基于思维进阶的高中物理实验教学策略探究

摘要：实验是探究科学最主要和最有效的方式，科学领域中几乎所有的概念、定理、规律和公式都是从实验中提炼和总结而来的。对一些抽象的概念、定理和规律，实验也能做出具象的说明和解释，所以，在科学类课程的课堂教学实践中，实验也是一种重要的教学载体，教师需要综合课程教学的实际需要设计实验与开展实验教学，结合演示实验或动手实验来教学，为学生提供一个亲眼观察和亲身体验实验的机会。文章主要围绕思维进阶下的高中物理实验教学展开，对思维进阶和实验教学在发展高中生思维层面的优势做了介绍，探究了思维进阶下高中物理实验教学的进阶路径和开展策略。

关键词：思维进阶；高中物理；实验教学；开展策略

中图分类号：g633.7文献标识码：a文章编号：1673-8918（2025）05-0128-04

经过小学和初中的积累与锻炼，高中生已经基本形成了自主探究和独立思考的能力，也更需要以自主探究和独立思考为主体的教学实践。而对高中物理教师来说，在以学生为中心的基本原则下开展实验教学，既能迎合学生思维、认知与能力发展的实际需要，又能满足学生在课上发挥个人价值与作用的实际需求，对学生个人的成长和发展提供重要助力。所以，教师应当从多个不同的角度出发，全面、多元且深入地探究实验教学的开展路径。多角度推进高中物理实验教学的进阶，以更契合当下时代学生真实水平与实际需要，促进学生思维进阶，进而实现促进学生个性成长和全面发展的育人目标。

一、 思维进阶概述

人的思维发展大致可以划分为六个阶段，由低到高分别是感知阶段、理解阶段、应用阶段、分析阶段、创新阶段和洞察阶段，其中，感知是思维的最初阶段，指向的是通过感官来直接获取环境信息的思维活动；理解是感知的进阶，指向的是对感知到的信息进行的加工；过程可以概括为通过归纳、推理等方式建立理解；应用是理解的进阶，指向的是带入信息与理解的问题思考与问题解答；分析是应用的进阶，指向的是在有逻辑的推理下对不同事物、不同信息间关系的研究；创新是分析的进阶，指向的是基于已有事物和概念进行的创造，新观点、新方法或新产品都是创新的产物；洞察则是创新的进阶，也是思维的最高阶段，指向的是对事物本质和长远发展的前瞻性考量与判断。而思维进阶其实就是人在认知外部事物过程中，思维由低层向高层、由表层向内里的逐步进阶，最终指向的就是包含分析、综合、评价和创造在内的高阶思维及高阶思维活动。

二、 实验教学在发展高中生思维层面的优势

物理学是自然科学下主要研究物质运动规律和物质基本结构的分支，物理学中有着一系列涉及五大领域的实验，基础教育中物理学科需要开展的实验教学主要是运动学实验、力学实验和电学实验，实验类型不同，探究的方式和主要探究的问题类型也不同，但不管是哪一领域下何种形式的实验，在教学视域下都具备发展学生探究思维、创造思维和协作思维的优势，所以在培养学生思维的目标与追求下，教师应当在课上落实实验教学。

（一）有助于发展学生探究思维

探究思维的实际体现包含主动探究的意识、用探究的方式来解决问题的意识、在探究中了解事物完整样貌的意识，以及通过探究来建立更全面、更完整的科学认知的思维能力。而实验就是科学探究的一种主要方式，所以实验本身也可以是探究思维的一个表现平台，探究思维能驱动学生依托实验的探究行为，在实验中思考探究也是学生积累知识、认知和经验的一种有效方式，所以在这一视角下，实验教学对发展高中生思维的优势就体现在发展探究思维的助力上。

（二）有助于发展学生创造思维

创造思维是一种高阶思维，指向的是对旧事物的创新，同时也指向对新事物的创造，而创造这种行为本身就是人类身上十分典型的一种自主行为，人类社会的建构和发展都源于创造，也都建立在持续不断的创造之上。而站在个人发展的视角下，创造也是能推动个人个性成长和全面发展的一种有效行为。所以，在新时代的育人要求下，教师应当更注重培养学生的创造思维。基于此，实验教学在发展高中生思维层面的又一优势就在于有助于发展创造思维。

（三）有助于发展学生协作思维

实验教学是一种具备实践属性和合作属性的教学活动，看重学生在课堂上的动手操作，也看重学生在动手操作实验过程中的分工协作，大部分需要学生动手的实验教学活动都采取了小组合作探究的实践方式，学生不仅需要在操作实验和探究实验现象时分工协作，也需要在总结实验结论时积极地讨论、分享和交流意见。就学生个人的成长和发展而言，这种分工协作与交流沟通就能起到关键的促进作用，所以实验教学之于高中生思维发展的优势也表现为有助于发展学生的协作思维。

