錢國良

(江蘇省常熟市第八中學，江蘇常熟 215500)

引 言

在物理教學中，通過物理實驗，讓學生對課堂上的理論知識進行驗證，鞏固知識；同時，通過物理實驗，培養(yǎng)學生的物理科學思維[1]。以下便是筆者根據(jù)多年的教學經驗，總結的如何通過拓展實驗資源，培養(yǎng)學生的邏輯思維能力、發(fā)散思維能力、創(chuàng)新思維能力和分析思維能力等的方法。

一、理想實驗，培養(yǎng)邏輯思維能力

在物理的教學中，教師經常會遇到許多現(xiàn)實中無法得到驗證的概念或者定律。這時教師需要在思維中塑造一個理想的環(huán)境，把可靠的事實和理論思維結合起來，通過邏輯推理和理論研究，解釋現(xiàn)象和揭示規(guī)律。通常教師把這一過程叫作理想實驗，也稱作“思想上的實驗”。

眾所周知，牛頓第一定律在推導的過程中，就是運用了“理想實驗”的方法。教師在教授“牛頓第一定律”的時候，由于八年級的學生不了解這一推導過程，還不知道這其實是伽利略所推導，牛頓總結而得到的定律。于是，為了給學生演示這一推導過程，筆者準備了一個小球以及兩個光滑的木板當作斜面，演示實驗：小球從其中一塊斜面上方自由滾下，通過兩斜面交接處滾上另一斜面。學生觀察到：小球在第二個斜面上升的高度與初始高度基本相等。于是筆者問學生高度上出現(xiàn)微小的差別的原因是什么？如果排除這一原因呢？學生推斷：出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因是有摩擦力的存在，如果摩擦力f=0時，高度將恰好相等。

上面描述的這個實驗是不可能實現(xiàn)的，因為現(xiàn)實生活中找不到絕對光滑的平面。因此，牛頓第一定律的推導實驗便是屬于“理想實驗”。通過這一理想實驗，學生對牛頓第一定律的認識更加深刻了，思維更加清晰了，提升其邏輯思維能力的目的也達到了。

二、設計實驗，培養(yǎng)發(fā)散思維能力

在物理實驗中，教師經常用到的方法有很多，例如比較法、類比法、轉化法和控制變量法等等。研究某些物理知識或物理規(guī)律，往往有多種方法可以使用，而教師要選用其中誤差最小、效果最佳的一個。因此，教師設計實驗時要選擇最優(yōu)的方案。

例如，教師在教授八年級下冊第十章“壓力和浮力”中的第五節(jié)“物體的沉與浮”的時候，筆者讓學生通過小組合作探究，設計一個實驗探究物體的沉浮條件。筆者的要求是利用身邊熟悉的器材進行試驗，并且要進行詳細的講解。有的學生提出重量會決定物體是否下沉；于是，筆者讓學生先進行實驗設計，探究重量是不是物體下沉的條件。學生通過討論、對比優(yōu)化，最終設計實驗：一個小小的鐵釘和一塊比鐵釘質量大的木塊同時放在裝滿水的水槽中，結果小鐵釘在水中下沉，而木塊在水中的現(xiàn)象卻恰恰相反。由于大木塊的質量大于小鐵釘?shù)馁|量，所以得出結論：物體在水中的沉與浮與物體的質量無關。學生對剛才的實驗進行了分析后又猜想：因為ρ鐵釘＞ρ水＞ρ木塊，所以鐵釘在水中下沉，木塊在水中上浮。因此，筆者又引導學生做了一個驗證：利用的材料是廢牙膏皮，對廢牙膏皮不做任何改變，空心的時候能浮在水面上；改變密度，例如縮小體積，牙膏皮在水中下沉，所以密度是決定浮沉的條件。

在這節(jié)課中，筆者沒有直接告訴學生物體的沉浮條件，而是通過引導，讓學生自主思考進行實驗的設計，去探究物體的沉浮條件。不僅讓學生通過實驗學習到知識，還可以培養(yǎng)他們發(fā)散思維的能力。

