基于思維進(jìn)階的初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

吉俊

【摘要】皮亞杰認(rèn)為，兒童思維的發(fā)展既有連續(xù)性，也有階段性，他們總是朝著必經(jīng)的途徑向前發(fā)展的.由學(xué)生思維的發(fā)展分階段性的理論可以知道，只有設(shè)計(jì)符合學(xué)習(xí)者思維進(jìn)階的教學(xué)模式，才能發(fā)展學(xué)生的思維，促進(jìn)他們高階思維能力的養(yǎng)成.本文就基于思維進(jìn)階的初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)展開探討.

【關(guān)鍵詞】思維進(jìn)階;初中物理;實(shí)驗(yàn)教學(xué)

縱觀學(xué)生們物理學(xué)習(xí)的全過程，物理前概念的形成是思維發(fā)展的第一境界，糾正錯(cuò)誤前概念建立新概念是思維發(fā)展的第二境界，完善認(rèn)知、鞏固概念是思維發(fā)展的第三境界，創(chuàng)造創(chuàng)新是思維發(fā)展的第四境界，將理論運(yùn)用于實(shí)踐是思維發(fā)展的第五境界.為了促使學(xué)生能夠牢固地掌握物理學(xué)概念，將物理學(xué)知識(shí)運(yùn)用在實(shí)際生活中，教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)該重視學(xué)生們思維品質(zhì)的培養(yǎng)，提升學(xué)生思維的深刻性、探究性、專注性、辯證性、創(chuàng)新性，從而真正促使學(xué)生思維向深度進(jìn)階，為其科學(xué)素養(yǎng)的提升奠定基礎(chǔ).

1 激趣導(dǎo)學(xué)，激活形象思維

教師應(yīng)該認(rèn)識(shí)到激發(fā)學(xué)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣，才能夠促使學(xué)生全面參與到實(shí)驗(yàn)過程中來.在初中物理教學(xué)中，促使學(xué)生的思維成功進(jìn)階，教師就應(yīng)該將激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣作為自己教學(xué)設(shè)計(jì)的首要任務(wù)，創(chuàng)設(shè)與知識(shí)背景相關(guān)的教學(xué)情境，從而搭建知識(shí)橋梁，讓學(xué)生在觀察、反思、操作等活動(dòng)中獲得初步認(rèn)知，體驗(yàn)物理知識(shí)的產(chǎn)生、形成與發(fā)展.

例如 在“電流的磁場”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)開展中，教師可以利用多媒體為學(xué)生展示電磁炮、電磁秋千、電磁旋轉(zhuǎn)線圈的模型，讓學(xué)生通過清晰動(dòng)態(tài)的視頻了解這些模型制作的原理，從而拉開研究電磁間本質(zhì)聯(lián)系的序幕，引導(dǎo)學(xué)生們認(rèn)識(shí)到導(dǎo)體通電后會(huì)有電流的磁效應(yīng).通過真實(shí)實(shí)用的物理情境，自然而然引出本節(jié)課的課題，既讓學(xué)生實(shí)現(xiàn)了知識(shí)的初步建構(gòu)，又有利于將這種感性具象升華為抽象的邏輯，促使學(xué)生思維發(fā)展.

又如，在“流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系”的探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師便可以為學(xué)生創(chuàng)設(shè)趣味性的魔術(shù)情境，魔術(shù)的名稱為“隔空點(diǎn)火”.教師為學(xué)生做簡單的模擬實(shí)驗(yàn)，將三根蠟燭并排放置，點(diǎn)燃左右兩邊的蠟燭，用吸管對著中間尚未點(diǎn)燃的蠟燭吹氣，然后引導(dǎo)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.這時(shí)，學(xué)生們通過觀察了解到中間的蠟燭竟然在老師的“吹氣”過程中自動(dòng)點(diǎn)燃了.基于此，教師便可以引導(dǎo)學(xué)生“為什么老師向未點(diǎn)燃的蠟燭吹氣，蠟燭還會(huì)自動(dòng)點(diǎn)燃”.這樣一來，教師的模擬實(shí)驗(yàn)與學(xué)生的傳統(tǒng)觀念認(rèn)知產(chǎn)生了沖突：在傳統(tǒng)的思想中吹是熄滅蠟燭的方法，而在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中卻是點(diǎn)燃蠟燭的方法，這時(shí)學(xué)生便會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的求知欲望.當(dāng)學(xué)生興趣正濃時(shí)，教師便可以根據(jù)本節(jié)課的教學(xué)主題對學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo)，帶領(lǐng)學(xué)生一同探究流體壓強(qiáng)和流速之間的關(guān)系.通過教學(xué)情境的創(chuàng)設(shè)，點(diǎn)燃了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，敞開了學(xué)生思維的大門，有助于學(xué)生思維的進(jìn)階.

