以“轉(zhuǎn)換法”為例談初中物理課堂教學(xué)中的科學(xué)方法教育

摘要：本文結(jié)合筆者教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，通過具體案例，從多個(gè)維度討論了科學(xué)研究中轉(zhuǎn)換法在初中物理課堂上的運(yùn)用，并由此對(duì)初中物理課堂教學(xué)中科學(xué)方法教育進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：科學(xué)方法教育；轉(zhuǎn)換法；課堂教學(xué)

巴甫洛夫認(rèn)為：“重要的是科學(xué)方法，科學(xué)是思想的總結(jié)，認(rèn)識(shí)一個(gè)科學(xué)家的方法遠(yuǎn)比認(rèn)識(shí)他的成果價(jià)值要大。”研讀物理教育專家張憲魁教授的《物理科學(xué)方法教育》一書，筆者的大腦里仿佛又開辟一片新的天地。激起了筆者對(duì)課堂教學(xué)運(yùn)用物理科學(xué)方法和物理教學(xué)方法的有機(jī)轉(zhuǎn)換產(chǎn)生了濃厚的興趣！在初中物理課堂教學(xué)中，學(xué)生要學(xué)會(huì)物理知識(shí)，更要學(xué)會(huì)研究物理問題的科學(xué)方法。近幾年的中考中，科學(xué)方法的考察已逐漸成為熱點(diǎn)內(nèi)容之一。而在初中物理課本中。較少提及到相關(guān)內(nèi)容，教師在上課的時(shí)候也很少講到，所以有必要學(xué)習(xí)。

如何在課堂教學(xué)中把物理科學(xué)方法巧妙地轉(zhuǎn)換成物理教學(xué)方法，使物理課堂教學(xué)效果將更加顯著呢？下面筆者以“轉(zhuǎn)換法”為例談?wù)勂鋺?yīng)用的問題。

什么是“轉(zhuǎn)換法”呢？可概括為：主要是指在保證效果相同的前提下，將不可見、不易見的現(xiàn)象轉(zhuǎn)換成可見、易見的現(xiàn)象；將陌生、復(fù)雜的問題轉(zhuǎn)換成熟悉、簡(jiǎn)單的問題；將難以測(cè)量或測(cè)準(zhǔn)的物理量轉(zhuǎn)換為能夠測(cè)量或測(cè)準(zhǔn)的物理量的方法。

1 運(yùn)用轉(zhuǎn)換法觀察難以理解的現(xiàn)象

宏觀現(xiàn)象學(xué)生比較容易了解，但一些比較抽象的看不見、摸不著的物質(zhì)的微觀現(xiàn)象，要研究它們的一些規(guī)律必須使之轉(zhuǎn)換為學(xué)生熟知的、看得見的、摸得著的宏觀現(xiàn)象來認(rèn)識(shí)它們。

例如：（1）空氣看不見、摸不到，我們可以根據(jù)空氣流動(dòng)所產(chǎn)生的作用來認(rèn)識(shí)它。（2）電流看不見、摸不到，如何判斷電路中是否有電流呢？在教學(xué)時(shí)，我們引導(dǎo)學(xué)生觀察連在電路中的小燈泡是否發(fā)光來判斷電流是否存在；還可以進(jìn)一步設(shè)疑：現(xiàn)在電路中有了電流，如何判斷電路中電流的大小呢？學(xué)生自然就想到了觀察燈泡發(fā)光的亮度。（3）磁場(chǎng)看不見、摸不到，如何證明磁場(chǎng)的存在呢？在教學(xué)時(shí)可以先做一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)：將一個(gè)原來指南北方向的小磁針放在一個(gè)條形磁體附近，結(jié)果看到小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，靜止時(shí)不再指南北方向了。

