吉林省前郭縣蒙古族中學(xué)(131100) 王愛生

人們普遍認(rèn)為，物理實驗是一種操作性較強而理論思維要求較低的活動。為此，有人不把實驗與思維緊密聯(lián)系起來，甚至認(rèn)為其與思維無關(guān)。實際上，在每一個物理實驗中均蘊含著一定的物理模型、數(shù)學(xué)理論、科學(xué)方法和思維訓(xùn)練素材。在設(shè)計實驗過程中，存在著演繹思維、創(chuàng)造性思維；在觀察過程中，必須進行直覺、比較、判斷等思維活動；在實驗結(jié)果處理中要進行分析與歸納等思維?？梢?，物理實驗不是一種純粹的感性認(rèn)識過程，它是在理論思維的指導(dǎo)下，對物理概念及規(guī)律的自然本質(zhì)進行 “解剖”的過程，是理論思維物化的再現(xiàn)。實驗方法及所需裝置與器材的選擇，實驗變量的控制，實驗結(jié)果的解釋，每一實驗步驟與操作等諸因素中，都包含了深刻的思維活動?？梢哉f沒有思維的實驗是盲目的，沒有實驗的思維是空洞的。思維是物理實驗正常進行的 “軟件”，是物理實驗中最富有創(chuàng)造性魅力的因素。物理實驗仍是一種以理性思維為主的活動。因此，諾貝爾獎獲得者李遠(yuǎn)哲教授說過：“動手能力實際上是動腦能力，做實驗時你先要深刻地動腦思考，動手操作是在思維控制下的有目的動手，真正起作用的是動腦思考，做事情首先要動腦，然后你的動手能力就增強了，可謂 ‘心靈手巧’?！?/p>

1 實驗在思維發(fā)展中的功能

馮忠良教授闡明了智力技能與操作技能的聯(lián)系：操作技能是智力技能形成的最初依據(jù)，智力技能的形成常常是在外部操作技能中，逐步脫離外部動作而借助內(nèi)部言語實現(xiàn)的；智力往往又是外部操作技能的支配者、調(diào)節(jié)者，往往復(fù)雜的操作技能，總是包含認(rèn)知成分，需要學(xué)習(xí)者智力活動的參與，手腦并用才能完成?；谶@樣的相互聯(lián)系和相互促進，決定了實驗在思維發(fā)展中有著如下獨特的作用。

1.1 實驗是思維啟動的誘因

杜威說：“思維起于直接經(jīng)驗的情境?！边@是因為，實驗不僅提供感性材料，更重要的是啟發(fā)積極的思維。直觀而典型的感性材料會促使學(xué)生順利地進行正確思維，從而有助于進一步理解事物的本質(zhì)與規(guī)律。一般而言，學(xué)生的思維最容易從具體實驗中相遇的問題開始。而且實驗內(nèi)容是啟動人們通過一定的手段和途徑 (思維操作)達(dá)到一定目的 (思維結(jié)果)的原動力，它使物理實驗思維具有方向性和意識性。這是因為實驗?zāi)芴峁┴S富且直觀的感性材料。因此，維果茨基說：“人的思維與智力是在活動中發(fā)展起來的，是各種活動、社會性相互作用不斷內(nèi)化的結(jié)果?！痹趯嶒灲虒W(xué)中，可以從真實的實驗裝置、實驗操作、實驗現(xiàn)象、實驗體驗中產(chǎn)生問題，從而啟發(fā)學(xué)生的積極思維。甚至，或從一種現(xiàn)象的問題，聯(lián)系到其他問題，以啟發(fā)學(xué)生的思維。通常新課引入的實驗主要就是起到思維的啟動引導(dǎo)的作用。

