摘 要：教師在物理課堂教學(xué)中要重視學(xué)生思維的生成和發(fā)展，通過精心設(shè)計“異常”實驗，多向設(shè)計“情境”實驗，周密設(shè)計“階梯”實驗，巧妙設(shè)計“銜接”實驗.讓學(xué)生在實驗過程中有所思、有所獲，發(fā)展學(xué)生辯證性、靈活性、邏輯性、發(fā)散性思維品質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力.

關(guān)鍵詞：初中物理;實驗設(shè)計;思維品質(zhì);創(chuàng)新能力

中圖分類號：G633.7???? 文獻標(biāo)識碼：B???? 文章編號：1008-4134（2021）22-0029-03

作者簡介：鄭建新（1974-），男，浙江杭州人，本科，中學(xué)高級教師，研究方向：初中科學(xué)、實驗教學(xué).

初中物理教育，應(yīng)該教會學(xué)生從物理學(xué)科的視角認識世界、解釋世界的思想方法，并且終生從中受益.物理教師會設(shè)計各種各樣巧妙的實驗突破教學(xué)難點，使整節(jié)課變成“實驗盛宴”，但對于實驗過程，卻沒有深入思考，按部就班，疏忽實驗過程中對學(xué)生思維品質(zhì)的培養(yǎng)，學(xué)生被動歸納實驗結(jié)果，缺乏思維火花的碰撞，抑制了學(xué)生思維能力的發(fā)展.

教師應(yīng)當(dāng)開展富有創(chuàng)造力、貼近生活、自主探究的實驗教學(xué)活動，將側(cè)重點放在對學(xué)生思維和能力的培養(yǎng)上，讓學(xué)生能在實驗過程中有所思、有所獲，發(fā)展學(xué)生辯證性、靈活性、邏輯性、發(fā)散性思維品質(zhì)，培養(yǎng)其創(chuàng)新能力，是每個物理教師不斷努力的方向.

1 精心設(shè)計“異常”實驗，發(fā)展辯證性思維品質(zhì)

筆者從“認知沖突點”出發(fā)，設(shè)計“異?！睂嶒?，讓學(xué)生親身探究，發(fā)現(xiàn)已有的生活經(jīng)驗和新發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象與現(xiàn)實之間的不一致，思維就會陷入矛盾狀態(tài)，才能讓學(xué)生反思、審視并修正自己原有的認識及經(jīng)驗，思考提出或者接受更為科學(xué)的新概念、新假設(shè)、新解釋.

1.1 杠桿平衡的變化問題

在簡單機械教學(xué)中，有很多與生活相關(guān)的簡單機械，比如指甲鉗、蹺蹺板、釣魚竿等，學(xué)生對于熟悉的現(xiàn)象難以產(chǎn)生興趣.教師只有將生活中司空見慣的情境轉(zhuǎn)化為有變化的問題，才能引發(fā)學(xué)生思考.

生活中縮小版的蹺蹺板（如圖1所示），處于平衡狀態(tài)的蹺蹺板上男孩和女孩分別坐在兩側(cè).

問題1：如圖2所示，蹺蹺板可旋轉(zhuǎn)，當(dāng)右側(cè)逆時針旋轉(zhuǎn)30度時，請你預(yù)測哪一側(cè)會掉下來？教師等待給予學(xué)生思考的時間，放手后，結(jié)果出乎學(xué)生的意料.

問題2：還有什么辦法使得蹺蹺板失去平衡.教師通過實驗引導(dǎo)學(xué)生從移動女孩或男孩的位置回答.

問題3：距離支點的距離不等是否一定不能平衡？實驗展示.

因為知識儲備不足，學(xué)生的直覺思維很難隨著問題的變化而做出變化，我們不能急于向?qū)W生解釋相關(guān)概念.可以提出引發(fā)思考的問題，引導(dǎo)學(xué)生尋找其中的原理，學(xué)生才會有探究的興趣.生活中的情境蘊含著科學(xué)原理，但由于原理的抽象以及不容易發(fā)現(xiàn)，不容易引起學(xué)生們的興趣，所以教師將司空見怪的情境變?yōu)橛凶兓那榫?，學(xué)生們對變化的東西始終有探究的欲望.

