科學(xué)方法在初中物理教學(xué)的應(yīng)用

許三龍

（廈門市禾山中學(xué)，福建 廈門 361000）

關(guān)鍵字：初中物理；科學(xué)探究；科學(xué)方法

0 引言

科學(xué)方法是連接知識(shí)和能力的紐帶。學(xué)生要真正地提高解決問(wèn)題的能力，必須掌握正確的科學(xué)方法。物理學(xué)科作為一門自然科學(xué)，有著本學(xué)科的學(xué)科特點(diǎn)，以及有自己的過(guò)程與方法。在教學(xué)中有意識(shí)地以科學(xué)方法為線索重組教材、組織教學(xué)過(guò)程?！段锢碚n程標(biāo)準(zhǔn)》指出，科學(xué)思維是從物理學(xué)視角對(duì)客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認(rèn)識(shí)[1]。此對(duì)于物理科學(xué)方法的考察，將成為當(dāng)前和今后中考的熱點(diǎn)。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(xué)探究方法[2]。

1 科學(xué)方法在具體教學(xué)中的應(yīng)用

科學(xué)方法是指：我們?cè)谡J(rèn)識(shí)世界的過(guò)程中所運(yùn)用的、符合科學(xué)的各種方法和手段。這些方法和手段可能包含是一種勞動(dòng)技能，可能是一種思維或者一種想法。簡(jiǎn)而言之：科學(xué)方法就是在生產(chǎn)勞動(dòng)中所運(yùn)動(dòng)的一切符合科學(xué)準(zhǔn)則的方法。

1.1 認(rèn)識(shí)事物本質(zhì)和規(guī)律的基本方法——觀察法

科學(xué)的觀察法是指：有目的、有計(jì)劃地在自然條件下，通過(guò)感官或借助于一定的科學(xué)儀器，進(jìn)行觀察的一種方法。首先，科學(xué)觀察是有目的、有計(jì)劃、系統(tǒng)的感知活動(dòng)；其次，科學(xué)觀察是在自然的條件下進(jìn)行的感知活動(dòng)，是一個(gè)自然而然的過(guò)程。在初中物理教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)時(shí)刻注意引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用觀察的方法去學(xué)習(xí)物理。

初中物理長(zhǎng)度與時(shí)間的測(cè)量中，誤差的產(chǎn)生跟測(cè)量工具有關(guān)系這一點(diǎn)學(xué)生們往往不容易接受，筆者便嘗試著讓學(xué)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(shí)他們便會(huì)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(huì)有明顯的錯(cuò)位，甚至有的同學(xué)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(xué)生們自己總結(jié)出了誤差的產(chǎn)生跟測(cè)量工具有關(guān)系這一結(jié)論，還使學(xué)生深刻地認(rèn)識(shí)到：自己一直相信為標(biāo)準(zhǔn)的尺子，原來(lái)并不準(zhǔn)確。

在學(xué)習(xí)：杠桿的平衡條件現(xiàn)場(chǎng)展示了很多杠桿，并讓同學(xué)觀察這些杠桿有什么樣的共同特征，通過(guò)全班同學(xué)的觀察，每個(gè)班級(jí)都能總結(jié)出這幾點(diǎn)特征：①能轉(zhuǎn)動(dòng)②有固定點(diǎn)③有力的作用④硬棒。

1.2 科學(xué)探究中滲透科學(xué)方法教育——實(shí)驗(yàn)方法

科學(xué)探究是學(xué)習(xí)物理的重要方法。常用的科學(xué)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(xué)中，將一個(gè)物理量用另一個(gè)物理量來(lái)代替，或者一個(gè)過(guò)程用另外一個(gè)物理過(guò)程來(lái)代替，這種研究物理問(wèn)題的方法稱為等效替代法。運(yùn)用等效替代法可以使研究的問(wèn)題更加簡(jiǎn)單明了。

當(dāng)某個(gè)物理量無(wú)法用器材直接測(cè)量，就要設(shè)法用間接測(cè)量的量來(lái)取代直接測(cè)量的量。但是要準(zhǔn)確找到直接測(cè)量的量與間接測(cè)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(shí)驗(yàn)器材的使用上也同樣可以使用等效替代法，當(dāng)我們?cè)谘芯磕骋粋€(gè)物理規(guī)律或者物理現(xiàn)象時(shí)，經(jīng)常因?yàn)閷?shí)驗(yàn)器材的限制無(wú)法直接進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這時(shí)我們就利用等效替代的方式，用其他有類似性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行替代。不僅有利用結(jié)論的生成更有利于學(xué)生的理解。

