在物理实验探究中培养学生思维能力的策略

在物理实验探究中培养学生思维能力的策略

张志成

江苏省横林高级中学

摘要：学生通过对物理现象建立物理模型，改变各种因素观察物理现象，利用表格或者图象对实验现象或数据总结归纳，得出结论。整个实验探究过程中的科学推理、科学论证对学生科学思维的培养起很大作用。

关键词：实验探究 科学思维

在物理教学中，讲授法是教师最常用的方法。有一些老师想通过讲实验让学生掌握实验，这只能让学生记住实验结论，而不能理解实验，更不用说通过实验探究提高思维能力了。物理中有一些定律抽象而难懂，如果教师还是平铺直叙的讲解，学生只能被动的记忆，很容易造成学生对定律的理解停留在表面，对定律理解不深刻。学生不能体会探究的过程和探究的方法，更不能提高科学思维。

一．科学思维对学生学习物理的重要性

科学思维主要分为形象思维、归纳思维、发散思维和创新思维。高中阶段的学生应具有建构理想模型的意识和能力；能正确运用科学思维方法，从定性和定量两个方面进行科学推理、找出规律、形成结论，并能解释自然现象和解决实际问题；具有使用科学证据的意识和评估科学证据的能力，能运用证据对研究的问题进行描述、解释和预测；具有批判性思维的意识，能基于证据大胆质疑，从不同角度思考问题，追求科技创新。

二．通过实验探究培养学生的形象思维

物理定律中有好多是实验定律，有一些抽象难懂。教师需要通过循序渐进的实验探究，让学生认真观察现象，在表格中记录下来，然后对现象总结归纳得出结论。实验探究中的实验现象要直观，学生通过简单观察就能与物理量联系起来。《楞次定律》这节课电路中有没有电流可以通过电路中的小灯泡是否发光直观看出。电流的方向可以用电流表指针的偏转方向来判定，教师还可以用更加新颖的方法，利用发光二极管的正向导电性设计右图的电路，通过发光二极管的红灯亮还是绿灯亮就能形象的得到螺线管中的电流方向。这个实验现象更加能吸引学生的兴趣，实验现象更加直观清晰。教师再引导学生把实物图建立物理模型，画成电路图，利用电路的知识进行分析研究。学生通过观察，利用形象思维就能够总结出磁铁插入线圈或从线圈中拔出而引起螺线管中电流方向的变化。

三．通过实验探究培养学生的归纳思维能力

1.利用表格记录实验现象，培养学生的归纳思维能力

通过上面的实验学生知道了线圈中感应电流会发生变化，感应电流的方向发生变化与哪些因素有关?教师要引导学生将各种实验现象用表格记录下来，才能从中寻找规律，得出规律。学生通过分组实验可以将磁极运动方向和感应电流方向记录在下面的表I中，再进行总结归纳，得出初步结论。

2.利用数字化仪器直接采集数据，通过excel处理数据

在探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系时，就可以利用数字万用电表来测量交流电压。数字电表比较精确，读数简单，可以大大缩短数据采集的速度，提高课堂效率。教师可以预先建立 excel表格，选择U_1,U₂两行数据，插入xy（散点图），即数学上的描点法。在表格中填入采集的数据后，坐标系里直接显示对应的点，让学生观察这些点的位置关系，可以看出基本在一条直线上。利用excel画出趋势线，得到U₂-U₁的函数图像并且得出函数关系式。学生利用数学知识很容易看出在实验误差范围内U₂和U₁成正比。匝数多的线圈两端的电压大。斜率即U₂/U₁=0.46，学生可以大胆的猜测与线圈匝数的关系。

四．以实验探究为基础，以评价与质疑为导向推动思维逐步升华

老师可以引导学生评价这个结论，根据上节课产生感应电流的几种情况，可以很快看出这个结论具有特殊性。引起感应电流方向变化的因素应该具有一般性，从而使学生想到原磁场的方向和磁通量的变化，重新得到新的结论。

这个结论相对于之前的有了很大的进步，具有一般性。但是这个规律不够简洁。感应电流的方向和磁场方向、磁通量的变化没有直接联系。教师再次进行楞次定律演示仪铝环实验，磁铁插入闭合铝环时，铝环转动，远离磁铁，铝环对磁铁的运动有阻碍作用——阻碍磁铁靠近。磁体从铝环中拔出时，铝环也发生转动，靠近磁铁，铝环也对磁铁的运动也有阻碍作用——阻碍磁铁离开。铝环产生感应电流时相当于一个磁体，线圈中感应电流产生的磁场方向跟其他物理量可能会有联系。从而可以引入新的因素——感应电流产生的磁场方向。学生可以顺利完成如下表格。

学生可以根据表格总结出当磁通量增加时，感应电流的方向与原磁场方向相反；当磁通量减少时，感应电流的方向与原磁场方向相同。再对以上结论提炼，就能得到楞次定律：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。从上面那个实验中可以理解阻碍的一种形式——增反减同。定律得出后应该能够解释一些其他现象，教师可以用实验的形式建立物理学的场景。教师可以让一个强磁铁自由释放通过一个竖直放置的铝管，和强磁铁做自由落体运动通过相同高度相对比，会发现下落时间长。让学生尝试利用楞次定律解释，学以致用，从这个对比实验中可以理解阻碍的另一种形式——来拒去迎。教师还可以让学生从能量角度进行分析，是否和之前学的能量守恒定律相契合？阻碍对应的力是安培力，克服安培力做功，导致闭合回路中产生电能。这时学生们会发现楞次定律和能量守恒定律是契合的，是一个简洁而又正确的结论。

从楞次定律的得出，我们可以发现一个简洁实验定律的得出是不容易的。实验探究需要经历这样一个过程：生活现象→建构物理模型→观察与实验→分析与归纳→评价与质疑→发现问题→设计研究方案→观察与实验→分析归纳。科学探究不可能一蹴而就，需要循环的螺旋式上升，这符合学生的认知规律，只有这样才能慢慢提高学生的科学素养。

实验在物理教学中是非常重要的，学生只有通过实验才能发现问题，只有通过解决实验中的问题才能提高科学素养。物理学家经过无数个实验在不断质疑中，一步步完善理论，从而得出规律。创新就是要敢于质疑，敢于挑战。学生在实验探究中从表象逐渐深入，获得研究的成果，获得了研究的快乐，更获得了研究的科学素养。

参考文献

[1]魏玉娟.培养学生科学思维,聚焦物理核心素养.湖南中学物理.2018（8）

[2]李艳婷,孙茂珠.石河子市高二学生物理发散思维现状调查.湖南中学物理.2018（5）