2 運(yùn)用轉(zhuǎn)換法理解測(cè)量工具的原理

初中學(xué)生實(shí)驗(yàn)中使用很多的測(cè)量工具，其中有一些在制作上其實(shí)就利用了轉(zhuǎn)換法。即用可直接量度的量去間接表現(xiàn)那些不便直接觀察、不便直接測(cè)量的量。例如：（1）彈簧測(cè)力計(jì)：彈簧測(cè)力計(jì)的制作原理是在彈性限度內(nèi)，彈簧受到的拉力越大，彈簧的伸長(zhǎng)越長(zhǎng)，彈簧長(zhǎng)度的變化是可以直接觀察直接測(cè)量的，而力的大小是看不到摸不著的，但是力的大小卻和彈簧長(zhǎng)度的變化有關(guān)系，所以我們就可以用彈簧長(zhǎng)度的變化來量度力的大小；（2）溫度計(jì)：溫度計(jì)是利用液體的熱脹冷縮原理制作的，液體體積膨脹的多少用眼睛可直接觀察到，而溫度的高低看不見摸不到，但是液體體積熱膨脹的多少與溫度變化有關(guān)，所以我們就可以用液體體積膨脹的多少來量度溫度的高低；（3）微小壓強(qiáng)計(jì)：制作時(shí)利用U型管左右兩側(cè)液柱高度差的變化來量度液體壓強(qiáng)的變化。

3 運(yùn)用轉(zhuǎn)換法測(cè)量物理量

初中物理教學(xué)要求學(xué)生會(huì)對(duì)一些物理量進(jìn)行測(cè)量。而在測(cè)量過程中經(jīng)常有一些物理量不容易測(cè)量或不能直接測(cè)得，這時(shí)我們就可以將那些不能直接測(cè)量的物理量轉(zhuǎn)換成直接測(cè)得的物理量。

例如：（1）在探究用量筒或量杯測(cè)不規(guī)則小石塊的體積實(shí)驗(yàn)時(shí)，將小石塊的體積轉(zhuǎn)換成排開水的體積，即把不好直接測(cè)量的量轉(zhuǎn)換成可直接測(cè)量的；（2）在探究一些圓周長(zhǎng)度的特殊測(cè)量教學(xué)時(shí)，如測(cè)量自行車輪的周長(zhǎng)。我們可以利用轉(zhuǎn)換法先在車輪上做一個(gè)標(biāo)記，然后將車輪在地面上沿直線滾動(dòng)一周，再用刻度尺測(cè)量這條線段的長(zhǎng)度即可；（3）在探究大氣壓究竟有多大的實(shí)驗(yàn)中，無法直接測(cè)出大氣壓的值，但是大氣壓能支持一定的水銀柱高度，這樣求出這段水銀柱高度產(chǎn)生的壓強(qiáng)就知道了大氣壓的大小了；（4）在研究影響滑動(dòng)摩擦力大小因素的實(shí)驗(yàn)中，如何測(cè)量滑動(dòng)摩擦力？利用二力平衡的原理，沿水平方向拉動(dòng)木塊使之做勻速直線運(yùn)動(dòng)，將測(cè)摩擦力的大小轉(zhuǎn)換成測(cè)拉力的大小；（5）在研究電熱的功率與電阻關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中，電流通過阻值不等的兩根電阻絲產(chǎn)生的熱量無法直接觀測(cè)和比較，而我們通過轉(zhuǎn)換為讓煤油吸熱，觀察煤油溫度變化情況，從而得出哪個(gè)電阻放熱多。

4 運(yùn)用轉(zhuǎn)換法設(shè)計(jì)物理實(shí)驗(yàn)中的“效果顯示器”

在初中物理的一些實(shí)驗(yàn)中，為了準(zhǔn)確測(cè)量需要使用一些科學(xué)儀器是顯示設(shè)備，把一些要測(cè)量的未知信息轉(zhuǎn)換成通過實(shí)驗(yàn)儀器顯示的數(shù)據(jù)等信息在最有利的條件下去探究物理規(guī)律。如：（1）當(dāng)學(xué)生知道電路中電流有大有小的時(shí)候，怎么樣能測(cè)量其電流的大小呢？利用電流表顯示器把電流的大小轉(zhuǎn)化成指針的偏轉(zhuǎn)大小，從而知道了電路中電流大小；（2）在實(shí)驗(yàn)室里要準(zhǔn)確知道物體質(zhì)量的時(shí)候，利用天平的平衡時(shí)右盤里砝碼的質(zhì)量來顯示左盤里物體的質(zhì)量與之是相等的；（3）當(dāng)我們要準(zhǔn)確知道被測(cè)區(qū)域溫度的時(shí)候。利用溫度計(jì)玻璃泡內(nèi)液體的膨脹來顯示被測(cè)的溫度。

