x——淺議物理教學(xué)中的科學(xué)研究方法傳授

1、淺議物理教學(xué)中的科學(xué)研究方法傳授課程標(biāo)準(zhǔn)指出,基礎(chǔ)物理的教育目的是培養(yǎng)全體學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng),使學(xué)生在科學(xué)知識(shí)與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀等方面得到全面的發(fā)展。中學(xué)階段物理包括基本物理概念和基本物理規(guī)律的建立，以及基本物理原理和理論的論證與闡述。即使是表面看似簡(jiǎn)單的道理、概念和規(guī)律，也蘊(yùn)含著極其豐富的思想性、邏輯性和研究方法。因此，在突出科學(xué)探究?jī)?nèi)容的同時(shí)，重視研究方法的指導(dǎo)，使學(xué)生在進(jìn)行科學(xué)探究、學(xué)習(xí)物理知識(shí)的過程中，逐漸拓寬視野，初步領(lǐng)悟到科學(xué)研究方法的真諦。物理不只是理性的、量化的公式和定律,它負(fù)載著方法,蘊(yùn)含著價(jià)值。基礎(chǔ)物理的教育目的是培養(yǎng)全體學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng),使學(xué)生在科學(xué)知識(shí)與技能

2、、過程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀等方面得到全面的發(fā)展。在教學(xué)中貫徹科學(xué)研究方法的傳授，目的是培養(yǎng)學(xué)生初步的科研能力，養(yǎng)成科研習(xí)慣。近年來(lái)中考命題也加大了對(duì)物理研究方法的考查,教學(xué)中讓學(xué)生學(xué)習(xí)一些中學(xué)物理的研究方法,有助于培養(yǎng)學(xué)生的思維能力,讓學(xué)生掌握學(xué)習(xí)物理的規(guī)律,從而形成規(guī)律性的學(xué)習(xí),達(dá)到事半功倍的學(xué)習(xí)效益。一、通過觀察和實(shí)驗(yàn)傳授科學(xué)研究方法物理學(xué)是一門注重實(shí)驗(yàn)的科學(xué)，觀察和實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)研究的基本方法，整個(gè)物理學(xué)的發(fā)展史告訴我們，人類的物理知識(shí)來(lái)源于實(shí)踐，特別是來(lái)源于科學(xué)實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐。用溫度計(jì)測(cè)量物體的溫度，實(shí)驗(yàn)的目的是正確使用溫度計(jì)，并不要求學(xué)生從中發(fā)現(xiàn)或驗(yàn)證什么規(guī)律，通常不拿其當(dāng)做一回事，但

3、液體溫度計(jì)卻體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的一般原理：平衡原理溫度計(jì)與被測(cè)液體達(dá)到熱平衡。溫度計(jì)的液柱不再變時(shí)，示數(shù)既被測(cè)物體溫度。轉(zhuǎn)化原理把被測(cè)液體溫度轉(zhuǎn)化為溫度計(jì)的高度。是看不見向看得見的轉(zhuǎn)化，微觀無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)向著宏觀有規(guī)則運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)化。放大原理溫度計(jì)內(nèi)徑做的細(xì)小，以便觀察的現(xiàn)象明顯，能體現(xiàn)出溫度的細(xì)小差別。在實(shí)驗(yàn)中，要求掌握儀器和使用方法的同時(shí)，學(xué)會(huì)如何觀察，同時(shí)還要挖掘教材的潛在思想性，事實(shí)上中學(xué)物理中學(xué)習(xí)的各種儀器，如安培表、伏特表、游標(biāo)卡尺、螺旋測(cè)微器、萬(wàn)用表等涉及到物理研究的基本方法，教學(xué)中有意無(wú)意向?qū)W生滲透，經(jīng)過重復(fù)、深化培養(yǎng)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)的能力，學(xué)生通過學(xué)習(xí)觸類旁通、舉一反三。例如：探究一段導(dǎo)體的