三、 思维进阶下高中物理实验教学的进阶路径

在教育视域下，思维进阶理念的提出源于现实世界的不断发展和人才需求的持续变化，新时代需要更多有积累、有素质和有能力的人才，因而，教师需要立足进阶，落实在知识教学过程中对学生思维的开发与培养，而思维进阶的具体表现就包括多元思维的拓展、批判性思维的形成、创新思维的实践和系统思维的应用。基于此，高中物理教师在开展实验教学时，就要注重感性体验向意识行为，再向探究实验和高阶分析的进阶。

（一）由感性体验向意识行为进阶

感性体验指向的是基于感觉和直觉的认知与理解，建立在感官的真实体验之上，在实验教学中主要指的是基于直接观察和认知建构和分析理解。而人的思维模式大致包含两种，一种是具象思维，另一种是抽象思维，从定位上看，具象思维是基石，抽象思维是延伸，具象认知是引导抽象延伸的基础。基于此，在开展物理实验教学时，教师就应立足学生在实验中对具象问题的呈现，先引导学生进行感性体验，再基于思维进阶的需要，引导学生完成感性体验向意识行为的进阶。

（二）由意识行为向探究实验进阶

意识行为指的是在特定情境下为达成某种目的而自觉产生的一种行为，建立在个体因具象而真实的现实产生的意愿和目标之上，但对应到实验教学中，意识行为实际上是一种比较浅显的思维形式，学生在操作实验过程中产生的意识行为是要从实验探究的问题中抽象出来的，大都停留在制订初步实验方案的表层，不涉及对方案可行性的验证。所以，在思维进阶的需要下，高中物理教师在开展实验教学时，还要注重引导学生完成由意识行为向探究实验的进阶。

（三）由探究实验向高阶分析进阶

探究实验指的是沿着既定实验方案进行的实践探究，对应实验教学中动手操作实验的环节，教师在课堂上开展实验教学的目的主要有两个：表层目的是深化学生对知识的理解和巩固学生对知识的记忆，深层目的是发展学生的思维能力、探究能力和养成学生的探究精神，不管是表层目的还是深层目的，目的的达成都建立在学生亲自操作实验的基础上。而在思维进阶的要求下，高中物理教师就应当基于发展学生高阶思维的目标，在开展实验教学时更注重探究实验向高阶分析的进阶。

四、 思维进阶下高中物理实验教学的开展策略

要推动学生的思维进阶，就要先推动学生学习状态的转化，第一是被动学习状态向主动学习状态的转化，第二是浅层学习向深度学习状态的转化，不管是被动学习和主动学习，还是浅层学习和深度学习，立足点都在于对学生学习体验和学习沉浸感的提升，教师需要先活跃学生思维和引导学生思考，然后再借助循序推进的思维活动来开发学生的思维和推动学生的思维进阶。具体到实践中，在思维进阶下开展高中物理实验教学时，教师要先借助真实实验情境来引导学生深入探究，再借助小组实验讨论来引导学生的思维碰撞，之后，借助实验闯关比赛来引导学生的多元思考，最后，借助虚拟现实实验来引导学生的自主创造，以驱动和促进学生的思维进阶。

（一）以情境为辅助，在真实实验情境中引导深入探究

情境是教学的一种辅助工具，也是能具象呈现抽象知识的一种辅助工具，对情境的科学创设与合理利用对提升教学效率和有效性都有着积极的意义，在情境的辅助下，教师能最大限度地调动学生探究的积极性和主动性，而这就更有助于学生的思维进阶。所以，高中物理教师在开展实验教学时需要以情境为辅助，在真实实验情境中引导学生深入探究。

以人教版高中物理必修一第二章第一节“实验：探究小车速度随时间变化的规律”的教学为例，这一章主要是对匀变速直线运动的研究，第一节的实验能帮助学生更快地建立对匀变速直线运动的基本认知，也能更恰当地引出之后对“速度与时间的关系”和“位移与时间的关系”的研究，从学生思维认知的发展情况和在实验中的动手能力来看，这一实验也是学生有能力在小组协作中自主完成的实验。所以，高中物理教师在课堂上的实验教学就需要从“探究小车速度随时间变化的规律”的实验开始。而在思维进阶的要求下，教师要综合匀变速直线运动概念的生活应用来创设情境，比如，电梯的上下运动，电梯是一种便捷的上下楼工具，对电梯速度的设置既要考虑到所需花费的时间，也要考虑到人身体的承受能力，尤其是老年人。借助带入电梯运动情境的探究实验，教师能引导学生主动展开对“为什么在设置电梯运行速度时要使轿厢的运动呈匀变速直线运动的状态”这一问题的探究，然后再借着对问题的深入探究来发展学生的思维。

（二）以小组为单位，在实验讨论中引发思维碰撞

学生是课堂的主体，以学生为中心是课堂教学的基本原则，而学生主体在课堂教学中的体现主要在于为学生提供更大的探究空间、更多的探究机会，以及为学生的自主探究提供必需的支持与指导，以便于更高效地推动学生的思维进阶。所以，高中物理教师在开展实验教学时还需要以小组为单位，借助实验讨论来引发学生的思维碰撞。