5 運(yùn)用轉(zhuǎn)換法求解物理實(shí)際應(yīng)用之難題

有的章節(jié)課后習(xí)題很難直接解答的，學(xué)生更是不易用常規(guī)的方法來解決。如果運(yùn)用物理科學(xué)方法中的“轉(zhuǎn)換法”可使問題變得簡(jiǎn)單和容易解決。

例如：（1）在學(xué)完彈力后，教材給出這樣一道題：用手捏一個(gè)厚玻璃瓶，玻璃瓶會(huì)發(fā)生彈性形變嗎？輕按桌面能使桌面發(fā)生彈性形變嗎？剛看完這道題時(shí)，同學(xué)們會(huì)答道：“它們都不會(huì)發(fā)生彈性形變，因?yàn)槲覀兘?jīng)常用手握玻璃瓶，用手掌壓課桌，也沒看到它們發(fā)生形變呀？！”同學(xué)們說的很肯定。教師不要急于給出答案，可以采取如下步驟演示：a、將玻璃瓶中灌滿水，把細(xì)玻璃管通過帶孔的橡皮塞插入玻璃瓶中。用手輕捏厚玻璃瓶后觀察到細(xì)玻璃管中的水面升高了，進(jìn)而證明了厚玻璃瓶發(fā)生了形變。這就是將玻璃瓶的形變引起的液面變化轉(zhuǎn)換成細(xì)玻璃管內(nèi)水柱高低的變化，如圖1（a）。b、在水平桌面上，如圖1（b）所示放一對(duì)平面鏡，用鐳射激光手電筒照在鏡面上后反射光斑落在墻上，這時(shí)用手掌壓課桌同時(shí)觀察光斑，會(huì)看到光斑明顯的移動(dòng)，進(jìn)而證明了桌面發(fā)生了形變，這就將課桌的形變轉(zhuǎn)換成光斑的移動(dòng)。

（2）在學(xué)完聲音的產(chǎn)生和傳播后，教材給出了這樣一道題：你能想辦法證明桌子發(fā)聲時(shí)在振動(dòng)嗎？大家都知道聲音是由物體的振動(dòng)產(chǎn)生的，但很多聲音發(fā)出時(shí)，我們不能直接觀察到物體的振動(dòng)，那么我們?cè)鯓又肋@聲音是由物體的振動(dòng)產(chǎn)生的呢？這時(shí)我們可以引導(dǎo)學(xué)生自己設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，比如將桌面的振動(dòng)轉(zhuǎn)換成碎紙片、泡沫顆粒、乒乓球、瓶中水的振動(dòng)等。（3）在學(xué)完功后，教材給出了這樣一道習(xí)題：某同學(xué)用一個(gè)距離手3米高的定滑輪拉住重100牛的物體，從滑輪正下方沿水平方向移動(dòng)4米。如圖2所示，若不計(jì)繩重和摩擦，他至少做多少功？

解析：根據(jù)功的原理，可通過轉(zhuǎn)換物理過程，使問題由復(fù)雜向簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)化，即將拉力做的功轉(zhuǎn)為直接向上舉重物所做的功。

品讀物理教育專家張憲魁教授《物理科學(xué)方法教育》一書，筆者有方知初醒之感，其博大精深之旨，非晚生所能及。課程改革發(fā)展到今天，需要改革的東西也許很多。那么課堂教學(xué)需要我們改什么呢？物理內(nèi)容及其要學(xué)的內(nèi)容深度課標(biāo)已經(jīng)明確規(guī)定了。課堂教學(xué)到底改什么呢？當(dāng)你讀了張憲魁教授這本書也許您就恍然大悟了。

參考文獻(xiàn)：

[1]張憲魁.物理科學(xué)方法教育[M].青島：青島海洋大學(xué)出版社，2004.

（欄目編輯 李富強(qiáng)）