摘要：实验与物理相辅相成，实验教学作为物理实验探究的重要载体，在实验教学中培养学生科学思维，提升学生的科学探究能力显得尤为重要。文章旨在通过问题引导让学生自主建构模型，分析实验现象，梳理逻辑顺序，反思探究过程，从而培养学生的科学思维。
关键词：科学思维;物理实验教学;问题引导
实验教学既是物理实验探究的重要手段，也是其重要组成内容。文章结合初中常见物理实验，引导学生在自主模型建构中渗透科学方法，并在科学推理中注重实验分析，梳理实验逻辑，凸显科学论证过程，并反思探究过程，质疑批判和创新，将培养学生的科学思维极好融入实验教学的探究过程。
一、 渗透科学方法，自主模型建构
在物理实验教学中，无论是实验装置的选择，器材的组装，还是实验方案的设计和实施，无一不是思维的产物，蕴含着丰富的科学思维教育成果。通过实验模型的建构，使抽象的实验设计更加具体、直观和形象，便于学生去理解和熟练实验操作。在实验教学中，让学生在物理学习中自主设计实验，通过模型建构，既能有效发展学生的建模思维，又能避免学生实验的盲目性，同时还可以更好掌握物理知识，与生活情景相联系，有效地学以致用。
例如，在沪科版九年级全一册“科学探究：电流的热效应”一课，在探究电流产生的热量与哪些因素有关中，适当对教材的探究顺序进行调整，采用问题引导层层递进的方式，让学生分小组尝试设计实验电路，并完善实验装置。问题引导如下：
问题1：要探究电流通过导体产生的热量与导体的电阻是否有关，应该控制哪些物理量不变？需要几个电阻？
问题2：为保证电流和通电时间相同，需将这两个定值电阻连接成串联电路还是并联电路？
问题3：如何通过转换法比较电流通过电阻产生的热量？
问题4：探究电流产生的热量与电流大小是否有关时，需要重新设计电路吗？如何改变电流？
问题5：探究电流产生的热量与通电时间是否有关时，需要再进行第三次实验操作吗？
基于以上理论分析，教师引导学生设计出实验装置图，并说明理由。问题2学生设计的实验电路如图1，问题4学生在教师引导下采用串联一个滑动变阻器来改变电路电流，设计的实验电路如图2。引导学生思考，热量虽然在初中阶段没有专门的测量工具，但在一定条件下可以用温度的高低来间接反映热量的多少，可将发热的电阻丝放置于等质量的煤油中，通过测量煤油升高的温度来比较电流通过电阻产生热量的多少。在此也可以联系已学知识“电阻丝加热的液体为何不用水而用煤油？”使学生的知识形成系统。
建模就是用简单化的理想化的典型来表示研究的问题情境。掌握了模型建构，不仅能透彻地理解知识，也能使学生的认知水平逐步从具体向抽象过渡，从感性思维上升到理性思维。本例中，通过教师问题引导的方式，引导学生设计出实验装置图，并对其进行分析说明。可有效节省实验时间，达到一图三用的效果，避免了学生简单重复教材的步骤，透过现象看本质。自主建构模型的过程学生不仅锻炼了逻辑思维和动手能力，也极大地体现主体作用，让学生自身体会到成就感，提高了其学习的兴趣，这比教师多次的讲授效果更为突出。
二、 注重实验分析，注重科学推理
在物理学中，要根据实验现象合理地推导得到正确的结论。要注意适用条件，以实验为基础，经过概括、抽象、推理得出规律以使研究问题更加简便。
例如，在“科学探究：欧姆定律”一课中，“探究电压不变时，电流与电阻的关系”的实验教学中，部分学生小组在进行实验中就会发现存在一些问题：“滑动变阻器不够用了”，即当更换为大电阻时，无论怎么移动滑动变阻器都没有办法使得电压表示数等于前几组显示的电压值;而有的实验小组却可以完成整个实验。
引导学生提出设想：在此实验中定值电阻和滑动变阻器的阻值大小是否有关系？实验能否完成与实验中电阻两端的电压值大小是否有关？并思考以下问题：
问题4：能完成实验的小组选择的电源是几节干电池？控制电压不变的时候，取多大的电压合适？
问题5：当更换阻值更大的定值电阻后，应当把滑动变阻器的阻值调大还是调小？无法完成全部的实验是定值电阻为小电阻时无法完成还是换成大电阻无法完成？
问题6：按25欧。20欧，15歐，10欧，5欧由大到小的顺序更换定值电阻是否存在无法控制电压相等这个问题？
在完成教材安排的实验基础上，基于学生自己发现的问题，设计和实施拓展性实验内容，引导学生分析推理，有利于发展学生的科学思维能力。实验教学作为物理课堂教学的重要组成部分，既要达到基本的实验教学目的，又要把实验教学与其他课堂教学内容（如概念课，规律课，习题课等）构建有机联系。大部分学生能在实验课上完成调节滑动变阻器的滑片以维持电压不变，但到了习题课或复习课时，往往难以判断滑动变阻器的电阻应该是调大还是调小。通过问题引导让学生由表及里，总结提炼出串联电路中的电压分配特点，为快速解决各类电学问题提供了基本的理论依据。
