初中物理實驗中的科學方法

李振春

《九年義務教育物理課程標準》倡導探究式的學習，注重學生自己動手、動腦探究科學規(guī)律，體驗科學研究的方法。科學探究既是一種重要的教學方式，又是學生的學習目標。因此，在初中物理教學中，不僅要教給學生物理知識，更重要的是要引導學生經(jīng)歷一次物理學知識的“再發(fā)現(xiàn)”的過程，再現(xiàn)物理學家進行科學研究時所采用的思想和方法，讓學生領略到科學的本質，掌握科學學習的策略和科學的思維方法，從而培養(yǎng)學生獲取新知識的能力，收集和處理信息的能力，分析和解決問題的能力，體驗科學探究的樂趣，學習科學家科學探究的方法，領悟科學的思想和精神，提高學生的科學素質。所以，初中物理探究實驗的設計和實施顯得尤為重要。如何使實驗教學達到課程標準確定的目標，其中蘊含的大量的科學方法，必須給予足夠的重視，并且滲透到教學活動中去，適時向學生介紹、點撥，讓學生在學習活動中去體驗，逐步提高學生科學探究的能力。下面筆者談談初中物理實驗中的幾種科學方法。

1 控制變量法

控制變量法是初中物理實驗中常用的探索問題和分析解決問題的科學方法之一。所謂控制變量法，是指為了研究物理量同影響它的多個因素中的一個因素的關系，可將除了這個因素以外的其他因素人為地控制起來，使其保持不變，再比較、研究該物理量與該因素之間的關系，得出結論，然后再綜合起來得出規(guī)律的方法。

這種方法在整個初中物理實驗中的應用比較普遍。例如，在人教版實驗教科書《物理》（8年級上冊）第1章第1節(jié)關于探究聲是怎樣傳播的實驗中，就開始滲透控制變量的思想。因為固體、液體和氣體都是傳聲的介質，逐一研究它們可以分別傳聲時，就必須控制其他兩個因素。如果在進行該實驗時就給學生恰當?shù)攸c撥，提出：“把兩張課桌緊緊地挨在一起，一個同學輕敲桌面，另一個同學把耳朵貼在另一張桌子上，聽到的敲擊聲為什么就能認為是桌子傳來而不是空氣傳來的？”引導學生去分析比較，就能使學生體驗到控制變量的思想。在探究影響音調(diào)、響度等因素的實驗中，把控制變量的思想對學生進行簡要的介紹，就會使學生逐步領悟到控制變量法的實質要領，為以后的探究實驗做好方法上的準備。

在初中物理中，探究影響導體電阻大小的因素、電流跟電壓電阻的關系、影響電熱功率大小的因素、影響電磁鐵磁性強弱的因素、影響滑動摩擦力大小的因素、決定壓力作用效果的因素等實驗，都運用了控制變量法。

2 等效替代法

等效替代法是指在研究某一個物理現(xiàn)象和規(guī)律中，因實驗本身的特殊限制或因實驗器材的限制，不可以或很難直接揭示物理本質，而采取與之相似或有共同特征的等效現(xiàn)象來替代的方法。這種方法若運用恰當，不僅能順利得出結論，而且容易被學生接受和理解。

例如，在探究平面鏡成像規(guī)律的實驗中，用玻璃板替代平面鏡，因兩者在成像特征上有共同之處，容易使學生接受，而玻璃板又是透明的，能通過它觀察到玻璃板后面的蠟燭，便于研究像的特點，揭示出規(guī)律。在教學中，在學生親歷實驗過程的基礎上，教師注重引導學生進行方法的總結，在思維方式上受到啟發(fā)，他們以后遇到有關的實驗設計時，就會自覺地加以運用。比如在學習伏安法測電阻之后，要求學生設計一個實驗，在上述實驗中缺少電壓表或電流表，其他器材不變，另有一個已知阻值的定值電阻供選用，要求測出未知電阻，應該怎么辦？學生就可以用等效替代的思想進行設計。