1.2 實驗支撐思維的表象

儀器是人的理性方法的物化。因此，實驗為思維創(chuàng)造了活生生的 “經(jīng)驗”。思維是人腦對事物規(guī)律和事物間規(guī)律性的反映。這種反映的是一類事物共同的、本質(zhì)的屬性和事物間內(nèi)在的、必然的聯(lián)系。因此，思維在人腦中進行心理活動時是依托一定具體的事物才能發(fā)生的。可見，實驗所得到的事實不但給思維活動提供了原始材料和主要的依據(jù)，更重要的是對思維形成提供支撐的表象，從而有助于形成清楚的思維模型。如燈泡發(fā)光，知道有電流只是感知。只有將電源、導(dǎo)線、電流及電流效應(yīng)聯(lián)系起來，弄清楚電流經(jīng)過電阻(燈絲)時產(chǎn)生熱效應(yīng)而發(fā)光。這就有了深入內(nèi)部與把握因果關(guān)系的思維了。物理規(guī)律和內(nèi)在聯(lián)系，多數(shù)是隱藏在紛繁復(fù)雜的現(xiàn)象中，當(dāng)探究其規(guī)律或內(nèi)部聯(lián)系時，通過實驗直觀形成一個清晰的支撐思維的表象。因此，規(guī)律和內(nèi)在的聯(lián)系就需要同直觀材料聯(lián)系，故依據(jù)直觀的實驗就更為必要了。

1.3 實驗激勵思維的發(fā)展

魯利亞說：“在人有適當(dāng)?shù)膭訖C而使課題變得迫切了，并且它的解決成為必要的了。當(dāng)人要從他所處的情境中走出來，而又沒有現(xiàn)成的解決辦法時，只有在這種場合思維才出現(xiàn)?！睂嶒灛F(xiàn)象或結(jié)論與原有的認(rèn)知往往不符而為我們提供了心理上的差異，這就成為思維的起點。這個不符原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象或結(jié)論，會促進人腦的思維，或同化或順應(yīng)來解決這個思維的不平衡。思維是一種認(rèn)識實驗操作或解決實驗問題的過程或活動。這個過程或活動是按照一定的實驗操作的流程、采取一定的實驗方法或手段來進行的。因此，實驗也是對人的思維定勢的突破起著擺脫思維教條習(xí)慣和羈絆思維常規(guī)習(xí)慣的作用。

1.4 實驗對思維發(fā)展有導(dǎo)向功能

學(xué)生對知識的理解是通過思維實現(xiàn)的。因此，德波諾說：“思維就是為了某一目的的探究。”只有在豐富的、典型的、正確的感性材料的基礎(chǔ)上才能更好地進行比較、分析、綜合、抽象、概括，從而理解事物的本質(zhì)與規(guī)律。所謂正確的感性材料，首先應(yīng)具有直觀性。即通過實物直觀和模型直觀相結(jié)合等形式去偽存真，由表及里，由現(xiàn)象到本質(zhì)，由淺及深，由個別到一般的感性材料。實驗操作不僅是在思維控制下的一種思維的 “外現(xiàn)”，更重要的是在實驗操作動作的過程中，對思維相關(guān)因素的活躍以及品質(zhì)有一種刺激的作用。因此，實驗具有促進思維經(jīng)驗形成和發(fā)展的作用。

2 基于實驗促進學(xué)生思維的策略

2.1 觀察實驗現(xiàn)象促進思維

觀察能力并不是一種孤立的能力，它與智力結(jié)構(gòu)中的其他能力有著復(fù)雜的關(guān)系，是相互制約、相互滲透的。通過觀察，要能夠提出問題，能夠?qū)Σ煌膶ο筮M行比較找出異同，分清主次并找出各部分之間的聯(lián)系，對觀察的結(jié)果能夠進行分析概括，發(fā)現(xiàn)事物的現(xiàn)象與本質(zhì)之間的關(guān)系等。因此，科學(xué)家波義耳說：“只有實驗觀察才是形成科學(xué)思維的基礎(chǔ)?！庇捎趯嶒灳哂?“放大”現(xiàn)象、“純化”現(xiàn)象、 “重復(fù)”現(xiàn)象、 “延伸”現(xiàn)象等作用。同時實驗現(xiàn)象的新、奇、妙，使觀察者產(chǎn)生為什么是這樣的心理需求。因此，學(xué)生會積極緊張地思考，主動配合教師解決問題。這種以實驗誘發(fā)學(xué)生思維的教學(xué)方式，也是培養(yǎng)學(xué)生思維能力的有效手段。

2.2 設(shè)計實驗方案促進思維

實驗方案設(shè)計是學(xué)生具有一定的相關(guān)知識和習(xí)得一定的操作經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，根據(jù)思維程序來完成的心智活動，是最能體現(xiàn)一個人的思維能力的一項活動。因此，我們要從以下幾個方面來促進思維的發(fā)展。