2 創(chuàng)新教具，營造思維環(huán)境

好的思維環(huán)境能夠促使情理交融，能夠點(diǎn)燃學(xué)生的思維激情，使學(xué)生迸發(fā)思維的活力，讓學(xué)生在輕松愉悅的環(huán)境中思考、探索、建構(gòu)，從而促使學(xué)生實(shí)現(xiàn)概念記憶層次的低階思維向科學(xué)推理層面的高階思維轉(zhuǎn)變，助推學(xué)生思維進(jìn)階.

例如 在“杠桿”的教學(xué)中，八年級的學(xué)生們受到思維水平和生活經(jīng)驗(yàn)的限制，難以輕松地掌握杠桿這種動(dòng)態(tài)過程的物理屬性，即使老師為學(xué)生們一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)或是更多個(gè)展示杠桿形態(tài)，學(xué)生們獲得的也是杠桿表象上的差異性，無法從根本上獲得杠桿的本質(zhì)動(dòng)態(tài)屬性，所以教師可以通過簡單的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生們在體驗(yàn)中認(rèn)知支點(diǎn)、動(dòng)力、阻力、作用點(diǎn)等概念.在力臂概念的教學(xué)過程中，教師便可以為學(xué)生設(shè)計(jì)簡單的實(shí)驗(yàn)裝置——圓盤式杠桿，圓盤的左邊懸掛兩個(gè)鉤碼，圓盤的右邊懸掛一個(gè)鉤碼，圓盤處于靜止的狀態(tài)，然后變化圓盤兩側(cè)懸掛的鉤碼的數(shù)量，讓學(xué)生通過變換作用點(diǎn)的方式，使得杠桿保持靜止.在課堂上引導(dǎo)學(xué)生多次操作，然后探究總結(jié)影響力對圓盤作用效果的因素是什么，從而建構(gòu)力臂和阻力臂的概念.這一實(shí)驗(yàn)教具的創(chuàng)新，給了學(xué)生參與、體驗(yàn)、思考的輕松環(huán)境，能夠?yàn)楹罄m(xù)探索杠桿平衡條件建立思維基礎(chǔ)，從而促進(jìn)學(xué)生思維發(fā)展，促使學(xué)生尋著物理內(nèi)在聯(lián)系逐級向上，抵達(dá)真理的殿堂.

3 分層教學(xué)，實(shí)現(xiàn)思維延伸

在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中助推學(xué)生思維進(jìn)階，教師應(yīng)該將“人人有飯吃，人人吃得飽”的教學(xué)理念貫徹落實(shí)始終.

例如 在“物體的沉與浮”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，探究物體沉浮條件面對的對象是全體學(xué)生，對于學(xué)有余力的學(xué)生，教師則要要求他們對潛水艇的工作原理有更加清晰的認(rèn)識(shí)，對這些生活中器械的運(yùn)作原理進(jìn)行了解.認(rèn)識(shí)潛水艇的工作原理是浮力知識(shí)的擴(kuò)展和升華，有助于促使學(xué)有余力的學(xué)生在物理知識(shí)的路途上拾級而上，實(shí)現(xiàn)思維向高層次發(fā)展.教師在全班學(xué)生已經(jīng)感知了物體的上浮、懸浮和下沉取決于物體受到的浮力和重力的大小關(guān)系之后，可以開展拓展性的演示實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生思維進(jìn)階升級.教師要用語言對學(xué)生們進(jìn)行引導(dǎo)，學(xué)生融入到模擬潛水艇在水中的沉與浮的演示實(shí)驗(yàn)中：“同學(xué)們，我們都知道，沉沒在液體中的物體，倘若浮力大于重力，則會(huì)上浮;如果浮力等于重力，則會(huì)保持靜止;如果浮力小于重力，則會(huì)下沉.現(xiàn)在，同學(xué)們觀察老師手中有一個(gè)圓底的燒瓶，塞子中間有兩個(gè)導(dǎo)管，其中一個(gè)導(dǎo)管會(huì)與注射器相連，而另一個(gè)導(dǎo)管與燒瓶內(nèi)外相通，將這個(gè)圓底的燒瓶放入盛有水的容器中，怎樣才能夠使圓底燒瓶向下沉呢？請同學(xué)們以小組合作的形式共同探討如何使圓底燒瓶下沉，采取什么方法？如果想使將沉到底的燒瓶浮上來，又要采取怎樣的方法？”探究討論完之后，教師再引導(dǎo)學(xué)生在課堂上進(jìn)行總結(jié)與歸納，從這個(gè)實(shí)驗(yàn)中為學(xué)生延伸出潛水艇的原理：潛水艇水箱中的水量多少通過壓縮機(jī)工作來實(shí)現(xiàn)，然后為其在海中的沉與浮服務(wù).通過這一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)，教師還可以為學(xué)生延伸水中的魚兒上浮和下沉，是通過改變魚鰾的體積大小來改變它受到的浮力實(shí)現(xiàn)沉與浮的.這樣一來，通過演示實(shí)驗(yàn)，將物體的沉與浮的知識(shí)進(jìn)行了拓展，既能夠讓學(xué)生掌握最本質(zhì)的物理學(xué)概念，又能夠?qū)崿F(xiàn)思維的進(jìn)階與提升.

