初中科學(xué)幾種常見的科學(xué)探究方法及其教學(xué)途徑

【摘 要】科學(xué)的核心是探究。《新課程標(biāo)準(zhǔn)》要求，在突出科學(xué)探究內(nèi)容的同時，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)科學(xué)知識的過程中，逐漸拓寬視野，初步領(lǐng)悟到科學(xué)研究方法的真諦。且將“過程與方法”作為其中的一個維度目標(biāo)出現(xiàn)，強(qiáng)調(diào)通過科學(xué)探究，使學(xué)生經(jīng)歷基本的科學(xué)探究過程，學(xué)習(xí)并掌握科學(xué)探究方法，發(fā)展初步的科學(xué)探究能力，形成尊重事實、探索真理的科學(xué)態(tài)度。在教學(xué)中要采取適當(dāng)?shù)耐緩剑訌?qiáng)科學(xué)探究方法教育。

【關(guān)鍵詞】科學(xué)探究 方法 控制變量法 對比法 轉(zhuǎn)換法 理想實驗法 模型法

科學(xué)的核心是探究，教育的重要目標(biāo)是促進(jìn)學(xué)生的發(fā)展，科學(xué)課程應(yīng)當(dāng)體現(xiàn)這兩者的結(jié)合，突出科學(xué)探究的學(xué)習(xí)方式。探究式學(xué)習(xí)是指學(xué)生在教師指導(dǎo)下或通過自己的獨立探究活動來獲取知識，并發(fā)展探究能力的學(xué)習(xí)方式。在教學(xué)中應(yīng)給學(xué)生提供充分的科學(xué)探究機(jī)會，讓學(xué)生通過手腦并用的探究活動，體驗探究過程的曲折和樂趣，學(xué)習(xí)科學(xué)探究方法，發(fā)展科學(xué)探究所需要的能力并增進(jìn)對科學(xué)探究的理解。教學(xué)中要求運(yùn)用各種教學(xué)方式與策略，讓學(xué)生把從探究中獲得的知識與從其他方式獲得的知識聯(lián)系起來，奠定可廣泛遷移的科學(xué)知識基礎(chǔ)。

一、科學(xué)探究與科學(xué)探究方法

1、科學(xué)探究的基本過程

在科學(xué)課程中，學(xué)生將通過科學(xué)探究等方式理解科學(xué)知識，學(xué)習(xí)科學(xué)技能，體驗科學(xué)過程與方法，初步理解科學(xué)本質(zhì)，形成科學(xué)態(tài)度、情感與價值觀，培養(yǎng)創(chuàng)新意識和實踐能力。

進(jìn)行科學(xué)探究的方式是多種多樣的。一般來說，其基本過程具有六個要素：提出科學(xué)問題；進(jìn)行猜想和假設(shè)；制定計劃，設(shè)計實驗；觀察與實驗，獲取事實與證據(jù)；檢驗與評價；表達(dá)與交流。某些探究過程只包含其中的幾個要素，而且也不一定按上面呈現(xiàn)的順序進(jìn)行。如：

提出問題：可燃物燃燒的條件是什么。

進(jìn)行猜想和假設(shè)：可燃物燃燒需要氧氣和達(dá)到一定的溫度。

制定計劃，設(shè)計實驗：藥品與器材：白磷、10℃和60℃的水、試管、長玻璃管。活動1（如右圖中1），將白磷放入10℃的水中，并通入空氣。活動2（如右圖中2），將白磷放入60℃的水中，不通空氣。活動3（如右圖中3），將白磷放入60℃的水中，并通入空氣。分別觀察燃燒情況。

觀察與實驗，獲取事實與證據(jù)：實驗中發(fā)現(xiàn)1、2中白磷不燃燒，3中白磷燃燒。

檢驗與評價：由2、3對比得出：可燃物燃燒需要氧氣。由1、3對比得出：可燃物燃燒需要達(dá)到一定的溫度，進(jìn)而得出著火點的概念。

表達(dá)與交流：不同小組之間互相描述實驗現(xiàn)象，交流實驗結(jié)果，從而得出結(jié)論。再換用不同的可燃物實驗，得出可燃物燃燒需要氧氣（助燃物）和溫度達(dá)到著火點。

