初中物理實(shí)驗(yàn)方法的顯化研究

陳曉霞 邢紅軍

摘要：以《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011版）》為依據(jù)，以初中物理教材中的實(shí)驗(yàn)為研究對(duì)象，按照科學(xué)方法研究的分類原則和對(duì)應(yīng)原則，將物理實(shí)驗(yàn)方法分為實(shí)驗(yàn)操作過程中的物理方法和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理過程中的物理方法，顯化和歸納了初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的科學(xué)方法教育內(nèi)容，從而為初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行科學(xué)方法教育提供了理論依據(jù).

關(guān)鍵詞：初中物理;實(shí)驗(yàn)教學(xué);科學(xué)方法;顯化

長(zhǎng)期以來(lái)，由于受科學(xué)方法隱性教育觀的影響，科學(xué)方法在《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011版）》和初中物理教材中均未明確顯現(xiàn)出來(lái)，這種“無(wú)法可依”的情況，同樣存在于初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中.因此，為了促進(jìn)初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的健康發(fā)展，顯化初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的科學(xué)方法就顯得尤為重要.

1初中物理實(shí)驗(yàn)方法的顯化研究

目前有關(guān)科學(xué)方法的顯化研究大多集中在理論方法，這些研究初步顯化了獲得物理知識(shí)[1]和應(yīng)用物理知識(shí)[2]的物理方法，為初中物理科學(xué)方法教育提供了依據(jù).但是，有關(guān)實(shí)驗(yàn)方法的顯化研究卻較少涉及.有鑒于此，本文就初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的物理方法教育內(nèi)容進(jìn)行顯化研究.

依照科學(xué)方法研究的分類原則，我們將物理實(shí)驗(yàn)過程分為測(cè)量過程和數(shù)據(jù)處理過程，其中測(cè)量過程所涉及的主要物理方法有等效法，控制變量法，轉(zhuǎn)換法等，數(shù)據(jù)處理過程中常用的物理方法有圖像法，列表法等.

物理學(xué)的知識(shí)體系離不開方法，方法是聯(lián)系知識(shí)的紐帶，因此，喬際平先生提出了對(duì)應(yīng)原則，即物理知識(shí)的得出總是與一定的科學(xué)方法相聯(lián)系.依據(jù)對(duì)應(yīng)原則的思想，我們認(rèn)為，既然物理知識(shí)的建構(gòu)依賴于物理方法，那么，物理實(shí)驗(yàn)過程中的每一個(gè)操作過程與數(shù)據(jù)處理過程，也應(yīng)該有一種或多種物理方法與之對(duì)應(yīng).由此，分析所選取的初中物理實(shí)驗(yàn)，把其中的操作過程和數(shù)據(jù)處理過程與相應(yīng)的物理方法對(duì)應(yīng)，將其中隱含的物理方法顯化出來(lái).

本文的研究對(duì)象取自初中物理教材中學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)以及物理中考大綱中所要求的實(shí)驗(yàn)，總計(jì)33個(gè)，顯化結(jié)果見表1.

為了更直觀地呈現(xiàn)物理方法及其出現(xiàn)頻次，將其轉(zhuǎn)化為頻次圖，如圖1和圖2所示.

分析統(tǒng)計(jì)表可知，初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中出現(xiàn)頻次較高的物理方法有控制變量法、列表法、圖像法、轉(zhuǎn)化法、直接測(cè)量法等.因此，在初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，應(yīng)著重顯化這些科學(xué)方法.

2初中物理實(shí)驗(yàn)方法的界說

在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，使學(xué)生學(xué)習(xí)并掌握基本的實(shí)驗(yàn)方法，是初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要內(nèi)容.因?yàn)閷?shí)驗(yàn)教學(xué)要求學(xué)生既要掌握實(shí)驗(yàn)原理、操作技能，同時(shí)也要掌握實(shí)驗(yàn)方法.正是基于這種認(rèn)識(shí)，本文初步明確了初中物理實(shí)驗(yàn)方法，統(tǒng)計(jì)了物理實(shí)驗(yàn)方法出現(xiàn)的頻次，這就為初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了方法依據(jù).下面對(duì)兩類實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行界說.