4、電流與導(dǎo)體兩端的電壓、電阻的關(guān)系，具體地說(shuō)就是電壓一定時(shí)，探究導(dǎo)體中的電流與電阻的關(guān)系，電阻一定時(shí)，探究導(dǎo)體中的電流與電壓的關(guān)系；學(xué)生在科學(xué)探究中，從器材的選擇，設(shè)計(jì)電路，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的步驟和實(shí)驗(yàn)的表格，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)等都是以控制變量法為主線展開的，類似的實(shí)驗(yàn)如探究液體的壓強(qiáng)與液體密度和深度的關(guān)系，探究弦樂器的音調(diào)與弦的松緊、長(zhǎng)短和粗細(xì)的關(guān)系，探究電磁鐵的磁性與線圈匝數(shù)和電流大小的關(guān)系等?？梢哉f(shuō)多數(shù)物理實(shí)驗(yàn)，都要按照實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理和方法控制某些條件來(lái)研究；物理研究的方法貫穿于科學(xué)探究的各個(gè)環(huán)節(jié)。二、通過物理學(xué)史傳授科學(xué)研究方法物理學(xué)史中許多重要發(fā)明、發(fā)現(xiàn)同樣是科學(xué)家善于觀察的結(jié)果。比如意大利物理學(xué)家伽利

5、略，1853年在比薩教堂注意到一盞懸燈的擺動(dòng)受到啟發(fā)，用線懸銅球模擬單擺實(shí)驗(yàn)，確證了微小擺動(dòng)的等時(shí)性和擺長(zhǎng)對(duì)周期的影響；德國(guó)物理學(xué)家倫琴在進(jìn)行陰極射線實(shí)驗(yàn)時(shí)，注意到放在射線管附近氰亞鉑酸鋇的小屏上發(fā)出微光，而發(fā)現(xiàn)了X射線（倫琴射線）；早已膾炙人口的牛頓蘋果落地的傳說(shuō)，使牛頓從中悟出了地球引力的存在等等，這些事例都說(shuō)明觀察的重要性。培養(yǎng)學(xué)生觀察能力和觀察習(xí)慣，可以起到鞏固消化，加深理解的重要作用。十七世紀(jì)亞里士多德從生產(chǎn)實(shí)踐中觀察到“用力推車，車就運(yùn)動(dòng)；停止用力，車便歸于靜止?！背橄蟪觥懊總€(gè)運(yùn)動(dòng)都需要連續(xù)不斷的力去維持它，即力是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因?！辈畈欢鄡汕陜?nèi)一直被人們看成是天經(jīng)地義、不證自

6、明的真理加以接受。然而，伽利略設(shè)想在一堅(jiān)硬、光滑的平面上有一塊木塊。推動(dòng)這塊木塊，它便開始運(yùn)動(dòng)起來(lái)，不一會(huì)兒，木塊就逐漸變慢，以至最后歸于靜止不動(dòng)。但是伽利略的思想并沒有到此了結(jié)，而是靜悄悄地再向前邁出了重大的一步。讓我們用較為光滑的平面和較為光滑的木塊再次做實(shí)驗(yàn)，我們就會(huì)觀察到，木塊滑行距離較先前增加了，如果無(wú)止境地提高平面和木塊的光滑度，那將會(huì)出現(xiàn)什么結(jié)果了？這時(shí)候，伽利略的思路上突然出現(xiàn)了一個(gè)最大膽的飛躍：假想平面和木塊都是絕對(duì)光滑的，即當(dāng)所有的摩擦阻力都被我們理想地相除以后，木塊就會(huì)沿著直線以恒定的速率永遠(yuǎn)不停地運(yùn)動(dòng)下去。終于被人們明白了需要外力的不是運(yùn)動(dòng)，而是運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)生或者運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的