1.2 指南針為什么不指南

“指南針為什么能指方向”一課中大部分知識學(xué)生在小學(xué)的時候就已經(jīng)學(xué)過，而且也做過相似甚至相同的實驗.到了中學(xué)，再次學(xué)習(xí)，知識沒有難度也沒有深度，難免缺少學(xué)習(xí)的熱情.因此，這種實驗必須進行創(chuàng)新設(shè)計.從學(xué)生“認知沖突點”出發(fā)設(shè)計實驗：指南針是否一定能指南？這會讓許多人一時難以回答.這樣就可以充分激發(fā)學(xué)生參與的熱情，點燃學(xué)生思維.而且通過這樣設(shè)計，學(xué)生不但知道沒有磁性的物體可以被磁化，有磁性的物體也能被更強的磁體改變磁極，從而突破思維定勢，使思維能力得到有效提升.

四人一組，每個人一個指南針（如圖3所示）.觀察指南針靜止時指向？課堂上許多同學(xué)還沒等指南針靜止，就迫不及待地回答：指“南北方向”.有同學(xué)不好意思地說：我的怎么不一樣？有同學(xué)說：可能是磁體之間相互干擾的緣故，建議把指南針離遠一點放，讓同學(xué)將指南針放講臺上觀察.可是移開后還是不指南.

有同學(xué)說：肯定是顏色涂反了.大家感覺很好笑.但有許多同學(xué)認同這一觀點.此時，教師拿出條形磁鐵，像變魔術(shù)一樣輕而易舉地將方向指錯的指南針方向調(diào)為正確指向.這是什么原因呢？同學(xué)們感覺更神奇.為了揭開謎底，大家主動思考，積極討論.

從學(xué)生的“認知沖突點”出發(fā)，巧妙設(shè)計和學(xué)生原有認知經(jīng)驗沖突的實驗，教師提出與學(xué)生認知經(jīng)驗不一致的觀點，制造矛盾，引起思想沖突，讓學(xué)生在這種思辨矛盾中獲得啟發(fā)、頓悟，跳出原來的思維框架，突破思維的局限性，更深入理解科學(xué)原理和本質(zhì).

2 多向設(shè)計“情境”實驗，發(fā)展靈活性思維品質(zhì)

教師應(yīng)當(dāng)從學(xué)生感興趣的知識點出發(fā)，從多角度、多方位設(shè)計各種“情境”實驗， 引導(dǎo)學(xué)生思考現(xiàn)象背后的原理，領(lǐng)會到物理的美妙，激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中真正做到看、做、思融合，從而能利用現(xiàn)有知識，結(jié)合已學(xué)知識去創(chuàng)造、去探索， 培養(yǎng)思維的靈活性，發(fā)展學(xué)生思維能力.

2.1 多種多樣的面鏡

生活中常見的面鏡有三種：平面鏡、凹面鏡、凸面鏡，根據(jù)它們的不同功能用在不同的場合，不同的功能源于不同的成像特點.

教師在上課同時呈現(xiàn)這三種面鏡（如圖4所示），此時成像的情況有正倒之分，有的放大、有的縮小、有的變形，如此豐富的現(xiàn)象，學(xué)生頓時覺得好奇怪，平時對平面鏡成像見怪不怪，面鏡對光路的作用都是反射，為何形成的像卻是千差萬別？面對真實的情境，就平面鏡成像而言，學(xué)生提出可研究的問題有（1）像的大小是否會改變？（2）像與鏡面的距離是否會改變？提出問題以后學(xué)生便可自行設(shè)計實驗以求證.

教師通過設(shè)計多樣的“情境”實驗，拓寬學(xué)生的思路，當(dāng)學(xué)生自己觀察現(xiàn)象、提出疑問并轉(zhuǎn)化問題、解決問題，學(xué)生才能在實驗過程中產(chǎn)生靈感和頓悟，使抽象的物理概念變得明朗清晰，思維的靈活性才能得到培養(yǎng).

2.2 氣體對外做功

教材中“氣體對外做功實驗”，由于在實驗中瓶塞跳起聲音大，實驗過程學(xué)生一直在期待響聲，很難仔細觀察實驗現(xiàn)象.有什么辦法避免聲響，又看見課本氣體對外做功實驗現(xiàn)象，還可以觀察過程中瓶內(nèi)溫度的變化？用打氣筒向密閉空礦泉水瓶打氣（如圖5所示），觀察數(shù)顯溫度計的變化.打開氣門芯放氣，觀察瓶內(nèi)的變化，注意此時觀察數(shù)顯溫度計的變化.學(xué)生觀察到氣體對外做功的溫度下降得慢，引發(fā)思考，聯(lián)系“液化放熱”，思維得以遷移.