21測(cè)量過程中的實(shí)驗(yàn)方法

物理實(shí)驗(yàn)都離不開定量的測(cè)量和分析，明確測(cè)量過程中基本的實(shí)驗(yàn)方法，才能更好地進(jìn)行實(shí)驗(yàn).以下對(duì)測(cè)量過程中出現(xiàn)頻次較高的實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行界說.

控制變量法：是指討論多個(gè)物理量的關(guān)系時(shí)，通過控制其幾個(gè)物理量不變，只改變其中一個(gè)物理量從而轉(zhuǎn)化為多個(gè)單一物理量影響某一個(gè)物理量的問題的研究方法.

轉(zhuǎn)換法：在實(shí)驗(yàn)過程中，有很多物理量由于其屬性關(guān)系，很難用儀器或儀表直接測(cè)量，或者因條件所限無(wú)法提高測(cè)量的準(zhǔn)確度.此時(shí)可以根據(jù)物理量之間的定量關(guān)系把不易測(cè)量的待測(cè)量轉(zhuǎn)換成容易測(cè)量的物理量進(jìn)行測(cè)量.

直接測(cè)量法：直接測(cè)量法是指無(wú)需通過數(shù)學(xué)模型的計(jì)算，通過測(cè)量可直接得出結(jié)果.如用天平測(cè)量物體的質(zhì)量，天平平衡時(shí)的讀數(shù)就是物體的質(zhì)量.

留跡法：把瞬間即逝的物理量（位置、軌跡、圖像等）記錄下來(lái)的處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方法.

等效法：對(duì)一些復(fù)雜問題采用等同效果方法，將其變換成理想的、簡(jiǎn)單的、已知規(guī)律的過程來(lái)處理，常可使問題的解決得以簡(jiǎn)化.

伏安法：利用歐姆定律R=U/I來(lái)測(cè)出電阻值的方法.這種方法測(cè)電阻雖然精度不很高，但所用的測(cè)量?jī)x器比較簡(jiǎn)單，而且使用也方便，是最基本的測(cè)量電阻的方法.

累積法：把某些難以直接準(zhǔn)確測(cè)量的微小量累積后測(cè)量，從而提高測(cè)量精確程度的實(shí)驗(yàn)方法.比如測(cè)量一張紙的厚度，就需要采用累積法.

22.數(shù)據(jù)處理過程中的實(shí)驗(yàn)方法

數(shù)據(jù)處理是對(duì)原始實(shí)驗(yàn)記錄的科學(xué)加工.通過數(shù)據(jù)處理，往往可以從一堆表面上似乎毫無(wú)聯(lián)系的數(shù)據(jù)中找出難以察覺的、內(nèi)在的規(guī)律.下面對(duì)處理數(shù)據(jù)過程中出現(xiàn)頻次較高的幾種實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行界說.

列表法：運(yùn)用列出表格來(lái)分析思考、尋找思路、求解實(shí)驗(yàn)結(jié)論的方法叫做列表法.

圖像法：圖像法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是物理實(shí)驗(yàn)中最常用的方法之一.選取適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系，用圖像法找到變量間的函數(shù)關(guān)系.圖像法的優(yōu)點(diǎn)是直觀、簡(jiǎn)便、有取平均值的效果.由圖像的斜率、截距、包圍的面積等可以研究物理量之間的變化關(guān)系.

平均值法：平均值法是為了減小偶然誤差常用的數(shù)據(jù)處理方法.平均值法的基本原理是：在多次測(cè)量中，由偶然因素引起的正、副偏差出現(xiàn)的機(jī)會(huì)相等，故將多次的測(cè)量值相加時(shí)，所有偏差的代數(shù)和為零.

