中學物理教學中常用的科學方法例析

　　《物理課程標準》要求，在突出科學探究內容的同時，重視研究方法的指導，使學生在進行科學探究、學習物理知識的過程中，逐漸拓寬視野，初步領悟到科學研究方法的真諦。考察研究方法的問題，成為考察學生學習能力、綜合素質的重要依據，是當前和今后考試的熱點。控制變量法、理想化實驗法、類比法、模型法、等效法、歸納法、分類法、轉換法等，是中學物理常用的研究方法，下面本人結合教學實踐進行剖析。
　　一、理想化方法
　　物理規律是從大量的物理現象中抽象、概括、總結出來的，其主要的思維方法是理想化方法。理想化方法又稱為推理法，人們在觀察自然與實驗現象時，常會發現要研究的對象中的一些性質，對于現象的過程及其最終結果具有決定性的影響，而另外的一些性質則起次要作用。為了便于研究，運用抽象思維能力，忽略次要因素和過程，而只考慮起決定作用的，把要研究的對象純粹化、形式化，并進行合理的推想與設想，從而得出結論，以達到認識事物真實面目的目的，這就是理想化的方法。伽利略、牛頓等科學家都是成功運用理想化實驗法得出偉大結論的先驅人物，我們來看一下他們的探究經歷。實驗設想的步驟有：①在兩個對接的斜面上，讓靜止的小球沿一個斜面滾下，小球將滾上另一個斜面；②如果沒有摩擦，小球將上升到原來釋放時的高度；③減小第二個斜面的傾角，小球在該斜面上仍然要達到原來的高度；④繼續減小第二個斜面的傾角，最后使它成水平面，小球將沿水平面作持續的勻速運動。我們可以發現，他的設想步驟中①是實驗事實，而②，③，④則是理想化推論。在此實驗的基礎上，牛頓也曾研究過類似的問題：他發現人擲出去的石頭總會偏離擲出方向落回地面，于是提出了一個“大炮”的設想——在地球的一座高山上架起一只水平大炮，以不同的速度將炮彈平射出去，射出速度越大，炮彈落地點就離山腳越遠。他推想：當射出速度足夠大時，炮彈將會如何運動呢？實際上牛頓也用到了理想實驗的研究方法。研究中牛頓在“人擲出去的石頭總會偏離擲出方向落向地面”這一可靠事實的基礎上，運用理想化實驗法，得出“拋出物體的速度足夠大時，物體將離開地球，繞地球旋轉，做圓周運動”的重要結論。如今，牛頓當年的推測已變成了現實，人們應用他的推論，利用現代科技制成了人造地球衛星。
　　在中學物理教學中，我們應該及時地將這種科學研究思想與方法滲透到教學的過程中，使學生深刻感知并能靈活運用這種方法來研究問題。中學物理中著重講解的兩個理想化實驗如下：
　　（1）研究真空能否傳聲（玻璃鐘罩實驗）。把音樂芯片放在廣口瓶內，瓶口塞上插有玻璃管的軟木塞。用抽氣設備抽瓶內的空氣，在抽氣的過程中，人聽到的音樂聲逐漸變小，由于實驗時無法達到絕對真空，在前面可靠事實的基礎上推理出聲音不能在真空中傳播。
　　（2）研究牛頓第一定律。讓滑塊從同一斜面的同一高度滑到表面粗糙程度不同的水平木板上，發現水平木板越光滑，滑塊滑得越遠，在這一可靠事實的基礎上，推理出假如木板絕對光滑（完全沒有摩擦），滑塊將作勻速直線運動。
　　二、類比法
　　所謂類比，實際上是一種從特殊到特殊或從一般到一般的推理。它是根據兩個（或兩類）對象之間在某些方面的相同或相似而推出它們在其他方面也可能相同或相似的一種邏輯思維。科學史上很多重大發現與發明均得益于類比，因而被譽為科學活動中的“偉大引路人”。我們都知道自然界中的萬事萬物是千差萬別的，就好比找不到完全相同的兩片落葉一樣，但是在一些事物或現象之間，卻具有某些不謀而合的神似之處。采用類比法，就可以用已經認識了的現象與規律去研究還沒有被認識的且與之相類似的事物和現象。作為一種“從特殊推到特殊的科學方法”，物理教學中類比法可以幫助學生理解較復雜的實驗和較難的物理知識，在物理教學中有著廣泛的應用。
　　（1）妙用“前經驗”。在日常生活、學習中，學生積累了一定的“前經驗”。充分利用這些“前經驗”，用他們身邊的事例進行類比，可充分啟發學生的發散思維，調動學生學習的積極性、主動性，培養學生在生活中留意觀察生活、分析事物并發現規律的能力。我們知道，當一列火車迎面開來時，我們聽到的汽笛聲音調升高，當它離我們遠去時音調就明顯降低，這叫多普勒效應，光同樣有多普勒效應，20世紀20年代科學家發現星系的光譜向長波方向偏移（譜線“紅移”），這一現象說明光波的頻率在變小，星系在遠離我們而去。通過類比的方式，我們把多么抽象、復雜的譜線紅移理解透徹了：對照聲音的多普勒效應可知，當火車遠離我們而去時音調會降低，我們知道音調降低是由于頻率減小了。星系的光譜向長波方向偏移（波長越長，頻率越小），從而類比可知譜線“紅移”說明光波的頻率在變小，星系在遠離我們而去。
　　（2）它山之石，可以攻玉。將新、舊知識進行類比，給學生以啟示，使學生易于掌握新知識，同時也鞏固了舊知識。將相關學科知識與物理知識的類比，既加強了各學科間的橫向聯系，又激發了學生學習的興趣。例如，講解密度、比熱容、壓強、電流、功率等物理量定義公式的得出時可與速度的定義式的得出過程進行類比，比較方便學生理解與記憶。學生在化學這門學科中詳細學習了物質的內部結構，知道了物質不滅定律，類比就可以知道能量守恒定律。
　　對研究方法的學習和考查體現著一種全新的教學理念，它有利于培養學生的科學探究精神、實踐能力和創新意識。隨著新課程標準的逐步實施，對科學研究方法的理解與應用能力的要求將會越來越高，從而也會是今后考試命題的熱點。其他如本文未涉及的如數學法、觀察法、理想模型法、推理法等在中學物理教學中也有著廣泛的應用，因篇幅關系，本文不再一一論述。
　　（豐縣華山中學）