初中物理實驗方法的顯化研究

陳曉霞 邢紅軍

摘要：以《義務教育物理課程標準（2011版）》為依據(jù)，以初中物理教材中的實驗為研究對象，按照科學方法研究的分類原則和對應原則，將物理實驗方法分為實驗操作過程中的物理方法和實驗數(shù)據(jù)處理過程中的物理方法，顯化和歸納了初中物理實驗教學中的科學方法教育內容，從而為初中物理實驗教學進行科學方法教育提供了理論依據(jù).

關鍵詞：初中物理;實驗教學;科學方法;顯化

長期以來，由于受科學方法隱性教育觀的影響，科學方法在《義務教育物理課程標準（2011版）》和初中物理教材中均未明確顯現(xiàn)出來，這種“無法可依”的情況，同樣存在于初中物理實驗教學中.因此，為了促進初中物理實驗教學的健康發(fā)展，顯化初中物理實驗教學中的科學方法就顯得尤為重要.

1初中物理實驗方法的顯化研究

目前有關科學方法的顯化研究大多集中在理論方法，這些研究初步顯化了獲得物理知識[1]和應用物理知識[2]的物理方法，為初中物理科學方法教育提供了依據(jù).但是，有關實驗方法的顯化研究卻較少涉及.有鑒于此，本文就初中物理實驗教學中的物理方法教育內容進行顯化研究.

依照科學方法研究的分類原則，我們將物理實驗過程分為測量過程和數(shù)據(jù)處理過程，其中測量過程所涉及的主要物理方法有等效法，控制變量法，轉換法等，數(shù)據(jù)處理過程中常用的物理方法有圖像法，列表法等.

物理學的知識體系離不開方法，方法是聯(lián)系知識的紐帶，因此，喬際平先生提出了對應原則，即物理知識的得出總是與一定的科學方法相聯(lián)系.依據(jù)對應原則的思想，我們認為，既然物理知識的建構依賴于物理方法，那么，物理實驗過程中的每一個操作過程與數(shù)據(jù)處理過程，也應該有一種或多種物理方法與之對應.由此，分析所選取的初中物理實驗，把其中的操作過程和數(shù)據(jù)處理過程與相應的物理方法對應，將其中隱含的物理方法顯化出來.

本文的研究對象取自初中物理教材中學生分組實驗以及物理中考大綱中所要求的實驗，總計33個，顯化結果見表1.

為了更直觀地呈現(xiàn)物理方法及其出現(xiàn)頻次，將其轉化為頻次圖，如圖1和圖2所示.

分析統(tǒng)計表可知，初中物理實驗教學中出現(xiàn)頻次較高的物理方法有控制變量法、列表法、圖像法、轉化法、直接測量法等.因此，在初中物理實驗教學中，應著重顯化這些科學方法.

2初中物理實驗方法的界說

在物理實驗教學中，使學生學習并掌握基本的實驗方法，是初中物理實驗教學的重要內容.因為實驗教學要求學生既要掌握實驗原理、操作技能，同時也要掌握實驗方法.正是基于這種認識，本文初步明確了初中物理實驗方法，統(tǒng)計了物理實驗方法出現(xiàn)的頻次，這就為初中物理實驗教學提供了方法依據(jù).下面對兩類實驗方法進行界說.

21測量過程中的實驗方法

物理實驗都離不開定量的測量和分析，明確測量過程中基本的實驗方法，才能更好地進行實驗.以下對測量過程中出現(xiàn)頻次較高的實驗方法進行界說.

控制變量法：是指討論多個物理量的關系時，通過控制其幾個物理量不變，只改變其中一個物理量從而轉化為多個單一物理量影響某一個物理量的問題的研究方法.

轉換法：在實驗過程中，有很多物理量由于其屬性關系，很難用儀器或儀表直接測量，或者因條件所限無法提高測量的準確度.此時可以根據(jù)物理量之間的定量關系把不易測量的待測量轉換成容易測量的物理量進行測量.

直接測量法：直接測量法是指無需通過數(shù)學模型的計算，通過測量可直接得出結果.如用天平測量物體的質量，天平平衡時的讀數(shù)就是物體的質量.

留跡法：把瞬間即逝的物理量（位置、軌跡、圖像等）記錄下來的處理實驗數(shù)據(jù)的方法.

等效法：對一些復雜問題采用等同效果方法，將其變換成理想的、簡單的、已知規(guī)律的過程來處理，常可使問題的解決得以簡化.

伏安法：利用歐姆定律R=U/I來測出電阻值的方法.這種方法測電阻雖然精度不很高，但所用的測量儀器比較簡單，而且使用也方便，是最基本的測量電阻的方法.

