科學方法在初中物理教學的應(yīng)用

許三龍

（廈門市禾山中學，福建 廈門 361000）

關(guān)鍵字：初中物理；科學探究；科學方法

0 引言

科學方法是連接知識和能力的紐帶。學生要真正地提高解決問題的能力，必須掌握正確的科學方法。物理學科作為一門自然科學，有著本學科的學科特點，以及有自己的過程與方法。在教學中有意識地以科學方法為線索重組教材、組織教學過程。《物理課程標準》指出，科學思維是從物理學視角對客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認識[1]。此對于物理科學方法的考察，將成為當前和今后中考的熱點。觀察法、控制變量法、轉(zhuǎn)換法、邏輯推理法、等效替代法、模型法、類比法、圖像法等，是初中物理常用的科學探究方法[2]。

1 科學方法在具體教學中的應(yīng)用

科學方法是指：我們在認識世界的過程中所運用的、符合科學的各種方法和手段。這些方法和手段可能包含是一種勞動技能，可能是一種思維或者一種想法。簡而言之：科學方法就是在生產(chǎn)勞動中所運動的一切符合科學準則的方法。

1.1 認識事物本質(zhì)和規(guī)律的基本方法——觀察法

科學的觀察法是指：有目的、有計劃地在自然條件下，通過感官或借助于一定的科學儀器，進行觀察的一種方法。首先，科學觀察是有目的、有計劃、系統(tǒng)的感知活動；其次，科學觀察是在自然的條件下進行的感知活動，是一個自然而然的過程。在初中物理教學過程中，應(yīng)時刻注意引導(dǎo)學生運用觀察的方法去學習物理。

初中物理長度與時間的測量中，誤差的產(chǎn)生跟測量工具有關(guān)系這一點學生們往往不容易接受，筆者便嘗試著讓學生們把兩把不同的直尺放在一起觀察，并提醒他們注意觀察尺子的刻度是否一致。這時他們便會發(fā)現(xiàn)不同的尺子刻度并不完全一致，刻度線與刻度線會有明顯的錯位，甚至有的同學發(fā)現(xiàn)有兩把尺子15 cm處竟然相差了1 mm。這樣做不僅使學生們自己總結(jié)出了誤差的產(chǎn)生跟測量工具有關(guān)系這一結(jié)論，還使學生深刻地認識到：自己一直相信為標準的尺子，原來并不準確。

在學習：杠桿的平衡條件現(xiàn)場展示了很多杠桿，并讓同學觀察這些杠桿有什么樣的共同特征，通過全班同學的觀察，每個班級都能總結(jié)出這幾點特征：①能轉(zhuǎn)動②有固定點③有力的作用④硬棒。

1.2 科學探究中滲透科學方法教育——實驗方法

科學探究是學習物理的重要方法。常用的科學探究方法有：等效替代法、放大法、控制變量法、轉(zhuǎn)換法、類比法、累積法等。

1.2.1 等效替代法

在物理學中，將一個物理量用另一個物理量來代替，或者一個過程用另外一個物理過程來代替，這種研究物理問題的方法稱為等效替代法。運用等效替代法可以使研究的問題更加簡單明了。

當某個物理量無法用器材直接測量，就要設(shè)法用間接測量的量來取代直接測量的量。但是要準確找到直接測量的量與間接測量的量之間的內(nèi)在聯(lián)系，找到這種內(nèi)在的聯(lián)系，也就找到等效替代的本質(zhì)。例如合力分力的概念，等效電阻、等效電路的概念。

在實驗器材的使用上也同樣可以使用等效替代法，當我們在研究某一個物理規(guī)律或者物理現(xiàn)象時，經(jīng)常因為實驗器材的限制無法直接進行實驗，這時我們就利用等效替代的方式，用其他有類似性質(zhì)的實驗器材進行替代。不僅有利用結(jié)論的生成更有利于學生的理解。

例如，在探究平面鏡的成像規(guī)律時，由于另一側(cè)的物體無法直接看到，所以不能確定像與物的關(guān)系；這時候我們引導(dǎo)學生：生活中什么物體既可以成像又可以看到另一側(cè)的物體？自然而然地過度到用玻璃板代替平面鏡，便于研究平面鏡的成像規(guī)律。

1.2.2 放大法

在一些實驗中，實驗現(xiàn)象不是很明顯，學生不容易觀察，我們就將實驗現(xiàn)象凸顯出來再研究。常見的方式有機械放大、電放大、光放大等。比如：①音叉的振動不容易觀察，可以通過乒乓球求將其微小震動放大，通過觀察乒乓球被反復(fù)彈開，知道音叉在振動。②玻璃瓶的形變很難觀察，我們可以將玻璃瓶進行密封處理，然后在瓶口插上一根帶有顏色液體的細管，我們就可以通過觀察細管中顏色液體的升降，來間接反映玻璃瓶的形變。③在研究壓力的作用效果時，我們很難觀察物體的微小形變，我們可以采用圖1 這樣的裝置，利用平面鏡改變光路的特點，讓微小形變多次放大，我們就只需要觀察墻上激光筆的移動距離，來感知桌子的形變。