3 轉換法

有的物理量不便于直接測量，有的物理現(xiàn)象不便于直接觀察，通過轉換為容易測量到與之相等或與之相關聯(lián)的物理現(xiàn)象，從而獲得結論的方法。譬如，在研究電熱的功率與電阻關系的實驗中，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，而通過轉換為讓煤油吸熱，觀察煤油溫度變化的情況，從而推導出哪個電阻放熱多。教學時不妨設計一問：“為什么研究電熱的功率與電阻大小的關系時，還用到似乎與實驗無關的煤油呢？”引發(fā)學生的思考和討論，在小結出該實驗中煤油的作用的基礎上，進而再問：“該實驗能否不用煤油而改用其他方式來觀察電阻通電后的發(fā)熱情況？”這樣促使學生思維得以發(fā)散，轉換的思維方法得到訓練，設計實驗的能力也隨著提高了。

在初中物理實驗中，利用軟細繩測量地圖上鐵路線的長度，刻度尺和三角板配合測量硬幣的直徑、圓錐的高等，都運用了轉換法的思想。

4 類比法

類比法是一種推理方法。為了把要表達的物理問題說清楚明白，往往用具體的、有形的、人們所熟知的事物來類比要說明的那些抽象的、無形的、陌生的事物，通過借助于一個比較熟悉的對象的某些特征，去理解和掌握另一個有相似性的對象的某些特征。如：在研究電壓的作用時，借助于學生看得見而且比較熟悉的“水壓形成水流”的實驗作類比，來揭示電壓是形成電流的原因，形象直觀，很容易被學生理解，從而記憶牢固。當然，這里還可以用其他方式來類比，充分發(fā)揮學生的主觀能動性，找到更符合學生實際的類比方法。

5 圖像法

圖像是一個數(shù)學概念，用來表示一個量隨另一個量的變化關系。由于物理學中經(jīng)常要研究一個物理量隨另一個物理量的變化情況，因此圖像在物理中有著廣泛的應用。在實驗中，運用圖像來處理實驗數(shù)據(jù)，探究內(nèi)在的物理規(guī)律，具有獨特之處。如：在探究固體熔化時溫度的變化規(guī)律和水的沸騰情況的實驗中，就是運用圖像法來處理數(shù)據(jù)的。它形象直觀地表示了物質溫度的變化情況，學生在親歷實驗自主得出數(shù)據(jù)的基礎上，通過描點、連線繪出圖像，就能準確地把握住晶體和非晶體的熔化特點、液體的沸騰特點。

6 理想化方法

理想化方法是指在物理教學中通過想象建立模型和進行實驗的一種科學方法?？煞譃槔硐牖Ｐ秃屠硐牖瘜嶒?。

理想化模型就是指把復雜的問題簡單化，把研究對象的一些次要因素舍去，抓住主要因素，對實際問題進行理想化處理后再現(xiàn)原形的本質的東西，構成理想化的物理模型。這是一種重要的物理研究方法。例如，探究杠桿平衡條件的實驗，杠桿就是一種理想化的模型。杠桿在使用時，由于受到力的作用，或多或少會引起形變，然而在研究中把這些形變忽略不計，這里就把杠桿經(jīng)過理想化的處理，認為它無形變，視為一個硬棒，從而使學生在研究時不被細枝末節(jié)的因素影響，順利地得出杠桿平衡的原理。

理想化實驗是一種科學的抽象方法。它既要以實驗事實作基礎，但又不能直接由實驗得到結論。比如，在探究空氣能傳聲的實驗中，逐漸將真空罩內(nèi)的空氣抽出，聽到罩內(nèi)鬧鐘的聲音逐漸變?nèi)?，于是推理得出將真空罩?nèi)的空氣抽完（即真空），就聽不到鬧鐘的聲音了，從而得出空氣能傳聲而真空不能傳聲的結論。這里采用的方法就是理想化，因為無論怎樣抽氣是不可能將真空罩內(nèi)的空氣抽完的。

總之，在初中物理實驗中，蘊含著許多科學方法，教師既不能忽視它，又不能唯方法講方法，要做有心人，把握時機，把科學方法滲透到教學活動中，恰當點撥，不斷提高學生的科學探究能力。