學(xué)生在具體情境中動腦，充分借助自己的生活經(jīng)驗去抽象、理解、分析物理問題;學(xué)習(xí)深入生活情境中，靈活運用所學(xué)知識去領(lǐng)悟、判斷、解決具體情境.借助問題情境，學(xué)生在物理與生活中穿行，感悟生活中的物理，這樣一來，現(xiàn)實的、具體的生活經(jīng)驗可以遷移、提升為理性的、抽象的物理概念;同時物理概念也在具體的、真實的生活經(jīng)驗中得到豐富與支撐，從而發(fā)展學(xué)生思維的靈活性.

3 周密設(shè)計“階梯”實驗，發(fā)展邏輯性思維品質(zhì)

學(xué)生的思維往往不局限于實驗本身，在得出實驗結(jié)果后，學(xué)生往往會結(jié)合生活中一些現(xiàn)象進行聯(lián)想，這是學(xué)生思維發(fā)展的體現(xiàn)，也是發(fā)展學(xué)生思維的契機.教師應(yīng)當(dāng)從物理概念的疑難點出發(fā)，對實驗結(jié)果的反思、質(zhì)疑和追問，逐步分解思維難點，更能發(fā)展學(xué)生邏輯性思維品質(zhì).

以液體壓強的階梯實驗為例.

教材中“液體壓強的實驗”只能說明液體對容器側(cè)壁和底部存在壓強，在學(xué)習(xí)過程中學(xué)生普遍存在的三個問題：液體對容器的上壁是否也有壓強？液體壓強與液體的重力或質(zhì)量是否有關(guān)？液體壓強計為什么可以顯示液體壓強？筆者用生活中簡單實用的材料設(shè)計液體壓強的創(chuàng)新實驗，

既能抓住學(xué)生的眼球，又能引發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，往往能為課堂教學(xué)帶來意想不到的精彩.

實驗一可以說明液體對容器側(cè)壁和底部有壓強（如圖6所示）.

問題1：液體對容器的上壁是否也存在壓強？

針對問題1，設(shè)計實驗（如圖7所示），發(fā)現(xiàn)上壁的橡膠膜有明顯突起.可以證明液體對容器上壁存在壓強，解決問題1.

問題2產(chǎn)生：有哪些影響液體壓強的因素？改變實驗，把連著導(dǎo)管的漏斗上下移動，觀察管口橡皮膜突起程度的變化情況（如圖7所示）.實驗現(xiàn)象清晰可見，得出結(jié)論：液體的質(zhì)量和所受重力與液體壓強大小無關(guān)，液體的深度可以影響液體壓強大小，解決問題2.

出現(xiàn)問題3：怎樣能直觀明顯地觀察到液體的內(nèi)部壓強呢？（如圖8所示）出示實驗三：這個實驗可以觀察到液體內(nèi)部存在著壓強的大小，缺陷是：玻璃管太長，不方便使用，紅色水柱位置容易發(fā)生改變，無法準(zhǔn)確說明液體壓強的內(nèi)部規(guī)律.實驗室中的壓強計就是依據(jù)此原理設(shè)計的，展示壓強計，分析壓強計的設(shè)計原理解決問題3.通過上述三個“階梯”實驗，由易到難，從淺入深，讓全體學(xué)生在“階梯”實驗中，參與思考與探索問題.“階梯”實驗的創(chuàng)設(shè)，能從多角度加深學(xué)生對核心知識的理解，而且學(xué)生邏輯性思維得到有效訓(xùn)練，在探討問題的過程中學(xué)生產(chǎn)生靈感和頓悟，解決抽象的科學(xué)疑難問題.

初中學(xué)生拿到問題，通常不思考問題的意義或者未全面清晰思考，便開始著手解決問題，缺乏嚴謹?shù)倪壿嬎季S習(xí)慣，很容易出錯.筆者在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，根據(jù)抽象的物理問題，設(shè)計“階梯式”實驗，由簡到繁，環(huán)環(huán)相扣，層層遞進，符合學(xué)生認知心理和認知規(guī)律，使學(xué)生不僅能“知其然”，還能“知其所以然”，有效提升學(xué)生思維邏輯的嚴密程度.

4 巧妙設(shè)計“銜接”實驗，發(fā)展發(fā)散性思維品質(zhì)

在教學(xué)時，從已學(xué)知識點到新的知識點時要自然銜接，否則學(xué)生會覺得莫名其妙，感覺跟不上老師的思路，課堂也會顯得很不自然.教師可以在教學(xué)中巧妙設(shè)計銜接實驗，鼓勵學(xué)生呈現(xiàn)真實思維，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散性思維.

