考是否有與圖線變化規(guī)律相對(duì)應(yīng)的物理模型？由該模型得到的數(shù)學(xué)關(guān)系與實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否吻合？在重心圖線上，重心最低位置與管中硬幣的高度恰好相等，這是偶然的巧合還是必然的結(jié)果？浮心圖線為何是條直線？本實(shí)驗(yàn)結(jié)論可否遷移到木塊在水中的平衡？比重計(jì)的原理與本實(shí)驗(yàn)有聯(lián)系嗎？等等一系列問(wèn)題。這種質(zhì)疑、釋疑，可有效地培養(yǎng)物理思維批判性、創(chuàng)造性。

俗話說(shuō)：“只有在游泳中才能學(xué)會(huì)游泳?！蓖瑯拥览?，個(gè)體只有在思維過(guò)程中才能學(xué)會(huì)思維，任何人都無(wú)法替代。所以教師應(yīng)該更加主動(dòng)地按照物理新課改的要求，給學(xué)生以更大的信任，在實(shí)驗(yàn)中放手讓學(xué)生去探索、去領(lǐng)悟，更多地重視學(xué)生探求知識(shí)的過(guò)程而不是結(jié)果，進(jìn)而提升思維品質(zhì)。惟有如此，才能培養(yǎng)出充滿科學(xué)精神的創(chuàng)新者、思想者。

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