顯然，在初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，應(yīng)當(dāng)恰當(dāng)顯化這兩類實(shí)驗(yàn)方法，引領(lǐng)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中探究實(shí)驗(yàn)方法本質(zhì)，領(lǐng)悟?qū)嶒?yàn)方法內(nèi)涵，促進(jìn)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)方法的掌握，從而提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?

3初中物理實(shí)驗(yàn)方法顯化的意義

31確立分類原則，使實(shí)驗(yàn)方法教育有章可循

物理方法屬于程序性知識(shí)，學(xué)生掌握了程序性知識(shí)，才能在具體問題面前知道“怎么辦”“如何做”.按照程序性知識(shí)的性質(zhì)和特點(diǎn)，可以把程序性知識(shí)分為智慧技能、認(rèn)知策略和動(dòng)作技能[3].依據(jù)分類原則，將初中物理實(shí)驗(yàn)過程分為測(cè)量過程和數(shù)據(jù)處理過程.其中，實(shí)驗(yàn)中的測(cè)量屬于動(dòng)作技能，數(shù)據(jù)處理屬于智慧技能.按照操作過程將實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行分類，就為在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中進(jìn)行科學(xué)方法教育提供了一套可操作的步驟.即先讓學(xué)生掌握測(cè)量過程中的實(shí)驗(yàn)方法，再學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)處理過程中的實(shí)驗(yàn)方法，并分別依據(jù)動(dòng)作技能和智慧技能的特點(diǎn)進(jìn)行針對(duì)性地教學(xué)，給學(xué)生提供學(xué)習(xí)和使用實(shí)驗(yàn)方法的途徑，從而使物理實(shí)驗(yàn)方法教育有章可循.

32明確教學(xué)目標(biāo)，使科學(xué)方法教育有的放矢

在初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，通常教師對(duì)于“知識(shí)與技能”維度的教學(xué)目標(biāo)比較清楚，但對(duì)于教授哪些科學(xué)方法并不清楚.這樣，就使實(shí)驗(yàn)教學(xué)的“過程與方法”維度的教學(xué)目標(biāo)虛化.在教師不能明確給出方法目標(biāo)的情況下，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中往往就難以形成實(shí)驗(yàn)方法的意識(shí)，也就不利于實(shí)驗(yàn)方法的掌握.因此，顯化實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的物理方法教育內(nèi)容勢(shì)在必行.初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中物理方法教育內(nèi)容顯化，能夠?yàn)榻處煹摹敖獭焙蛯W(xué)生的“學(xué)”指明方向，使教師在科學(xué)方法教育中有的放矢，同時(shí)將學(xué)生置于方法學(xué)習(xí)的情境，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ奶嵘?

33確定教育內(nèi)容，使實(shí)驗(yàn)方法教育有據(jù)可依

目前我國(guó)科學(xué)方法教育存在的問題之一，是科學(xué)方法教育內(nèi)容缺失.這種情況不僅存在于物理概念與規(guī)律教學(xué)中，而且也存在于物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中.究其根源，就在于義務(wù)教育《物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011版）》和各個(gè)版本的初中物理教材中缺失實(shí)驗(yàn)方法.有鑒于此，我們依據(jù)義務(wù)教育《物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011版）》， 把其中隱藏的物理實(shí)驗(yàn)方法明朗化、顯性化， 從而給出物理實(shí)驗(yàn)方法教育的主要內(nèi)容，使物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的科學(xué)方法教育有據(jù)可依，并能夠真正落到實(shí)處.在此基礎(chǔ)上，通過創(chuàng)設(shè)良好的實(shí)驗(yàn)情境，對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究進(jìn)行指導(dǎo)，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中主動(dòng)地去觀察、思考、操作、討論 ，使之沿著實(shí)驗(yàn)的思路在不知不覺中掌握其中的實(shí)驗(yàn)方法.

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