探究物理教學(xué)中的科學(xué)方法

1、從這幾年新課程改革來看，現(xiàn)在已改變了過去那種只注重知識傳授的傾向，強(qiáng)調(diào)形成主動(dòng)的學(xué)習(xí)態(tài)度，使獲得知識與基本技能的過程同時(shí)成為學(xué)會學(xué)習(xí)和形成正確價(jià)值觀的過程。教師從單純注重傳授知識轉(zhuǎn)變?yōu)橐龑?dǎo)學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)，學(xué)會交流合作。當(dāng)然要達(dá)到這一目標(biāo)，必須更新教育理念。新課程標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)要培養(yǎng)學(xué)生的探究能力,重要的是在探究過程中逐步培養(yǎng)學(xué)生用科學(xué)的方法去探究，那么研究物理問題的科學(xué)方法有很多,如比較法、轉(zhuǎn)換法、控制變量法、等效替換法、模型法、假設(shè)法、類比法、理想化法、圖象法、演繹法、歸納法、推理法等等。本文結(jié)合筆者在教學(xué)中的體驗(yàn)簡單總結(jié)比較法、假設(shè)法、控制變量法三種科學(xué)研究方法在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用。一、 比較法

2、“比較”是人們常用的思維方法，是找出事物之間的差異點(diǎn)和共同點(diǎn)的思維方法，通過事物間相同特征或相異特征的比較，提示事物的本質(zhì)和區(qū)別。人們認(rèn)識事物往往是從區(qū)別事物的本質(zhì)特征開始的。而要區(qū)別就要有比較，有比較才有鑒別。事物之間在現(xiàn)象上和本質(zhì)上都存在著同一性和差異性?，F(xiàn)象上的同一和差異一般來說是容易識別的，而本質(zhì)上的同一和差異就不那么容易識別。物理學(xué)中有許多物理思維和物理規(guī)律具有可比性，運(yùn)用比較法可幫助學(xué)生接受新概念并加深對概念的理解，尤其在復(fù)習(xí)課上運(yùn)用，能使知識融會貫通，開拓學(xué)生的思維，并培養(yǎng)學(xué)生的知識遷移能力。在物理教學(xué)中，既要求學(xué)生找出差異性極大的物理現(xiàn)象或物理概念之間本質(zhì)上的共同點(diǎn)，又要求學(xué)生

3、找出表面上極為相似的物理現(xiàn)象和物理概念之間本質(zhì)上的差異。運(yùn)用比較法可以深化和區(qū)分概念。例如：平衡力和相互作用力（作用力與反作用力）。通過這樣的比較和思索，學(xué)生豁然開朗，較快的接受了新概念?？梢娺\(yùn)用“比較法教學(xué)”對解決教學(xué)難點(diǎn)是很有益處的。再如，由于物理問題大多來自實(shí)際生活有時(shí)會讓人感到很困難，這時(shí)我們應(yīng)該尋找與實(shí)際相近的物理模型，使問題的物理情景或物理過程相對簡化，例： 如圖，小華拉著放有一盛水器具的小車，器具內(nèi)盛有水，在水平桌面上運(yùn)動(dòng)時(shí)，即：圖甲中盛水器具內(nèi)的水向左潑出，圖乙中盛水器具內(nèi)的水向右潑出，對此現(xiàn)象下列判斷正確的是 ( )A圖甲、乙所示的現(xiàn)象都是在小車突然停止時(shí)發(fā)生B圖甲、乙所示的

4、現(xiàn)象都是在小車突然啟動(dòng)時(shí)發(fā)生C圖甲所示的現(xiàn)象是在小車突然停止或在運(yùn)動(dòng)中突然加速時(shí)發(fā)生D圖乙所示的現(xiàn)象是在小車突然停止或在運(yùn)動(dòng)中突然減速時(shí)發(fā)生解析：這是一個(gè)比較復(fù)雜的問題，如果我們將其簡化，即將圖1甲中的小車上容器里的水向左潑出的過程，看作是一個(gè)向左運(yùn)動(dòng)的小球，這樣就可以認(rèn)為在某一瞬間向右運(yùn)動(dòng)的小車上有一個(gè)小球往左運(yùn)動(dòng)如圖2（甲）；將圖1（乙）中向右潑出的水，看作是向右運(yùn)動(dòng)的小車上有一個(gè)小球往右運(yùn)動(dòng)，如圖2（乙）；這樣就將問題簡化了，也就很容易得出結(jié)論了。根據(jù)牛頓第一定律可判斷出，圖1（甲）中是小車向右加速運(yùn)動(dòng)；圖1（乙）中小車是突然停止或在運(yùn)動(dòng)中突然減速。這樣可以化簡對象明問題，比較狀態(tài)得結(jié)論

