物理實驗教學(xué)應(yīng)重視科學(xué)方法顯性教育

物理實驗教學(xué)應(yīng)重視科學(xué)方法顯性教育物理實驗教學(xué)應(yīng)重視科學(xué)辦法顯性教育

中圖分類號：G633.7文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-6148〔2022〕6-0012-4

1高中物理科學(xué)辦法教育的現(xiàn)狀

?高中物理課程規(guī)范》在培養(yǎng)目標(biāo)中明確提出“高中物理課程旨在進(jìn)一步提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，從“知識與技能〞“過程與辦法〞“情感、態(tài)度與價值觀〞等3個方面培養(yǎng)學(xué)生，為學(xué)生終身開展、應(yīng)對現(xiàn)代社會和未來開展的挑戰(zhàn)奠定根底。也就是說“過程與辦法〞與“知識與技能〞“情感、態(tài)度與價值觀〞一樣，是新課程的重要維度，是教學(xué)中必須重視的環(huán)節(jié)。然而，當(dāng)前物理學(xué)科科學(xué)辦法教育形勢不容樂觀。一是受物理教材的影響，科學(xué)辦法以隱性方式存在于教學(xué)內(nèi)容中，需要教師自己挖掘，這樣不可防止地導(dǎo)致教師將科學(xué)辦法教育放在次要位置。二是受應(yīng)試教育的影響，教師對“知識與技能〞維度過分虔誠，認(rèn)為學(xué)生只要考試能考高分就行了，辦法掌不掌握無所謂，對科學(xué)辦法教育意義的重要性認(rèn)識不夠分明。表現(xiàn)在實際教學(xué)中要么沒有進(jìn)行科學(xué)辦法教育，要么講解不到位。這種現(xiàn)象在高中物理實驗教學(xué)中尤為突出。

2物理實驗中科學(xué)辦法顯性教育的必要性

“師者，所以傳道授業(yè)解惑也。〞對廣闊的教師而言，知識的傳授固然重要，教會學(xué)生掌握科學(xué)辦法更可使其終身受益。假設(shè)干年后，學(xué)生走出校門，他們對具體物理知識的記憶會逐漸淡化，而真正伴隨學(xué)生一生開展并持續(xù)發(fā)揮作用的并不是具體的知識，而是隱藏在知識背后處理物理問題的思想辦法。物理學(xué)家玻恩曾說：“我榮獲1954年的諾貝爾獎，與其說是因為我所發(fā)表的工作里包括了一個自然現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，倒不如說是因為那里包括一個關(guān)于自然現(xiàn)象的新思想辦法根底的發(fā)現(xiàn)。〞科學(xué)辦法的顯性教育，就是教師在進(jìn)行物理學(xué)科教學(xué)時，挖掘隱藏在教材背后的科學(xué)辦法并明確指出科學(xué)辦法的名稱及適用條件，揭示科學(xué)辦法的形成過程及內(nèi)涵。以到達(dá)理解知識、掌握辦法和形成能力的目的，提高學(xué)生的物理學(xué)科素養(yǎng)，從而形成終身學(xué)習(xí)的能力。實驗在物理學(xué)中占有十分重要的地位，物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)、理論的建立都是以實驗為根底的。因此，在實驗教學(xué)過程中，我們要細(xì)化所選取的每一個實驗過程，把其中的操作與對應(yīng)的科學(xué)辦法挖掘并顯化出來，要讓學(xué)生“知法〞“學(xué)法〞“用法〞。只有這樣，當(dāng)學(xué)生面對具體問題時，才知道“怎么辦〞“如何做〞，真正到達(dá)知其所以然。

3基于實驗科學(xué)辦法顯性教育的教學(xué)設(shè)計

牛頓運(yùn)動定律是動力學(xué)的核心內(nèi)容。牛頓第二定律那么具體地、定量地答復(fù)了加速度與所受外力、質(zhì)量的關(guān)系，是牛頓運(yùn)動定律的核心。“探究物體加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系〞，不僅是高中物理實驗教學(xué)中最重要的實驗，也是高考頻繁關(guān)注的熱點實驗之一。個中的緣由不僅因為該實驗的難度大，數(shù)據(jù)處理與誤差分析復(fù)雜，更為重要的是在該實驗中滲透了多種研究物理問題的科學(xué)辦法，是學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)的根底。因此，在實驗教學(xué)中，顯化科學(xué)辦法教育是必要的。

3.1確立實驗對象各物理量之間關(guān)系所用的科學(xué)辦法

猜測與若

所謂猜測與若就是人們運(yùn)用科學(xué)思維，根據(jù)已知的事實材料，對未知的事物及其規(guī)律所作的推斷和假定性的理論形態(tài)，猜測與若是沒有經(jīng)過實踐充沛證實的理論，是一種復(fù)雜的理論思維形式。

加速度是描述速度變化快慢的物理量。物體速度的改變即運(yùn)動狀態(tài)的改變，所以，我們也可以這樣認(rèn)為，加速度是描述物體運(yùn)動狀態(tài)變化快慢的物理量。物體加速度的大小與它受力的大小有關(guān)。示例，競賽用的小汽車，雖然質(zhì)量與一般的小汽車相仿，但因為安裝了強(qiáng)大的動員機(jī)，能夠獲得巨大的動力，可以在四五秒內(nèi)從靜止加速到100km/h。同時，物體加速度的大小與物體的質(zhì)量也有關(guān)。同樣動力的小汽車與滿載貨物的貨車，從靜止加速到100km/h，小汽車只需十幾秒鐘，而滿載貨物的貨車加速就慢得多。因此，物體加速度〔a〕的大小不僅與物體的質(zhì)量〔m〕有關(guān)、也與物體所受的外力〔F〕有關(guān)。并且，通過日常生活經(jīng)驗我們有這樣的直覺，物體加速度的大小有可能與物體所受的外力成正比，與物體的質(zhì)量成反比。