圖1 放大法實驗裝置

1.2.3 控制變量法

物理學中對于多變量的問題，常常采用控制變量的方法；只改變其中的某一個變量，對各個變量分別加以研究，最后再綜合解決，這種方法叫控制變量法。運用控制變量法可以幫助我們將復(fù)雜的問題簡單化，是一個分析與綜合的過程，一切實驗探究的基礎(chǔ)都要建立在控制變量法之上。

比如：探究電流的大小與哪些因素有關(guān)時？目前沒有實驗器材可以同時探究電流與電壓的和電流與電子的關(guān)系，所以我們必須控制電壓不變，來研究電流與電阻的關(guān)系以及控制電阻不變來研究電流也電壓的關(guān)系；再進一步的總結(jié)提升，最終得出歐姆定律I=U/R。

1.2.4 轉(zhuǎn)換法

物理學中經(jīng)常將一些不方便測量的物理量或者觀察不明顯的物理現(xiàn)象，轉(zhuǎn)化成容易測量的物理量或容易觀察的物理現(xiàn)象，這種方法在科學上叫做轉(zhuǎn)換法[3]。轉(zhuǎn)換法可以是轉(zhuǎn)換研究過程，也可以是轉(zhuǎn)換研究對象，甚至有時候還可以轉(zhuǎn)換研究目的，總之轉(zhuǎn)換法是為了達到一定的研究目的而采取的一種間接方法。比如：空氣看不見、摸不到，我們可以根據(jù)空氣產(chǎn)生的作用效果（吹動紅旗）來感受它；分子看不見、摸不著，不好研究，可以通過研究紅棕色二氧化氮的擴散現(xiàn)象去認識它；電流看不見、摸不著，我們可以根據(jù)電流產(chǎn)生的效應(yīng)來認識它；磁場看不見、摸不到，我們可以根據(jù)它對周圍物體的作用來研究它。

1.2.5 累積法

在測量微小量的時候，如果直接測量，誤差會很大，可以將微小的量積累成一個比較大的量。比如：在測量一根銅絲的直徑的時候，我們先將銅絲繞在鉛筆上，測量50 倍的銅絲的直徑，再將結(jié)果除以50，使測量的結(jié)果更接近真實的值。再如：測量一張紙張的厚度、測量一個硬幣的質(zhì)量、測量每一次心跳的時間間隔，均可用積累法來完成。

1.3 物理概念教學中滲透科學方法——科學抽象法

科學抽象法包扣物理模型方法和理想實驗方法。模型是將復(fù)雜的物理現(xiàn)象和物理過程進行簡化，抓住主要因素，忽略次要因素，突出事物的本質(zhì)特征。理想實驗是我們在腦海內(nèi)假想的一種過程性的實驗，是一種特殊的邏輯推理；研究物理的規(guī)律經(jīng)常需要用到理想實驗。

在初中物理課本中，應(yīng)用物理模型方法的有①光線：表示光的傳播路徑和方向②力的示意圖或力的圖示：實際物體受力的三要素（大小、方向、作用點）③電路圖：用規(guī)定的元件符合來表示電路的連接情況④磁感線：用帶箭頭的曲線來描述磁場的某些特征和性質(zhì)⑤建立原子核式結(jié)構(gòu)模型來研究原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。應(yīng)用理想實驗方法主要有：①光滑平面②牛頓第一定律③均勻介質(zhì)④勻速直線運動等

1.4 物理規(guī)律教學中滲透科學方法——數(shù)學物理方法

物理學跟數(shù)學物理方法聯(lián)系最緊密，運用最成功的一門學科，主要有列表法、圖像法和數(shù)學定義法等。圖表在物理學中有著廣泛的應(yīng)用，用圖表來表示一些物理規(guī)律會更加直觀、簡單明了；數(shù)學定義法比較常用有比值定義法和乘積定義法。初中物理應(yīng)用比值定義法的物理量就有：①速度②密度③壓強④功率。乘積定義法有：①機械功②電流做功。

2 結(jié)語

在教學的過程中同一種方法可能會被多次用到，同一節(jié)課中可能會運用到多種方法，甚至有時候多種方法運用到同一個物理探究過程中，所以應(yīng)潛移默化地分層次逐步展開。教師要注意不能孤立地講授科學方法，而是要將物理知識教學與科學方法有機結(jié)合，對于物理實驗，物理規(guī)律，物理感念進行全面深入的講解，充分挖掘教材潛在的科學方法，在平時教學中進行隱性滲透和顯性提升，從而塑造學生良好的思維方式。