7、改變。一句話，力是物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化的原因。伽利略這個(gè)驚世駭俗的科學(xué)論斷后來(lái)被牛頓采用為他的三條運(yùn)動(dòng)定律中的第一條，從而成了經(jīng)典力學(xué)中第一塊奠基石。伽利略的思路也成了科學(xué)探索和推理的楷模，這中間他運(yùn)用了觀察實(shí)驗(yàn)論證假設(shè)猜想實(shí)驗(yàn)抽象修正推廣的研究方法，也體現(xiàn)了敢于懷疑、善于實(shí)踐、堅(jiān)忍不拔的探索精神。學(xué)生從中受到啟發(fā)，激發(fā)了學(xué)生致力于科學(xué)研究的精神。只有抓住機(jī)會(huì)，反復(fù)向?qū)W生揭示這種物理研究的觀點(diǎn)和方法，才能逐步做到使學(xué)生從物理的，而不是日常生活的角度去看問題，學(xué)會(huì)從事研究的方法。三、通過物理知識(shí)的講解滲透科學(xué)研究方法物理課程以知識(shí)為主要內(nèi)容，物理研究的方法應(yīng)滲透到物理教學(xué)之中，研究需要潛移默化的

8、熏陶和刻意訓(xùn)練，脫離物理知識(shí)而大講研究物理的方法如同空中樓閣；埋頭只講知識(shí)不注意方法教育，學(xué)生得到知識(shí)是零散不系統(tǒng)的，植根于物理知識(shí)沃土中的研究方法才會(huì)結(jié)出豐碩的果實(shí)。在物理科學(xué)的研究中，建立合理的物理模型具有十分重要的意義。物理模型可使抽象的假說(shuō)理論加以形象化，便于想象和思考研究問題。物理學(xué)的發(fā)展過程，可以說(shuō)就是一個(gè)不斷建立物理模型和用新的物理模型代替舊的或不完善的物理模型的過程。例如：研究肉眼看不到的原子核式結(jié)構(gòu)模型；研究液體壓強(qiáng)采用的液柱模型；研究光現(xiàn)象用到的光線模型；研究磁現(xiàn)象時(shí)用到的磁感線模型等。其主要目的是忽略次要因素，抓住主要矛盾，便于發(fā)掘事物的內(nèi)在規(guī)律。我們所遇到的物理問題，均

9、包含著許多因素和矛盾，具有多面性的特性。這就要求我們具體分析。區(qū)分主、次要因素。正確運(yùn)用科學(xué)抽象的方法，進(jìn)行合理的簡(jiǎn)化。如研究太陽(yáng)系中某個(gè)行星繞日運(yùn)動(dòng)時(shí)，太陽(yáng)對(duì)該行星的引力是主要的，其他行星的引力是次要的，可以暫時(shí)不考慮；同時(shí)，由于太陽(yáng)與行星本身的半徑比他們之間的距離小得多，所以可以把太陽(yáng)和行星看成“質(zhì)點(diǎn)”，而不考慮它們的大小，這樣進(jìn)行研究當(dāng)然是近似的，但是因?yàn)樽プ×酥饕埽赃@種近似是科學(xué)的抽象，其研究結(jié)果基本上是符合客觀實(shí)際的。由于每一物理模型的建立均閃爍著科學(xué)方法靈光，因此，使學(xué)生了解建立合理模型對(duì)學(xué)習(xí)和研究物理問題的重要性，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)這種方法的自覺性，側(cè)重于培養(yǎng)這種建立模型的能力

10、并理解模型的適用條件將起到積極作用。四、通過知識(shí)的應(yīng)用加深科學(xué)研究方法。理解研究某些物理知識(shí)或物理規(guī)律，往往要同時(shí)用到幾種研究方法。如在研究電阻的大小與哪些因素有關(guān)時(shí)，我們同時(shí)用到了觀察法（觀察電流表的示數(shù)）、轉(zhuǎn)換法（把電阻的大小轉(zhuǎn)換成電流的大小、通過研究電流的大小來(lái)得到電阻的大?。?、歸納法（將分別得出的電阻與材料、長(zhǎng)度、橫截面積、溫度有關(guān)的信息歸納在一起）、和控制變量法（在研究電阻與長(zhǎng)度有關(guān)時(shí)控制了材料、橫截面積）等方法；類似的實(shí)驗(yàn)如牛頓第一定律、平面鏡成像等。能力與方法是密切相關(guān)的，因此，教師要培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力，就要強(qiáng)調(diào)學(xué)生在獲取知識(shí)的過程中體會(huì)和內(nèi)化科學(xué)方法，學(xué)以致用。五、解決物理問