科學(xué)探究的主要目標(biāo)是使學(xué)生領(lǐng)悟科學(xué)探究的思想，培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究所需要的能力，增進(jìn)對科學(xué)探究方法與過程的理解。科學(xué)探究能力是通過完成部分探究活動和完整的探究活動而形成和發(fā)展的。

2、學(xué)習(xí)科學(xué)探究方法的重要性

韓愈說過“師者，傳道、授業(yè)、解惑也”。韓愈首先強(qiáng)調(diào)的教師的任務(wù)是“傳道”，而“道”所指的正是方法。科學(xué)探究方法是進(jìn)一步獲取科學(xué)知識的工具，因此，在科學(xué)教學(xué)過程中，科學(xué)探究方法是比獲取科學(xué)成果更為可貴的東西。法國科學(xué)家笛卡爾曾說：“最有價值的知識，是關(guān)于方法的知識。”在知識教學(xué)中要培養(yǎng)學(xué)生的能力，找到知識教學(xué)與能力培養(yǎng)的結(jié)合點，突破口就在于加強(qiáng)科學(xué)探究方法教育。

二、初中階段常見的科學(xué)探究方法

雖然在科學(xué)課的探究活動中大多數(shù)都需要實驗法，但并不是只有動手實驗才是探究。探究的形式還可以是邏輯推理、查找文獻(xiàn)、調(diào)查研究等，每一種探究方法都有一個適當(dāng)?shù)目臻g，只有當(dāng)探究方法與探究內(nèi)容相適應(yīng)時，才能發(fā)揮有效價值。教師通過選擇適當(dāng)?shù)奶骄糠椒ǎ龑?dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)，開發(fā)學(xué)生智力，培養(yǎng)學(xué)生思維能力。為了有效地開展科學(xué)探究活動，此處總結(jié)歸納了常見的幾種方法。

1、控制變量法

“控制變量法”就是根據(jù)研究目的、運(yùn)用一定手段（實驗儀器、設(shè)備等）主動干預(yù)或控制自然事物、自然現(xiàn)象發(fā)展的過程，在特定的觀察條件下探索客觀規(guī)律的一種研究方法。如果某次實驗中結(jié)果受到n個變量的影響，我們要來探究第n個變量對結(jié)果的影響，則我們要把另外的（n-1）個變量人為控制，這樣才能通過對比實驗得出第n個變量對實驗結(jié)果的影響。利用控制變量法研究問題，注重了知識的形成過程，有利于扭轉(zhuǎn)重結(jié)論、輕過程的傾向，有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，使學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)。在初中科學(xué)實驗過程中，控制變量法是一種最常用的、非常有效的探索客觀規(guī)律的科學(xué)方法，如

為了研究滑動摩擦力的大小跟哪些因素有關(guān)，控制壓力相同時，研究滑動摩擦力與接觸面粗糙程度的關(guān)系；控制接觸面粗糙程度相同，研究滑動摩擦力與壓力大小的關(guān)系。

2、對比法

對比尋找?guī)讉€事物的共同點或不同點，從而得出結(jié)論的研究方法叫對比（也稱比較法），這是一種常用的研究方法。

中學(xué)生認(rèn)識事物時，往往抓不住事物的本質(zhì)特征，對那些相近的概念、成雙成對、成列成排、前后聯(lián)系的名詞混淆不清，琢磨不定。有比較才能鑒別，一切事物總是相比較而存在的。

在教學(xué)中采用對比法，突出一方，找出它們的異同，就可避免混淆和張冠李戴。比如：

呼吸作用與光合作用有什么聯(lián)系和區(qū)別？學(xué)生采用對比法，從邏輯上找出對比之項：作用場所、作用條件、反應(yīng)物、生成物、能量轉(zhuǎn)化等等，然后分析出對立面和統(tǒng)一面，得出答案。并從中看出二者的相互依賴、相互制約的關(guān)系。

