物理教學(xué)中的科學(xué)方法初探

1、物理教學(xué)中的科學(xué)方法初探        摘要：物理教學(xué)中蘊(yùn)含的大量的方法，我們必須給予足夠的重視，并且滲透到教學(xué)活動中去，適時向?qū)W生介紹、點(diǎn)撥，學(xué)生在學(xué)習(xí)活動中去體驗、體會這些科學(xué)方法，逐步提高學(xué)科學(xué)探究能力，掌握一些科學(xué)方法，為學(xué)生的終生學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。 關(guān)鍵詞：素質(zhì)科學(xué)探究科學(xué)方法 在初中物理課程標(biāo)準(zhǔn)中，科學(xué)探究既是學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)，又是重要的教學(xué)方式之一。在探究科學(xué)的過程中，學(xué)生通過動手動腦，通過物知道“再發(fā)現(xiàn)”過程，體驗到科學(xué)探究的樂趣，學(xué)習(xí)科學(xué)家的科學(xué)探究方法，領(lǐng)悟科學(xué)的思想和精神，

2、掌握科學(xué)學(xué)習(xí)的策略和科學(xué)的思維方法，從而提高他們的科學(xué)素質(zhì)。要想使物理教學(xué)達(dá)到新課程標(biāo)準(zhǔn)確定的目標(biāo)，我們必須重視物理教學(xué)中蘊(yùn)含的大量的科學(xué)方法，把它們滲透到教學(xué)活動中去，適時向?qū)W生介紹、點(diǎn)撥，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)活動中去體驗、體會科學(xué)方法，逐步提高學(xué)生科學(xué)探究能力，掌握一些科學(xué)方法，為學(xué)生的終生學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。下面就與大家一起來探討物理教學(xué)中常用的一些科學(xué)方法。 一、猜想法 在科學(xué)探究的學(xué)習(xí)過程中，猜想這一步驟有著舉足輕重的地位，它是物理智慧中最活躍的成分，對學(xué)生猜想能力的培養(yǎng)，也是物理探究過程中的一個重要環(huán)節(jié)，而且猜想決定了科學(xué)探究的方向，因此，在物理教學(xué)的過程中，引導(dǎo)學(xué)生科

3、學(xué)合理地猜想就顯得格外重要。 首先，猜想要有一定經(jīng)驗和知識作為基礎(chǔ)。在進(jìn)行科學(xué)猜想能力方面的教學(xué)時，可先針對問題讓學(xué)生展開想象的翅膀，鼓勵學(xué)生把所有可能的情況都大膽地說出來，然后讓學(xué)生根據(jù)已有知識和生活經(jīng)驗逐一進(jìn)行分析，想想生活中有哪些事實支持它，它和已有知識是否一致，排除那些與經(jīng)驗和知識相矛盾的想法，留下的就可能是科學(xué)的猜想了，沒有一定的知識和經(jīng)驗，猜想恐怕只能是無本之木，無源之水。所以在教學(xué)中為了避免學(xué)生胡猜亂想，讓學(xué)生說出猜想的理由、事實依據(jù)是很有效的避免課堂混亂的手段，也是培養(yǎng)學(xué)生探究能力的方法之一。 另外，教師引導(dǎo)學(xué)生猜想要注意把握好方向性。在學(xué)生的自主探究過程中

4、，教師的引導(dǎo)可以起到了畫龍點(diǎn)睛的作用，由于課堂教學(xué)的時間和器材以及學(xué)生的知識的限制，我們不可能將學(xué)生講的、說的一一進(jìn)行探究，必須進(jìn)行去粗取精、去偽存真，才能讓探究過程順利完成。 例如在猜想動能大小與哪些因素有關(guān)的時候，學(xué)生猜想到的因素可能有質(zhì)量、速度、重力、斜面坡度、高度等，特別應(yīng)該注意要讓學(xué)生說出猜想的理由和依據(jù)，要能舉出相關(guān)的實例來證明。然后教師引導(dǎo)學(xué)生把其中類似的因素歸為一類，即質(zhì)量和重力可以歸為質(zhì)量這個因素，斜面坡度、高度、速度都可以歸為速度這個因素。這樣就把動能大小歸納猜想為與質(zhì)量和速度這兩個因素有關(guān)。同時引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)前面學(xué)習(xí)過的牛頓第一定律實驗，可以知道要控制物體到達(dá)斜面