4.1 挑扁擔(dān)游戲

例如：在九年級上冊第三章“杠桿”的學(xué)習(xí)過程中，教材安排先學(xué)習(xí)“杠桿的五要素”，再直接進入“杠桿平衡條件”的實驗研究.在實際教學(xué)時，會讓人感覺很莫名其妙，學(xué)杠桿為什么要學(xué)習(xí)力臂？為什么要研究杠桿平衡條件？在學(xué)生認識杠桿的時候，筆者設(shè)計如下“銜接”實驗.

用米尺當(dāng)扁擔(dān)，在扁擔(dān)的兩端掛兩個黑色的塑料袋，在塑料袋里放上兩個大小不同的蘋果，使扁擔(dān)在水平位置平衡.猜一猜：哪一袋蘋果重？誰猜對了，蘋果就獎勵給誰.

在猜的時候，由于沒學(xué)過杠桿的平衡條件，許多同學(xué)認為一樣重.理由是根據(jù)當(dāng)天平橫梁平衡時，說明兩邊一樣重.當(dāng)教師揭曉謎底時，學(xué)生很疑惑.到底是為什么？此時，同學(xué)們帶著疑惑，帶著任務(wù)學(xué)習(xí)探究杠桿平衡條件，有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，主動參與到學(xué)習(xí)中去.這樣的實驗設(shè)計挖掘出學(xué)生新舊知識之間的銜接點，并在這個點上以惑搭橋，在教師的引導(dǎo)下發(fā)現(xiàn)新舊知識間的聯(lián)系，訓(xùn)練敏捷的思維能力，促進推理能力的發(fā)展.

4.2 如何讓飲料吸不上來

古人云：“學(xué)起于思，思源于疑.”為了讓學(xué)生體會大氣壓，筆者在課前發(fā)布“如何讓飲料吸不上來”的任務(wù).在設(shè)計任務(wù)時我們只考慮到兩種可能，一是將一個硬質(zhì)的瓶子上塞緊一個單孔橡皮塞;二是在吸管上開一個小孔.但是學(xué)生們在討論時考慮問題比較廣泛，如：吸管的粗細、吸管上所開小孔的大小、吸管上所開小孔的多少、吸力的大小等.正是這些大膽的，不受任何框框限制的、無一定方向和范圍的想法，使學(xué)生思維的觸角可以被引導(dǎo)到更深層次.經(jīng)過學(xué)生的實驗，最終得出管子的形狀、孔的大小、孔的多少會影響飲料是否吸得上來，通過孩子們親身感受，最終得出了是受大氣壓影響的結(jié)論，這為正式開展大氣壓教學(xué)做了很好的鋪墊.因此，教師進行發(fā)散性問題設(shè)計，引導(dǎo)學(xué)生從多角度、多方面認識和思考，找出更多可能的答案、想法或解決方案.

初中物理教材的編制有兩種基本方式：以物理知識邏輯發(fā)展為線索的“要素式”和以科學(xué)方法為線索的“問題解決式”.前者有利于知識的傳授，有利于基礎(chǔ)性學(xué)力的形成，后者有利于培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)展性和創(chuàng)造性學(xué)力.我們不能以本為本，不能認為教材中的實驗設(shè)計、活動內(nèi)容就是完美的.學(xué)生的很多疑惑只有在實驗過程中得到證實，才會引發(fā)學(xué)生更深層次的思考，在反思實驗、解決疑惑的過程中，思維由淺入深得到發(fā)展.

我們應(yīng)該從學(xué)生出發(fā)，對教材予以審視和重構(gòu)，挖掘?qū)嶒灊撃?，?chuàng)新設(shè)計實驗，平常中出新，新意中促思，設(shè)計一個個符合初中學(xué)生思維特點的生動、有趣、形象的實驗，以發(fā)展學(xué)生思維品質(zhì)為主線進行教學(xué)，達到教師力爭“活教”學(xué)生能夠“樂學(xué)”的狀態(tài).基于思維發(fā)展設(shè)計實驗，讓學(xué)生的思維在關(guān)鍵處閃光，掌握正確的思維方法，培養(yǎng)優(yōu)良的思維品質(zhì)，讓學(xué)生越學(xué)越聰明，越學(xué)越富有智慧.

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（收稿日期：2021-06-23）