11、題過程中的數(shù)學(xué)方法物理教學(xué)之所以成為科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)，重要原因之一就是物理學(xué)在研究物質(zhì)世界運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，不僅僅滿足于定性的描述，更重要的是找出了各物理量之間的定量關(guān)系，也正因?yàn)檫@樣，規(guī)律才使人信服，并可以用實(shí)驗(yàn)精準(zhǔn)驗(yàn)證。因此，在物理學(xué)的研究和學(xué)習(xí)中，不論是觀察實(shí)驗(yàn)還是理論探討時(shí)，不論是從感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)，還是運(yùn)用物理理論指導(dǎo)實(shí)踐，數(shù)學(xué)方法的運(yùn)用都是很為重要的環(huán)節(jié)。1、培養(yǎng)學(xué)生把物理問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題的能力。主要是指用數(shù)學(xué)的語(yǔ)言和方法表述物理概念和規(guī)律的能力。學(xué)生往往只會(huì)背公式卻不理解它的物理意義。教學(xué)時(shí)要注意把概念、規(guī)律的物理意義與數(shù)學(xué)表達(dá)式結(jié)合起來(lái)，使學(xué)生了解數(shù)學(xué)公式的來(lái)源并正確理解其物理

12、意義。物理學(xué)許多定律往往首先是在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，提出經(jīng)驗(yàn)公式，然后才得到嚴(yán)格的理論論證，這樣的例子很多，如：牛頓第二定律、歐姆定律、光的反射和折射定律等都是在分析與綜合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的，培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上建立物理公式的能力，有助于加深對(duì)物理公式的建立過程和公式意義的理解，并且能使學(xué)生了解物理科學(xué)研究的一般方法。另外，圖片和函數(shù)式一樣，也是表示物理定律常用的方法。而且，圖線更具有形象直觀、動(dòng)態(tài)過程清楚的特點(diǎn)。在對(duì)某些物理現(xiàn)象、過程進(jìn)行研究時(shí)，往往先把由實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)用圖線表示出來(lái)，而后再由圖線的分析求的定律的表述。所以培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用圖線來(lái)表達(dá)物理定律，也是運(yùn)用數(shù)學(xué)解決物理問題的能力的一個(gè)重

13、要方面。2、培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)對(duì)物理問題進(jìn)行分析計(jì)算的能力數(shù)學(xué)只是作為研究物理的工具使用，而不要把物理問題“數(shù)學(xué)化”，例如R=U/I等，采用這種定義的方法，只是為了把抽象概念具體化、數(shù)量化，使得抽象的推理與具體的實(shí)驗(yàn)聯(lián)系起來(lái)，使定性的描述與定量的計(jì)算結(jié)合起來(lái)，對(duì)抽象概念賦以具體的數(shù)值，然后把數(shù)學(xué)方法引進(jìn)到物理研究中來(lái)，這種定義方法只是給出了物理概念之間的量的關(guān)系，沒有進(jìn)一步確定這些概念中哪些有因果關(guān)系，哪些沒有因果關(guān)系，不應(yīng)理解為電阻與電壓成正比、與電流成反比等等。不把握好這一點(diǎn)就容易把因果關(guān)系不恰當(dāng)?shù)匕岬剿形锢砹可?。物理教學(xué)必須在新課程理念的引領(lǐng)下,重視方法的研究,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)、創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力。只要學(xué)生逐漸掌握了這些物理研