4 自主探索，培養(yǎng)辯證思維

在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中助推學(xué)生思維進(jìn)階，教師應(yīng)該徹底改變傳統(tǒng)的“滿堂灌”的教學(xué)形式，給學(xué)生自主探索、積極建構(gòu)的機(jī)會(huì)與平臺(tái)，從而促使學(xué)生思維從低階到高階的升華與提升.陶行知先生曾經(jīng)說過，“教學(xué)最重要的是要教給受教育者科學(xué)研究的過程與方法.”根據(jù)陶老先生的指導(dǎo)，教師在物理教學(xué)設(shè)計(jì)中就要想方設(shè)法讓學(xué)生“動(dòng)”起來，讓教學(xué)過程變成“教學(xué)做合一”的過程.

例如 在“浮力”這一節(jié)課的教學(xué)中，為了讓學(xué)生探究物體在液體中受到浮力的大小和哪些因素有關(guān)，教師可以鼓勵(lì)學(xué)生們分組探討，一同設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案.小組成員團(tuán)結(jié)協(xié)作、相互糾錯(cuò)、質(zhì)疑補(bǔ)充.老師也要巡回指導(dǎo)給予點(diǎn)撥.學(xué)生在自主探究、合作交流中設(shè)計(jì)出一套套完整的實(shí)驗(yàn)方案：有的小組的學(xué)生以雞蛋上浮為研究對象，探究出來向水中加鹽可以使得沉在燒杯底的雞蛋發(fā)生上浮的現(xiàn)象，從而驗(yàn)證出來浮力與液體的密度相關(guān)，有的小組還會(huì)通過稱重的方法探究出浮力大小與物體排開液體的體積相關(guān)……這樣一來，他們自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，自主觀察，記錄數(shù)據(jù)，交流分析，從而歸納出實(shí)驗(yàn)結(jié)果.其實(shí)，他們在積極交流中也會(huì)出現(xiàn)這樣或那樣的問題，但是可以共同探討出問題的解決方法，這樣的實(shí)驗(yàn)過程能夠讓學(xué)生們在交流探討中不斷吸取經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新思維的發(fā)展.另外，在取長補(bǔ)短中還能促使學(xué)生們辯證性思維發(fā)展、分析和解決問題能力得到提升.學(xué)生們進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)提出問題、解決問題時(shí)也鍛煉了實(shí)驗(yàn)、觀察與質(zhì)疑的能力，有助于促使學(xué)生對知識(shí)實(shí)現(xiàn)深度理解與全面性的建構(gòu)，從而助推思維進(jìn)階.

5 問題驅(qū)動(dòng)，培養(yǎng)科學(xué)思維

學(xué)生思維的發(fā)展與老師的問題引導(dǎo)有著密不可分的關(guān)系.學(xué)生們物理概念的理解和物理規(guī)律的形成，需要深度思維活動(dòng)的產(chǎn)生，需要認(rèn)知模式的轉(zhuǎn)變.于是，教師在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中就要通過問題驅(qū)動(dòng)的方法，引導(dǎo)學(xué)生搜集證據(jù)、合作交流、解釋證據(jù)，從而促使學(xué)生思維能力提升，促使概念的理解順利達(dá)到關(guān)聯(lián)水平.

