思想实验即引导学生在脑海里现象、模拟科学场景的教学方法，其效果不亚于动手实践。一项由伊戈尔·巴斯卡吉耶夫（Igor Bascandziev）、阿达尼·阿布托（Adani Abutto）、卡伦·沃克（Caren M. Walker）与伊丽莎白·博纳维茨（Elizabeth Bonawitz）共同开展的研究《头脑实验室：思想实验作为高效科学教学手段》深入探讨了思想实验能否像实体实验室一样帮助学生构建物理概念。
该研究把100名在校学生分为三组:一组进行思维实验，另一组进行动手实验，剩下一组为对照组，不参与任何实验。结果显示，思想实验组和动手实验组在实验前后测评中皆显示出显著的知识增长，而对照组没有变化。研究指出，学生通过在脑海里模拟科学场景来理解科学概念与实际操作实验同样深刻。
研究人员指出，思想实验在本研究背景下不仅与动手实验同样有效，甚至更为高效，因为它需要的时间、器材和准备工作更少。
研究核心要点与课堂案例
1. 在脑海里进行思想实验与实际动手实验同样重要
学生仅通过在脑海里模拟实验即可建立深层的科学理解，无需完全依赖动手实验。
例如，讲授浮力时，可以提问：“想象一下，把一块沉重的金属块扔进水里，它会沉下去还是会浮上来？再把这块金属块做成船的形状，结果又会怎样？”鼓励学生先自行思考结果，再揭示位移原理背后的科学原理。
2. 强化科学推理能力
鼓励学生预测、解释并对比不同结果，以培养科学必备的逻辑思维与问题解决能力。
例如，讲解惯性时可问：“让一本书在地上滑出去，松手后会发生什么？如果同样的操作在太空进行，会有什么不同？”引导学生在不同情景中讨论和完善推理过程。
3. 展现求知欲，培养成长型思维
让学生明白老师也并非无所不知，从而鼓励他们勇敢提问、积极探究，培养对待科学发现的积极态度。
例如，探讨物体漂浮原因时可以说：“我也不确定为什么会发生这样的现象，让我们一起来想想，并试着验证我们的想法。”学生由此体会到好奇心和逻辑推理才是科学核心，而追求“标准答案”并非唯一目标。
对于教师来说，思想实验开辟了让科学“活起来”的新路径，无需穿上实验室白大褂或使用专用仪器也能进行科学教学。鼓励学生在脑中构建场景、尝试想法、解释推理，有助于加强概念理解，真正培养科学思维。
思想实验既可与动手实验结合应用，也可在资源有限时代替动手环节。思想实验能够帮助学生提出更好的问题、学会批判性思考，并更深刻地理解科学，加深印象。
如需深入了解本项研究，请阅读原文：《头脑实验室：用思想实验赋能高效科学教学》(The Mind Lab: Thought Experiments as a Means to Teaching Science Effectively and Efficiently)。
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