2.2.1 設(shè)計多種實驗方案來培養(yǎng)思維的發(fā)散性

在實際教學(xué)中，教師要運用啟發(fā)式教學(xué)，改善實驗設(shè)計的條件，改變實驗設(shè)計的類型，讓學(xué)生設(shè)計出各種可能的實驗方案，是運用一種變通的、靈活的形式進行多渠道、多層次地推測、想象和創(chuàng)造性聯(lián)想的思維。多種思維的開發(fā)和運用可為創(chuàng)造性思維的發(fā)展提供一個更為廣闊的天地。如設(shè)計多種方法測電阻的實驗方案中，可使學(xué)生變定勢思維為多向思維，從而使其創(chuàng)造性思維，在拓寬設(shè)計思路、優(yōu)化設(shè)計方法、尋求最佳途徑的過程中得到切實的鍛煉。

2.2.2 對實驗方案的評價來培養(yǎng)思維的縝密性

讓學(xué)生獨立設(shè)計實驗方案，在具體的操作中難免顧此失彼，這就需要教師適時地加以引導(dǎo)，針對實驗方案設(shè)計中的漏洞，啟發(fā)學(xué)生自我完善，要從實驗設(shè)計方案的原理正確、方法科學(xué)、操作方便、結(jié)構(gòu)簡約、低碳環(huán)保、經(jīng)濟合理等方面進行評價，從而訓(xùn)練學(xué)生思維的縝密性。

2.2.3 挖掘各類實驗來培養(yǎng)學(xué)生思維的深刻性

挖掘課本實驗的典型性、代表性。因為課本中的實驗是課程標(biāo)準(zhǔn)要求學(xué)生掌握的最基本內(nèi)容，是形成思維經(jīng)驗的第一步。因此，一是要重視經(jīng)典實驗，經(jīng)典實驗閃耀著科學(xué)家的智慧，包含著巧妙的思維要素。二是要拓展演示實驗，演示實驗生動、直觀、形象，在教學(xué)中適當(dāng)拓展演示實驗，可以培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計實驗方案的思維和能力。這樣有意識地引導(dǎo)學(xué)生進行綜合分析比較，透過現(xiàn)象看本質(zhì)，培養(yǎng)其思維的深刻性。

2.2.4 多種方案滿足同一實驗來培養(yǎng)思維的概括性

阿基米德原理實驗是物體所排開的液體的重力等于物體所受到浮力。我們可設(shè)計如下不同的實驗方案來實現(xiàn)：彈簧秤重力差法、對比溢水法、驗證法、推理計算法等。

2.3 實驗操作的體驗促進思維

蘇霍姆林斯基在 《給教師的一百條建議》中寫道：“我發(fā)現(xiàn)，雙手靈巧的兒童，熱愛勞動的兒童，能夠形成聰明的、好鉆研的智慧?！边@里指的不是任何一項勞動，這里指的是復(fù)雜的、創(chuàng)造性的勞動。他明確指出這種勞動有設(shè)計和安裝機器、機械、儀表的活動模型。還解釋為這種勞動在于各階段和工序之間存在著依從關(guān)系，要求高度注意、精神集中和進行思考。手的動作和思想有不斷的聯(lián)系：思想檢驗，矯正和改善著勞動過程，手則似乎把詳細(xì)情況報告給思想，勞動發(fā)展著人的智力，教人連貫地思維，深入了解各種事實和現(xiàn)象之間無法直接觀察的依從關(guān)系。思維處于運動中，處于探索中，人的思維視野面前出現(xiàn)了跟概括性結(jié)論有關(guān)的一些明顯觀念?？梢?，實驗可引導(dǎo)學(xué)生進行正確的思維，有助于形成正確的思維方法。這是因為，首先它符合了 “實踐——理論——再實踐”的認(rèn)知過程，其次它是從實驗感知到的實物出發(fā)，通過分析比較，由表及里，去偽存真，去粗取精的思維過程。因此，實驗幫助學(xué)生獲得正確結(jié)論和習(xí)得思維方法。