例如，在探究平面鏡的成像規(guī)律時(shí)，由于另一側(cè)的物體無(wú)法直接看到，所以不能確定像與物的關(guān)系；這時(shí)候我們引導(dǎo)學(xué)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(guò)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(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不是很明顯，學(xué)生不容易觀察，我們就將實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象凸顯出來(lái)再研究。常見(jiàn)的方式有機(jī)械放大、電放大、光放大等。比如：①音叉的振動(dòng)不容易觀察，可以通過(guò)乒乓球求將其微小震動(dòng)放大，通過(guò)觀察乒乓球被反復(fù)彈開(kāi)，知道音叉在振動(dòng)。②玻璃瓶的形變很難觀察，我們可以將玻璃瓶進(jìn)行密封處理，然后在瓶口插上一根帶有顏色液體的細(xì)管，我們就可以通過(guò)觀察細(xì)管中顏色液體的升降，來(lái)間接反映玻璃瓶的形變。③在研究壓力的作用效果時(shí)，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(diǎn)，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(dòng)距離，來(lái)感知桌子的形變。

圖1 放大法實(shí)驗(yàn)裝置

1.2.3 控制變量法

物理學(xué)中對(duì)于多變量的問(wèn)題，常常采用控制變量的方法；只改變其中的某一個(gè)變量，對(duì)各個(gè)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(yùn)用控制變量法可以幫助我們將復(fù)雜的問(wèn)題簡(jiǎn)單化，是一個(gè)分析與綜合的過(guò)程，一切實(shí)驗(yàn)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(shí)？目前沒(méi)有實(shí)驗(yàn)器材可以同時(shí)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(lái)研究電流與電阻的關(guān)系以及控制電阻不變來(lái)研究電流也電壓的關(guān)系；再進(jìn)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(xué)中經(jīng)常將一些不方便測(cè)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(cè)量的物理量或容易觀察的物理現(xiàn)象，這種方法在科學(xué)上叫做轉(zhuǎn)換法[3]。轉(zhuǎn)換法可以是轉(zhuǎn)換研究過(guò)程，也可以是轉(zhuǎn)換研究對(duì)象，甚至有時(shí)候還可以轉(zhuǎn)換研究目的，總之轉(zhuǎn)換法是為了達(dá)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(jiàn)、摸不到，我們可以根據(jù)空氣產(chǎn)生的作用效果（吹動(dòng)紅旗）來(lái)感受它；分子看不見(jiàn)、摸不著，不好研究，可以通過(guò)研究紅棕色二氧化氮的擴(kuò)散現(xiàn)象去認(rèn)識(shí)它；電流看不見(jiàn)、摸不著，我們可以根據(jù)電流產(chǎn)生的效應(yīng)來(lái)認(rèn)識(shí)它；磁場(chǎng)看不見(jiàn)、摸不到，我們可以根據(jù)它對(duì)周圍物體的作用來(lái)研究它。

1.2.5 累積法

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

1.3 物理概念教學(xué)中滲透科學(xué)方法——科學(xué)抽象法

科學(xué)抽象法包扣物理模型方法和理想實(shí)驗(yàn)方法。模型是將復(fù)雜的物理現(xiàn)象和物理過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)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(shí)驗(yàn)是我們?cè)谀X海內(nèi)假想的一種過(guò)程性的實(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)。

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(shí)際物體受力的三要素（大小、方向、作用點(diǎn)）③電路圖：用規(guī)定的元件符合來(lái)表示電路的連接情況④磁感線：用帶箭頭的曲線來(lái)描述磁場(chǎng)的某些特征和性質(zhì)⑤建立原子核式結(jié)構(gòu)模型來(lái)研究原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。應(yīng)用理想實(shí)驗(yàn)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(yùn)動(dòng)等

1.4 物理規(guī)律教學(xué)中滲透科學(xué)方法——數(shù)學(xué)物理方法

物理學(xué)跟數(shù)學(xué)物理方法聯(lián)系最緊密，運(yùn)用最成功的一門學(xué)科，主要有列表法、圖像法和數(shù)學(xué)定義法等。圖表在物理學(xué)中有著廣泛的應(yīng)用，用圖表來(lái)表示一些物理規(guī)律會(huì)更加直觀、簡(jiǎn)單明了；數(shù)學(xué)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(qiáng)④功率。乘積定義法有：①機(jī)械功②電流做功。

2 結(jié)語(yǔ)

在教學(xué)的過(guò)程中同一種方法可能會(huì)被多次用到，同一節(jié)課中可能會(huì)運(yùn)用到多種方法，甚至有時(shí)候多種方法運(yùn)用到同一個(gè)物理探究過(guò)程中，所以應(yīng)潛移默化地分層次逐步展開(kāi)。教師要注意不能孤立地講授科學(xué)方法，而是要將物理知識(shí)教學(xué)與科學(xué)方法有機(jī)結(jié)合，對(duì)于物理實(shí)驗(yàn)，物理規(guī)律，物理感念進(jìn)行全面深入的講解，充分挖掘教材潛在的科學(xué)方法，在平時(shí)教學(xué)中進(jìn)行隱性滲透和顯性提升，從而塑造學(xué)生良好的思維方式。