實(shí)施物理科學(xué)方法教育的策略談（續(xù)）

張憲魁

摘要：本文從四個(gè)方面論述了進(jìn)一步全面落實(shí)物理科學(xué)方法教育需要做的幾項(xiàng)工作。

關(guān)鍵詞：課程標(biāo)準(zhǔn)；科學(xué)方法教育內(nèi)涵；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；科學(xué)方法教育因素

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2014）2（S）-0001-5

（上接第1期）

如前所述，物理教學(xué)中實(shí)施科學(xué)方法教育的目的之一。就是要弘揚(yáng)科學(xué)的創(chuàng)新思想，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。而富有新意的實(shí)驗(yàn)則是一個(gè)教師的創(chuàng)新精神、創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的最好體現(xiàn)。下面我們結(jié)合實(shí)例，談?wù)勅绾卧趯?shí)驗(yàn)的過程中，通過反思設(shè)疑、改革創(chuàng)新，點(diǎn)燃學(xué)生創(chuàng)新的思維火花，捕捉生成新的資源，推進(jìn)創(chuàng)新人才的早期培養(yǎng)。

4.5 通過實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)

4.5.1 任何一個(gè)成功的實(shí)驗(yàn)都是綜合利用多種科學(xué)方法的成果

例如，如圖10、圖11所示的微小形變實(shí)驗(yàn)，玻璃瓶的底面是橢圓形狀的。是為了探究物體受力是否發(fā)生形變而開發(fā)的一個(gè)看上去很簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，但是我們卻可以提出幾個(gè)有關(guān)科學(xué)方法方面的問題：

①如何探究玻璃瓶能否發(fā)生形變？顯然利用實(shí)驗(yàn)方法是最簡(jiǎn)單可行的。

②這個(gè)實(shí)驗(yàn)是由三部分組成的：

實(shí)驗(yàn)對(duì)象——玻璃瓶；實(shí)驗(yàn)源——人手；實(shí)驗(yàn)效果顯示器——細(xì)玻璃管中的色水。初中物理實(shí)驗(yàn)中有十幾處都是利用了這種方法顯示實(shí)驗(yàn)效果。

③在此實(shí)驗(yàn)中，人手是力源還是熱源可以作為悖論提出來研究。如果是熱源，那么先后從兩個(gè)方向用手捂而加熱的話，細(xì)玻璃管中的色水應(yīng)該是連續(xù)上升的。這與實(shí)驗(yàn)結(jié)果是矛盾的，否定了加熱，肯定了手是起到力源的作用。

④問題：為什么如圖10那樣，沿著底面短半軸方向擠壓玻璃瓶時(shí)。細(xì)玻璃管中的水是上升的：如圖11沿著底面長(zhǎng)半軸方向擠壓玻璃瓶時(shí)，細(xì)玻璃管中的水是下降的。一個(gè)上升，一個(gè)下降，是否矛盾？我們只要利用數(shù)學(xué)知識(shí)，即可迎刃而解。原來沿著短半軸方向擠壓時(shí)，橢圓面積變小了，擠壓時(shí)水沿著細(xì)玻璃管上升；當(dāng)沿著底面長(zhǎng)半軸方向擠壓玻璃瓶時(shí)，底面向著圓的方向發(fā)展，同樣周長(zhǎng)的曲面，圓面積最大，因此擠壓時(shí)水沿著細(xì)玻璃管下降。

同樣如圖12所示的真空鈴實(shí)驗(yàn)也可以提出類似的一些問題：

①如何探究真空中能否傳播聲音？

②實(shí)驗(yàn)的三個(gè)基本組成部分：實(shí)驗(yàn)對(duì)象——封有空氣的鐘罩及發(fā)聲鬧鐘：實(shí)驗(yàn)源——抽氣機(jī)；實(shí)驗(yàn)效果顯示器——人的耳朵。

③如何分析得出結(jié)論

因果關(guān)系分析：分析電鈴聲音變小的原因是抽出了氣體。

共變分析法：聲音變小是與氣體逐漸減少同時(shí)發(fā)生的。因此，根據(jù)因果共變說明氣體逐漸減少是聲音變小的原因。

理想實(shí)驗(yàn)：真空是難以實(shí)現(xiàn)的，抽氣到一定程度，即可做理想實(shí)驗(yàn)進(jìn)行推理；如果繼續(xù)抽成真空的話，聲音就會(huì)消失了，說明真空不能傳聲。

反向?qū)Ρ龋褐饾u向鐘罩里充氣，聲音又逐漸變大，說明了聲音傳播與空氣的關(guān)系。

④共變法：如果每當(dāng)某一現(xiàn)象發(fā)生一定程度的變化時(shí)。另一現(xiàn)象也隨之發(fā)生一定程度的變化，那么這兩個(gè)現(xiàn)象之間就有因果關(guān)系。