2.4 實驗數(shù)據(jù)的處理促進思維

物理實驗數(shù)據(jù)是描述物理實驗現(xiàn)象、揭示物理規(guī)律的一種特有的 “數(shù)字語言”，準(zhǔn)確分析和處理實驗數(shù)據(jù)是學(xué)生必備的實驗?zāi)芰ΑＲ彩翘岣邔W(xué)生思維的有效手段之一。思維是在知覺、感性知識基礎(chǔ)上抽象、分析、概括、判斷、推理過程，是各種智力因素的核心，那些實驗數(shù)據(jù)具有附帶著實驗?zāi)康?、表征著實驗活動、外顯著實驗規(guī)律、彰顯著偉大發(fā)現(xiàn)的特征，正是培養(yǎng)學(xué)生思維的好材料。從實驗?zāi)康幕蝾A(yù)測結(jié)果中思考分析出需要測量哪些數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)如何測量、采用什么技術(shù)才能比較精確誤差小；通過對取得數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)某些具有一定 “特征”的數(shù)據(jù)放在一起對比分析，思考采用什么數(shù)學(xué)知識才能分析歸納出其中的規(guī)律，并更直觀地表示出其中隱含的數(shù)學(xué)公式；通過對實驗數(shù)據(jù)誤差修正和處理，采用什么合理性數(shù)據(jù)的擬合法才能使數(shù)據(jù)更符合科學(xué)。對實驗數(shù)據(jù)的處理，可培養(yǎng)學(xué)生思維的深刻性、選擇性、發(fā)散性。

2.5 實驗裝置制作促進思維

依據(jù)實驗?zāi)康?，根?jù)自己習(xí)得的實驗經(jīng)驗和技能，設(shè)計評價選擇實驗裝置，培養(yǎng)學(xué)生思維的獨特性和創(chuàng)造性。思維的獨特性，就是指超越固定的、習(xí)慣的認(rèn)識模式，能獨出心裁地綜合統(tǒng)籌復(fù)雜環(huán)境的諸多因素，產(chǎn)生一種新的不同凡響的思維活動。其思維路徑、實踐方式和思維成果能標(biāo)新立異，沖破已有的思維結(jié)構(gòu)框架和專家權(quán)威傳統(tǒng)觀念的束縛，刻意求新，另辟蹊徑。特別是在自制教具和個性化的實驗設(shè)計時，學(xué)生思維活躍且得到積極的反映，進一步促進思維的發(fā)展。

3 教學(xué)中培養(yǎng)思維的注意事項

特級教師吳加澍提出實驗教學(xué)的 “三問”：讓學(xué)生參與物理實驗的設(shè)計過程。這個實驗應(yīng)該怎樣做——知其然；這個實驗為什么這樣做——知其所以然；這個實驗還能怎樣做——知其所盡然。換言之，實驗教學(xué)不僅要有熱鬧的現(xiàn)象，更要有深刻的本質(zhì)思考。因此，在實驗教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生思維能力要注意以下幾點。

3.1 思維能力的培養(yǎng)要符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律

在實驗教學(xué)中注意用符合學(xué)生思維的過程和方法來引導(dǎo)，對實驗現(xiàn)象、實驗數(shù)據(jù)、實驗事實進行分析歸納，由此得出有關(guān)結(jié)論。在關(guān)鍵的地方給予指導(dǎo)和幫助，以符合學(xué)生科學(xué)的思維方式進行實驗教學(xué)，從迷人的實驗現(xiàn)象中走出來成為理性的思維者。具體的原則是讓學(xué)生經(jīng)歷實驗的過程，在體驗與思維作用下，形成概念、探尋規(guī)律。

3.2 教學(xué)中注重培養(yǎng)學(xué)生的思維品質(zhì)

思維品質(zhì)是在通過物理實驗過程中逐步養(yǎng)成和發(fā)展的，它反映了思維結(jié)果的質(zhì)量，體現(xiàn)了個體思維水平的高低，是衡量個體思維發(fā)展水平的主要指標(biāo)。主要包括物理實驗思維的深刻性、靈活性、批判性、獨創(chuàng)性和敏捷性等。在實際教學(xué)中，要通過以下方法來提高思維品質(zhì)。

(1)通過拓展性實驗，培養(yǎng)思維的廣闊性。在實驗教學(xué)中，教師可借助一些擴展性實驗，認(rèn)清事物的本質(zhì)特征。這樣既激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，又培養(yǎng)了學(xué)生思維的廣闊性。

(2)通過相似性實驗，培養(yǎng)思維的深刻性。例如對裝開水的燒瓶抽氣或澆冷水，使熱水重新沸騰的實驗，都演示了壓強減小，沸點降低。但抽氣是使瓶內(nèi)空氣稀薄而導(dǎo)致壓強減小，澆冷水是由于瓶內(nèi)空氣體積受冷收縮，而使瓶內(nèi)的壓強減小，抓住本質(zhì)分析能使學(xué)生對兩個裝置反映的物理現(xiàn)象理解更為透徹。

