摘 要：物理观念在学生认识和理解物理知识的过程中起着重要的作用，所有基础物理理论知识都源于对物理实验现象的观察和认知。物理实验教学具有生动性、直观性，能够充分调动学生的各种感官，是物理教学的基础。教师采用实验教学能促使学生形成物理观念。文章就基于实验培养学生物理观念进行了探究，以期为相关教育工作者提供参考。

关键词：实验;物理观念;内涵;作用;策略

中图分类号：G633.7    文献标识码：A     文章编号：2095-624X（2021）41-0073-03

作者简介：邱婷（1983.5—），女，广东省广州市禺山高级中学，中学一级教师，本科，研究方向：物理教学。

一、物理观念的内涵

所谓物理观念，即从物理学角度思考问题，形成的对物质、运动与相互作用、能量之间关系的认识。人的大脑通过不断思考与总结，可以将物理概念与规律等知识运用到实践中，如用物理知识来解释下雪、结冰、蒸发、雾霾等现象，就都是将物理观念运用于生活中各个方面的体现。本文提到的物理观念是物理学科核心素养的重要组成部分，主要指学生对物质、运动与相互作用以及能量等知识的一种基本认知，是物理概念和物理规律在学生脑海中的升华，更是学生从物理学的角度对自然现象进行解释以及解决实际问题的依据。实验是物理教学中一个非常重要的环节，所有基础物理理论知识都源于对物理实验现象的观察和认知。学生通过学习，能够形成物质、能量、相互作用等物理意识，然后将之运用到实践中，可以解决生活化的物理问题，形成理论与实践的融合。

二、培养学生物理观念对物理教学实践的作用

学生物理观念的形成与其认知水平相适应，属于认知成果的范畴。随着物理学习的不断深入，学生物理观念的培养和形成也会具有一定的层次性，主要表现为学生在不同时期会逐渐形成不同的物理观念。因此，教师在教学中帮助学生形成物理观念，能够使学生在面对一些新问题时不被其表象迷惑，而是主动地运用相关物理观念来解决问题，并对此能给出一个科学的解释。此外，学生在学习物理的过程中，记忆与遗忘往往是交织的，随着时间的推移，遗忘速度及遗忘知识点的数量会呈现先多后少的趋势，最后仍然留在学生脑海中的知识才是教育价值的真正体现。著名物理学家爱因斯坦认为，物理观念在物理学一系列理论建立的过程中发挥着不可替代的作用。因此，在物理教学过程中，教师一定要注重培养学生的物理观念。

三、基于实验培养学生物理观念的策略

（一）通过实验调动学生的多种感官，构建物理观念

实验教学能够充分调动学生的多种感官，为学生呈现具体的物理现象，在强化学生感知的同时又能纠正学生已形成的错觉，丰富学生头脑中的感性材料，达到发展学生智力、培养学生能力的目的。开展实验教学是培养学生物理观念的重要方式之一，在物理教学中发挥着十分重要的作用。

根据力的作用效果分解力与实际生活之间的联系不够直观，学生缺乏这方面的感性认识，很难判断被分解的力产生了哪些作用效果，理解起来会比较困难。教师可以让学生上台做演示实验：准备一条细绳，一端系上钩码，另一端系在学生手指上，然后用笔的末端顶住细绳的某个点，把笔尖正对掌心。实验中，学生能感觉到手掌有些痛，这证明笔尖对掌心产生了压力，学生能看到手指上的勒痕，说明细绳对手指产生了拉力。在此实验的基础上，学生就可以将钩码向下拉细绳时产生的两个力的方向在纸上画出来，并求出这两个力的大小。学生通过这个实验可以更深入地理解力的分解规律，构建“力的作用是相互的”观念。

（二）通过实验在学生原有观念的基础上发展其物理观念

学生在初中就已经积累了许多生活经验和科学概念，教师将新的物理观念的培养置于真实的物理问题情境中可有效地调动学生原有的经验。此时，教师通过实验解决实际问题，能帮助学生建立新的物理观念与原有经验之间的联系， 再应用类比等方法，就可以进一步发展学生的物理观念，这对一些抽象概念的建立尤为重要。