累積法：把某些難以直接準確測量的微小量累積后測量，從而提高測量精確程度的實驗方法.比如測量一張紙的厚度，就需要采用累積法.

22.數(shù)據(jù)處理過程中的實驗方法

數(shù)據(jù)處理是對原始實驗記錄的科學加工.通過數(shù)據(jù)處理，往往可以從一堆表面上似乎毫無聯(lián)系的數(shù)據(jù)中找出難以察覺的、內在的規(guī)律.下面對處理數(shù)據(jù)過程中出現(xiàn)頻次較高的幾種實驗方法進行界說.

列表法：運用列出表格來分析思考、尋找思路、求解實驗結論的方法叫做列表法.

圖像法：圖像法處理實驗數(shù)據(jù)是物理實驗中最常用的方法之一.選取適當?shù)淖鴺讼担脠D像法找到變量間的函數(shù)關系.圖像法的優(yōu)點是直觀、簡便、有取平均值的效果.由圖像的斜率、截距、包圍的面積等可以研究物理量之間的變化關系.

平均值法：平均值法是為了減小偶然誤差常用的數(shù)據(jù)處理方法.平均值法的基本原理是：在多次測量中，由偶然因素引起的正、副偏差出現(xiàn)的機會相等，故將多次的測量值相加時，所有偏差的代數(shù)和為零.

顯然，在初中物理實驗教學中，應當恰當顯化這兩類實驗方法，引領學生在實驗中探究實驗方法本質，領悟實驗方法內涵，促進學生對實驗方法的掌握，從而提高學生的實驗能力.

3初中物理實驗方法顯化的意義

31確立分類原則，使實驗方法教育有章可循

物理方法屬于程序性知識，學生掌握了程序性知識，才能在具體問題面前知道“怎么辦”“如何做”.按照程序性知識的性質和特點，可以把程序性知識分為智慧技能、認知策略和動作技能[3].依據(jù)分類原則，將初中物理實驗過程分為測量過程和數(shù)據(jù)處理過程.其中，實驗中的測量屬于動作技能，數(shù)據(jù)處理屬于智慧技能.按照操作過程將實驗方法進行分類，就為在物理實驗教學中進行科學方法教育提供了一套可操作的步驟.即先讓學生掌握測量過程中的實驗方法，再學習數(shù)據(jù)處理過程中的實驗方法，并分別依據(jù)動作技能和智慧技能的特點進行針對性地教學，給學生提供學習和使用實驗方法的途徑，從而使物理實驗方法教育有章可循.

32明確教學目標，使科學方法教育有的放矢

在初中物理實驗教學中，通常教師對于“知識與技能”維度的教學目標比較清楚，但對于教授哪些科學方法并不清楚.這樣，就使實驗教學的“過程與方法”維度的教學目標虛化.在教師不能明確給出方法目標的情況下，學生在實驗過程中往往就難以形成實驗方法的意識，也就不利于實驗方法的掌握.因此，顯化實驗教學中的物理方法教育內容勢在必行.初中物理實驗教學中物理方法教育內容顯化，能夠為教師的“教”和學生的“學”指明方向，使教師在科學方法教育中有的放矢，同時將學生置于方法學習的情境，從而激發(fā)學生的學習動機，進而促進學生實驗能力的提升.

33確定教育內容，使實驗方法教育有據(jù)可依

目前我國科學方法教育存在的問題之一，是科學方法教育內容缺失.這種情況不僅存在于物理概念與規(guī)律教學中，而且也存在于物理實驗教學中.究其根源，就在于義務教育《物理課程標準（2011版）》和各個版本的初中物理教材中缺失實驗方法.有鑒于此，我們依據(jù)義務教育《物理課程標準（2011版）》， 把其中隱藏的物理實驗方法明朗化、顯性化， 從而給出物理實驗方法教育的主要內容，使物理實驗教學中的科學方法教育有據(jù)可依，并能夠真正落到實處.在此基礎上，通過創(chuàng)設良好的實驗情境，對學生的實驗探究進行指導，讓學生在實驗過程中主動地去觀察、思考、操作、討論 ，使之沿著實驗的思路在不知不覺中掌握其中的實驗方法.

參考文獻：

[1] 李正福，李春密，邢紅軍.物理教學中的科學方法顯性教育[J].教育科學研究，2011（01）：54-57.

[2] 趙維和，邢紅軍.知識應用過程中的物理科學方法研究[J].物理教師，2010，31（10）：1-2.

[3] 張大均. 教育心理學[M]. 北京：人民教育出版社，2003.