三、改進實驗，培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力

在初中的物理實驗教學中，一些實驗會存在很多問題，例如有的演示實驗不夠直觀明顯；而且有時候由于失誤無法一次成功或者無法精確測量等[2]。于是，筆者要求學生將實驗進行改進優(yōu)化；而且，在這一過程中可以提升學生的創(chuàng)新思維能力。

例如，筆者在給學生講八年級上冊第五章“物體的運動”中的第一節(jié)“長度和時間的測量”時，為了讓學生熟悉如何使用刻度尺測量物體的長度，筆者讓學生進行實驗，測量身邊各種物體的長度、寬度以及高度等等。筆者給學生出的其中一個題目是測量一張信紙的厚度。在這個實驗中，學生有的直接測量一張信紙的厚度，但是由于紙張比較薄，小于1mm，刻度尺的刻度不夠精細，只能通過估計，測量值就不是太精確了。筆者讓學生對這一實驗進行優(yōu)化，以保證測量值的準確度。于是，學生展開小組討論與交流。通過討論，有的學生將一張信紙放在一本書上，先測量總體的厚度h1，然后再測量書的厚度h2。于是，一張信紙的厚度h=h1-h2。還有的學生將實驗進行如下改進：將30張信紙疊加起來，測量30張信紙的厚度H，通過測量并計算：一張信紙的厚度=30張信紙的厚度H÷30。學生的方法都最終測得了一張信紙的厚度，完成了這一實驗。

在這一物理實驗中，學生通過小組討論交流，運用“放大法”，使得一張信紙的厚度放大，方便測量，更加直觀明顯，而且減少了人為原因的觀察讀數(shù)誤差。將一張信紙的厚度放大，進行了思維的創(chuàng)新，通過一個小小的實驗，不僅讓學生學習了刻度尺的使用，還培養(yǎng)了他們的思維創(chuàng)新能力。

四、誤差實驗，培養(yǎng)分析思維能力

在物理實驗中，誤差是十分普遍的。由于度量的精度不夠、人為的觀察誤差或者試驗環(huán)境不能完全一致等原因，任何測量值都會存在誤差，而且誤差無法避免。教師通過對物理實驗中的誤差進行分析思考，進而進行實驗的優(yōu)化改進，培養(yǎng)學生的分析思維能力。

例如，筆者在給八年級學生講初中物理“物質的密度”，也就是下冊課本第六章“物質的物理屬性”中的第三節(jié)時，筆者讓學生利用實驗室現(xiàn)有的器材測量小石塊的密度。學生經過實驗測量和計算，同一塊小石塊，不同的小組測出的數(shù)值都不同。在排除計算的錯誤之后，確定這是由于測量時的誤差造成的。于是，筆者讓其中的兩個小組進行實驗演示，其他學生進行觀察分析，找出出現(xiàn)誤差的原因并且改正。經過兩組學生的操作和其他學生的觀察分析，找出原因：其中一個小組的學生在測量小石塊體積的時候，運用的是轉化法。將小石塊放入水中，測出小石塊和水的總體積V，之后將小石塊拿出測得剩下水的體積v0。于是，小石塊的體積v=V-v0。在這個過程中，由于在取出小石塊時，將一部分水灑了出來，造成了實驗的誤差。正確的操作應該是先測量量筒中水的體積，然后把小石塊放入測量讀數(shù)。而另一組學生由于讀數(shù)時出現(xiàn)了錯誤操作，所以測量值與其他小組差距較大。

在這一次的實驗探究中，筆者引導學生進行誤差校正，讓他們自主發(fā)現(xiàn)產生誤差的原因，并且優(yōu)化實驗。通過誤差實驗，可以培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度；同時，也可以提高學生的分析能力。

結 語

在物理教學中，物理實驗是重中之重；而在物理實驗的教學中，實驗資源的拓展同樣不可或缺。在物理實驗教學中拓展實驗資源，讓學生對已經學習過的知識進行復習鞏固，同時發(fā)現(xiàn)學習過程中的問題并改正。通過這種方式，不僅可以培養(yǎng)學生的物理學科思維能力，還可以讓學生對知識掌握得更加牢靠。