5、上的速度相同，必須控制物體從斜面上滑下的高度相同。然后通過控制變量的研究方法，這個探究實驗就不難完成了。完成實驗后，教師可以補(bǔ)充做一個實驗，即把質(zhì)量和速度分別增大一倍，觀察木塊被推動的距離，來判斷質(zhì)量和速度這兩個因素中到底哪一個因素對動能的影響更大，這樣為到高中的繼續(xù)學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。 當(dāng)然，學(xué)生的猜想能力的培養(yǎng)并不是一朝一夕完成的，需要我們教師在教學(xué)過程中切實重視這一能力的培養(yǎng)，時時注意引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行合理的猜想，以達(dá)到素質(zhì)教育的目的。 二、控制變量法 “控制變量法”是初中物理中常用的探究問題的科學(xué)方法。由于影響物理研究對象的因素在許多情況下并不是單一的，而是多種因素相

6、互交錯、共同起作用的。所以要想精確地把握研究對象的各種特性，弄清事物變化的原因和規(guī)律，必須人為的制造一些條件，便于問題的研究。例如當(dāng)一個物理量與幾個因素有關(guān)時，我們一般是分別研究這個物理量與各個因素之間的關(guān)系，再進(jìn)行綜合分析得出結(jié)論。這樣就必須在研究物理量同其中一個因素之間的關(guān)系時，將另外幾個因素人為地控制起來，使它們保持不變，以便觀察和研究該物理量與這個因素之間的關(guān)系。這就是“控制變量”的方法。 在初中物理教學(xué)中有許多概念或規(guī)律的探索過程，都要用到控制變量法。例如，在八年級剛接觸物理時，有一個探究實驗是探究“聲音怎樣從發(fā)聲的物體傳到遠(yuǎn)處？”。讓一個學(xué)生在桌子一端敲擊桌面，另一個學(xué)生

7、在另一端聽聲音，一次貼在桌面上聽，一次只是貼近桌面。發(fā)現(xiàn)兩次都可以聽到聲音，引導(dǎo)學(xué)生分析這兩次聲音分別是通過桌子和空氣傳來的，從而說明聲音要靠介質(zhì)傳播。同時讓學(xué)生比較兩次聽到的聲音大小，從而認(rèn)識到聲音在固體中比在空氣中傳播得快，即固體的傳聲能力強(qiáng)。在這里，老師一定要強(qiáng)調(diào)實驗中需要控制的變量就是聽聲音的距離和敲擊桌面的力度要相同，使學(xué)生體驗到控制變量的思想，為以后的探究實驗作好方法上的準(zhǔn)備。 初中物理還用到控制變量法的實驗有：影響聲音的音調(diào)、響度等的因素有哪些？蒸發(fā)的快慢與哪些因素有關(guān)？導(dǎo)體的電阻大小與哪些因素有關(guān)？導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體兩端電壓和導(dǎo)體的電阻的關(guān)系，電熱的大小與哪些因素有關(guān)

8、？影響電磁鐵磁性強(qiáng)弱的因素有哪些？研究感應(yīng)電流方向與哪些因素有關(guān)？研究通電導(dǎo)體在磁場中受力方向與哪些因素有關(guān)？力的作用效果與哪些因素有關(guān)？影響滑動摩擦力大小的因素有哪些？影響壓力作用效果的因素有哪些？研究液體的壓強(qiáng)與哪些因素有關(guān)？研究浮力的大小與哪些因素有關(guān)？研究動能或勢能的大小與哪些因素有關(guān)？研究物體吸引熱量的多少與哪些因素有關(guān)等等。 控制變量法是一種最常用的、非常有效的探索客觀物理規(guī)律的科學(xué)方法。通過控制變量法，可以讓我們很方便的研究出某個物理量與多個因素之間的定性或定量關(guān)系，從而能得出普遍的規(guī)律。 三、等效替代法 有一個廣為人知的故事曹沖稱象。他運(yùn)用的就是一

9、種等效替代的思想，他是用石頭替代了大象，巧妙地測出了大象的重力。當(dāng)然，這里還用到了“化整為零”的思想。 很多偉人也經(jīng)常會用等效法來使研究問題簡化，例如，愛迪生用圍成一圈的平面鏡的反射光等效多個太陽造成了無影燈，他的助手阿普頓在苦苦燈泡的容積時，愛迪生卻告訴他只需要把燈泡裝滿水，測量水的體積即為燈泡的容積。還有阿基米德在洗澡時發(fā)現(xiàn)了鑒別王冠真假的方法，從而也導(dǎo)致了一個重要的原理阿基米德原理的發(fā)現(xiàn)。 這樣看來，當(dāng)測量器材無法直接測量某個物理量時，就要設(shè)法用可以直接測量的物理量來取代不能直接測量的物理量，這就是“等效替代法”。采用此方法時，唯一要注意的是直接測量的與不能直接測量的