例如? 在“光的折射”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師引導(dǎo)學(xué)生選用圓形塑料飯盒，在飯盒中裝半盒水，蓋上蓋子，做成一個(gè)半圓形的水磚，用軟筆畫一條豎直的法線立起放在鐵架上，然后為學(xué)生提出下列問題，引導(dǎo)學(xué)生們探究思考，得出結(jié)論：光折射時(shí)，折射光線、入射光線和法線是否在同一平面上？光的折射遵循怎樣的規(guī)律？折射光線、入射光線是否位于法線的兩側(cè)？折射角和入射角大小關(guān)系是怎樣的？入射角增大時(shí)，折射角會(huì)如何變化？入射角減小時(shí)，折射角會(huì)怎樣變化？當(dāng)光線垂直射向介質(zhì)平面時(shí)，傳播方向是否會(huì)發(fā)生改變？光折射時(shí)光路是否可逆？自己制作一個(gè)表格，做四次實(shí)驗(yàn)，分別是入射角為18°、24°、36°、0°時(shí)折射角的度數(shù).

以問題驅(qū)動(dòng)學(xué)生們?nèi)谌氲綄?shí)驗(yàn)中，操作思考，總結(jié)建構(gòu)，既能夠提升和拓展學(xué)生對概念和規(guī)律的科學(xué)認(rèn)知，又能夠使知識(shí)理解層次水平從關(guān)聯(lián)上升到系統(tǒng)和整合的水平，有利于學(xué)生在體驗(yàn)和感悟中真正理解物理知識(shí).

6 深化拓展，增強(qiáng)創(chuàng)新思維

實(shí)驗(yàn)教學(xué)的任務(wù)就是讓學(xué)生在體驗(yàn)中形成完整的知識(shí)認(rèn)知，從而將理論知識(shí)運(yùn)用在實(shí)踐生活中.基于思維進(jìn)階設(shè)計(jì)初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，教師應(yīng)該積極聯(lián)系生活，開展生活化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，加強(qiáng)物理實(shí)驗(yàn)與生活的聯(lián)系，從而讓學(xué)生從課內(nèi)走向課外，享受運(yùn)用知識(shí)解決問題的樂趣.

通過拓展實(shí)踐的開展，也能夠讓學(xué)生在生活中進(jìn)行觀察、操作、體驗(yàn)、探索，有助于學(xué)生創(chuàng)新思維實(shí)踐能力的培養(yǎng).

例如? 在“光的折射”現(xiàn)象學(xué)習(xí)完之后，教師可以為學(xué)生設(shè)計(jì)“揭秘小魔術(shù)——硬幣重現(xiàn)”的小實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，并且將實(shí)驗(yàn)的過程利用錄像設(shè)備進(jìn)行視頻記錄.拓展性的實(shí)驗(yàn)不僅能夠讓學(xué)生了解物理與生活之間的關(guān)系，還能夠加深學(xué)生對于折射定律的理解與應(yīng)用.另外，實(shí)驗(yàn)過后，教師還要要求學(xué)生撰寫一篇關(guān)于“容易受騙的眼睛”的科技小論文，讓學(xué)生運(yùn)用光的折射現(xiàn)象的理論原理，結(jié)合日常生活中的實(shí)際例子，組織語言，闡述自己的觀點(diǎn).這樣的課外拓展任務(wù)內(nèi)容，不僅有利于提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力，還能夠促使他們形成正確且科學(xué)的物理概念，提高科學(xué)思維，實(shí)現(xiàn)思維向高階的發(fā)展.

7 結(jié)語

為了培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科素養(yǎng)，教師應(yīng)該重視學(xué)生的思維進(jìn)階過程.在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，給學(xué)生學(xué)習(xí)空間留白，讓學(xué)生能夠親身體驗(yàn)、全面參與、反思提升創(chuàng)新創(chuàng)造，從而全面增強(qiáng)學(xué)生的批判性思維能力、創(chuàng)新性思維能力、辯證性思維能力，促使學(xué)生的思維脈絡(luò)更加清晰，促使學(xué)生的思維向高階發(fā)展，全面提升他們的物理學(xué)科素養(yǎng).

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