运用物理实验进行思维训练的尝试

“思维训练型实验”的教育重点环节在于运用基础的物理知识、基本的实验原理和技能去解决新的问题，训练科学化的思维，培养初步的科研方法。教学特点是以实践为主体。

一、积极创造激发思维的情境

“思维训练性实验”要训练学生的思维，首先应考虑创造激发思维的情境，所提出的实验课题或展现的实验现象，应该对学生产生无形的吸引力。我们曾设计了一种力学黑箱，如图 1，黑箱正面写着“魔索”两个字，就很容易引起学生的注意。当从右侧拉线时，学生们惊奇地发现， 玩具小车的前进距离（左侧）远比手拉过的距离（右侧）长得多。我们无需发问，他们的思维活动自动积极地展开，箱里究竟是什么？杠杆！ 定滑轮！动滑轮！轮轴⋯⋯引起了一连串的大胆猜测和想象。

“实验”的课题离不开具体的物理知识，每个课题都应围绕适当的物理原理，才能使“实验”产生既训练思维，又强化物理概念及规律的双重功能。通过一定的教学尝试，我们发现：问题的提出，创造情境的设置，应贯彻因材施教的原则。只有反映学生知识结构差异，按年级、甚至按个体的特点，展开适当的创造性情境，才可以使学生感到愉快而不紧张，积极思维而不松懈。如果片面追求高水平，所设计的问题即使引起学生的兴趣，也是暂时的。当他们遇到知识结构的困难时，原有的兴趣、情绪都会受到压抑，思维的积极性就会明显降低。

二、帮助学生变换思维方式

习惯沿用的教学模式，不注重学生思维的主动性，学生往往是顺着教师的思路开展思维活动，因而带有定向、求同的特点，思路比较狭窄， 不善于变换思维方式。而在“思维训练性实验”教学中，我们可以发挥学生的思维主动性，打开思路，培养广阔、灵活、多变的思维活动素质。

我们出过一个叠砖的题目。用五块砖，如何叠放，才能使最上面一块砖的垂直投影不落在最下面一块砖面上？要求学生不通过计算来找出正确的叠放方法。实验结果是：只有 13％的学生能够找到正确的思路， 叠放成功。为了比较，我们后来又让学生们进行计算，竟有 85％的学生能顺利完成计算任务。这说明，大部分的同学都能理解题目，拥有解决问题的知识，但由于思维方式的阻碍，在实践中很难获得成功。他们都是从下面开始叠起，把第二块砖置于临界状态，但第三块砖就不能再往外延伸（见图 2）只好再把第二块砖往回缩，待第三块砖安好，再放第四块砖，又会碰到同样的问题。实际上，只要改变习惯的定势，改自下而上为自上而下，就轻而易举地找到了正确的方法。这里，就要求学生产生思维方式的变换。在“思维训练性实验”中，有时依靠学生自己的摸索来达到思维方式的变换，如上述叠砖实验，学生们在一次次的失败中， 最终也能找到正确的方法。但有些时候，还需要引导，尤其是在学生陷于严重的思维定势时。在“魔索”实验中，我们进行了统计，有 70％的学生判断黑箱里面是动滑轮或滑轮组，但究竟是什么组合形式，他们就很难回答，在画出的结构简图中，有不少是如图 3 所示的结构，而想不

到简单的轮轴结构，这是因为他们所熟悉的动滑轮所造成的思维定势。我们还故意提供了直尺、弹簧秤和砝码，许多学生的思维又围着这些器材而转，竟有 40％的学生用砝码和弹簧秤拉上拉下，始终脱不出已有的思维圈子。在他们的思维陷于迷惘时，我们打开黑箱，引导他们开拓新的思路，学生们都感到很有收益。无论是让学生自己摸索，还是通过引导，都应该让他们自觉意识到思维方式的转移，这样才能使他们的思维逐渐地变得广阔和多变，这就是我们进行训练的目的和结果。

三、注重知识的迁移

善于应用知识的迁移是创造性活动的基础，因此，在“思维训练性实验”中，我们应该促进学生进行知识的迁移。我们觉得：利用原型启发是促进知识迁移的良好途径。所谓原型启发，就是利用与新事物具有某种类型或功能相似性东西，来启发人们解决问题的途径。实践中，能够充当原型的事物，包括学生做过的实验，见过的演示和他人设计的、能被学生所掌握的实验。学生们已掌握了用天平和水杯测固体密度，我们就变换一下条件，要求用一把直尺、线、重物和水杯设计一个测固体密度的实验。学生能用量杯测石蜡块的密度，我们又要求他们用一张牛皮纸和一个量杯去测小石块的密度。学生们做过斜面法测木块与桌面间的静摩擦系数的实验，我们再提供漏斗、直尺、竹针，要他们测出砂子间的静摩擦系数。这些实验，都是在一定的原型基础上设计的，因而都能取得有效的知识迁移效果。

帆船为什么会逆风前进？这是一个学生很感兴趣但又很难想象的现象。在教学中，我们选用了两组实验，帮助学生认识这一问题。一是如图 4 所示的简单实验，用铅笔尖斜向轻推三角板的斜边，分析三角板逆作用力方向前进的原因；二是用一个帆船模型和一个大水槽，在电风扇的风力下做逆向行驶的模型实验。结果表明：实验一作为原型，能十分有效地帮助学生揭图 4 开问题的奥秘，这就是知识迁移的作用。

四、激励创新意识

思维训练的最终目的，是培养创造性的精神，使学生富有创新的意识，在教学中，关键是要激励学生创新，还要承认学生创新。

我们还有一个电学“黑箱”，两侧各有四个接线柱代表一束含四根导线的电缆线，“黑箱”的意思是这束电缆线头尾难分。让学生自己想办法找出 4 根线的头尾，除了提供一个万用表外，我们还强调说明，在实验中可以用更多的器材，想更多的办法。结果，同学们兴致大增，想出了各种各样的方案，有的学生提出一个，又不满意，进行新的改进。开始要用电表在黑箱两边停留四次，即往返共三次。后来又想法减少了一个单程，还有的同学用了三个不同阻值的电阻，在一侧连接成星形结构，再到另一测分别测量，只花了一个来回就完成了任务。整个实验既富有情趣，又富于创新的气氛。

（刘炳升 成军军 文）