10、物理量之間要有內(nèi)在的聯(lián)系，找到這種內(nèi)在的聯(lián)系，也就完成了實驗的設(shè)計。 可以說“等效替代”的思想是物理實驗成功的最根本、最重要的思路，物理學(xué)中的相關(guān)定律、定理、公式、原理都是以替代思維成立的基礎(chǔ)為出發(fā)點(diǎn)的。例如，測量不規(guī)則固體的體積，就是利用物體浸沒在液體中時，物體體積與物體排開的液體的體積相等的原理，將用替代。在有量筒或量杯時，可采用“排液補(bǔ)差法”或叫“等量空間占據(jù)法”測量。沒有量筒或量杯時，可用彈簧秤和水，通過測量浮力大小，結(jié)合阿基米德原理計算（全部浸沒），也可以用天平測排水的質(zhì)量（全部浸沒），再利用密度知識來計算。當(dāng)無法直接測物體的質(zhì)量時，就可以用漂浮的方法利用的原理，測出也就知

11、道了，物體的質(zhì)量也就可求了。這種質(zhì)量或體積的替代測量方法一般多見于測量物質(zhì)密度的方法中。還有許多物理量的測量都用到了等效替代法。 等效替代法還可以用在一些器材的等效上，如果在研究某一個物理現(xiàn)象和規(guī)律中，因?qū)嶒灡旧淼奶厥庀拗苹蛞驅(qū)嶒炂鞑牡认拗疲豢梢曰蚝茈y直接揭示物理本質(zhì)，而采取與之相似或有共同特征的等效現(xiàn)象來替代，這樣不僅能順利得出結(jié)論，而且容易被學(xué)生接受和理解。1         例如，在探究平面鏡成像的實驗中，用玻璃板替代了平面鏡，因兩者在成像特征上有共同之處，容易使學(xué)生接受，而玻璃板又是透明的，能通

12、過它觀察到玻璃板后面的蠟燭，便于研究像的特點(diǎn)，揭示出平面鏡成像的規(guī)律。 有了這些方法的啟發(fā)，學(xué)生在以后遇到有關(guān)問題時就可能運(yùn)用自如了。比如在學(xué)習(xí)伏安法測電阻之后，要求學(xué)生設(shè)計一個實驗，在缺少電壓表或電流表，但另給一個定值電阻的情況下，要求測出未知電阻的阻值，應(yīng)該怎么辦？學(xué)生就可以用等效替代的思想來進(jìn)行設(shè)計了，即讓電流表與定值電阻串聯(lián)來與電壓表等效，或者讓電壓表與定值電阻并聯(lián)來與電流表等效，每當(dāng)學(xué)生自我解決了一個問題后，他們絕對會有一種“柳暗花明又一村”的感覺，對物理的興趣也而然的增加了不少。 四、轉(zhuǎn)換法 所謂“轉(zhuǎn)換法”，主要是指在保證效果相同的前提下，將不可見、不

13、易見的現(xiàn)象轉(zhuǎn)換成可見、易見的現(xiàn)象；將陌生、復(fù)雜的問題轉(zhuǎn)換成熟悉、簡單的問題；將難以測量或測準(zhǔn)的物理量轉(zhuǎn)換為能夠測量或測準(zhǔn)的物理量的方法。 例如，在研究電熱的功率與電阻關(guān)系的實驗中，電流通過阻值不等的兩根電阻絲產(chǎn)生的熱量無法直接觀測和比較，而我們通過轉(zhuǎn)換為讓煤油吸熱，觀察煤油溫度變化情況，從而推導(dǎo)出哪個電阻放熱多。進(jìn)而再問該實驗?zāi)芊癫挥妹河投挠闷渌绞絹碛^察電阻通電后的發(fā)熱情況？這樣促使學(xué)生思維得以發(fā)散，轉(zhuǎn)換的思維方法得到訓(xùn)練，設(shè)計實驗的能力也隨著提高了。 彈簧測力計的原理也隱含了一個間接測量原則。即用可直接量度的量去間接表現(xiàn)那些不便直接觀察不便直接測量的量。在這里，彈簧的