控制變量法

所謂控制變量法就是把多變量問題變成多個單變量問題。即每一次只改變其中的一個變量，控制余下的變量不變，研究被改變的這個變量對事件的影響，最后再綜合解決的辦法，叫做控制變量法。控制變量法是科學(xué)探究中的重要思想辦法，廣泛地運(yùn)用在各種科學(xué)探索和科學(xué)實驗研究之中。

物體加速度〔a〕的大小不僅與物體的質(zhì)量〔m〕有關(guān)，也與物體所受的外力〔F〕有關(guān)。則，如何研究加速度〔a〕與力〔F〕、質(zhì)量〔m〕到底有怎樣的定量關(guān)系呢？在這里，波及3個物理量之間的關(guān)系，物理學(xué)中對于多變量的問題，常常采用控制變量的辦法。必須先控制其中的一個量不變，研究余下兩個量之間的關(guān)系。即先控制m不變，研究a、F之間關(guān)系，接著控制F不變，研究a、m之間的關(guān)系。

3.2實驗環(huán)境所用的科學(xué)辦法

補(bǔ)償法〔平衡摩擦力〕

所謂補(bǔ)償法就是運(yùn)用某種技術(shù)伎倆，對研究對象因為種種不可抗拒的原因，使實驗所需要滿足的條件受到破壞，所受到的影響加以彌補(bǔ)，就會使實驗得到較好的結(jié)果，這種辦法稱為補(bǔ)償法。

實驗中，怎樣才能提供并測量物體所受的恒力？現(xiàn)實中，除了在真空中拋出或落下的物體〔僅受重力〕外，受一個力作用的物體幾乎是不存在的。然而，一個獨(dú)自的力的作用效果跟它大小、方向都相同的合力的作用效果是相同的。因此，實驗中力的含義可以是物體所受的合力。本實驗中，物體在運(yùn)動過程中所受到的摩擦力是不容易測量出來的。并且當(dāng)物體質(zhì)量改變時，運(yùn)動物體所受到的滑動摩擦力也隨之改變。因此，我們可以抬高長木板的另一端〔圖1〕，讓小車的重力沿斜面方向的分力來抵消掉滑動摩擦力的影響〔平衡摩擦力〕。mgsinα=μMgcosα，μ=tanα，在數(shù)學(xué)變形中我們發(fā)現(xiàn)，平衡摩擦力只需要平衡一次摩擦力就可以了〔與小車的總質(zhì)量無關(guān)〕，當(dāng)小車和鉤碼的質(zhì)量改變時，無需再次平衡摩擦力。近似法

所謂近似法就是人們在察看物理現(xiàn)象、建立物理模型、推導(dǎo)物理規(guī)律和求解物理問題時，為了認(rèn)識所研究問題的本質(zhì)屬性，往往突出實際問題的主要方面，忽略某些次要因素，使其成為理想化模型后進(jìn)行近似探討，這種辦法叫近似法。

3.3實驗數(shù)據(jù)處理及得出實驗結(jié)論所用的科學(xué)辦法

圖像法

所謂圖像法就是將數(shù)據(jù)之間的關(guān)系用圖像表示出來，直觀地反映物理量的變化規(guī)律，便于進(jìn)一步研究實驗結(jié)果并求出某些物理量、建立關(guān)系式。用圖像法處理數(shù)據(jù)時有下列要求。①恰中選擇坐標(biāo)，盡量使圖像“線性化〞；②合理選擇坐標(biāo)原點，恰中選擇單位；③準(zhǔn)確描繪圖線；④對圖線的斜率、截距、極值以及曲線下面積的物理意義，要作出正確解釋。圖像既給作圖帶來方便，又便于分析實驗結(jié)果。

實驗歸納法

所謂實驗歸納法就是從一些特殊的事實中概括出一般性結(jié)論的思維辦法，是從許多同類的個別事物中找出它們共同點的過程。

通過屢次類似的實驗，將實驗數(shù)據(jù)描點作圖，我們發(fā)現(xiàn)a∝F和a∝1/m?，F(xiàn)在將兩者綜合起來，可以得出a∝F/m，即F=kma。在這個關(guān)系中，比例系數(shù)k的選取就有一定的任意性，只要是常數(shù)，它就能正確表示F與m、a之間的比例關(guān)系。所以，物理學(xué)家當(dāng)初就規(guī)定，當(dāng)物體的質(zhì)量是m=1kg、在某力的作用下它獲得的加速度是a=1m/s2時，F(xiàn)=ma=1kg《qm/s2。我們就把這個力叫做“一個單位的力〞，即1N。也就是說，如果質(zhì)量和加速度的單位分別用“千克〞和“米每二次方秒〞，力的單位是“千克米每二次方秒〞〔牛頓〕時，k的值就等于1，最終得到了牛頓第二定律F=ma的敘述式。

4反思與總結(jié)

教學(xué)實踐中我們發(fā)現(xiàn)：①通過挖掘隱藏在教材中的科學(xué)辦法并將其顯示出來，能使學(xué)生了解知識的來龍去脈。不但能使學(xué)生快速的掌握知識，而且還能提升學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣與自信心。②學(xué)生通過“知法〞“學(xué)法〞“用法〞，在實驗操作中做到“有法可依〞