学生可以从生活经验中得知，用手提起装满水的桶，桶会受到人施加的力向上运动，手必定也会受到桶施加的力，而感到疼痛，教师可以告诉学生这是因为力的作用是相互的。那么一对相互作用力有什么特点呢？教师可以设计如下两个实验。学生演示实验：教师邀请两位体重相差很大的学生用弹簧秤进行对拉演示，让学生先猜想可能的现象，然后观察弹簧秤的读数。学生在实验过程会发现，只有在静止或缓慢匀速拉动弹簧秤时才能清楚地读数，而且尽管学生一胖一瘦，两个弹力大小总是相等。这时有学生提出：“非平衡状态的读数也相同吗？”此时教师可以采用传感器演示，让学生进一步探究，发现相互作用力与物体运动状态无关。最后学生归纳总结：一对相互作用的力总是大小相等、方向相反作用在同一直线上，与物体的运动状态无关。教师演示实验：将一块条形磁铁放在桌面上，在其周围放置小铁钉，它会把周围的小铁钉吸过来，接着引导学生用所学知识解释实验现象。根据所学知识，学生都知道磁铁和小铁钉之间有大小相等的相互作用力，但是为什么铁钉动了，磁铁没有动，很多学生解释不了。此时，教师需要引导学生：“判断物体的运动需要对其进行完整的受力分析。”如果学生仍然无法判断，教师则可以进一步提示：“桌面是粗糙的。”学生便可将实验现象与摩擦力知识相结合，作出正确的分析。

这种以物理核心素养培养为导向的实验教学，可以培养学生的科学探究意识，学生能在真实情境中提出有价值的问题，接着利用科学方法获取和处理信息，习得知识，最后用于解决生活中的实际问题，形成物理观念。

（三）通过实验激发学生的认知冲突，强化正确的物理观念

作为学生学习的引导人，教师应当首先树立物理正确的观念，只有这样，才能深入了解学生的认知冲突，准确解决学生在物理学习过程中存在的认知错误等问题。在学习物理时，学生可能会出现认知冲突，就是当旧观念和新经验两者出现对立时，学生会觉得疑惑和紧张，可能还会有些不舒服，这是正常现象。皮亚杰的认知论指出：认知冲突是指认知发展过程中原有概念或认知结构与现实情境不相符时，在心理上所产生的冲突或矛盾。认知冲突是在认知活动中产生的，学生在面对真实场景时回想起旧的知识经验，并试图对新、旧经验进行对比、融合，寻找新平衡点，这就是认知冲突的解决过程。因此，在激发学生认知冲突时，教师直接帮助学生改错，往往效果不佳。在這种情况下，教师不妨让学生在错误的思路上“撞一撞南墙”，切身感受陷入困境的滋味，然后再给予引导，学生便会“吃一堑长一智”，从山穷水尽走向柳暗花明，享受成功的喜悦。

教师可以利用多媒体投影蹦极视频，要求学生观察运动员的速度和弹性绳伸长量的关系，判断运动员在什么位置动能最大。由于过程短，速度快，学生未必能观察清楚，绝大部分学生都是凭借自己的惯性思维认为绳子一拉直就受到向上的弹力，此处弹力是阻力，物体开始减速。此观点有严重错误，但教师不必急于纠正学生，而要继续引入以下题目。

地面上竖直放置一轻质弹簧，小球从其正上方某一高度自由下落到弹簧上，针对小球从刚接触弹簧到弹簧被压缩至最短的过程（弹性限度内）提出以下问题。

问题一：力与运动

A.小球速度变大，合力变大

B.小球速度先变大后变小，合力先变小后变大

C.小球速度变大，合力变小

D.小球速度先变小后变大，合力先变大后变小

部分学生会沿用之前的错误经验，认为小球一碰到弹簧就开始减速。此时，教师可以鼓励学生进行小组讨论，让学生讲解自己的观点，得出结论。若学生无法讨论出正确结论，教师则可以进一步引导学生回顾物体做加速运动和减速运动的条件：合力与速度同向或为锐角时，物体做加速运动，反之则做减速运动。学生只有用知识指导实践进行受力分析才能得出正确答案，而不能仅凭感觉去猜想。