5、。比較法教學(xué)對于學(xué)生的概念學(xué)習(xí)有所幫助，比較實(shí)驗(yàn)可以加強(qiáng)直觀教學(xué)，有助于學(xué)生建立概念，理解規(guī)律，突破難點(diǎn)。例如，為了證明大氣壓的存在，可用一只底部開有小圓孔的塑料杯子，用右手手指按住小圓孔，在杯口向上時(shí)將塑料杯里盛滿水，用紙片把杯口蓋嚴(yán)，左手按住紙片把杯子倒過來使杯口向下，放開左手后，紙片不會掉下來，杯子里的水也不會流出來。這時(shí)，有學(xué)生認(rèn)為“紙片是被水粘住了”，然后老師拿掉按住小圓孔的右手指，結(jié)果紙片掉下來了，水也流出來了。這樣通過手指按住小圓孔和不按住小圓孔兩次實(shí)驗(yàn)的比較，使學(xué)生觀察到兩次實(shí)驗(yàn)中紙片都與水接觸，所不同的是后一次實(shí)驗(yàn)是杯底與大氣相通。從而解除了“紙片是被粘住了”的誤解。提高了“

6、大氣壓存在”這個(gè)結(jié)論的可信度。二、假設(shè)法物理解題中的假設(shè)，從內(nèi)容要素看有參量假設(shè)、現(xiàn)象假設(shè)和過程假設(shè)等，從運(yùn)用策略看有極端假設(shè)、反面假設(shè)和等效假設(shè)等利用假設(shè)，我們可以方便地對問題進(jìn)行分析、推理、判斷，恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用假設(shè)，可以起到化拙為巧、化難為易的效果。假設(shè)法的運(yùn)用，不僅為快捷解題提供了便利，更為培養(yǎng)創(chuàng)新能力開辟了途徑。但是，要正確恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用假設(shè)法，必須深刻把握其“設(shè)而不假”的關(guān)鍵要領(lǐng)，即假設(shè)的內(nèi)涵與問題本身并不矛盾。否則，就會造成“失之毫厘，謬以千里”的后果。三、控制變量法“控制變量法”是物理中常用的探索問題和分析解決問題的科學(xué)方法之一。自然界中發(fā)生的各種物理現(xiàn)象往往是錯(cuò)綜復(fù)雜的，因此影響物理學(xué)

7、研究對象的因素在許多情況下并不是單一的，而是多種因素相互交錯(cuò)、共同起作用的。譬如說某段導(dǎo)體中通過電流的大小不僅和其兩端電壓有關(guān)，還和這段導(dǎo)體的長度、橫截面積的大小及材料種類等因素有關(guān)。所以要想精確地把握研究對象的各種特性，弄清事物變化的原因和規(guī)律，單靠自然條件下整體觀察研究對象是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還必須對研究對象施加人為的影響，造成特定的便于觀察的條件，這就是“控制變量”的方法。例如為了研究某物理量同影響它的三個(gè)因素中的一個(gè)因素之間的關(guān)系，可將另外兩個(gè)因素人為地控制起來，使它們保持不變，以便觀察和研究該物理量與這一因素之間的關(guān)系。首先，在物理實(shí)驗(yàn)過程中，控制變量法是一種最常用的、非常有效的探索客觀物

8、理規(guī)律的科學(xué)方法。具體做法是根據(jù)研究目的，運(yùn)用一定的手段（控制實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備等）主動(dòng)干預(yù)或控制自然事物、自然現(xiàn)象發(fā)生發(fā)展的過程，在特定的觀察條件下去探索客觀規(guī)律。例如，在引導(dǎo)學(xué)生探索、研究導(dǎo)電體的電阻的大小同導(dǎo)電體的哪些特性有關(guān)時(shí)，可先故意將橫截面積、長度都不同的一根鎳鉻合金絲和一根銅絲分別串入接有小燈泡的直流電路中，讓學(xué)生分別觀察燈泡發(fā)光的亮度，并問學(xué)生：剛才的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象能否說明電阻大小與導(dǎo)電體的某個(gè)特性有關(guān)？學(xué)生經(jīng)過思考與討論，得到的結(jié)論當(dāng)然是否定的。再用橫截面積和長度都不同的兩根鎳鉻合金絲分別串入上述電路中，觀察小燈泡的亮度，并讓學(xué)生思考這個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)芊裾f明電阻大小同導(dǎo)電體的某種特性有關(guān)，結(jié)論同