(3)通過對實驗 “異?！爆F(xiàn)象的分析，培養(yǎng)思維的獨立性。在實驗過程中，有時往往會出現(xiàn)一些意想不到的 “異?，F(xiàn)象”，學(xué)生又往往怕被教師發(fā)現(xiàn)而隱瞞真相，教師要鼓勵學(xué)生根據(jù)已有知識去分析和思考產(chǎn)生異常現(xiàn)象的原因，讓學(xué)生自己找到解決問題的方法。如摩擦起電時 “同種”電荷相互吸引的現(xiàn)象。

(4)通過改變實驗條件，培養(yǎng)思維的靈活性。如伏安法測電阻時，缺少電流表和缺少電壓表，也能完成測定電阻的任務(wù)。

(5)通過對比實驗，培養(yǎng)思維的敏捷性。在實驗教學(xué)中，通過對比實驗，可以消除思維定勢的負(fù)面影響，縮短領(lǐng)悟時間。同時注重引導(dǎo)學(xué)生做一些與教學(xué)內(nèi)容有關(guān)的小實驗、小制作，用學(xué)生所熟悉的生活用品做實驗，在完成小實驗、小制作的過程中，學(xué)生必須弄懂實驗原理，尋求合適器材，進行加工、組裝，在操作過程中，不僅培養(yǎng)了學(xué)生的動手能力，更重要的是培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)造性思維。

3.3 采取典型案例強化思維訓(xùn)練

對于學(xué)生學(xué)習(xí)知識來看，演示實驗是比較典型的實驗，教師不僅要操作規(guī)范、確保實驗現(xiàn)象明顯、還要注重學(xué)生的觀察，挖掘每一個過程中的思維因素。因此，手要做、眼要看、腦要思，三者相互結(jié)合。為了便于引導(dǎo)學(xué)生思維，教師在常規(guī)演示中可提出系列問題：這個實驗?zāi)芊穹从痴n文提出的問題?這個實驗需要什么條件?這個實驗可以用怎樣的裝置來演示?這些儀器怎樣組裝?實驗順序怎樣操作?為什么要按這樣的順序操作?看到 (或預(yù)期看到)什么現(xiàn)象?為什么會有另外的 (異常的)現(xiàn)象或者為什么實驗不成功?在不同的實驗中，也會有不同側(cè)重，但它可以在一定程度上強化學(xué)生實驗時手腦并用的方向。因此，我們要充分利用演示實驗來培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)思維。如在學(xué)習(xí)液體內(nèi)部有壓強時，可先讓學(xué)生細(xì)致觀察，然后出示以下問題：

(1)本實驗需要研究觀察什么?怎樣觀察?

(2)為什么當(dāng)教師把手按在壓強計的橡皮模上用力時，U型管中的紅墨水會出現(xiàn)一個液面差?

(3)為什么把壓強計放入盛有一定液體的燒杯中，不用手按橡皮模也會出現(xiàn)一個高度差?

(4)這兩次實驗有何特點?

(5)在相同深度時，即使橡皮膜的方向不一樣，U型管中的液柱高度差會一樣嗎?說明了什么問題?

通過預(yù)先設(shè)定的問題，學(xué)生在觀察時就會認(rèn)真、仔細(xì)的對待所出現(xiàn)的實驗現(xiàn)象，并且動腦思考問題的答案，從而提高了課堂的效果。

4 小結(jié)

思維貫穿于物理實驗的準(zhǔn)備、實施和結(jié)果處理的全過程。不論是物理實驗的操作、現(xiàn)象觀察，還是提出實驗的問題、設(shè)計實驗方案以及由實驗現(xiàn)象建立物理概念、形成物理規(guī)律、解決物理問題等過程都離不開實驗思維。這是因為，學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識的過程是個體憑借已有的物理知識經(jīng)驗，對有關(guān)的物理實驗的信息進行分析綜合、抽象概括等一系列的思維加工處理，以理解實驗?zāi)康?、形成實驗設(shè)計、獲得物理概念或驗證物理規(guī)律等的內(nèi)在認(rèn)知過程。因此，愛因斯坦說：“在建立一個物理學(xué)理論時，基本觀念起了最主要的作用。物理書上充滿了復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式，但是所有的物理學(xué)理論都是起源于思維與觀念，而不是公式?！?/p>