三、 梳理实验逻辑，凸显科学论证
论证是共同体围绕某一论题，利用科学的方法收集证据。运用一定的论证方法终达成可接受结论的活动。论证就是把探究的过程重新梳理一遍，分析事实和假设之间存在什么关系，猜想是否合理有依据，推理过程是否有的条件不适用，将现有的事实和实验现象数据有机联系起来，能不能通过事实或者实验数据进行证明。通过进行严谨的科学论证，有助于学生科学论证思维的发展。
例如，在“电阻的串联和并联”一课中，部分学生由于使用到多个电阻，便会猜想“电阻并联后，等效的总电阻的阻值比分电阻的阻值大”。笔者引导学生，一是从理论上进行分析解释，若并联的几个电阻材料和长度相同，那么越多个电阻并联，相当于电阻的横截面积变大，导致总电阻的阻值变小。二是通过实验，让学生眼见为实，在图3的定值电阻两端依次并联上电阻，可观察到电路中的电流表示数增大，意味着并联后的总电阻减小。
图3
再如沪科版八年级全一册“平面镜成像”一课中，在探究像的大小与物的大小有什么特点的时候，部分学生基于生活经验得出“近大远小”的错误结论，即“物靠近平面镜像好像变大，而物远离平面镜像好像变小”，殊不知，这是因为人视物的视角变化而導致的一种错觉。通过学生分组进行实验改变物与平面镜之间的距离，移动与A等大的物体B使之与物A的虚像完全重合（做颜色标记的半边也完全重合），冲击了学生的原有认知，使学生对亲眼看到的实验现象充满震撼，记忆深刻，从更深程度上理解平面镜成像中“像与物大小相等”这个特点。
通过分析实验事实，论证猜想的正确性，从而得到实验结论，这是科学论证的过程。学生在论证过程有理有据，为自己的观点佐以论据，通过思维的交锋深刻理解，做到知其然，更要知其所以然，极大地培养了分析问题的能力，发展了科学思维。
四、 反思探究过程，质疑批判创新
爱因斯坦指出：“提出一个问题往往比解决一个问题更重要”。科学知识在形成和完善的漫长过程中需要不停接受时人的挑战和质疑，科学的进步是无数次检验和辩证的结果。敢于质疑，就是要寻找不同的事实证据来支持自己的观点，或反驳不同的观点。勇于创新，就是要积极运用自己的知识和经验，对问题进行斟酌审视，敢于突破常规，提出独到的见解。
比如，学习热学“热机效率和环境保护”一课时，有学生针对教科书上列举的表格数据“干木材的热值为1.2×107J/kg而木炭的热值为3.4×107J/kg”提出质疑：干木柴完全燃烧要经历先变成木炭再变成灰烬这两个过程，所以认为干木柴放热比木炭放热多，认为干木柴的热值应该比木炭的热值大。对于学生的存疑，教师在思想上要高度重视，及时对学生的观点给予肯定和支持，同时在行动上要积极配合，引导学生或查阅资料或改进实验行进行验证。在此例中，可查阅资料和简单计算帮助学生解决此问题。热值在数值上等于单位质量的燃料完全燃烧放出的热量多少，如质量为1kg的干木柴完全燃烧要先烧成木炭再变成灰烬，但当干木柴烧成木炭时，此时木炭的质量就不是原来的1kg了，即根据热值定义来比较两种燃料的热值大小，需控制质量相等，而学生的推理中，干木柴烧成木炭后并不是等质量的两种燃料对比，因此不能简单认为干木柴的热值比木炭的热值大。
再如，“探究电压不变时，电流与电阻的关系”实验教学中，当发现I与R图像不是直线，而像反比例函数图像双曲线时，可改画I-1/R图像，结果得到一条直线，说明电流与电阻倒数成正比，即电流与电阻成反比。图像表达是实验数据分析的常用表达形式，也是科学思维的一种高阶形式，在以后的高中物理实验中，图像表达更为灵活多变，掌握图像可以为将来更深程度的学习打下扎实稳固的基础。在此实验中，将正比和反比关系有机结合，数据和图像数形结合，达到创新的思维高度。
教材的每一个实验，学生或多或少有些许疑问，教师要积极引导，保护学生的求知欲和思维创造力，发展学生的批判性思维。科学思维的培养，不仅能提高实验教学的效率和效果，更能让学生完成一个时期到另一个时期的过渡和成长。教师应将培养学生科学思维这个理念根植于每一堂课，特别是实验探究课。
参考文献：
[1]邱燕红.以模型建构达成生物学重要概念[J].新教育时代电子杂志（教师版）2017（7）.
[2]杜爱慧.论证式教学：一种有效的探究教学模式[J].教育导刊（上半月），2011（9）：76-78.
[3]黄利军，彭征.浅谈基于物理学科核心素养培养的物理实验教学[J].物理教学，2019（10）.
作者简介：
林俊英，福建省漳州市，漳州第一中学。