9、樣是不能。這時(shí)就可不失時(shí)機(jī)地問學(xué)生：“那么，我們應(yīng)該取怎樣的兩根金屬絲串入上述電路來做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，以研究導(dǎo)電體的電阻大小到底與哪些因素有關(guān)呢？”同時(shí)向?qū)W生出示課前準(zhǔn)備好的幾根金屬絲讓他們選擇。學(xué)生經(jīng)過思考并相互討論后，有的回答：應(yīng)取兩根橫截面積相同、但長度不同的鎳鉻合金絲進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)；有的同學(xué)說：應(yīng)取兩根長度相同、但橫截面積不同的鎳鉻合金絲進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)；還有的說應(yīng)取長度、橫截面積均相同的一根銅絲和一根鎳鉻合金絲進(jìn)行實(shí)驗(yàn)比較。這時(shí)，教師可適時(shí)指出上述幾種方法都可以，同時(shí)指出要研究電阻的大小同導(dǎo)電物質(zhì)的長度、橫截面積、材料種類這三個(gè)因素任何一個(gè)因素間的關(guān)系，就要人為地控制另外兩個(gè)因素，使它們相等，并

10、指出這種實(shí)驗(yàn)的方法就是“控制變量法”，再讓學(xué)生運(yùn)用這一方法系統(tǒng)地進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生在實(shí)際操作過程中去體驗(yàn)這一科學(xué)方法。在物理教學(xué)中還有許多概念或規(guī)律之探索和推導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)過程中，都運(yùn)用了“控制變量法”這一科學(xué)方法，如在引導(dǎo)學(xué)生探索“導(dǎo)電體中電流大小同其兩端電壓大小和其電阻大小之間的定性關(guān)系，最終得出歐姆定律”和探索“力的作用效果同力的哪些因素有關(guān)，最終得出力的三要素”等實(shí)驗(yàn)過程中都用到了這一科學(xué)方法，使學(xué)生對“控制變量法”不斷加深理解，并逐步達(dá)到有意識地去應(yīng)用的目的。其次，在利用物理知識去分析和解決一些實(shí)際問題時(shí)，如能靈活運(yùn)用“控制變量法”進(jìn)行分析，有時(shí)可起到事半功倍的效果。例如，有這樣一道題：

11、已知甲導(dǎo)體的電阻比乙導(dǎo)體的電阻大，把它們并聯(lián)在電路中，比較甲的電功率和乙的電功率。簡析：求解電功率的公式比較多：P=UI，P=U2/R，P=I2R，學(xué)生分析起來常常感到無從下手。電功率與兩個(gè)因素有關(guān)，我引導(dǎo)學(xué)生用“控制變量法”的思路解決這類問題。關(guān)鍵在于首先根據(jù)題目已知找到相同的因素，只讓一個(gè)因素發(fā)生變化，再分析電功率與另一個(gè)變量之間的關(guān)系。具體分析如下：并聯(lián)時(shí)，各支路兩端電壓相等，所以我們可以選擇PU2/R或PUI。已知R甲R乙，可根據(jù)P=U2/R直接得出P甲P乙。也可用另一方法：已知R甲R乙，并聯(lián)電路可知I甲I乙，可根據(jù)PUI也能夠得出P甲P乙?？梢姡诮鉀Q物理問題時(shí)，如能恰當(dāng)運(yùn)用科學(xué)方法進(jìn)行分析，確實(shí)能起到提高解題速度與準(zhǔn)確率的良好效果。在物理（如在力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)）學(xué)習(xí)中，可用“控制變量”這一科學(xué)方法去分析解決的實(shí)際問題還很多，這為學(xué)生靈活應(yīng)用這一科學(xué)方法解決問題提供了保證。近幾年我們看到中小學(xué)教育逐漸由應(yīng)試教育向素質(zhì)教育轉(zhuǎn)變。物理作為一門自然科學(xué),在教學(xué)中應(yīng)側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生的物理科學(xué)素質(zhì)。而物理科學(xué)素質(zhì)則由物理科學(xué)知識、物理科學(xué)能力、物理科學(xué)方法，物理科學(xué)意識和物理科學(xué)品質(zhì)等諸要素構(gòu)成。其中物理科學(xué)方法是科學(xué)素質(zhì)的翅膀，是獲取科學(xué)知識的手段