對比法是一切理解和一切思維的基石，即比較是一切邏輯思維的方法。任何事物的特點必須在相互比較中才能充分地顯示出來。因此，采用對比法，可以培養(yǎng)和提高學(xué)生的邏輯思維能力。在總結(jié)和復(fù)習(xí)時可以進(jìn)行縱向、橫向的綜合對比，讓學(xué)生在對比中把分散的知識上升到規(guī)律性的、理性的認(rèn)識。對比法能使學(xué)生把感性知識上升為理性認(rèn)識把有關(guān)實驗表面的共性與差異提升到對實驗問題的規(guī)律性認(rèn)識，達(dá)到“舉一反三”的目的，從而提高探究能力。

3、轉(zhuǎn)換法

所謂“轉(zhuǎn)換法”，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、簡單的問題；將難以測量或測準(zhǔn)的物理量轉(zhuǎn)換為能夠測量或測準(zhǔn)的物理量的方法。初中科學(xué)中有很多地方都用到了轉(zhuǎn)換法的原理。

應(yīng)用轉(zhuǎn)化法揭示物理現(xiàn)象的本質(zhì)一些看不見、摸不著的現(xiàn)象，不好直接認(rèn)識它，我們常根據(jù)他們表現(xiàn)出來的看的見、摸的著的現(xiàn)象來間接認(rèn)識它們。研究力、電流、磁場時，由于它們都是看不見摸不著的東西，我們可以利用力所產(chǎn)生的效果、電流產(chǎn)生的各種效應(yīng)、磁場的基本性質(zhì)來研究它們。比如可以通過泡沫塑料凹陷的程度來知道壓力的作用效果大小，驗電器上錫箔片的開合來判斷物體是否帶電，用電磁鐵吸引大頭針的個數(shù)來判斷其磁性強(qiáng)弱。

應(yīng)用轉(zhuǎn)化法把不明顯的現(xiàn)象放大。有的實驗現(xiàn)象我們是能看到的，但是不容易觀察。我們可將實驗產(chǎn)生的效果進(jìn)行放大在進(jìn)行研究。如音叉振動發(fā)聲可以聽得見，也能通過觸摸感覺得到，但是振幅較小，用肉眼不易觀察得到。為了突出音叉發(fā)聲時正在振動，特意通過音叉振動時所產(chǎn)生的其他效果如激起水花、使懸掛著的乒乓球被反復(fù)彈開等明顯的視覺效果來顯示其不易察覺到的振動，提高教學(xué)效果。

應(yīng)用轉(zhuǎn)換法將直接測量變成間接測量。摩擦力是不易直接測量的，在探究滑動摩擦力大小的影響因素時，蛋黃測力計并不是直接測量摩擦力的大小，而是通過水平勻速拉動物體測得拉力大小，再根據(jù)二力平衡的原理推出摩擦力的大小，從而得到“滑動摩擦力的大小跟哪些因素有關(guān)”的結(jié)論。

對一些實驗，若通過轉(zhuǎn)換研究對象、思維角度，不僅使學(xué)生的轉(zhuǎn)換思維能力得到訓(xùn)練，還能提高學(xué)生的觀察能力，以及獲取、處理信息的能力。幫助學(xué)生透過現(xiàn)象，抓住本質(zhì)，較快地理解概念，抓住科學(xué)規(guī)律。另外還能使學(xué)生真正理解某些實驗測量的原理，提高他們的實驗技能。