4.5.2 實(shí)驗(yàn)對(duì)象的拓展

將實(shí)驗(yàn)對(duì)象從一個(gè)（種）拓展成多個(gè)（種）。例如，學(xué)習(xí)了通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力（如圖13）之后，有的學(xué)生問老師。通電的液體在磁場(chǎng)中是否受力，受力之后的液體呈現(xiàn)什么樣子？這是許多老師包括筆者，從來沒有考慮過的問題。老師如實(shí)回答不知道。讓學(xué)生自己去進(jìn)行實(shí)驗(yàn)觀察研究。結(jié)果學(xué)生到化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，研究通電食鹽水在磁場(chǎng)中受力的情況，發(fā)現(xiàn)通電食鹽水轉(zhuǎn)動(dòng)起來。

實(shí)驗(yàn)過程中。學(xué)生改進(jìn)了電源連接的方式。并在食鹽水中撒一些紙屑用來觀察食鹽水的轉(zhuǎn)動(dòng)（如圖14），同時(shí)研究了此過程中的化學(xué)反應(yīng)式。學(xué)生不僅學(xué)到了知識(shí)，還體驗(yàn)了探究的樂趣。

4.5.3 實(shí)驗(yàn)方法的創(chuàng)新

例如，顯示光線時(shí)有的老師應(yīng)用棉線繩顯示光線的路徑，十分明顯。又如，研究平面鏡成像問題時(shí)，現(xiàn)在一般的初中教材基本上都是借助于轉(zhuǎn)換的方法，用透明玻璃板代替平面鏡（如圖15）。人們不禁要問，難道就沒有辦法直接用平面鏡進(jìn)行研究嗎？有的老師這樣設(shè)計(jì)：用平面鏡和兩個(gè)完全相同的墨水瓶A、B，研究“平面鏡成像的特點(diǎn)”。實(shí)驗(yàn)時(shí)，將平面鏡豎立在桌面上，把A放置在鏡前的邊緣處（如圖16）。調(diào)整觀察角度，可在鏡中看到它的部分像。再將B放到鏡后并來回移動(dòng)。直至其未被平面鏡遮擋部分與A在鏡中的不完整像拼接成一個(gè)完全吻合的“瓶”，那么墨水瓶B所在的位置即為A在鏡中成像的位置。

再如，有的老師用如圖17所示的“斜面塔”代替原來的單個(gè)斜面，這樣就可以“同時(shí)觀察”三種不同平面上物體移動(dòng)的距離，不必再作數(shù)據(jù)的記錄，這對(duì)定性實(shí)驗(yàn)來說是很方便的。

4.5.4 實(shí)驗(yàn)儀器的改進(jìn)

進(jìn)行實(shí)驗(yàn)儀器的改進(jìn)。最常用的方法是“列舉不足”。例如，研究楞次定律時(shí)，傳統(tǒng)的是向一個(gè)線圈中插拔磁鐵，觀察與線圈相連的電流計(jì)的指針是否偏轉(zhuǎn)以及偏轉(zhuǎn)的方向，進(jìn)而研究總結(jié)楞次定律（如圖18）。由于電流表的指針在偏轉(zhuǎn)過程中有慣性問題，這樣磁針偏轉(zhuǎn)越過中心零點(diǎn)，是電流方向不同引起的還是慣性問題。容易引起歧義。江西的郭訓(xùn)盛老師研制了一件實(shí)驗(yàn)儀器：在一個(gè)自己繞制的線圈的兩端，并聯(lián)兩個(gè)正反向連接的發(fā)光二極管（如圖19）。當(dāng)用強(qiáng)磁鐵靠近線圈時(shí)，假設(shè)是左面的二極管發(fā)光，那么遠(yuǎn)離線圈時(shí)則是右邊的那個(gè)二極管發(fā)光，進(jìn)而據(jù)此分析研究總結(jié)楞次定律。解決了上述傳統(tǒng)儀器幾十年來未解決的不足之處，這是一種儀器的創(chuàng)新。為此他在全國名師大賽中獲得了特等獎(jiǎng)。

4.5.5 開拓研究思路。形成系列實(shí)驗(yàn)

不斷地對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行反思，提出一些相悖的問題，進(jìn)而設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，形成系列化實(shí)驗(yàn)。例如，如圖20所示用小燒杯做覆杯實(shí)驗(yàn)（不夠驚險(xiǎn)）——提出用大的燒杯可以做嗎？如圖21所示用大玻璃筒做覆杯實(shí)驗(yàn)（比較驚險(xiǎn)）——提出質(zhì)疑：紙片覆在玻璃杯上，真的是因?yàn)榇髿馐旱木壒蕟?？——設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：將實(shí)驗(yàn)用的覆杯放到真空罩中（如圖22），抽出空氣到一定程度時(shí)，紙片脫落下來，說明紙片覆在玻璃杯上，真的是因?yàn)榇髿馐旱慕Y(jié)果。以上實(shí)驗(yàn)連續(xù)形成了系列實(shí)驗(yàn)，很有借鑒意義。