问题二：功能关系和能量守恒

从功能关系角度解释小球的动能、重力势能、弹簧的弹性势能、怎么变化。

从能量守恒角度回答：第一，小球重力势能和弹簧弹性势能的总和如何变化;第二，小球动能和弹簧弹性势能的总和如何变化;第三，小球动能和重力势能的总和如何变化。

教师通过以上分析可以帮助学生建立知识间的联系，使学生形成物理观念——物体相互作用的过程总是伴随着能量转移或转化，功是能量转化的量度，做了多少功就有多少能量发生转化，在任何转移或转化的过程中，系统的总能量保持不变。最后再回到蹦极现象，学生便可以用所学知识分析受力情况，用正确的物理观念解释生活，彻底转变“受到阻力马上减速”的错误思想。

（四）通过实验引导学生体验评价、反思概括，实现物理观念迁移应用

在传统的教学过程中，一般是教师进行知识小结。在新课改背景下，教师要以观念构建为导向为学生提供交流的平台，指出概括反思的方向，同时对学生学习过程的表现进行评价，不断优化教学策略。教师还要以此为依据帮助学生进一步构建、完善物理观念体系，实现物理观念的迁移应用。

在“探究滑动摩擦力大小”实验中，教师可让学生猜想滑动摩擦力与哪些因素有关，并自行讨论，自主设计实验方案，用控制变量法进行探究。此处，学生要明确的知识是二力平衡，用弹簧秤测的是拉力，要使拉力和摩擦力大小相等才可以进行实验。接下来，教师让学生思考：若按照教材设计的实验方案（见图1），要怎么操作？学生通过理论分析可以得出：必须满足拉力呈水平方向，手匀速拉动弹簧秤才能保证物体做匀速直线运动。学生在自己动手操作时，会觉得很难判断木块是否在做匀速直线运动，便会对实验得出的结论产生怀疑。此时，教师不应直接给出新的实验方案，而应让学生在不断尝试中去体验、归纳，最后逐步完善为图2的实验方案。教师要让学生分析，按照图2的方案要如何拉木板，此时教师不妨邀请基础较弱的学生回答相关问题，若他能回答正确则说明班级大部分学生都懂了，便可以开始实验操作。每一位学生都真正参与的课堂才是有效、深刻的课堂，才能促使学生获得全面的发展。

（五）运用新型教学方式，激活学生认知

阶梯式教学模式是一种基于学生认知发展水平的教学模式，要求教师从学生身心发展规律和实际学习情况出发，与物理学科进行融合，以分层和阶梯学习計划不断引导学生循序渐进地把握对应的知识，从学生的经验水平出发引导学生掌握相关的概念，然后再从概念出发引导学生思考、探究，促进学生思想水平的提升。

例如，在教学“合力与分力”相关的内容时，教师要先从学生已有的经验出发，引导学生思考一个大人推动一个物体和两个小朋友共同推动这个物体的力的作用是否完全相同，激活学生的物理经验，接着，教师要从学生的知识水平出发引入相关的概念，给出“分力”“合力”“力的分解”“力的合成”等基础概念，为学生“等效代替”思想的形成做铺垫。最后，当学生深入领会物理思想和方法之后，教师就可以引导学生利用这种思想来学习新的物理知识。经历了这样一个过程，学生就能很好地培养自身的物理观念。

结 语

物理是以实验为基础、富有理性思考的一门学科，物理学习既离不开观察与实验，也离不开理性思考。实验是物理学的基础，通过实验研究物理是学习和发展物理学的重要手段。实验教学能够充分调动学生的多种感官，给学生呈现物理现象，在增强学生感知的同时又能够纠正学生的错觉，帮助学生学习物理知识。因此，培养学生的物理观念离不开实验教学。在教科书编写方面，研发人员要针对物理教学的发展，创新设计相关内容，培养学生的物理核心素养。为了物理教学更加高效，教师要改变以往传统的授课模式，在教学物理观念时不能仅传授相关知识，还应重视每位学生对问题的不同理解，设计个性化的教学模式，开展多样化的物理教学活动，合理安排课程学习，这样才能帮助学生树立正确的物理观念。

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