4、理想實驗法

理想實驗法（又稱想象創(chuàng)新法，思想實驗法）是在實驗基礎(chǔ)上經(jīng)過概括、抽象、推理得出規(guī)律的一種研究問題的方法。但得出的規(guī)律卻又不能用實驗直接驗證，是科學(xué)家們?yōu)榱私鉀Q科學(xué)理論中的某些難題，以原有的理論知識（如原理、定理、定律等）作為思想實驗的“材料”，提出解決這些難題的設(shè)想作為理想實驗的目標(biāo)，并在想象中給出這些實驗“材料”產(chǎn)生“相互作用”所需要的條件，然后，按照嚴(yán)格的邏輯思維操作方法去“處理”這些思想實驗的“材料”，從而得出一系列反映客觀物質(zhì)規(guī)律的新原理，新定律，使科學(xué)難題得到解決，推動科學(xué)的發(fā)展，又稱推理法。

例如，我們在研究真空能否傳聲的時候，將一只小電鈴放在密閉的玻璃罩內(nèi)，接通電路，可清楚地聽到鈴聲，用抽氣機(jī)逐漸抽去玻璃罩內(nèi)的空氣，聽到鈴聲越來越弱，這說明空氣越稀薄，空氣的傳聲能力越弱。實驗中無法達(dá)到絕對的真空，但可以通過鈴聲的變化趨勢，推測出真空不能傳聲，這與牛頓第一定律的建立過程是非常類似的。

這屬于理想實驗法。如果教師在教學(xué)中能夠很好地滲透這一方法，有利于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

5、模型法

通過模型來揭示原型的形態(tài)、特征和本質(zhì)的方法稱為模型法。為了研究的需要，把研究對象或過程經(jīng)過科學(xué)抽象轉(zhuǎn)化為一定的模型，這種轉(zhuǎn)化忽略了一些次要因素，突出主要因素，所以這種模型叫“假想模型法”又叫“理想模型”。它是科學(xué)教學(xué)的基礎(chǔ)，可使科學(xué)教學(xué)簡單化，形象直觀化，又可使具體問題普遍化，便于學(xué)生發(fā)揮抽象思維、形象思維、發(fā)散思維。例：杠桿（只要能繞著固定點轉(zhuǎn)動的物體都可以看作是杠桿）、斜面（像盤山公路這樣起點為低終點高的彎曲面可以看作是斜面）、呼吸模型等.建立模型還可以幫助人們顯示復(fù)雜事物及過程，幫助人們研究不易甚到無法直接觀察的現(xiàn)象。例如：①研究分子、原子結(jié)構(gòu)時，提出一種結(jié)構(gòu)模型的猜想——原子核式模型（行星模型）；②研究磁場利用磁感線描述等。

三、科學(xué)探究方法的教學(xué)途徑

1、在科學(xué)史實中感受探究方法

自然科學(xué)的思想和研究方法是在科學(xué)家們長期的科學(xué)實踐中，逐步摸索、積累形成和發(fā)展起來的，是人類智慧的結(jié)晶。他們的思想方法、研究方法和創(chuàng)造思維，具體體現(xiàn)在他們探索自然世界的足跡之中。比如：牛頓第一定律的建立離不開伽利略的實驗，也離不開牛頓理想實驗法進(jìn)行的邏輯推理。通過科學(xué)發(fā)展史的介紹，能充分展現(xiàn)科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過程，為科學(xué)探究方法教學(xué)提供生動而豐富的材料，使學(xué)生更親近所學(xué)的知識，更全面而系統(tǒng)地體會科學(xué)探究方法。因此，在科學(xué)教學(xué)中應(yīng)該抓住介紹科學(xué)史或科學(xué)家成果的機(jī)會，進(jìn)行科學(xué)探究方法的教育和滲透。如八年級上（第三冊）第三章第二節(jié)“神奇的激素”中介紹了生長素發(fā)現(xiàn)的歷史，其中溫特實驗用到了控制變量法。