14、長度變化是可以直接觀察直接測量的，而力的大小是看不到摸不著的，但是力的大小卻和彈簧長度的變化有關(guān)系，所以我們就可以用彈簧的伸長量來量度力的大小。不僅測力計是這樣的，溫度計、壓強(qiáng)計、氣壓表（高度計）、電流表、電壓表、時鐘速度表都是如此，看見的是長度、角度的變化，反映的是溫度、液體壓強(qiáng)、大氣壓強(qiáng)（高度）、電流、電壓、時間、速度的變化。 初中物理中有很多地方都用到了轉(zhuǎn)換法的原理。研究物體升溫吸熱的多少與哪些因素有關(guān)時，可通過觀察放入其中的相同電熱器加熱時間的長短來判斷吸熱多少。利用擴(kuò)散現(xiàn)象來研究分子的運(yùn)動及分子運(yùn)動的快慢。研究動能或勢能大小時通過觀察運(yùn)動的小球推動紙盒移動距離的大小或是木樁

15、被打入地下的深度，來推斷動能和勢能的大小。研究力、電流、磁場時，由于它們都是看不見摸不著的東西，我們可以利用力所產(chǎn)生的效果、電流產(chǎn)生的各種效應(yīng)、磁場的基本性質(zhì)來研究它們。比如可以通過泡沫塑料凹陷的程度來知道壓力的作用效果大小，用燈光的亮度來感知電流的大小、用電磁鐵吸引大頭針的個數(shù)來判斷其磁性強(qiáng)弱。將光在透明空氣中的傳播轉(zhuǎn)換為在煙或水霧中的傳播來觀察光的傳播方向。 再如，把發(fā)聲體的微小振動用泡沫塑料球的振動來進(jìn)行放大，把物體熱脹冷縮的微小變化用細(xì)管中液柱的高度變化來放大，把物體受力后的微小形變用平面鏡反射光線的偏轉(zhuǎn)角度來進(jìn)行放大等等都是利用了轉(zhuǎn)換法。 轉(zhuǎn)換法可以通過轉(zhuǎn)換研究對

16、象、空間角度、物理規(guī)律、物理模型、思維角度、物理過程、物理狀態(tài)、時間角度等達(dá)到化繁為簡，化難為易，間接地解決問題。這對于學(xué)生的想象設(shè)計能力和創(chuàng)造性思維品質(zhì)的培養(yǎng)是大有益處的。 五、理想化方法 縱觀物史，許多重大的發(fā)現(xiàn)與結(jié)論，都是由于科學(xué)家們經(jīng)過大膽的猜想構(gòu)思，創(chuàng)建出科學(xué)的理想化的物理模型，并通過實驗檢驗或?qū)嵺`驗證，在模型與事實基礎(chǔ)很好吻合的前堤下獲得的。伽里略和牛頓構(gòu)建了光滑這一理想化的模型，才有慣性定律的重大發(fā)現(xiàn)。法拉第在1852年，對帶電體、磁體周圍空間存在的物質(zhì)，設(shè)想出電場線、磁場線一類力線的模型，并用鐵粉顯示了磁鐵周圍的磁力線分布形狀，從而建立了場的概念，對當(dāng)前的傳

17、統(tǒng)觀念是一個重大的突破。盧瑟福也在1911年構(gòu)思出原子的核式結(jié)構(gòu)模型。 用理想化模型代替客觀原型的研究方法就是“理想化方法”。它又分為“理想實驗法”和“理想模型法”。 例如，我們在研究真空能否傳聲的時候，將一只小電鈴放在密閉的玻璃罩內(nèi)，接通電路，可清楚的聽到鈴聲，用抽氣機(jī)逐漸抽去玻璃罩內(nèi)的空氣，聽到鈴聲越來越弱，這說明空氣越稀薄，空氣的傳聲能力越弱。實驗中無法達(dá)到絕對的真空，但可以通過鈴聲的變化趨勢，推測出真空不能傳聲，這與牛頓第一定律的建立過程是非常類似的。這屬于理想實驗法。如果教師在教學(xué)中注意很好地滲透這一方法，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思想，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。 在初中教材中，我們熟悉的理想化模型有：杠桿（只要能繞著固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動的物體都可以看作是杠桿）、斜面（像盤山公路這樣起點(diǎn)為低終點(diǎn)高的彎曲面可以看作是斜面）、輪軸（如門把手、汽車方向盤、腳踏板、扳手這樣在使用中某部分轉(zhuǎn)動形成的軌跡是一個圓的機(jī)械都可以看作輪軸）、連通器（上端開口、底部連通的容器都可以看作是連通器）、薄透鏡、光線、磁感線等等。正是引入了這些理想化的物理模型，才得以使我們面對許多復(fù)雜的現(xiàn)實問題，通過簡化處理能夠比較順利地予以解決。我們也常常運(yùn)用理想化方法，對于某些問題可以通過尋找和建立合適的理想化模型來處理，即將研究對象、條件等理想化