以人教版高中物理必修一第四章第二节“实验：探究加速度与力、质量的关系”的教学为例，这是一个力学实验，实验中存在着三个变量，而学生就需要使用控制变量法来探究加速度与力、质量之间的关系，以引出对牛顿第二定律的探究。在实验中，学生需要准备打点计时器、纸带、小车、绳、天平、一端带定滑轮的长木板和垫木、砝码和砝码盘、刻度尺等工具，并组装成一个小车两端分别连接纸带与砝码，连接纸带的一端同时连接打点计时器，连接砝码的一端需要同定滑轮连成一线的实验装置，然后再通过控制质量进行的多次实验来得出几组对比数据，以供之后的分析。而在完成实验操作和数据的收集以后，学生还需要带入得到的数据来制作对比图像，并对比数据和图像来展开对“加速度与力、质量有什么关系”这一问题的探究与讨论。在此过程中，学生可以自由发表自己的想法，而不同学生基于不同视角下的观察展开的讨论就能引导双方的思维碰撞，然后教师就可以借这种思维层面的碰撞来推动学生的思维进阶。

（三）以比赛为驱动，在实验闯关比赛中引导多元思考

在发展个体和培养个体成才的视域下，虽然对知识的讲解需要遵循严谨和全面的基本原则，但不代表教师只能照着模板设计同种形式的教学活动。就实验教学而言，更多元和有趣的教学更利于发展学生思维。所以，高中物理教师在开展实验教学时也要借实验闯关比赛来引导学生多元思考。

以人教版高中物理必修二第五章第三节“实验：探究平抛运动的特点”的教学为例，平抛运动是对物体在水平方向上做的匀速直线运动和自由落体运动的综合性概括，物体在被平抛出去后，会先在“抛”的动作所提供的力的作用下进行一段匀速直线运动，然后再受重力的影响完成自由落体运动，而从抛出物体开始，到物体落地为止，物体在空中的运动轨迹是一条曲线，所以平抛运动实际上就是匀变速曲线运动，运动中物体位移变化的轨迹被称作抛物线。综合平抛运动的概念和“探究平抛运动的特点”这一实验的过程，教师就可以先向学生提出一系列与平抛运动相关的问题，诸如“物体在进行平抛运动时会受到哪些力影响”“在抛出物体时发力的方式和提供的原始动力会如何影响物体的运动轨迹”“是否能根据抛物线来判断一个物体的质量和物体被抛出时原始动力的大小”“如何根据抛物线来判断物体所受不同力的大小”。设置好问题后，教师先让各小组自主实验，再让学生用抢答加闯关的形式回答问题，以此来引导学生多元思考。

（四）以科技为工具，在虚拟现实实验中引导自主创造

科技工具是新时代功能最全面、能发挥价值最大的教学辅助工具，在高中物理的实验教学中，对科技工具的灵活应用能助力课堂上的实验教学突破传统教学局限，也能为学生自主创造提供更多支持。所以，在开展实验教学时，高中物理教师还要以科技为工具，引入虚拟现实技术来引导创造。

以人教版高中物理必修二第八章第五节“实验：验证机械能守恒定律”的教学为例，机械能守恒定律指的是“在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能与势能可以相互转化，而总的机械能保持不变”，作为物理力学的一项重要定律，机械能守恒定律充分地体现了力学中的能量守恒，“验证机械能守恒定律”的实验就是对“机械能守恒”的复现，以“只有重力或弹力做功”为前提，而在学校的实验室场景中，学生在自主操作实验时很难保证物体系统中只有重力和弹力做功，所以学生的实验成功率相对较低。基于这种现状，教师在思维进阶下开展实验教学时，就有必要利用科技工具开展虚拟现实实验，拥有强大功能的科技工具能帮助教师创造一个最理想的实验环境，在没有其他不可避免的外力的干扰下，学生也能更沉浸式地展开对机械能守恒定律的探究与验证。与此同时，在以虚拟现实实验为主体的实验教学过程中，学生也能通过电子互动设备来同实验“互动”，这种互动有助于激活学生思维，也能推动学生思维进阶。

五、 结论

综上所述，实验教学能助力学生探究思维发展、助力学生创新思维发展和助力学生协作思维发展，而在思维进阶理念的导向下，高中物理的实验教学应当完成的就是由感性体验向意识行为，再由意识行为向探究实验，最后由探究实验向高阶分析的三层进阶，以更好地培养学生的高阶思维和高阶思维能力。从高中物理课堂上实验教学的实践来看，教师在设计教学活动时，要先以情境为辅助，借真实实验情境来引导学生对物理的深入探究，再以小组为单位，借小组实验讨论来引发学生基于问题的思维碰撞，后以比赛为驱动，借实验闯关比赛来引导学生开阔视野，最后以科技为工具，借虚拟现实实验来引导学生应用物理知识进行自主创造。

参考文献：

［1］林臻.高阶思维在高中物理实验中的应用与培养研究［j］.名师在线，2024（27）：49-51.

［2］郭树敏.高中物理实验教学中促进学生创新思维发展的策略研究［j］.数理化解题研究，2024（24）：81-83.

［3］杨发茂.基于创造性思维发展的高中物理实验教学探研［j］.成才之路，2024（11）：105-108.