2、在科學(xué)實驗中應(yīng)用探究方法

科學(xué)實驗是學(xué)生獲得體驗、探索規(guī)律、認(rèn)識世界的基本手段，正是因為這一特性決定了實驗在科學(xué)方法教育中的特殊作用。科學(xué)教學(xué)中應(yīng)激發(fā)實驗的探究屬性，挖掘驗證性實驗中的探究點，發(fā)揮探索性實驗的探究性，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性，讓學(xué)生通過親身實踐去領(lǐng)會科學(xué)家們研究問題的科學(xué)方法，并內(nèi)化為自己的思維和能力。巴浦洛夫曾說過：“有了良好的方法，即使是沒有多大才干的人也能做出許多成就。如果方法不好，即使有天才的人也將一事無成。”所以，在實驗教學(xué)中要多創(chuàng)設(shè)探究的機(jī)會，要注意方法的指導(dǎo)，要提升學(xué)生的認(rèn)知水平。如七年級科學(xué)“探究凸透鏡成象的規(guī)律”、“探究影響滑動摩擦力大小的因素”，八年級“探究影響電流大小的因素”，九年級“探究影響酶催化效率的因素”等等探究實驗的教學(xué)中，教師指導(dǎo)學(xué)生開展實驗的設(shè)計，學(xué)生自主完成具體的操作、結(jié)論的歸納，師生共同評價實驗得失。這個過程中，學(xué)生習(xí)得控制變量的方法，提升了實驗設(shè)計能力。

3、在習(xí)題訓(xùn)練中強(qiáng)化探究方法

科學(xué)探究方法教育的意義在于訓(xùn)練學(xué)生的智力技能，只有通過實際操作和運(yùn)用，才能深刻理解科學(xué)探究方法，靈活而準(zhǔn)確地運(yùn)用科學(xué)方法。實踐表明：教師生動精辟的講述，學(xué)生對于知識只能達(dá)到理解的水平，要達(dá)到運(yùn)用的水平，就非要經(jīng)過學(xué)生本人參與分析解決新問題的實踐不可。以兩道例題為例： 例1 研究壓強(qiáng)和壓力、受力面積的關(guān)系。

如下圖所示，把小桌和砝碼以不同形式放在泡沫塑料上，分析與壓力作用效果有關(guān)的因素。

比較甲、乙兩圖，可知： 一定，壓力作用效果與 有關(guān)。

比較乙、丙兩圖，可知： 一定，壓力作用效果與 有關(guān)。

分析：壓強(qiáng)與壓力大小和受力面積有關(guān)，研究壓強(qiáng)和壓力、受力面積的關(guān)系，應(yīng)采用控制變量法。甲、乙兩圖，受力面積一定，研究壓力作用效果與壓力大小的關(guān)系，壓力越大，壓力作用效果越明顯。乙、丙兩圖，壓力大小一定，研究壓力作用效果與受力面積的關(guān)系，受力面積越小，壓力作用效果越明顯。進(jìn)而可以解釋生活中的圖釘、鐵軌、菜刀等物品的應(yīng)用原理。通過此題，學(xué)生對控制變量法的應(yīng)用有了更深刻的理解，在今后的學(xué)習(xí)中能自如地應(yīng)用控制變量法。

新《課標(biāo)》提出了“科學(xué)探究”是進(jìn)行科學(xué)方法教學(xué)的重要途徑。探究教學(xué)是科學(xué)探究方法教育的一個載體，是實現(xiàn)科學(xué)教育的一種方法。探究教學(xué)也應(yīng)建立在科學(xué)方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行，科學(xué)探究方法教育是成功地進(jìn)行探究教學(xué)的一個條件。

探究教學(xué)要在科學(xué)探究方法的引導(dǎo)下進(jìn)行探究，與科學(xué)知識教學(xué)有機(jī)結(jié)合，聯(lián)系生活，重視學(xué)習(xí)的過程，以學(xué)生為主體，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣和主動性，從而實現(xiàn)知識和方法教學(xué)的統(tǒng)一。教師要對學(xué)生科學(xué)探究方法的應(yīng)用情況進(jìn)行評價和歸納，使學(xué)生不斷積累應(yīng)用科學(xué)方法，并逐漸清晰和系統(tǒng)。

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